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2.3电路中的电能知识点讲练（四）
常用电热器
【学习目标】
1、了解电热器的工作原理是电流的热效应。
熟记焦耳定律，分清纯电阻电路电热与电能的等量关系。
3、通过实验分析电热的影响因素。
4、运用焦耳定律完成电热、功率等综合计算。
一、电流的热效应
1、定义：电流通过各种导体时，会将电能转化为内能，使导体的温度升高，这种现象叫电流的热效应。
2、电流热效应的实质：电能转化为内能（热能）。
1、还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？
2、电流的热效应有什么利弊？
二、电热器
1、工作原理：电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。
2、电热器的主要组成部分：发热体
发热体的材料：电阻率大、熔点高的金属丝。
发热体的作用：电能→内能
3、电热器的优点：清洁、无污染，热效率高，便于控制和调节等。
电热器的缺点：容易引起火灾，存在安全隐患。
电热器产生的热的多少跟什么因素有关呢？
建立猜想：电流强弱（I）、电阻大小（R）、通电时间（t）
实验器材：煤油、电阻丝R甲、R乙、烧瓶上上插有玻璃管（或温度计）、开关、电源、电流表、导线、计时器、滑动变阻器等。
★为什么用煤油作为加热材料？
没有不导电，且煤油的比热容小，温度变化明显。
实验方法：控制变量法、转换法
（1）控制变量法：当甲、乙两电阻串联在电路中，控制电流大小相同，可以研究电热与电阻的关系。
（2)转换法：探究电流产生热量的多少，通常将其转换成液柱上升的高度来判断。
设计实验方案：
【活动1】控制电阻R、通电时间t 相同：研究电流I变化对电热Q的影响
【对比】电流的大小和液柱上升的高度
【结论1】电热丝的电阻和通电时间相同时，通过电热丝的电流越大，电热就越多。
【活动2】控制电流I、通电时间t相同：研究电阻R变化 对电热Q的影响
【对比】电阻的大小和液柱上升的高度
【结论2】通过电热丝的电流和通电时间相同时，电热丝的电组越大，电热就越多。
【活动3】控制电阻R、电流I 相同：研究时间t变化对电热Q的影响
【对比】通电时间的长短和液柱上升的高度
【结论3】在电阻Ｒ和电流Ｉ相同时，通电时间t越长电流产热Ｑ越多。
实验结论：1、在电流I和通电时间t相同时，电阻Ｒ越大电流产热Ｑ越多。
2、在电阻Ｒ和通电时间t相同时，电流Ｉ越大电流产热Ｑ越多。
3、在电阻Ｒ和电流Ｉ相同时，通电时间t越长电流产热Ｑ越多。
三、焦耳定律
1、内容：电流通过导体所产生的热量与电流的平方成正比，与这段导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
2、公式：Q=I2Rt（适合任何情况下的电热计算）
，（当电能全部转化成内能时，电热等于电功，电热计算式与电功计算式相同，即在纯电阻电路中的电热计算也可以用这两个公式）
（式中P为电热功率，如果P为电气功率，这个公式只在纯电阻电路中适用。）
注意：Q与R、I、t的单位“统一性”原则。
R、I、t 的单位分别为欧、安、秒
电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为能将电能全部转化成内能？
电熨斗：电能全部转化成内能。
电吹风机：电能转化成热能和机械能。
3、纯电阻电路与非纯电阻电路
【拓展】电热器具的“双档”与“多档”问题
1、电热器具通常涉及有“高温挡”和“低温挡”
根据P=U2/R可知，当U一定时，电阻越大时，电功率越小；电阻越小时，电功率越大。所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。
2、两挡的控制开关
（1）短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。当闭合开关S时，有一个电阻R2被短路，只有一个电阻R1工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡。
（2）并联式：两个电阻串联，当闭合开关S1时，只有一个电阻R1工作，此时为低温挡；当开关S1、S2都闭合时，两电阻并联，电阻小一些，电热器的功率大一些，此时为高温挡。
单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接附加电阻，如下图所示。
当开关掷向附加电阻的支路时(2与3连接），两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时（1与3；2与4连接），只有主要工作电阻工作（R2被短路），此时为高温挡。
（3）多挡问题：两个电阻串联时为低温1挡；单独使用一个电阻时为低温2挡；并联时为高温挡。
①两电阻并联：当S1闭合，S2与a连接，R1与R2并联，此时为高温挡。
②两电阻串联：当S1断开，S2与b连接，R1与R2串联，此时为低温挡。
③只使用一个电阻：当S1闭合，S2与b连接，只有电阻R1工作，电阻R2被短路，此时为低温挡。
【例题】电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S接通时，电饭煲处于加热状态，将锅内的水加热至烧开；当S断开时，电饭锅处于保温状态。R2是用来加热的电热丝，阻值为55欧，R1的电阻为145欧。
求（1）在加热状态下，电饭锅正常工作30分钟产生的热量？
（2）在保温状态下，电饭煲消耗的功率为多大？
解：(1) 在加热状态下，开关S接通，电路中只接入电热丝R2，
因此通过R2的电流：I=U/R2=220 伏/55 欧=4 安
