资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十八章 电功率
专题40 焦耳定律
物理观念：能通过实验,认识电流的热效应,了解焦耳定律,能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题,知道电流热效应的危险性。
科学思维：能用控制变量法设计实验,能通过推理得到结论,能利用证据证明自己的观点,能对他人的观点提出有依据的质疑。能依据焦耳定律向他人说明安全用电的重要性。
科学探究: 能完成“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验,有进行安全实验操作的行为规范,能陈述观点,听取意见。
科学态度与责任：知道提高效率的意义;能主动关注现代生活中的用电安全问题,具有安全用电的自觉行为。有引导他人安全用电的责任感与使命感。
贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1. 认识电流的热效应，了解焦耳定律，能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象，分析解决简单的实际问题。
2. 结合电功的表达式和欧姆定律推导焦耳定律的表达式，培养演绎推理能力。
3. 经历研究电热与电阻、电流关系的过程，体会实验中控制变量的方法，发展观察、分析、处理信息、得出结论的能力。
4. 通过学习电热的利用和防止，感悟辩证看待问题的方法，体会物理学对社会发展的推动作用。
本节课重点难点
重点：用焦耳定律分析解决相关的问题。
难点：定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。
知识点1 电流的热效应
1. 电流的热效应
【想一想】寻找以下用电器的共同特点：电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。
分析：这些用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在工作过程中，电能转化为内能。
【总结】电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
2. 探究影响电流热效应的因素
【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
【猜想及其依据】
①可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；
②可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。
③可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。
【设计实验】
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）
两个透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。两个容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
（2）实验原理
如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。图中，因为Δh右＞Δh左，所以电流通过右侧的电阻丝产生的热量多。
（3）研究方法
①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。
②转换法：通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
（4）实验器材：学生电源、焦耳定律演示器、电流表、滑动变阻器等。
为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
（5）实验记录表
实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h
左 右 左 右 左 右 左 右
1 相等 5 10 相等
2 大 小 相等 相等
【进行实验】
（1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系
如图所示，将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。
（2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系
在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同，I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。
（3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系
闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒内U形管液面高度差的变化大小。
【收集证据】
甲 乙
【分析论证】
（1）分析实验步骤（1）发现：在电流和通电时间相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
（2）分析实验步骤（2）发现：在电阻和通电时间相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
（3）分析实验步骤（3）发现，在电流和电阻相等时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
【实验结论】
（1）在电流相同、通电时间相同时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）在电阻相同、通电时间相同时，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
（3）在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
【交流讨论】
实验结束后，小红说她在一本书上看到用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。
