资源简介

　焦耳定律
考点　焦耳定律
物理学史:1840年,英国物理学家①　　　　最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系,为了纪念他的贡献,将他的名字命名为②　　　　的单位。
电流的热效应
(1)定义:电流通过导体时③　　　　能转化为④　　　　能的现象。
(2)利用:电熨斗、电热水壶、电饭锅等。
(3)防止:有孔的电视机后盖、电脑的微型风扇等。
焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量跟⑤　　　　　成正比,跟导体的⑥　　　　成正比,跟
⑦　　　　成正比。
(2)公式:Q=⑧　　　　。
Q表示热量,单位是J;I表示电流,单位是A;R表示电阻,单位是Ω;t表示时间,单位是s。
推导式:Q=W=Pt=UIt=t(适用于纯电阻电路)
非纯电阻电路中W>Q(如含有电动机的电路)。
(教材素材改编题)某校师生自制了一台电烘箱,电烘箱的电阻丝阻值为44 Ω,当通过电阻丝的电流为5 A时,电阻丝1分钟产生的热量是　　　　J,这台电烘箱的电功率为　　　　W。
(教材素材改编题)某一家用电饭锅的铭牌上标有“220 V”字样,电饭锅正常工作时的电流为2.5 A,则该电饭锅正常工作时电阻丝接入电路的电阻大小为　　　　Ω,正常工作20 min产生的热量是　　　　　J。(电阻丝的阻值不受温度影响)
重难点　用电器的多挡位
如图是某型号电饭锅的简化电路图。温控开关S闭合后,电饭锅处于加热状态;当达到一定温度时,开关S自动断开,电饭锅处于保温状态。已知加热状态电功率为990 W,R1的阻值为440 Ω,那么保温状态电功率为　　　　W,R1和R2阻值之比为　　　　。
家庭电路中电源电压U=220 V,根据P=可知:
(1)接入电路的总电阻R越小,电功率越大,挡位就越高。
(2)接入电路的总电阻R越大,电功率越小,挡位就越低。
空气炸锅是一种利用高速空气循环技术进行烹饪的高科技厨房用具。如图所示,为某空气炸锅简化电路图,其发热元件为两个电阻R1、R2,额定工作电压为220 V,开关S2可以分别接A、B两个接线柱,调节开关的通断可控制空气炸锅低温、中温、高温挡。已知低温挡正常工作时电路中的电流为1.25 A,中温挡正常工作时电路的电功率为400 W。
(1)求R1、R2的阻值。
(2)求高温挡正常工作时,电路的电功率。
(3)若使用空气炸锅高温挡,将200 g初温为20 ℃的薯条加热到180 ℃需要110 s,求空气炸锅的效率。[c薯条=3.63×103 J/(kg·℃)]
实验　电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关
实验装置图
实验器材
电源、U形管、电阻丝、密闭容器、秒表等。
实验方法
(1)转换法的应用:利用U形管中　　　　　变化来反映电阻丝产生热量的多少。
(2)控制变量法的应用
①探究电流产生的热量与电阻的关系:控制通过电阻丝的电流和通电时间相同,选择两个阻值
　　　　的电阻丝;
②探究电流产生的热量与电流的关系:控制电阻丝阻值和通电时间相同,改变通过两电阻丝的
　　　　大小;
③探究电流产生的热量与通电时间的关系:控制电阻丝的阻值和通过电阻丝的电流相同,改变　　　　　　　　　。
实验操作
(1)探究电流产生的热量与电阻的关系时,如图1所示,将两个容器中的电阻丝　　　联起来接到电源两端,通过两电阻丝的电流　　　　,通电一段时间后,比较两个容器中U形管中液面的高度差。
图1　 图2
(2)探究电流产生的热量与电流的关系时,如图2所示,两个密闭容器中的电阻丝阻值都是5 Ω,在右侧容器的外部,将一个5 Ω的电阻与这个电阻　　　　联,因此通过左侧容器中电阻丝的电流
　　　　通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同时,观察两个U形管中液面的高度差。
(3)探究电流产生的热量与通电时间的关系时,如图3所示,将这套装置接到电源两端,在通电过程中,只观察与左边容器相通的U形管中的液面高度变化情况,发现随着通电时间越长,U形管中液面高度差　 。
图3
实验结论
(1)在通过导体的电流和通电时间相同的情况下,　　　　　　,产生的热量越多。
(2)在电阻和通电时间相同的情况下,通过　　　　　　　　　,产生的热量越多。
(3)在电阻和通过导体的电流相同的情况下,　　　　　　　　,产生的热量越多。
交流与反思
(1)被加热的材料选用煤油或空气的原因:　　　　小,可以使实验现象更明显。
(2)在实验中发现U形管两侧液面高度不变,存在的原因可能是　。
某学习小组在老师的指导下,探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图甲所示,两个透明容器中密封着等量空气,U形管中液面最初相平,两个密闭容器中都有一段电阻丝。
　　
甲
【基础设问】
(1)请你用笔画线代替导线,把图甲中两个容器内的电阻丝连接到电路中。
(2)实验中通过观察液面高度差来比较电流通过导体产生热量的多少,这种方法叫　　　　　　。
(3)接好电路,闭合开关,通电一段时间后,　　　(选填“左”或“右”)侧U形管中的液面高度差大,此实验现象表明,在通过导体的电流和通电时间均相同的情况下,　　　越大,所产生的热量越多。