根据焦耳定律，R2上产生的热量：
Q=I2R2t=(4 安)2×55 欧×30×60 秒=1.584×106 焦
在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2相串联，假设此时电路中的电流为I′，根据串联电路的电压特点：U=U1+U2=I′R1+I′R2
I′=U/(R1+R2)=220 伏/(145 欧+55 欧)=1.1 安
电饭锅消耗的功率：P′=UI′=220 伏×1.1 安=242 瓦
答：(1) 电饭锅正常工作30分钟产生的热量为1.584×106焦。
(2) 在保温状态下，电饭锅消耗的功率为242瓦。
上面这个问题还可以用什么方法来求解？
①电饭锅消耗的功率：P=（I′）2(R1+R2)=（1.1 安）2×(145 欧+55 欧)=242瓦
②电饭锅消耗的功率：P=U2/(R1+R2)=220V2/(145 欧+55 欧)=242瓦
例1：（2026中考 宁波二模）小科将金属箔剪成图示形状后接入电池，窄段ab先发热发红。已知ab与bc长度相等，则窄段相比宽段（ ）
A．电流较大 B．电压较小 C．产热较少 D．电功率较大
【答案】D
【详解】A、ab与bc两段金属箔串联在电路中，串联电路各处电流相等，因此窄段和宽段的电流大小相同，故A选项错误。
B、两段金属箔材料、长度均相同，窄段的横截面积更小，可知窄段的电阻大于宽段的电阻。
根据欧姆定律U=IR，电流I相同，窄段电阻R更大，因此窄段两端的电压更大，故B选项错误。
C、根据焦耳定律Q=I2Rt，相同时间内，电流I相同、电阻RR更大的窄段产生的热量更多，故C选项错误。
D、根据电功率公式P=I2R，电流I相同，窄段电阻R更大，因此窄段的电功率更大，故D选项正确。
故选：D。
例2：（2026九上 杭州月考）如图是探究焦耳定律的实验装置（R甲＞R乙），下列说法正确的是（ ）
A、两瓶中都装煤油，因为煤油的比热容大，实验现象明显
B、闭合开关后，甲烧瓶中温度计示数升高比乙烧瓶快
C、通过甲、乙两电阻丝的电流不同
D、该实验运用了控制变量法和类比法
【答案】B
【分析】电流通过导体产生的热量与电流大小、导体电阻、通电时间三个因素有关，研究单个因素对产热的影响时需控制另外两个因素不变，本实验中还通过温度计示数变化反映电阻丝产热多少，用到了转换法。
【详解】A、选择煤油做实验是因为煤油的比热容小，相同质量的煤油吸收相同热量时温度变化更显著，实验现象更明显，因此该选项说法错误。
B、实验中R1与R2串联，通过两者的电流和通电时间均相同，已知R1＞R2，根据焦耳定律公式Q=I2Rt可知，甲烧瓶中R1产生的热量更多，因此甲烧瓶中温度计示数升高更快，该选项说法正确。
C、串联电路中各处电流相等，因此通过甲、乙两电阻丝的电流相同，该选项说法错误。
D、实验中控制电流和通电时间相同，仅改变电阻大小，用到了控制变量法；将不易直接观测的产热多少转换为易观测的温度计示数变化，用到了转换法，没有用到类比法，因此该选项说法错误。
故选B。
例3：（2026九上 绍兴月考）如图电路电源电压为6V，电阻R的阻值是，闭合开关S，当电动机被卡住时，电流表的示数为0.5A；当电动机正常转动时，电流表的示数为0.2A，正常工作10s，电动机消耗的电能是_________J，线圈产生的热量是_________J。
【答案】88；0.80.8
【详解】本题电路为电动机与定值电阻RR串联，电流表测量电路中的电流，解题分两步进行：
1. 计算电动机消耗的电能：电动机正常转动时，电路电流I=0.2A，串联电路电流处处相等，先计算定值电阻R两端的电压： UR=IR=0.2A×10Ω=2V
电源电压U=6V，因此电动机两端的电压： UM=U UR=6V 2V=4V
正常工作t=10s，电动机消耗的电能为总电功，由W=UIt得：
W=UMIt=4V×0.2A×10s=8J
2. 计算线圈产生的热量： 电动机被卡住时为纯电阻用电器，此时电路电流I′=0.5A，由欧姆定律得电路总电阻： R总=U/I′=6V/0.5A=12Ω
因此电动机线圈的电阻： RM=R总 R=12Ω 10Ω=2Ω
电动机正常转动时，线圈产生的热量由焦耳定律Q=I2Rt得：
Q=I2RMt=(0.2A)2×2Ω×10s=0.8J
例4：（2026九上 宁波期末）如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气．
（1）实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较__________。
（2）甲装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，通电一段时间后，__________（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。
（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是__________。
（4）如果乙装置中R3发生了断路，保证通电时间相同，与步骤（3）相比较，则左侧U型管中液面的高度差将__________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】(1) U形管中液面高度差的变化 (2) 右 (3) 使通过R 和R 的电流不相等（或：分流，使通过右侧容器内电阻的电流小于左侧） (4) 变小
【详解】(1)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映；
