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　　　　　　　　　　　　第4节　焦耳定律
1.知道电流的热效应，理解焦耳定律；了解电热的利用和防止。 2.会利用焦耳定律解释生产生活中的有关现象。 3.（重点）通过实验探究，总结出焦耳定律，并会用焦耳定律进行计算。 4.通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题；体会物理来源于生活又应用于生活的理念。
1.电流的热效应
电流通过导体时电能转化成 ，这种现象叫作电流的热效应。
2.焦耳定律
（1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的 成正比，跟导体的 成正比，跟 成正比。
（2）用公式表示Q＝ 。
（3）在串联电路中，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成 ；在并联电路中，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成 。
3.电热的利用和防止
（1）电热的利用：各种电热器都是利用电热的设备，例如电饭锅、电热水器、电熨斗等。
（2）电热的防止：如果用电器聚集的电热过多，温度过高，就有可能烧坏电器，甚至引发火灾。例如电脑主机里装有风扇、散热器等，都是为了加快散热。
重难突破
1.探究影响电流热效应的因素
【提出问题】
电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？或者说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
【猜想与假设】
根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生热量的多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大小以及通电时间有关。
【设计并进行实验】
（1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法：产生的热量多少，通过U形管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U形管中的液面高度变化大于左边的。
（2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，我们发现左边的U形管中的液面高度变化大于右边的。
【分析论证】
（1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电流、通电时间；变化量：电阻），右边U形管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电阻丝产生的热量多。
（2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路的电流规律可知，通过左边容器的电阻丝的电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：电流），左边U形管中的液面高度变化大于右边的，说明左边容器中的电阻丝所产生的热量多。
（3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体所产生的热量越多。
【实验结论】
电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。
【典例1】如图所示，在探究电热与哪些因素有关的实验中，同学们猜想电热可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。
（1）左侧密闭容器内电阻丝阻值为5 Ω，右侧密闭容器外部，将一个阻值为5 Ω的电阻与这个容器内的电阻丝并联，目的是使通过左右两密闭容器内电阻丝的 不同，右侧容器内电阻丝的阻值应为 Ω，才能符合实验探究的要求。
（2）本实验是探究电流的 效应；实验中通过U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明：___________________________________________________________
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2.焦耳定律
（1）公式Q＝I2Rt中各量及其单位。
I表示电流，单位是安培( )；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；t表示时间，单位是秒（s）；Q表示热量，单位是焦耳（J）。
1 J＝1 A2×1 Ω×1 s
（2）推导焦耳定律。
若电流做的功全部用来产生热量，即Q＝W
因为电功W＝UIt，根据欧姆定律U＝IR，所以Q＝W＝UIt＝I2Rt。
3.电功与电热
（1）电功与电热的区别：电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
（2）电功与电热的联系。
①纯电阻电路（如电炉、电热器、电熨斗等电路）。
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于电流做的功（消耗的电能），即Q＝W，所以Q放＝W总＝Pt＝UIt＝＝I2Rt。