【评价】该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。
烧瓶内有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。所以通过比较烧瓶内液体的温度可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。
（1）当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少。
（2）甲图中R1、R2两电阻串联，通过两电阻的电流相等，但两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系。
（3）乙图中R1、R2两电阻并联，甲、乙两装置中，电源电压相同，乙图中电阻R1两端的电压大于甲图中电阻R1两端的电压，则乙实验装置中通过电阻R1的电流大。所以由a、c（或b、d）可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。
知识点2 焦耳定律
1. 焦耳定律
英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。
（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）公式： Q = I2Rt
（3）公式中Q = I2Rt 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焦耳=1安2×1欧×1秒
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
可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
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= U2t/R=I2Rt
上述公式适用于纯电阻电路。
②非纯电阻电路
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，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（选填“大于”、“小于”或“等于”）。。
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 =W机械能＋Q热量，电热小于电功（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
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
知识点3 电热的利用
1. 电热的利用
生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
2. 电热的防止
电流的热量有时是有害的，应该及时解决。
①例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。
②电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。
③投影仪的散热方法：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。
不要混淆电功与电热的核心区别与联系
电路类型 能量转化 W与Q的关系 适用公式
纯电阻电路（电灯、电炉、定值电阻等） 电能全部转化为内能 Q：、、、； W：所有电功公式
非纯电阻电路（电动机、电风扇、充电器等） 电能→内能+其他形式能（机械能、化学能等） Q：仅； W：、（不能用、）
1.在利用焦耳定律求解计算题注意
（1）涉及的四个物理量要一一对应，简单来说就是导体的电阻为R，通过这个导体的电流为I，通电时间为t，则电流通过导体产生的热量为Q＝I2Rt
（2）公式中各个物理量的单位必须都得是国际单位，即电流I 的单位是安培（A）、电阻R的单位是欧姆（Ω）、时间t的单位是秒（s），则热量的单位是焦耳（J）。
考点1. 电流的热效应
【例题1】下图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A．洗衣机 B．路由器 C．电暖器 D．扫地机
【答案】C
【解析】A．洗衣机在工作时，主要是通过电动机带动内部的部件转动，从而实现洗涤、脱水等功能，其能量转化主要是电能转化为机械能，并非主要将电能转化为内能，所以洗衣机不是主要利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B．路由器的主要功能是进行数据的传输和处理，它工作时消耗电能，但并没有将电能主要转化为内能，而是用于维持其内部电路的正常运行以及信号的发射和接收等，所以路由器不是主要利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．电暖器工作时，电流通过其内部的发热元件，发热元件由于电阻的存在会产生大量的热量，从而将电能主要转化为内能，用于加热周围环境，达到取暖的目的，所以电暖器是主要利用电流热效应工作的，故C符合题意；
D．扫地机在工作时，主要是通过电动机带动刷子转动以及驱动轮子移动，从而实现清扫地面的功能，其能量转化主要是电能转化为机械能，并非主要将电能转化为内能，所以扫地机不是主要利用电流热效应工作的，故D不符合题意。故选C。
（变式练1）下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　）
A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置
C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机
【答案】C
【详解】ABD．电熨斗、高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置、孵化家禽的电热孵卵机都是利用电热来为人类服务，故ABD不符合题意；
C．电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件工作时产生的热量及时散失掉，即是为了防止电热危害，故C符合题意。故选C
（变式练2）下列利用电流热效应工作的用电器是（ ）