(2)甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流与通电时间相同，电阻不同，可探究电流产生的热量与电阻的关系；
左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻由可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，则右侧型管中液面的高度差大；
(3)图乙的装置在实验中右侧容器的外部将一个完全相同的电阻和这个容器内的电阻并联再接入原电路使通过左边容器中电阻的电流与通过右边容器中电阻的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系；
(4)当乙装置中R3发生了断路时，电路中只有R1和R2串联，此时电路中的总电阻变大，电路中电流变小，根据焦耳定律Q=I2Rt在相同时间内，电流通过电阻丝产生热量变少与步骤(3)相比较，则左侧型管中液面的高度差将变小。
例5：（2026九上 台州期末）小科家购买了一只电中药壶，其铭牌如图甲所示，内部电路简化如图乙。R1、R2为发热电阻，S为旋转开关，a、b、c、d为触点，通过旋转可切换“关”“低温挡”“高温挡”。正常工作时先使用高温档将中药煮沸，再转用低温档慢熬。
（1）低温挡加热时，开关S应旋转至触点 ___________（选填“ab”、“bc”或“cd”）。
（2）求发热电阻R2的阻值。
（3）某次煎药总用时1.5小时，电功率与加热时间关系如图丙所示，本次煎药共消耗多少电能？
【答案】(1) bc
(2) 发热电阻R2的阻值为363Ω
(3) 本次煎药共消耗电能0.3kW h
【详解】(1) 电源电压恒定，根据电功率公式P=U2/R，电阻越大，电路总功率越小。开关S接ab时电路断路，为“关”挡位；接bc时R1、R2串联，总电阻最大，总功率最小，对应低温挡；接cd时R2被短路，仅R1接入电路，总电阻最小，总功率最大，对应高温挡。
(2) 高温挡仅R1工作，先计算R1的阻值：
R1=U2/P高=(220V)2/400W=121Ω
低温挡R1、R2串联，先计算串联总电阻：
R总=U2/P低=(220V)2/100W=484Ω
根据串联电路电阻规律，R2的阻值为：
R2=R总 R1=484Ω 121Ω=363Ω
(3) 由图丙可知，高温挡工作时间t1=0.5h，对应功率P高=400W=0.4kW；低温挡工作时间t2=1.5h 0.5h=1h，对应功率P低=100W=0.1kW。根据电能公式W=Pt，总消耗电能为两个挡位消耗电能之和：
W总=W高+W低=P高t1+P低t2=0.4kW×0.5h+0.1kW×1h=0.3kW h
1、（2026九上 温州月考）下列电器工作时，主要利用电流热效应的是（　　）
A．电热毯 B．电视机 C．电风扇 D．电冰箱
【答案】A
【详解】
A．电热毯把电能转化内能，是利用电流的热效应工作的，故A符合题意。
B．电视机工作时把电能主要转化为光能与声能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D．电冰箱工作时电能主要驱动压缩机工作转化为 机械能 以实现制冷循环，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
故选A。
2、（2026九上 杭州月考）下列有关家用电器的说法中，合理的是（ ）
A、电能的单位是W
B、单独把电扇接入电路时，1h耗电约为1kW h
C、“PZ220–40”灯泡比“PZ220–60”的灯泡的电阻大
D、“220V；1500W”的空调和电炉正常工作1h产生的热量一样多
【答案】C
【详解】A、电能的单位是kW h（度），W是电功率的单位，因此A说法不合理；
B、电扇的功率一般在几十瓦左右，根据W=PtW=Pt，单独把电扇接入电路时，1h耗电约为0.05kW×1h=0.05kW h，远小于1kW h，因此B说法不合理；
C、根据电功率公式P=U2R（U为额定电压，相同），额定功率越小，电阻越大，“PZ220–40”的额定功率40W小于“PZ220–60”的额定功率60W，所以“PZ220–40”灯泡的电阻更大，因此C说法合理；
D、空调工作时主要将电能转化为机械能和内能，电炉工作时电能全部转化为内能，由Q=W=Pt可知，相同功率和工作时间下，电炉产生的热量等于消耗的电能，空调产生的热量小于消耗的电能，因此二者产生的热量不一样多，D说法不合理。
故选C。
3、（2026九上 杭州期末）用如图装置探究影响电流热效应的因素，甲、乙、丙三个相同的容器均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1=R3=5Ω，R2=10Ω，下列说法中正确的是（　　）
A、探究电流热效应与电流的关系应选择R2和R3进行比较
B、闭合开关后，R1和R3的电功率之比是1：3
C、闭合开关后，相同时间内烧瓶中温度计示数的变化量：甲＜乙＜丙
D、比较物质的比热容只需将某一瓶煤油换成等质量的水
【答案】C
【分析】由装置图可知：R1与R2串联后，再与R3并联。串联电路中电流相等，并联电路中各支路电压相等。且R1=R3=5Ω，R2=10Ω。
【详解】A、探究电流热效应与电流的关系时，需控制电阻和通电时间相同，改变电流。R1与R3电阻相等（均为5Ω），但R1在串联支路，R3在并联支路，通过二者的电流不同，符合控制变量要求。R2与R3电阻不同，无法探究电流的影响。
B、设并联电路两端的电压为U。串联支路的总电阻R串=R1+R2=5Ω+10Ω=15Ω，
该支路电流I1=I2=U/15Ω。R3支路的电流I3=U/5Ω。