②非纯电阻电路。
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其他形式的能量，只有一部分转化为内能。此时电能＝内能＋机械能，所以内能小于电能。例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt ＝Q机械能＋Q热量，电热小于电功。
4.电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用条件
项目 电功 电功率 焦耳定律 适用条件
基本 公式 W＝UIt P＝＝UI Q＝I2Rt 普遍 适用
推导 公式 W＝t＝ I2Rt P＝＝ I2R Q＝t＝ UIt 纯电阻 电路 Q＝W
【典例2】有一直流电动机，当其两端电压为1 V时不转，通过线圈的电流为2 A；当其两端电压为10 V时正常转动，通过线圈的电流为1 A，当它正常工作1 min后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，输出的机械能为多少？
1.电热水器主要是利用电流的热效应工作的，下列电器与其工作原理不同的是（　A　）
A.洗衣机 B．电暖器
C.电饭锅 D．电水壶
2.如果电烙铁、电视机和电风扇上都标有“220 V　60 W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，则三个用电器产生的热量最多的是（　A　）
A.电烙铁 B．电视机
C.电风扇 D．一样多
3.（多选）如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反映密闭空气温度的变化，下列说法错误的是（　BD　）
A.该实验装置是为了探究导体产生的热量与电流的关系
B.将左边容器中的电阻丝换成10 Ω的电阻丝后，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C.通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
D.该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少的
4.某款煎饼锅具有高温和低温两个挡位，如图是其内部简化电路图。当处于高温挡时，煎饼锅的加热功率为938 W，则R1＝ Ω；当处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1 A，通电1 min产生的热量为 J。
5.（2024·新疆）如图所示的电路，定值电阻R1的阻值为10 Ω，定值电阻R2的阻值为20 Ω，闭合开关S后，电流表A的示数为0.10 A。求：
（1）电阻R1两端的电压；
（2）电源电压；
（3）整个电路在1 min内产生的热量。
6.明明发现连接电热水器的导线很短，而且比其他用电器的导线粗很多，这样可以防止因导线过热造成危害。下列同样属于防止电流热效应产生危害的实例是（　D　）
A.吹风机吹出热风能使头发速干
B.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
C.妈妈使用电熨斗熨衣服
D.电视机后盖利用小孔散热
7.电流的热效应有时对我们有益，我们可以利用它；有时对我们有害，我们需要及时散热。下列例子中属于利用电热的是（　A　）
A.电器长时间不用，要定时通电
B.电动机外壳有许多散热片
C.计算机内部装有小风扇
D.在家庭电路中，导线连接处往往比别处更容易发热
基础巩固
1.下列情况中，属于防止电热产生危害的是（　B　）
A.用电饭锅煮饭
B.电视机背后有散热窗
C.用电热水壶烧水
D.冬天用电取暖器取暖
2.额定电压相同的电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程中消耗的电能W和通电时间t的关系如图所示。关于这三个用电器，下列判断正确的是（　B　）
A.正常工作时，电热水壶比电烤箱消耗的电能多
B.正常工作时，电热水壶比电饭锅做功快
C.正常工作3 min，电流通过电烤箱做的功最多
D.在一个月内，电饭锅消耗的电能一定最少
3.如图所示，串联的两电阻丝（R14.如图所示电路，电源电压恒为5 V，当开关S1闭合后，电压表示数为3 V，电流表A1的示数为0.4 A，通电1 min电阻R2产生的热量为 J；若将两个开关同时闭合，电阻R1产生的热量为 J。
5.在美丽乡村工程建设中，许多乡村进行了输电线路的改造，将原来细的铝质输电线换成较粗的铝质输电线。请你运用学过的知识分析输电线将细铝线换成粗铝线的原因。
6.两个定值电阻的图像如图所示，下列分析正确的是（　D　）
A.当两电阻两端电压为0 V时，通过的电流为0 A，其阻值都为0 Ω
B.甲在电路中对电流的阻碍作用比乙在电路中对电流的阻碍作用大
C.将两电阻并联接在2 V的电源两端时，电路总电阻为15 Ω
D.当乙电阻两端电压为2.5 V时，其20 s内产生的热量为12.5 J
7.如图甲所示电路中，灯泡L标有“6 V3 W”字样，S为单刀双掷开关。电源电压为12 V且保持不变，电阻R2的阻值为20 Ω，图乙是灯泡L的U?I图像。
（1）当S接a时，灯泡L恰能正常发光，R1的阻值为 Ω。
（2）当S接b时，电阻R2通电1 min产生的热量为 J。
（3）S接a与S接b两种情况下，电路消耗的总功率之比为 。