A. 电视机 B. 电风扇 C. 电脑 D. 电炉
【答案】D
【解析】A．电视机工作时电能不是主要转化为内能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B．电风扇工作时电能主要转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．电脑工作时电能不是主要转化为内能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D．电炉工作时电能主要转化为内能，是利用电流热效应工作的，故D符合题意。
故选D。
（变式练3）下列属于防止电流热效应产生危害的实例是（　　）
A. 家里使用电热水壶烧水 B. 利用电视机后盖的小孔散热
C. 家里使用电饭锅煮饭 D. 小佳妈妈使用电熨斗熨衣服
【答案】B
【解析】A．使用电热水壶烧水，将电能转化为内能，属于利用电流的热效应，故A不符合题意；
B．电视机的后盖有很多孔，是为了防止电热产生危害，故B符合题意；
C．家里使用电饭锅煮饭，消耗电能转化为内能，属于利用电流的热效应，故C不符合题意；
D．小佳妈妈使用电熨斗熨衣服，将电能转化为内能，属于利用电流的热效应，故D不符合题意。
考点2. 探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关
【例题2】如图所示，电炉丝与两根导线串联连接到家庭电路中，电炉子通电电炉丝很快就热得发红，而导线却几乎不热。你能根据这个现象可以提出的最有探究价值且易于探究的科学问题是（　　）
A．电流通过电炉丝产生的热量跟哪些因素有关？
B．电流通过导体产生的热量跟电流大小有什么关系？
C．电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系？
D．电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？
【答案】C
【解析】通电一段时间后，电炉丝很热，而连接电炉丝的导线却不热，说明电炉丝产生的热量较多，已知电炉丝与导线是串联的，通过的电流和通电时间都相同，只有电阻不同，所以最有价值且易于探究的科学问题是:“电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系 ”，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。
（变式练1）如图所示，两个相同透明容器中密封着等量的空气。用该装置探究电流产生的热量与哪些因素有关时，下列说法正确的是（　　）
A. 用U形管中液面高度差反映电流产生热量的多少
B. 通电后可探究电流产生的热量与电流大小的关系
C. 通电后可探究电流产生的热量与电阻大小的关系
D. 通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差较大
【答案】AC
【解析】A．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气吸收热量后温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法，故A正确；
BC．由图可知，左侧容器中的电阻丝与右侧容器中的电阻丝串联，通过的电流与通电时间相同，两个容器中的电阻丝阻值不同，因此装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误，C正确；
D．已知右侧容器中的电阻丝阻值大于左侧容器中电阻丝阻值，则装置中右侧容器中的电阻丝产生的热量较多，因此右侧容器中的U形管液面高度差较大，故D错误。
故选AC。
（变式练2）小京用如图所示的电路探究电流通过导体产生的热量与导体的电阻是否有关，其中两个烧瓶完全相同，瓶内装有质量和初温相同的煤油、相同的温度计A和B、阻值不等的电阻丝R1和R2。
（1）该实验采用串联电路可以控制________相同和________相同；
（2）闭合开关一段时间，两支温度计示数的变化量不相等，实验结论是：________。
【答案】（1）电流 通电时间 （2）电流通过导体产生的热量与导体的电阻有关
【解析】（1）该实验采用串联电路，两电阻丝的电流与通电时间相同。
（2）闭合开关一段时间，两支温度计示数的变化量不相等，说明当电流与通电时间相同时，不同电阻的电阻丝产生的热量不同，可得电流通过导体产生的热量与导体的电阻有关。
（变式练3）已知电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关．在探究“电流通过导体产生的热量跟电流的关系”时，可供选择的器材有：8V稳压电源一个；20Ω和50Ω的滑动变阻器各一个；停表和开关各一个；塑料盒与U形管相连的实验装置一个，盒内密封着空气，盒内电阻丝的阻值为20Ω；导线若干．
（1）该实验选用　 　Ω的滑动变阻器更好．
（2）连接好的实验图如图所示．每次实验（即获得一组数据）后，都要断开开关，打开盒盖上的通气孔，U形管内两液面迅速回到原位，等片刻后，关闭通气孔，再进行下一次实验．请画出实验用的表格，表中要有必要的信息．
（3）某同学对实验方案进行了重新设计：第一次实验记录高度差后，立即移动滑片增大电流做第二次实验，……．每次实验加热时间相同，记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……．在处理数据时，该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量，他这样处理数据是否正确？　 　．理由是　 　．
【答案】（1）50 （2）记录的实验数据如下表
（3）不正确 Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．
【解析】（1）盒内电阻丝的阻值为20Ω为定值电阻，选滑动变阻器的电阻要大得好，因为这样通过改变滑动变阻器电阻，电路电流能有效控制，不会太大，保护电源。
（2）所画表格要体现每次实验电阻丝电阻为20Ω为定值电阻。时间一定。要体现U形管液面高度差，电流大小，热量。
（3）该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量实错误的。因为Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．该同学在设计方案就是错误的。