R1的电功率P1=I21R1=(U/15Ω)2×5Ω=U2/45Ω。
R3的电功率P3=I23R3=(U/5Ω)2×5Ω=U2/5Ω。
则功率比P1:P3=U2/45Ω:U2/5Ω=1:9，不是1:3。
C、电流产生的热量Q=I2Rt，相同时间内，热量变化会使煤油温度变化（Δt与Q成正比）。
比较甲（R1）和乙（R2）：二者串联，I1=I2，t相同，R1＜R2，由Q=I2Rt得Q1＜Q2，
故Δt甲＜Δt乙。
比较甲（R1）和丙（R3）：R1=R3，t相同，I1＜I3，由Q=I2Rt得Q1＜Q3，故Δt甲＜Δt丙。
比较乙（R2）和丙（R3）：Q2=I22R2t=(U/15Ω)2×10×t=2U2t/45，Q3=I23R3t=(U/5Ω)2×5×t=9U2t/45，显然Q2＜Q3，故Δt乙＜Δt丙。
综上可得Δt甲＜Δt乙＜Δt丙。
比较物质的比热容，需控制吸收的热量相同、质量相同，改变物质种类。该电路中，若只换一瓶煤油为水，电阻丝产生的热量不一定相同（电流、电阻可能不同），无法保证水和煤油吸收的热量相同。正确做法为：用相同的电阻丝，保证相同时间产生相同热量，再将其中一瓶煤油换成等质量的水。
故选C。
4、（2026九上 嘉兴期中）有两个用电器，一个是“220V；100W”的电风扇，另一个是“220V；100W”的电熨斗，在额定电压下工作相同的时间，这两个用电器消耗的电能_______（填“电风扇多”“电熨斗多”或“一样多”），产生的热量_______（填“电风扇多”“电熨斗多”或“一样多”）。
【答案】一样多；电熨斗多。
【详解】已知两个用电器的额定电功率相同，由P=W/t变形W=Pt可知，在额定电压下工作相同的时间，这两个用电器消耗的电能一样多；
电风扇把电能主要转化为机械能，电熨斗把电能转化为内能，综上分析，电熨斗产生的热量最多。
5、（2026九上 宁波月考）一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，通过线圈的电流为10A。这台电动机正常工作时，10s消耗的电能为_________J，产生的热量为_________J，该电动机的效率为_________。
【答案】38000；2000；94.7%
【详解】
[1]电动机消耗的电能
W电=UIt=380V×10A×10s=38000J
[2]产生的热量为
Q=I2Rt=(10A)2×2Ω×10s=2000J
[3]电动机转化成的机械能
W机械=W电-Q
所以电动机的效率
η=W机/W电×100%=36000J/38000J×100%≈94.7%
6、（2026九上 金华月考）如图所示为探究电流通过导体产生的热量与__________关系的实验装置，实验中用U形管内液面的__________来反映导体产生热量的多少。通电一段时间后，容器__________（填“甲”或“乙”）内电阻丝产生的热量较多。
【答案】电阻大小；高度差；乙
【详解】图中两电阻丝串联，通过它们的电流I和通电时间t相同，但电阻阻值不同（通常甲为5Ω，乙为10Ω，或类似不等阻值）。因此，该装置旨在探究电流通过导体产生的热量与 电阻大小 的关系。
电流通过电阻丝产生热量，使容器内空气受热膨胀，压强增大，从而推动U形管内的液体。产生的热量越多，空气膨胀越厉害，U形管两侧液面的 高度差 就越大。这种方法在物理学中称为“转换法”。
在串联电路中，电流处处相等。根据焦耳定律Q=I2Rt，在电流I和时间t相同的情况下，电阻R越大，产生的热量Q越多。
7、（2026九上 杭州期末）为探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”，小科进行了如下实验：
实验1：组装如图甲所示装置（气密性良好），并接到电压恒为6V的电源上，通电1分钟。其中密封容器A、B中各有一段10Ω的电阻丝、等量的空气，容器顶端各连通一个装水的U形管（管内封闭等量的空气且水面相平），R是与B中电阻丝并联的10Ω的定值电阻。
实验2：断开实验1中电路，R放入封闭容器B中，仍与B中电阻丝并联，如图乙所示。待装置冷却后，再次通电1分钟。
小科进行实验1是为了探究电流通过导体产生的热量与______是否有关。
（2）在实验2中，小科发现与B连通的U形管液面高度比A小。小科得出的实验结论应为______。
（3）为了实现在相同实验时间内获得更明显的高度差，小科可以做如下哪个改进______。
A．选用更细的U形管 B．向密封容器中注水
【答案】（1）电流
（2）在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多
（3）A
【详解】(1) 实验1中，容器A、B内的电阻丝阻值均为10Ω10Ω，通电时间一致，A中电阻丝串联在干路，B中电阻丝与10Ω10Ω的定值电阻RR并联，因此通过A中电阻丝的电流大于通过B中电阻丝的电流，实验控制电阻和通电时间不变，仅改变电流大小，目的是探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。
(2) 实验2中，RR放入B容器与原有10Ω10Ω电阻丝并联，B容器内总电阻为5Ω5Ω，A容器内电阻为10Ω10Ω，两容器的电阻串联接入电路，因此通过两容器电阻的电流、通电时间均相同，B的总电阻更小，对应U形管液面高度差更小，说明产生的热量更少。
(3) 相同体积的空气受热膨胀时，进入U形管的水的体积相同，若U形管更细，液面上升的高度更大，实验现象更明显；若向密封容器中注水，容器内封闭的空气体积减小，相同热量下空气膨胀的体积变化对应的液面高度差更小，实验现象更不明显。