8.如图甲和乙所示是“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验，两透明容器中密封着等质量的空气，两容器中的电阻丝串联起来连接到电源两端，通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度差的变化。
（1）在该实验中，通过观察U形管中液面的 来反映电阻丝产生热量的多少，这种研究方法叫作 法。
（2）给透明容器中的电阻丝通电后，电阻丝的内能增大是通过 的方式改变的。
（3）在图甲中，通过两电阻丝的电流 ，该实验是探究电流通过导体产生的热量与导体的 的关系。
（4）在图乙中，该实验是探究电流通过导体产生的热量与 的关系，通电一段时间后， 侧容器U形管液面高度差较大，这说明_____________
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9.百善孝为先，丽丽将自己的压岁钱省下来给奶奶买了一个足浴盆。这款足浴盆工作时的简化电路如图所示，它有加热功能和按摩功能。电动机线圈电阻为4 Ω，加热电阻正常工作时电功率为1 kW，电源电压220 V稳定不变。
（1）启动按摩功能时，电动机启动，通过电动机线圈的电流为0.1 A，按摩20 min，电动机线圈产生的热量是多少？
（2）加热电阻正常工作时的电阻是多少？
10.如图是某款两挡电热器的简化电路，R1、R2为阻值一定的电热丝，R1＝550 Ω，R2＝44 Ω。该电热器接入电压恒为220 V的电路中。求：
（1）低温挡时电热器的电功率；
（2）高温挡时，工作10 s产生的热量。　　　　　　　　　　　　第4节　焦耳定律
1.知道电流的热效应，理解焦耳定律；了解电热的利用和防止。 2.会利用焦耳定律解释生产生活中的有关现象。 3.（重点）通过实验探究，总结出焦耳定律，并会用焦耳定律进行计算。 4.通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题；体会物理来源于生活又应用于生活的理念。
1.电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。
2.焦耳定律
（1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻 成正比，跟通电时间成正比。
（2）用公式表示Q＝I2Rt。
（3）在串联电路中，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成正比；在并联电路中，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比。
3.电热的利用和防止
（1）电热的利用：各种电热器都是利用电热的设备，例如电饭锅、电热水器、电熨斗等。
（2）电热的防止：如果用电器聚集的电热过多，温度过高，就有可能烧坏电器，甚至引发火灾。例如电脑主机里装有风扇、散热器等，都是为了加快散热。
重难突破
1.探究影响电流热效应的因素
【提出问题】
电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？或者说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
【猜想与假设】
根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生热量的多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大小以及通电时间有关。
【设计并进行实验】
（1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法：产生的热量多少，通过U形管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U形管中的液面高度变化大于左边的。
（2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，我们发现左边的U形管中的液面高度变化大于右边的。
【分析论证】
（1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电流、通电时间；变化量：电阻），右边U形管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电阻丝产生的热量多。
（2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路的电流规律可知，通过左边容器的电阻丝的电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：电流），左边U形管中的液面高度变化大于右边的，说明左边容器中的电阻丝所产生的热量多。
（3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体所产生的热量越多。
【实验结论】
电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。
【典例1】如图所示，在探究电热与哪些因素有关的实验中，同学们猜想电热可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。