考点3. 焦耳定律应用
【例题3】（2026四川南充）如图是某学校科技小组设计的一个可照明、可加热多功能仪器简化电路图。已知小灯泡L标有“12V 12W”字样，发热电阻R1的阻值恒为27Ω，电源电压恒定不变，闭合开关S。当开关S1接a点时，调节滑动变阻器R2，使小灯泡L正常发光，此时R2的电压为3V，则电源电压为___________V；当开关S1接b点时，保持滑动变阻器滑片P位置不变，R1工作10min产生的热量为___________J。
【答案】 15 4050
【解析】当开关S1接a点时，L 与 R2 串联，此时小灯泡L正常发光，小灯泡正常发光时的电流
根据串联电路电压特点，可知电源电压
此时滑动变阻器R2接入电路中的阻值
当开关S1接b点时，保持滑动变阻器滑片P位置不变，电路中的电流
R1工作10min产生的热量
（变式练1）如图所示，电源电压保持3V不变，电阻R1=10Ω、R2=20Ω。闭合开关S，则通电100s，电阻R1产生的热量为______J。
【答案】10
【解析】因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以电路中总电阻为
根据欧姆定律可得，电路中电流为
根据焦耳定律可得，通电，电阻产生的热量为
（变式练2）如图所示，电源电压不变，先闭合开关S1，电流表示数为0.4A， 再闭合开关S2，电流表示数增加了0.2A，则R1、R2两端电压之比为______，R1、R2电阻值之比为______，若电阻R1=5Ω，通电1min 电阻R2产生的热量为______J。
【答案】 1:1 1: 2 24
【解析】由电路图可知，只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流，则I1=0.4A；再闭合S2时，两电阻并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，通过R1的电流不变，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，电流表示数的变化量即为通过R2的电流，则I2=0.2A，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R1、R2两端电压之比为
U1:U2=1:1
R1、R2电阻值之比为
若R1=5Ω，则
R2=2R1=2×5Ω=10Ω
通电1min 电阻R2产生的热量为
（变式练3）如图所示，电路中电源电压为3V，闭合开关S后，电流表A的示数为，电流表的示数为。求：
（1）通过电阻的电流；
（2）电阻 的阻值；
（3）整个电路在1min内产生的热量。
【答案】（1）0.30A；（2）5Ω，10Ω；（3）162J
【解析】（1）两电阻并联，根据并联电路的电流规律可得，通过电阻的电流
（2）两电阻并联在电源两端，则电阻 两端的电压
由欧姆定律可得，的阻值
的阻值
（3）该电路为纯电阻电路，由焦耳定律可得，整个电路在1min内产生的热量
考点4 非纯电阻电路中电热的计算（拓展）
【例题4】（2025·四川南充）电动机已广泛应用于我们的生产和生活中，它实现了电能向其它形式能的转化，如：电风扇消耗的电能转化为内能和机械能。下表是某品牌电风扇的铭牌参数，若此电风扇正常工作1h，求：
品牌 某品牌 型号 **﹣35X67Bh7
额定电压 220V 额定功率 55W
送风模式 普通/睡眠/智能 控制方式 遥控/触摸按键
毛重 6.40kg 净重 5.46kg
（1）电风扇消耗的电能；
（2）电风扇的额定电流；
（3）电风扇线圈中电流产生的热量（已知该品牌电风扇线圈电阻为32Ω）。
【答案】（1）0.055kW·h；（2）0.25A；（3）7200J
【解析】（1）由题意可知电风扇正常工作时的功率为额定功率P=55W，工作时间t=1h。电风扇消耗的电能为
（2）由题意可知额定电压U=220V，额定功率P=55W，电风扇的额定电流为
（3）由题意可知，线圈电阻 R=32Ω，额定电流I=0.25A，时间 t=1h=3600s
根据焦耳定律可得电风扇产生的热量为
（变式练1）从产品说明书得知，一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。则小风扇正常工作1min消耗的电能为 J；电动机线圈1min产生的热量为 J。
【答案】 180 1.5
【解析】消耗的电能为W＝Pt＝3W×60s＝180J；
电路中线圈的电流为
电路中通过线圈的电流为产生的热量为Q＝I2Rt＝（0.5A）2×0.1Ω×60s＝1.5J．
（变式练2）物理实验室有一个微型电动机，正常工作时两端的电压为5V，电动机线圈电阻为。小明将该电动机与一个的定值电阻R0。串联后接入电源电压为15V的电路中，如图所示，电动机恰好能正常工作，则电动机工作产生的热量为 J，输出的机械能为 J。
【答案】 30 120
【解析】由题图可知，电动机和定值电阻R0串联，电动机恰好能正常工作，电动机的两端电压为5V，根据串联电路的电压规律可得，此时定值电阻的两端电压为
串联电路电流处处相等，根据欧姆定律可得，电路电流为
根据Q=I2Rt可得，电动机工作1min产生的热量为
电动机消耗的电能为
电动机工作时，电能转化为内能（即产生的热量）和机械能，所以，电动机输出的机械能为
（变式练3）小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图。电热丝R的阻值为4Ω，电动机标有“12V 24W”字样。闭合开关S、S1，电动机正常工作。求：
（1）电源电压。
（2）闭合开关S、S1，电动机1min内消耗的电能。
（3）闭合开关S、S2，通电100s，电热丝R产生的热量。
【答案】（1）12V；（2）1440J；（3）3600J
【解析】（1）闭合S、S1时，电路中只有电动机正常工作，则电源电压
（2）根据W=Pt可知，电动机消耗的电能
（3）闭合S、S2，电路中只有电热丝R工作，通过电热丝R的电流
电热丝R产生的热量
答：（1）电源电压是12V；
（2）闭合开关S、S1，电动机1min内消耗的电能1440J；
（3）闭合开关S、S2，通电100s，电热丝R产生的热量3600J。
1．为了探究“电流产生的热量与哪些因素有关”，某物理小组设计了如图所示的电路，其中且阻值均不变。关于该实验，下列说法正确的是（　　）
A．只闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