8、（2026九上 金华期中）科学兴趣小组用如图甲所示装置探究“电阻丝产生的热量与什么因素有关”的实验。两个完全相同的烧瓶内装有等量的煤油，瓶内连接的电阻丝的阻值分别为5欧和10欧，A、B是相同的玻璃管，管内初始液面位置相同。闭合开关，每隔1分钟记录液面上升的高度，多次实验处理结果如图乙。
（1）除电流表外，本实验中还需要用到的测量工具有 ___________。
（2）实验中通过 ____________（选填“加热时间”或“玻璃管内液面的变化”）来反映电阻丝产生热量的多少。
（3）分析图乙，可得出的结论是 ____________。
（4）小明经过调查发现：常温下，空气的比热容是煤油比热容的二分之一，空气的比热容会随温度的变化而变化。小明建议用空气代替煤油进行实验，装置如图丙。你是否赞同小明的建议并说明理由 _______。
【答案】(1) 秒表（或计时器）、刻度尺 ；(2) 玻璃管内液面的变化 ；(3) 在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，产生的热量越多 ；(4) 不赞同；空气比热容虽小但质量极小且易受温度变化导致比热容改变，同时空气流动性强、密封要求极高，易漏气导致实验误差大，煤油更利于稳定定量观测 。
【详解】（1） 测量工具 ：实验需记录“每隔1分钟”的时间数据，故需 秒表 ；需测量“液面上升高度”，故需 刻度尺 。
（2） 转换法应用 ：热量无法直接观测，通过煤油受热膨胀引起 玻璃管内液面高度变化 间接反映产热多少。
（3） 结论推导 ：两电阻串联（电流I、时间t相同），R2=10Ω>R1=5Ω，图乙显示大电阻对应液面上升更高，故得上述结论。
（4） 方案评价 ：虽空气比热容小升温快，但其 质量远小于煤油 、 比热容随温度非线性变化 、 气体易泄漏/对流散热快 ，会导致现象不稳定或定量失效，故不建议替换。
9、（2026九上 杭州期中）炫彩DIY拼豆深受小朋友喜爱，需要用到拼豆的成型专用熨斗，核心工作原理是利用电流的热效应，将电能转化为内能，通过发热板传递热量，使拼豆表面融化后粘连成型。图甲是某款专用熨斗，其内部简化电路如图乙所示，电源电压恒为220V，R1、R2为定值发热电阻丝，图丙是熨斗工作时电功率与时间的关系图像（0～20s为加热熔化阶段，20～45s为保温塑形阶段）。请结合上述原理和信息，完成下列问题：
（1）炫彩DIY拼豆从固态变为液态的物态变化是____________，该过程需要____________（选填“吸热”或“放热”）。
（2）由图像可知，熨斗加热熔化阶段的电功率为440W，求该阶段电路中的电流。
（3）求熨斗在本次工作45s时间内消耗的总电能。
【答案】(1) 熔化 ； 吸热（2）2A（3）13200J
【详解】（1）炫彩DIY拼豆从固态变为液态的物态变化是熔化，该过程需要吸热；
（2）加热阶段电流为 2A 。
已知U=220V，P热=440W
由P=UI得I=P/U=440W/220V=2A
（3）根据具体图像，前20s功率440W，后15s 功率280W（常见保温比例）：
加热耗能：W1=Pt=440W×20s=8800J
保温耗能：W2=Pt=280W×15s=4200J
总电能：W总=8800J+4200J=13000J
答：熨斗在本次工作45s时间内消耗的总电能为13200J。
10、（2026九上 温州月考）如图甲所示为某品牌空气炸锅，工作时电热丝将空气加热，利用高温空气代替食用油，通过高功率的风扇，使高温空气在密闭空间内形成循环热流，通过热流使食物迅速变熟，无油烹饪，更加健康。其内部简化加热电路如图乙所示，由发热电阻R1和R2组成，其中R1=50Ω，R2=200Ω；通过开关S、S1的通断可实现“高”“中”“低”三挡不同功率的切换。
（1）若要实现低温挡，则S1断开，S接___________（填“a”或“b”）。
（2）当S1闭合，S接b时，空气炸锅处于高温挡，求高温挡的加热功率。
（3）用此空气炸锅制作葡式蛋挞，需要预热到设定温度，再在设定温度下烤10-12分钟。若此空气炸锅的热效率为50%，某次制作100g葡式蛋挞，原料温度为20℃，设定的温度为170℃，请计算这次预热阶段消耗的电能[c蛋挞=3.7×103J/(kg ℃)]
【答案】（1）a（2）1210W（3）111000J
【详解】（1）低温挡的开关状态分析
电源电压U=220V不变，根据电功率公式P=U2/R，电路总电阻越大，功率越小（低温挡）。
当S1断开、S接a时，R1与R2串联，总电阻R串=R1+R2=50Ω+200Ω=250Ω
（串联电阻最大），此时功率最小，为低温挡。
（2）高温挡加热功率计算
当S1闭合、S接b时，R1与R2并联（并联电阻最小，功率最大，为高温挡）。
并联电阻计算公式：1/R并=1/R1+1/R2，代入数据得：
1/R并=1/50Ω+1/200Ω=1/40Ω
R并=40Ω
根据P=U2/R，高温挡功率：P高=(220V)2/40Ω=1210W
（3）消耗电能计算
不计热量损失时，电功全部转化为蛋挞的内能，即W=Q吸。
蛋挞吸收的热量：Q吸=cmΔt，其中c=3.7×103J/(kg ℃)，m=100g=0.1kgm，
Δt=170℃ 20℃=150℃，代入数据得：
Q吸=3.7×103J/(kg ℃)×0.1kg×150℃=55500J由W=P高t得加热时间：
W电=Q吸/η=55500J/50%=111000J。
11、（2026九上 绍兴月考）如图甲所示为某型号室内加热器，有高温和低温两个挡位，额定电压为220V，高温挡和低温挡的额定功率分别为1800W和1000W，简化电路如图乙所示。求：
（1）当开关S1、S2均闭合时，电加热器处于________（选填“高温挡”或“低温挡”）；
（2）电阻丝R2的阻值为多少？
（3）电加热器工作原理是利用________。