（1）左侧密闭容器内电阻丝阻值为5 Ω，右侧密闭容器外部，将一个阻值为5 Ω的电阻与这个容器内的电阻丝并联，目的是使通过左右两密闭容器内电阻丝的　　　　不同，右侧容器内电阻丝的阻值应为　　　　Ω，才能符合实验探究的要求。
（2）本实验是探究电流的　　　　效应；实验中通过U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明：___________________________________________________________
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解析　（1）右侧密闭容器内外两段电阻丝并联，左侧电阻丝在干路上，根据并联电路电流的特点可知，通过左侧密闭容器内电阻丝的电流大于通过右侧密闭容器内电阻丝的电流，即二者电流大小不相同；两密闭容器内电阻丝的电流不同，目的是探究电热与电流的关系，要控制两电阻丝的阻值相同，左侧容器内电阻丝阻值为5 Ω，那么右侧容器内电阻丝的阻值应为5 Ω，才能符合实验探究的要求。
（2）电流通过电阻丝时，电能转化为内能，这种现象叫作电流的热效应。
实验中通过U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，高度差越大，说明电阻丝产生的热量越多。左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明左侧电阻丝产生的热量大于右侧电阻丝产生的热量，可以得出结论：当电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。
答案　（1）电流　5　（2）热　见解析
2.焦耳定律
（1）公式Q＝I2Rt中各量及其单位。
I表示电流，单位是安培（A）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；t表示时间，单位是秒（s）；Q表示热量，单位是焦耳（J）。
1 J＝1 A2×1 Ω×1 s
（2）推导焦耳定律。
若电流做的功全部用来产生热量，即Q＝W
因为电功W＝UIt，根据欧姆定律U＝IR，所以Q＝W＝UIt＝I2Rt。
3.电功与电热
（1）电功与电热的区别：电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
（2）电功与电热的联系。
①纯电阻电路（如电炉、电热器、电熨斗等电路）。
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于电流做的功（消耗的电能），即Q＝W，所以Q放＝W总＝Pt＝UIt＝＝I2Rt。
②非纯电阻电路。
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其他形式的能量，只有一部分转化为内能。此时电能＝内能＋机械能，所以内能小于电能。例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt ＝Q机械能＋Q热量，电热小于电功。
4.电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用条件
项目 电功 电功率 焦耳定律 适用条件
基本 公式 W＝UIt P＝＝UI Q＝I2Rt 普遍 适用
推导 公式 W＝t＝ I2Rt P＝＝ I2R Q＝t＝ UIt 纯电阻 电路 Q＝W
【典例2】有一直流电动机，当其两端电压为1 V时不转，通过线圈的电流为2 A；当其两端电压为10 V时正常转动，通过线圈的电流为1 A，当它正常工作1 min后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，输出的机械能为多少？
解　这台电动机正常工作时，1 min消耗的电能
W＝UIt＝10 V×1 A×60 s＝600 J
由I＝得，这台电动机线圈的电阻
R＝＝＝0.5 Ω
正常工作1 min线圈中产生的热量
Q＝I2Rt ＝（1 A）2×0.5 Ω×60 s＝30 J
输出的机械能
W机械＝W－Q＝600 J－30 J＝570 J。
随堂练习
知识点一　电流的热效应
1.电热水器主要是利用电流的热效应工作的，下列电器与其工作原理不同的是（　A　）
A.洗衣机 B．电暖器
C.电饭锅 D．电水壶
2.如果电烙铁、电视机和电风扇上都标有“220 V　60 W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，则三个用电器产生的热量最多的是（　A　）
A.电烙铁 B．电视机
C.电风扇 D．一样多
3.（多选）如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反映密闭空气温度的变化，下列说法错误的是（　BD　）
A.该实验装置是为了探究导体产生的热量与电流的关系
B.将左边容器中的电阻丝换成10 Ω的电阻丝后，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C.通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
D.该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少的