B．和都闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
C．和都闭合时，和中电流之比是2:1
D．和都闭合时，和中产生热量之比为4:1
【答案】C
【解析】A．只闭合时，电阻和串联，通过两个电阻丝的电流相等，但，故该电路是探究电流产生热量与电阻的关系，故A错误；
B. 和都闭合时与并联，然后再与串联，但实验研究的对象是密闭容器内的电热丝，所以，，电流和电阻均不相同，故不能探究电流产生热量与电流的关系，B错误；
C. 根据可知，和都闭合时和中产生热量之比为,故C正确;
D．根据可知，和都闭合时和中产生热量之比为,故D错误;故选C。
2．小明在探究某个科学问题时，把阻值恒定为R1、R2（R1＝R2）的两段电热丝分别放在两个完全相同的烧瓶中，烧瓶中分别盛有质量和初温均相同的两种不同液体，并连接成如图所示的实验电路，实验中所用温度计完全相同。则下列说法正确的是（　　）
A．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的种类是否有关
B．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关
C．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关
D．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体中的电流是否有关
【答案】A
【解析】A．根据题意，两个电阻串联，通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，两个
烧瓶中的液体的种类是不同的，可以根据温度计升高的示数来物质的吸热能力，故A正确；
B．探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关时，应控制液体的种类相同，故无法完成实验，故B错误；
CD．通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，故无法探究导体产生热量跟导体的电阻、电流的关系，故CD错误。
3. 利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（ ）
A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法”
B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍
C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙
D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同
【答案】B
【解析】A．电流通过电阻丝产生的热量越多，容器内空气吸收的热量越多，气体的温度越高，容器内气体压强就越大，气体推动U形管中液体移动，则U形管中液面的高度差就越大，即通过U形管中液面高度差的变化可以反映电流产生热量的多少，采用了转换法；由于电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，所以探究电流通过导体产生的热量跟某个因素的关系时，要用到控制变量法，故A正确，不符合题意；
B．由图可知，乙容器中的电阻是丙容器中的电阻的2倍，乙的电流是丙的电流的2倍，根据Q=I2Rt可知，乙中产生的热量是丙的8倍；故B错误，符合题意；
C．要探究电阻对电热的影响，应控制通电时间和电流大小相同，电阻大小不同，故应该选用甲和乙，故C正确，不符合题意；
D．如图所示，图丙中外连接5Ω电阻使得电阻D、E并联，电阻A处在干路上，根据并联电路电流规律可知，通过电阻A的电流大于通过电阻E的电流，故外接5Ω电阻的作用是使通过金属丝A、E的电流不同，故D正确，不符合题意。故选B。
4．如图所示，同学们正在用改装“自制灯泡”的装置探究“影响电流热效应的因素”，将瓶盖中间打一孔，插入带有红色液柱的细玻璃管，已知R1＜R2，R1与R2串联的目的是 ，实验中能判断R2比R1产生热量多的实验现象是 。
【答案】 控制电流、通电时间相同 R2瓶中细玻璃管内红色液柱上升的高度更高
【解析】将R1与R2串联连接可以确保通过两个电阻的电流相同，同时由于串联电路的特性，两个电阻的通电时间也保持一致。这样设计是为了控制变量，便于单独研究电阻大小对电流热效应的影响。
实验中通过观察细玻璃管内红色液柱上升的高度来比较电阻产生的热量。由于R2的阻值大于R1，在相同电流和通电时间条件下，根据焦耳定律Q=I Rt，R2产生的热量更多，导致其瓶内气体膨胀更明显，从而使R2瓶中细玻璃管内的红色液柱上升得更高。
5. 如图所示是“探究通电导体产生的热量与_____大小关系”的实验装置。电源电压为且保持不变，将滑动变阻器滑片移至最右端，在内电流通过电阻丝产生的热量为_______。
【答案】 电阻 54
【解析】如图所示两个电阻大小不相等，处于串联状态，电流相同，所以是“探究通电导体产生的热量与电阻大小关系”的实验装置。
当滑动变阻器滑片移至最右端时，电路中只有两个电阻串联，电路中的电流为
在内电流通过电阻丝产生的热量为
6. 小明家夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的 效应工作的，其发热元件是一个阻值为2420Ω的电阻。将该电热驱蚊器接在家庭电路中正常通电1小时，它产生的热量为 J。
【答案】 热 7.2×104
【解析】夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的热效应工作的。
我国家庭电路电压为220V，电热驱蚊器正常通电1小时，产生的热量为
7．如图是小肖在社团课上使用的3D打印笔。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，R1＝2200Ω、R2＝1100Ω，两个电阻都是用于发热的电热丝，则慢挡的电功率是 W；使用快挡10秒钟，打印笔产生的热量为 J。
【答案】 22 660
【解析】据乙图可知，只闭合S时，电路为R1单独串联，此时电路中的电阻最大，根据可知，电功率最小，为慢挡，则慢挡的功率为
当两开关均闭合时，电路为两电阻并联，此时电路中的总电阻最小，根据可知，电功率最大，为快挡，则使用快挡10秒钟，打印笔产生的热量为