(4)让两个密闭容器中的电阻丝阻值一样大,在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联。接入电路中,重新做这个实验。此时通过两容器中电阻丝的电流不同,在通电时间相同的情况下,观察U形管中液面高度差(如图乙所示),由此得到的结论是 　。
乙
【补充设问】
(5)(意外现象分析)另一小组在利用图乙装置实验时,发现左右两侧U形管液面上升高度相同,经检查气密性良好,请你分析使实验现象不同的原因可能是　　　　　　。
(6)(装置改进)组内同学小华设计了如图丙所示的装置进行探究。
①三个相同的锥形瓶内均装有质量　　　　(选填“相等”或“不相等”)的煤油,电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中(其中R1=R3≠R2),改变开关的通断,通过观察　　　　　　　　　　判断产生热量的多少,此装置的优点是　　　　　　　　　　　。(写出一点即可)
②(横向实验拓展)小组同学发现该装置还可以探究水和煤油的吸热能力,只闭合开关S1,在锥形瓶中装入初温和质量相同的水和煤油,保证电阻丝R1　　　　(选填“>”“=”或“<”)R2,并每隔相同的时间分别记录一次两种液体的温度。
【新考法】
(7)(装置创新)如图丁所示的实验装置:玻璃盒内装有电阻丝,水和电子温度计,盒外采用优质保温材料包裹。用此实验装置的优点有　　　　　　　　　　。(写出一条即可)
命题点　焦耳定律
(2024·河北节选)如图所示,两个相同的透明容器中密封着等量的空气,使两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,右侧U形管中液面的高度变化较大。实验表明:在电流和通电时间相同的情况下,　　　　　　　　　　　　　。
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①焦耳　②功　③电　④内　⑤电流的二次方　⑥电阻　⑦通电时间　⑧I2Rt
对应练习
1.6.6×104　1 100
2.88　6.6×105
重点难点·提升训练
重难点
例　110　8∶1　解析:当S闭合时,R1、R2并联;当S断开时,电路为R1的简单电路;因为并联电路的总电阻小于各支路的电阻,所以,由P=UI=可知,R1、R2并联时,电路中的电阻最小,电功率最大,电饭锅为加热状态;电路为R1的简单电路时,为保温状态;因此当S断开时,电饭锅为保温状态,电功率P1==110 W;因为S闭合时,R1、R2并联,电饭锅为加热状态,由并联电路的特点可知,R1的电功率保持不变,所以电阻R2接入电路正常工作时的电功率:P2=P加热-P保温=990 W-110 W=880 W,电阻R2的阻值:R2==55 Ω。R1和R2阻值之比:R1∶R2=440 Ω∶55 Ω=8∶1。
变式训练
　解:(1)当开关S1闭合,开关S2接B端时,两电阻并联,根据并联电路的电阻特点可知,此时电路中的总电阻最小,由P=可知,电路中的总功率最大,空气炸锅处于高温挡;
开关S1断开,开关S2接A时,两电阻串联,根据串联电路的电阻特点可知,此时电路中的总电阻最大,总功率最小,空气炸锅处于低温挡;
开关S1闭合时,电路为R1的简单电路,空气炸锅处于中温挡;
由P=可知,R1的阻值:R1==121 Ω;由I=可知,R1、R2串联的总电阻:R==176 Ω,
根据串联电路的电阻特点可知,R2=R-R1=176 Ω-121 Ω=55 Ω。
(2)R1、R2并联工作时,R2的电功率:P2==880 W,
则空气炸锅高温挡的总功率:P高=P中+P2=400 W+880 W=1 280 W。
(3)薯条吸收热量:Q吸=c薯条m(t-t0)=3.63×103 J/(kg·℃)×200×10-3 kg×(180 ℃-20 ℃)=1.161 6×105 J,
空气炸锅消耗的电能:W=P高t'=1 280 W×110 s=1.408×105 J,
空气炸锅的效率:
η==82.5%。
重点实验·完全突破
实验
3.(1)液面高度差　(2)①不同　②电流
③通电时间的长短　
4.(1)串　相同　(2)并　大于
(3)越大
5.(1)电阻越大　(2)导体的电流越大　(3)通电时间越长
6.(1)比热容　(2)U形管气密性不好
即时演练
(1)如图所示:
(2)转换法　(3)右　电阻
(4)在导体电阻和通电时间相同的情况下,通过导体的电流越大,产生的热量越多
(5)容器外电阻断路　(6)①相等　温度计示数的变化量　实验过程中不需要更换器材　②=　(7)可以减少热量的损失(或电子温度计读数稳定,减小实验误差等,合理即可)
河北中考·考向体验
　电阻越大,产生的热量越多
解析:由题图知,两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通过两电阻的电流和通电时间相等,而电阻丝阻值大小不同,通电一段时间后,右侧U形管中液面的高度差变化较大,说明右侧电阻丝放出的热量多,故可得出结论:在电流和通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多。

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