【解析】两个容器中的电阻阻值相同，通过两个电阻的电流不同，所以该实验装置是为了探究导体产生的热量与电流的关系，故A正确；将左边容器中的电阻丝换成10 Ω的电阻丝后，则两个容器中的电阻阻值不同，通过两个电阻的电流也不同，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误；两个容器中的电阻阻值相同，通过左边容器中电阻的电流大于通过右边容器中电阻的电流，由Q＝I2Rt可知，通电一段时间后，左边容器中电阻产生的热量大于右边容器中电阻产生的热量，所以左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故C正确；该实验装置中U形管中液体的高度差反映电阻丝放出热量的多少，故D错误。 故选BD。
知识点二　焦耳定律
4.某款煎饼锅具有高温和低温两个挡位，如图是其内部简化电路图。当处于高温挡时，煎饼锅的加热功率为938 W，则R1＝　　　Ω；当处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1 A，通电1 min产生的热量为　　　　J。
【答案】51.6　13 200
5.（2024·新疆）如图所示的电路，定值电阻R1的阻值为10 Ω，定值电阻R2的阻值为20 Ω，闭合开关S后，电流表A的示数为0.10 A。求：
（1）电阻R1两端的电压；
（2）电源电压；
（3）整个电路在1 min内产生的热量。
【解】（1）分析电路可知，R1、R2串联，电流表测电路电流，则电阻R1两端的电压
U1＝IR1＝0.1 A×10 Ω＝1 V
（2）R2两端的电压
U2＝IR2＝0.1 A×20 Ω＝2 V
则电源电压
U＝U1＋U2＝1 V＋2 V＝3 V
（3）整个电路在1 min内产生的热量
Q＝W＝UIt
＝3 V×0.1 A×60 s＝18 J
知识点三　电热的利用和防止
6.明明发现连接电热水器的导线很短，而且比其他用电器的导线粗很多，这样可以防止因导线过热造成危害。下列同样属于防止电流热效应产生危害的实例是（　D　）
A.吹风机吹出热风能使头发速干
B.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
C.妈妈使用电熨斗熨衣服
D.电视机后盖利用小孔散热
7.电流的热效应有时对我们有益，我们可以利用它；有时对我们有害，我们需要及时散热。下列例子中属于利用电热的是（　A　）
A.电器长时间不用，要定时通电
B.电动机外壳有许多散热片
C.计算机内部装有小风扇
D.在家庭电路中，导线连接处往往比别处更容易发热
基础巩固
1.下列情况中，属于防止电热产生危害的是（　B　）
A.用电饭锅煮饭
B.电视机背后有散热窗
C.用电热水壶烧水
D.冬天用电取暖器取暖
2.额定电压相同的电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程中消耗的电能W和通电时间t的关系如图所示。关于这三个用电器，下列判断正确的是（　B　）
A.正常工作时，电热水壶比电烤箱消耗的电能多
B.正常工作时，电热水壶比电饭锅做功快
C.正常工作3 min，电流通过电烤箱做的功最多
D.在一个月内，电饭锅消耗的电能一定最少
【解析】由图像知额定电压相同的电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程中，在相同时间内，电热水壶消耗的电能最多，电烤箱其次，电饭锅消耗的电能最少， 根据W＝Pt知电热水壶的功率最大、电烤箱其次、电饭锅功率最小。由Q＝W＝Pt可知，正常工作的时间未知，无法比较产生热量的多少，故A错误；由上面的分析知，正常工作时，电热水壶比电饭锅功率大，即电热水壶比电饭锅做功快，故B正确；正常工作过程中，电热水壶的功率最大、电烤箱其次、电饭锅功率最小，根据W＝Pt可知正常工作3 min，电流通过电热水壶做的功最多，故C错误；在一个月内，因不知道通电时间关系，无法比较它们消耗的电能的多少，故D错误。故选B。
3.如图所示，串联的两电阻丝（R1【答案】相等　B　能
4.如图所示电路，电源电压恒为5 V，当开关S1闭合后，电压表示数为3 V，电流表A1的示数为0.4 A，通电1 min电阻R2产生的热量为　　　　 J；若将两个开关同时闭合，电阻R1产生的热量为　　　　 J。
【答案】48　0
【解析】根据电路图可知，开关S1闭合后，R1、R2串联，A1测电路的电流，电压表测R1两端的电压，根据串联电路的电压规律可知，R2两端的电压U2＝U－U1＝5 V－3 V＝2 V，则通电1 min电阻R2产生的热量Q＝U2It＝2 V×0.4 A×1×60 s＝48 J；当S1、S2同时闭合，电流表相当于导线，则R1被短路，产生的热量为0 J。
5.在美丽乡村工程建设中，许多乡村进行了输电线路的改造，将原来细的铝质输电线换成较粗的铝质输电线。请你运用学过的知识分析输电线将细铝线换成粗铝线的原因。
【解】输电线将细铝线换成粗铝线，即在导体的材料、长度一定时，增大横截面积，可以减小输电线路的电阻，由Q＝I2Rt可知，当电流、通电时间一定时，减小导线的电阻可以减小导线上产生的热量，即可以有效地减少输电线上的能量损耗。
能力达标
6.两个定值电阻的图像如图所示，下列分析正确的是（　D　）
A.当两电阻两端电压为0 V时，通过的电流为0 A，其阻值都为0 Ω
B.甲在电路中对电流的阻碍作用比乙在电路中对电流的阻碍作用大
C.将两电阻并联接在2 V的电源两端时，电路总电阻为15 Ω
D.当乙电阻两端电压为2.5 V时，其20 s内产生的热量为12.5 J