8. 一种简易的泡沫塑料切割装置电路如图所示，电源电压为6V，用以切割的金属电热丝R的阻值为1Ω，闭合开关S后，电路中电流为 A，10s内电热丝R产生的热量为 J。若要减小电热丝R的发热功率，请写出一种合理做法： 。
【答案】 6 360 减小电源电压
【解析】由图得，电路为R的简单电路，由欧姆定律得，电路中电流为
10s内电热丝R产生的热量为Q=W=UIt=6V×6A×10s=360J
由Q=I2Rt得，可以通过减小电源电压或者增大R的阻值，减小电热丝R的发热功率。
9. 某校师生自制了一台电烘箱，设计的简化电路如图所示，已知U=220V，R1和R2均为电热丝且电阻值恒为44Ω，、均闭合时，电路的电功率为 W；闭合，断开时，电路1min产生的热量为 J。
【答案】 1100
【解析】当S1、S2均闭合时，R2会被短路，只有R1工作，因此电路的电功率为
S1闭合，S2断开时，电路为串联电路，电路的总阻值为
电路中电流为
故电路1min产生的热量为
10. 如图所示，电源电压保持不变，闭合开关，通过的电流_______（选填“大于”“等于”或“小于”）通过的电流。若电阻丝，电流表示数为0.4A，1min内电流通过产生的热量为_______J。
【答案】小于 48
【解析】图中与先并联再和并联，根据串联电路的电流特点可知，通过左端的电流等于通过右端的总电流，即；右侧与并联，根据并联电路的电流特点知，所以右边容器中的通过的电流小于左侧通过的电流；
已知电阻，通过的电流为，时间
根据焦耳定律，代入数据得电流通过产生的热量为
11. 生活中导线与插座连接时，有人会将直导线的裸露端直接插入接线孔，但更好的接法是先将导线裸露端折成“U型”再插入，如图所示。这种“U型”接法可以增大连接处的接触面积，会更安全。请你用学过的物理知识解释其中的道理。
【答案】“U”型接入法可以增大连接处的接触面积，连接处的电阻小，根据 可得，当电流、通电时间一定时，连接处产生的热量少，更安全。
【解析】导体的材料、长度一定时，导体的电阻与导体的横截面积有关，横截面积越大，导体的电阻越小；“U”型接入法可以增大连接处的接触面积，连接处的电阻小；根据 可得，当电流、通电时间一定时，连接处产生的热量少，更安全。
12．为了探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”，设计了如图所示甲、乙两组实验装置；
(1)实验中通过观察两侧U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少；
(2)探究电流产生的热量与电流大小的关系时，应选择图 装置，通电一段时间， （选填“左”或“右”）杯内的电阻丝产生的热量多；为了使实验现象更明显，可以进行的操作是 ；
(3)生活中我们发现：电炉丝通过导线接到电路中，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，其中图 （选填“甲”或“乙”）装置能够解释这一现象；
【答案】(1)液面高度差 (2) 乙 左 见解析 (3)甲
【解析】（1）实验中通过观察两侧U形管中高度差的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，两侧U形管中高度差越大，说明电流产生的热量越多，用到转换法。
（2）乙装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系；通电一段时间，左侧U形管内液面的高度差较大，说明左侧容器中电阻产生的热量较多。为了使实验现象更明显，通过容器内两电阻的电流差别变大，可以将容器外电阻换成更小的电阻，该电阻分得更多的电流。
（3）甲装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，故该装置用来探究电流热效应与电阻大小的关系；电炉丝与导线串联，通过的电流和通电时间相同，通过导线接到电路中，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，是因为电炉丝的电阻比导线大得多，其中图甲装置能够解释这一现象。
13．如图所示电路，电阻R1为10Ω，电源电压为12V恒定不变，滑动变阻器R2最大阻值为40Ω。闭合开关S，求：
(1)通过R1的电流；
(2)电阻R1在100s内产生的热量；
(3)当干路电流为2A时，滑动变阻器R2消耗的功率。
【答案】(1)1.2A (2)1440J (3)9.6W
【解析】（1）由电路图可知，电阻R1和R2并联，根据并联电压关系可知，电阻R1两端的电压为
由可得，通过R1的电流为
（2）由可得，电阻R1在100s内产生的热量为
（3）根据并联电路的电流特点可知，通过滑动变阻器R2的电流为
由可得，滑动变阻器R2消耗的功率为
14．小明自制一把有高、低挡位的电热切割器，其电路如图甲所示。已知电源电压为12V，电阻丝、阻值均为。只将接入电路时，为低温挡。小明使用电热切割器时，其功率与时间的关系如图乙所示。求：
(1)处于低温挡时的工作电流；
(2)处于高温挡时的电功率；
(3)内，电热切割器产生的总热量。
【答案】(1)2.4A (2)57.6W (3)1440J
【解析】（1）闭合开关S1，只将接入电路时，为低温挡，
（2）两个开关都闭合，高温挡时电阻丝、并联，两个电阻阻值相同
两个支路的电流相同
电路的总电流
处于高温挡时的电功率
（3）由图乙可知，低温挡工作时间
低温挡工作时产生的热量
高温挡工作时间，高温工作时产生的热量
电热切割器产生的总热量
15. 小聪的爸爸给自家的小汽车安装了电加热座椅垫（如图甲）。小聪发现该座椅垫有“高温”“低温”“关”三个挡位，其电路示意图（如图乙），电源电压为12V，R =7.2Ω，低温功率为9W。 求：
（1）座椅垫处于“高温”时，电路的功率是多少？
（2）加热片R 的阻值是多少？
（3）座椅垫处于“低温”挡10min 能产生热量是多少？
【答案】（1）20W；（2）8.8Ω；（3）5400J
【解析】（1）根据图乙的电路图可知，座椅垫处于“高温”时，只有电阻R 接入电路中，由P=U2/R可得，座椅垫处于“高温”时，电路的功率为
（2）根据图乙可知，低温时，R1和R2串联，串联的总电阻为
已知R =7.2Ω，根据电阻的串联可得，加热片R 的阻值为
（3）座椅垫处于“低温”挡10min 能产生热量为
答：（1）座椅垫处于“高温”时，电路的功率是20W；
（2）加热片R 的阻值是8.8Ω；
（3）座椅垫处于“低温”挡10min 能产生热量是5400J。
焦耳