（4）在额定电压下，使用高温挡工作1h，电加热器消耗的电能是多少？
（5）关闭其他所有用电器，单独使用该加热器在低温挡工作15分钟观察到电能表表盘转动96转，此时加热器实际功率为多少？
【答案】(1) 高温挡 ；(2) 60.5Ω （指并联支路电阻R2）；(3) 电流的热效应 ；(4) 6.48×106J ；(5) 800W 。
【详解】（1）由图2可知，当开关S1、S2均闭合时，R1、R2并联，当开关S1闭合，S2断开时，只有R1工作；
根据并联电路的电阻特点可知，当开关S1、S2均闭合时，R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由P=U2/R可知，电路中的总功率最大，电加热器处于高温挡；
（2）当开关S1闭合，S2断开时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，电功率最小，电加热器处于低温挡；
由P=U2/R可知，电热丝R1的阻值：R1=U2/P低=（220V）2/1000W=48.4Ω；
（3）工作原理 ：电加热器利用电流通过导体产生热量，即 电流的热效应 ，将电能转化为内能。
由P=W/t可知，在额定电压下，使用高温挡工作1h，电加热器消耗的电能：W=P高t=2200W×1×3600s=7.92×106J；
（5）480r/（kW h），表示的是电路中每消耗1kW h的电能，电能表表盘转动480次，或者表示电能表转动1次，电路中消耗14801480kW h的电能，
表盘转动了96圈，则用电器消耗的电能：W=96×1/480kW h=0.2kW h，
工作时间：t=15min=0.25h，
则此时电加热器的实际功率：P=W/t=0.2kW h/0.25h=0.8kW=800W。
12、（2026九上 杭州期末）某滚筒洗衣机自带加热功能，其洗衣过程分“加热水”、“保温洗涤”、“脱水”三种状态，图乙是其简化电路图，其中电热丝R1、R2的阻值分别为24.2Ω和242Ω。
（1）当洗衣机处于脱水状态时，开关应置于 _____ （选填“1”、“2”或“3”）位置。
（2）该洗衣机脱水过程中消耗的电能主要转化为 _______ 能。
（3）洗衣机处于“加热水”状态（R1与R2并联）正常工作的功率为多少？
【答案】（1）3；（2）机械；（3）2200W。
【详解】（1）根据乙图可知，当开关位于1位置时，两个电阻并联，电阻最小，根据P=U2/R可知，此时加热功率最大，应该为加热水状态。
当开关S位于2位置时，电阻R2与电动机并联，此时既发热也洗涤，应该为保温洗涤状态；
当开关S位于3位置时，只有电动机工作，应该为脱水状态。
（2）该洗衣机脱水过中消耗的电能主要转化为机械能。
（3）洗衣机处于“加热水”状态，R1与R2并联，
根据并联电路的电压特点知，U1=U2=U=220V，
正常工作时，电阻R1电功率P1=U2/R1=（220V）2/24.2Ω=2000W；
正常工作时，电阻R1电功率P2=U2/R2=（220V）2/242Ω=200W；
电路的总功率P=P1+P2=2000W+200W=2200W。2.3电路中的电能知识点讲练（四）
常用电热器
【学习目标】
1、了解电热器的工作原理是电流的热效应。
熟记焦耳定律，分清纯电阻电路电热与电能的等量关系。
3、通过实验分析电热的影响因素。
4、运用焦耳定律完成电热、功率等综合计算。
一、电流的热效应
1、定义：电流通过各种导体时，会将电能转化为 ，使导体的温度 ，这种现象叫电流的热效应。
2、电流热效应的实质： 。
1、还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？
2、电流的热效应有什么利弊？
二、电热器
1、工作原理：电热器是利用 制成的加热设备。
2、电热器的主要组成部分：
发热体的材料： 的金属丝。
发热体的作用：电能→
3、电热器的优点：清洁、无污染，热效率高，便于控制和调节等。
电热器的缺点：容易引起火灾，存在安全隐患。
电热器产生的热的多少跟什么因素有关呢？
建立猜想： （I）、 （R）、 （t）
实验器材：煤油、电阻丝R甲、R乙、烧瓶上上插有玻璃管（或温度计）、开关、电源、电流表、导线、计时器、滑动变阻器等。
★为什么用煤油作为加热材料？
实验方法：控制变量法、
（1）控制变量法：当甲、乙两电阻串联在电路中，控制 相同，可以研究电热与电阻的关系。
（2)转换法：探究电流产生热量的多少，通常将其转换成 来判断。
设计实验方案：
【活动1】控制电阻R、通电时间t 相同：研究电流I变化对电热Q的影响
【对比】电流的大小和
【结论1】
【活动2】控制电流I、通电时间t相同：研究电阻R变化 对电热Q的影响
【对比】电阻的大小和
【结论2】
【活动3】控制电阻R、电流I 相同：研究时间t变化对电热Q的影响
【对比】通电时间的长短和
【结论3】
实验结论：1、在电流I和通电时间t相同时，电阻Ｒ越大电流产热Ｑ越多。
2、在电阻Ｒ和通电时间t相同时，电流Ｉ越大电流产热Ｑ越多。
3、在电阻Ｒ和电流Ｉ相同时，通电时间t越长电流产热Ｑ越多。
三、焦耳定律
1、内容： 。
2、公式：Q= （适合任何情况下的电热计算）
，（当电能全部转化成内能时，电热等于电功，电热计算式与电功计算式相同，即在纯电阻电路中的电热计算也可以用这两个公式）
（式中P为电热功率，如果P为电气功率，这个公式只在纯电阻电路中适用。）
注意：Q与R、I、t的单位“统一性”原则。
R、I、t 的单位分别为欧、安、秒
电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为能将电能全部转化成内能？
电熨斗：
电吹风机：
3、纯电阻电路与非纯电阻电路