【解析】导体的电阻是导体本身的一种性质，与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，跟导体两端的电压和通过导体的电流无关，所以当两电阻两端电压为0 V 时，通过的电流为0 A，其阻值不为0，故A错误；导体对电流是有阻碍作用的，同等情况下，对电流的阻碍作用越小，通过的电流越大，由图像可知， 甲、乙两端的电压相等时，通过甲的电流比通过乙的电流大，说明甲对电流的阻碍作用小，乙对电流的阻碍作用大，故B错误；将甲和乙并联，若电源电压为2 V，根据并联电路的电压特点可知两电阻两端的电压均为2 V，由图像可知，I甲＝0.4 A，I乙＝0.2 A，由并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知，干路电流I＝I甲＋ I乙＝0.4 A＋0.2 A＝0.6 A，电路总电阻为R＝＝≈3.3 Ω，故C错误；乙的电阻为R乙＝＝＝10 Ω，当乙电阻两端电压为2.5 V时，其20 s内产生的热量为Q＝t＝×20 s＝12.5 J，故D正确。故选D。
7.如图甲所示电路中，灯泡L标有“6 V3 W”字样，S为单刀双掷开关。电源电压为12 V且保持不变，电阻R2的阻值为20 Ω，图乙是灯泡L的U?I图像。
（1）当S接a时，灯泡L恰能正常发光，R1的阻值为　　　　Ω。
（2）当S接b时，电阻R2通电1 min产生的热量为　　　　J。
（3）S接a与S接b两种情况下，电路消耗的总功率之比为　　　　。
【答案】（1）12　（2）192　（3）5∶4
【解析】（1）当S接a时，电阻R1与灯泡L串联，灯泡L正常发光时的电压为6 V，功率为3 W，串联电路中各处的电流相等，根据欧姆定律可得，电路中的电流
I＝IL＝＝＝0.5 A
串联电路中的总电压等于各分电压之和，R1两端的电压
U1＝U－UL＝12 V－6 V＝6 V
此时电阻R1的阻值
R1＝＝＝12 Ω
（2）当S接b时，灯泡L和电阻R2串联，电源电压为12 V且保持不变，电阻R2的阻值为20 Ω，由图像可知，当电流为0.4 A时，灯泡两端电压为4 V，由串联电路电流的规律和欧姆定律得到定值电阻R2的电压
U2＝I′R2＝0.4 A×20 Ω＝8 V
灯泡和R2两端的电压之和为
4 V＋8 V＝12 V
与电源电压相等，故此时电路中的电流为I′＝0.4 A，电阻R2通电1 min产生的热量
Q＝I′2R2t＝（0.4 A）2×20 Ω×1×60 s＝192 J。
（3）S接a时，电路总功率
Pa＝UI＝12 V×0.5 A＝6 W
S接b时，电路总功率
Pb＝UI′＝12 V×0.4 A＝4.8 W
电路消耗的总功率之比
Pa∶Pb＝6 W∶4.8 W＝5∶4。
8.如图甲和乙所示是“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验，两透明容器中密封着等质量的空气，两容器中的电阻丝串联起来连接到电源两端，通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度差的变化。
（1）在该实验中，通过观察U形管中液面的　　　　 来反映电阻丝产生热量的多少，这种研究方法叫作　　　　 法。
（2）给透明容器中的电阻丝通电后，电阻丝的内能增大是通过　　　　 的方式改变的。
（3）在图甲中，通过两电阻丝的电流　　　　，该实验是探究电流通过导体产生的热量与导体的　　　　的关系。
（4）在图乙中，该实验是探究电流通过导体产生的热量与　　　　的关系，通电一段时间后，　　　　侧容器U形管液面高度差较大，这说明_____________
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【答案】（1）高度差　转换
（2）做功
（3）相等　电阻
（4）电流　左　在其他情况相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多
9.百善孝为先，丽丽将自己的压岁钱省下来给奶奶买了一个足浴盆。这款足浴盆工作时的简化电路如图所示，它有加热功能和按摩功能。电动机线圈电阻为4 Ω，加热电阻正常工作时电功率为1 kW，电源电压220 V稳定不变。
（1）启动按摩功能时，电动机启动，通过电动机线圈的电流为0.1 A，按摩20 min，电动机线圈产生的热量是多少？
（2）加热电阻正常工作时的电阻是多少？
【解】（1）电动机线圈产生的热量
Q＝I2Rt＝（0.1 A）2×4 Ω×20×60 s
＝48 J
（2）加热电阻正常工作时的电阻
R＝＝＝48.4 Ω
10.如图是某款两挡电热器的简化电路，R1、R2为阻值一定的电热丝，R1＝550 Ω，R2＝44 Ω。该电热器接入电压恒为220 V的电路中。求：
（1）低温挡时电热器的电功率；
（2）高温挡时，工作10 s产生的热量。
【解】根据P＝可知，当S1闭合、S2断开时，电路中仅R1工作，电热器处于低温挡；S1和S2闭合时，R1和R2并联，电热器处于高温挡。
（1）低温挡时，电路中只有R1工作，电功率
P1＝＝＝88 W
（2）高温挡时，电路中R1和R2并联，由并联电路中电压的规律知，R1和R2两端电压
U1＝U2＝U＝220 V
工作10 s产生的电热
　　Q＝t＋t
＝×10 s＋×10 s
＝11 880 J

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