焦耳（1818—1889），英国物理学家，一生致力于实验研究。
焦耳的主要贡献包括：热和机械功之间的当量关系的测定、焦耳-楞次定律的发现、焦耳-汤姆孙效应的发现，以及对能量守恒定律的贡献。
焦耳是英国杰出的物理学家，他的全名是詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）。焦耳的主要贡献在于他对热学、热力学和电学的深入研究。他研究了热和机械功之间的当量关系，并且通过大量的实验确定了热功当量。这项研究为热运动与其他运动的相互转化以及运动守恒等问题提供了重要的证据。此外，焦耳还与开尔文合作发展了温度的绝对尺度，并观测过磁致伸缩效应。他还发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系，这被称为焦耳定律。由于焦耳在科学领域的卓越贡献，皇家学会授予他科普利奖章，这是皇家学会的最高荣誉奖项。后人为纪念焦耳，将能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十八章 电功率
专题40 焦耳定律
物理观念：能通过实验,认识电流的热效应,了解焦耳定律,能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题,知道电流热效应的危险性。
科学思维：能用控制变量法设计实验,能通过推理得到结论,能利用证据证明自己的观点,能对他人的观点提出有依据的质疑。能依据焦耳定律向他人说明安全用电的重要性。
科学探究: 能完成“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验,有进行安全实验操作的行为规范,能陈述观点,听取意见。
科学态度与责任：知道提高效率的意义;能主动关注现代生活中的用电安全问题,具有安全用电的自觉行为。有引导他人安全用电的责任感与使命感。
贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1. 认识电流的热效应，了解焦耳定律，能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象，分析解决简单的实际问题。
2. 结合电功的表达式和欧姆定律推导焦耳定律的表达式，培养演绎推理能力。
3. 经历研究电热与电阻、电流关系的过程，体会实验中控制变量的方法，发展观察、分析、处理信息、得出结论的能力。
4. 通过学习电热的利用和防止，感悟辩证看待问题的方法，体会物理学对社会发展的推动作用。
本节课重点难点
重点：用焦耳定律分析解决相关的问题。
难点：定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。
知识点1 电流的热效应
1. 电流的热效应
【想一想】寻找以下用电器的共同特点：电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。
分析：这些用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在工作过程中，电能转化为内能。
【总结】电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
2. 探究影响电流热效应的因素
【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
【猜想及其依据】
①可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；
②可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。
③可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。
【设计实验】
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）
两个透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。两个容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
（2）实验原理
如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。图中，因为Δh右＞Δh左，所以电流通过右侧的电阻丝产生的热量多。
（3）研究方法
①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。
②转换法：通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
（4）实验器材：学生电源、焦耳定律演示器、电流表、滑动变阻器等。
为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
（5）实验记录表
实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h
左 右 左 右 左 右 左 右
1 相等 5 10 相等
2 大 小 相等 相等
【进行实验】
（1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系
如图所示，将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。
（2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系
在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同，I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。
（3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系
闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒内U形管液面高度差的变化大小。
【收集证据】
甲 乙
【分析论证】
（1）分析实验步骤（1）发现：在电流和通电时间相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