【拓展】电热器具的“双档”与“多档”问题
1、电热器具通常涉及有“高温挡”和“低温挡”
根据 可知，当U一定时，电阻越大时，电功率越 ；电阻越小时，电功率越 。所以高温挡总电阻 ，低温挡总电阻 。
2、两挡的控制开关
（1）短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。当闭合开关S时，有一个电阻R2被短路，只有一个电阻R1工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡。
（2）并联式：两个电阻串联，当闭合开关S1时，只有一个电阻R1工作，此时为低温挡；当开关S1、S2都闭合时，两电阻并联，电阻小一些，电热器的功率大一些，此时为高温挡。
单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接附加电阻，如下图所示。
当开关掷向附加电阻的支路时(2与3连接），两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时（1与3；2与4连接），只有主要工作电阻工作（R2被短路），此时为高温挡。
（3）多挡问题：两个电阻串联时为低温1挡；单独使用一个电阻时为低温2挡；并联时为高温挡。
①两电阻并联：当S1闭合，S2与a连接，R1与R2并联，此时为高温挡。
②两电阻串联：当S1断开，S2与b连接，R1与R2串联，此时为低温挡。
③只使用一个电阻：当S1闭合，S2与b连接，只有电阻R1工作，电阻R2被短路，此时为低温挡。
【例题】电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S接通时，电饭煲处于加热状态，将锅内的水加热至烧开；当S断开时，电饭锅处于保温状态。R2是用来加热的电热丝，阻值为55欧，R1的电阻为145欧。
求（1）在加热状态下，电饭锅正常工作30分钟产生的热量？
（2）在保温状态下，电饭煲消耗的功率为多大？
上面这个问题还可以用什么方法来求解？
①电饭锅消耗的功率：
②电饭锅消耗的功率：
例1：（2026中考 宁波二模）小科将金属箔剪成图示形状后接入电池，窄段ab先发热发红。已知ab与bc长度相等，则窄段相比宽段（ ）
A．电流较大 B．电压较小 C．产热较少 D．电功率较大
例2：（2026九上 杭州月考）如图是探究焦耳定律的实验装置（R甲＞R乙），下列说法正确的是（ ）
A、两瓶中都装煤油，因为煤油的比热容大，实验现象明显
B、闭合开关后，甲烧瓶中温度计示数升高比乙烧瓶快
C、通过甲、乙两电阻丝的电流不同
D、该实验运用了控制变量法和类比法
例3：（2026九上 绍兴月考）如图电路电源电压为6V，电阻R的阻值是，闭合开关S，当电动机被卡住时，电流表的示数为0.5A；当电动机正常转动时，电流表的示数为0.2A，正常工作10s，电动机消耗的电能是_________J，线圈产生的热量是_________J。
例4：（2026九上 宁波期末）如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气．
（1）实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较__________。
（2）甲装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，通电一段时间后，__________（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。
（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是__________。
（4）如果乙装置中R3发生了断路，保证通电时间相同，与步骤（3）相比较，则左侧U型管中液面的高度差将__________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
例5：（2026九上 台州期末）小科家购买了一只电中药壶，其铭牌如图甲所示，内部电路简化如图乙。R1、R2为发热电阻，S为旋转开关，a、b、c、d为触点，通过旋转可切换“关”“低温挡”“高温挡”。正常工作时先使用高温档将中药煮沸，再转用低温档慢熬。
（1）低温挡加热时，开关S应旋转至触点 ___________（选填“ab”、“bc”或“cd”）。
（2）求发热电阻R2的阻值。
（3）某次煎药总用时1.5小时，电功率与加热时间关系如图丙所示，本次煎药共消耗多少电能？
1、（2026九上 温州月考）下列电器工作时，主要利用电流热效应的是（　　）
A．电热毯 B．电视机 C．电风扇 D．电冰箱
2、（2026九上 杭州月考）下列有关家用电器的说法中，合理的是（ ）
A、电能的单位是W
B、单独把电扇接入电路时，1h耗电约为1kW h
C、“PZ220–40”灯泡比“PZ220–60”的灯泡的电阻大
D、“220V；1500W”的空调和电炉正常工作1h产生的热量一样多
3、（2026九上 杭州期末）用如图装置探究影响电流热效应的因素，甲、乙、丙三个相同的容器均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1=R3=5Ω，R2=10Ω，下列说法中正确的是（　　）
A、探究电流热效应与电流的关系应选择R2和R3进行比较
B、闭合开关后，R1和R3的电功率之比是1：3
C、闭合开关后，相同时间内烧瓶中温度计示数的变化量：甲＜乙＜丙
D、比较物质的比热容只需将某一瓶煤油换成等质量的水
4、（2026九上 嘉兴期中）有两个用电器，一个是“220V；100W”的电风扇，另一个是“220V；100W”的电熨斗，在额定电压下工作相同的时间，这两个用电器消耗的电能_______（填“电风扇多”“电熨斗多”或“一样多”），产生的热量_______（填“电风扇多”“电熨斗多”或“一样多”）。
5、（2026九上 宁波月考）一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，通过线圈的电流为10A。这台电动机正常工作时，10s消耗的电能为_________J，产生的热量为_________J，该电动机的效率为_________。
6、（2026九上 金华月考）如图所示为探究电流通过导体产生的热量与__________关系的实验装置，实验中用U形管内液面的__________来反映导体产生热量的多少。通电一段时间后，容器__________（填“甲”或“乙”）内电阻丝产生的热量较多。
7、（2026九上 杭州期末）为探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”，小科进行了如下实验：
实验1：组装如图甲所示装置（气密性良好），并接到电压恒为6V的电源上，通电1分钟。其中密封容器A、B中各有一段10Ω的电阻丝、等量的空气，容器顶端各连通一个装水的U形管（管内封闭等量的空气且水面相平），R是与B中电阻丝并联的10Ω的定值电阻。
实验2：断开实验1中电路，R放入封闭容器B中，仍与B中电阻丝并联，如图乙所示。待装置冷却后，再次通电1分钟。
小科进行实验1是为了探究电流通过导体产生的热量与______是否有关。
（2）在实验2中，小科发现与B连通的U形管液面高度比A小。小科得出的实验结论应为______。
（3）为了实现在相同实验时间内获得更明显的高度差，小科可以做如下哪个改进______。
A．选用更细的U形管 B．向密封容器中注水
8、（2026九上 金华期中）科学兴趣小组用如图甲所示装置探究“电阻丝产生的热量与什么因素有关”的实验。两个完全相同的烧瓶内装有等量的煤油，瓶内连接的电阻丝的阻值分别为5欧和10欧，A、B是相同的玻璃管，管内初始液面位置相同。闭合开关，每隔1分钟记录液面上升的高度，多次实验处理结果如图乙。
（1）除电流表外，本实验中还需要用到的测量工具有 ___________。
（2）实验中通过 ____________（选填“加热时间”或“玻璃管内液面的变化”）来反映电阻丝产生热量的多少。
（3）分析图乙，可得出的结论是 ____________。
（4）小明经过调查发现：常温下，空气的比热容是煤油比热容的二分之一，空气的比热容会随温度的变化而变化。小明建议用空气代替煤油进行实验，装置如图丙。你是否赞同小明的建议并说明理由 _______。
9、（2026九上 杭州期中）炫彩DIY拼豆深受小朋友喜爱，需要用到拼豆的成型专用熨斗，核心工作原理是利用电流的热效应，将电能转化为内能，通过发热板传递热量，使拼豆表面融化后粘连成型。图甲是某款专用熨斗，其内部简化电路如图乙所示，电源电压恒为220V，R1、R2为定值发热电阻丝，图丙是熨斗工作时电功率与时间的关系图像（0～20s为加热熔化阶段，20～45s为保温塑形阶段）。请结合上述原理和信息，完成下列问题：
（1）炫彩DIY拼豆从固态变为液态的物态变化是____________，该过程需要____________（选填“吸热”或“放热”）。
（2）由图像可知，熨斗加热熔化阶段的电功率为440W，求该阶段电路中的电流。
（3）求熨斗在本次工作45s时间内消耗的总电能。
10、（2026九上 温州月考）如图甲所示为某品牌空气炸锅，工作时电热丝将空气加热，利用高温空气代替食用油，通过高功率的风扇，使高温空气在密闭空间内形成循环热流，通过热流使食物迅速变熟，无油烹饪，更加健康。其内部简化加热电路如图乙所示，由发热电阻R1和R2组成，其中R1=50Ω，R2=200Ω；通过开关S、S1的通断可实现“高”“中”“低”三挡不同功率的切换。
（1）若要实现低温挡，则S1断开，S接___________（填“a”或“b”）。
（2）当S1闭合，S接b时，空气炸锅处于高温挡，求高温挡的加热功率。
（3）用此空气炸锅制作葡式蛋挞，需要预热到设定温度，再在设定温度下烤10-12分钟。若此空气炸锅的热效率为50%，某次制作100g葡式蛋挞，原料温度为20℃，设定的温度为170℃，请计算这次预热阶段消耗的电能[c蛋挞=3.7×103J/(kg ℃)]
11、（2026九上 绍兴月考）如图甲所示为某型号室内加热器，有高温和低温两个挡位，额定电压为220V，高温挡和低温挡的额定功率分别为1800W和1000W，简化电路如图乙所示。求：
（1）当开关S1、S2均闭合时，电加热器处于________（选填“高温挡”或“低温挡”）；
（2）电阻丝R2的阻值为多少？
（3）电加热器工作原理是利用________。
（4）在额定电压下，使用高温挡工作1h，电加热器消耗的电能是多少？
（5）关闭其他所有用电器，单独使用该加热器在低温挡工作15分钟观察到电能表表盘转动96转，此时加热器实际功率为多少？
12、（2026九上 杭州期末）某滚筒洗衣机自带加热功能，其洗衣过程分“加热水”、“保温洗涤”、“脱水”三种状态，图乙是其简化电路图，其中电热丝R1、R2的阻值分别为24.2Ω和242Ω。
（1）当洗衣机处于脱水状态时，开关应置于 _____ （选填“1”、“2”或“3”）位置。
（2）该洗衣机脱水过程中消耗的电能主要转化为 _______ 能。
（3）洗衣机处于“加热水”状态（R1与R2并联）正常工作的功率为多少？

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