（2）分析实验步骤（2）发现：在电阻和通电时间相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
（3）分析实验步骤（3）发现，在电流和电阻相等时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
【实验结论】
（1）在电流相同、通电时间相同时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）在电阻相同、通电时间相同时，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
（3）在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
【交流讨论】
实验结束后，小红说她在一本书上看到用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。
【评价】该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。
烧瓶内有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。所以通过比较烧瓶内液体的温度可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。
（1）当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少。
（2）甲图中R1、R2两电阻串联，通过两电阻的电流相等，但两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系。
（3）乙图中R1、R2两电阻并联，甲、乙两装置中，电源电压相同，乙图中电阻R1两端的电压大于甲图中电阻R1两端的电压，则乙实验装置中通过电阻R1的电流大。所以由a、c（或b、d）可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。
知识点2 焦耳定律
1. 焦耳定律
英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。
（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）公式： Q = I2Rt
（3）公式中Q = I2Rt 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焦耳=1安2×1欧×1秒
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
可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
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= U2t/R=I2Rt
上述公式适用于纯电阻电路。
②非纯电阻电路
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，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（选填“大于”、“小于”或“等于”）。。
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 =W机械能＋Q热量，电热小于电功（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
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
知识点3 电热的利用
1. 电热的利用
生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
2. 电热的防止
电流的热量有时是有害的，应该及时解决。
①例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。
②电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。
③投影仪的散热方法：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。
不要混淆电功与电热的核心区别与联系
电路类型 能量转化 W与Q的关系 适用公式
纯电阻电路（电灯、电炉、定值电阻等） 电能全部转化为内能 Q：、、、； W：所有电功公式
非纯电阻电路（电动机、电风扇、充电器等） 电能→内能+其他形式能（机械能、化学能等） Q：仅； W：、（不能用、）
1.在利用焦耳定律求解计算题注意
（1）涉及的四个物理量要一一对应，简单来说就是导体的电阻为R，通过这个导体的电流为I，通电时间为t，则电流通过导体产生的热量为Q＝I2Rt
（2）公式中各个物理量的单位必须都得是国际单位，即电流I 的单位是安培（A）、电阻R的单位是欧姆（Ω）、时间t的单位是秒（s），则热量的单位是焦耳（J）。
考点1. 电流的热效应
【例题1】下图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A．洗衣机 B．路由器 C．电暖器 D．扫地机
【答案】C
【解析】A．洗衣机在工作时，主要是通过电动机带动内部的部件转动，从而实现洗涤、脱水等功能，其能量转化主要是电能转化为机械能，并非主要将电能转化为内能，所以洗衣机不是主要利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B．路由器的主要功能是进行数据的传输和处理，它工作时消耗电能，但并没有将电能主要转化为内能，而是用于维持其内部电路的正常运行以及信号的发射和接收等，所以路由器不是主要利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．电暖器工作时，电流通过其内部的发热元件，发热元件由于电阻的存在会产生大量的热量，从而将电能主要转化为内能，用于加热周围环境，达到取暖的目的，所以电暖器是主要利用电流热效应工作的，故C符合题意；
D．扫地机在工作时，主要是通过电动机带动刷子转动以及驱动轮子移动，从而实现清扫地面的功能，其能量转化主要是电能转化为机械能，并非主要将电能转化为内能，所以扫地机不是主要利用电流热效应工作的，故D不符合题意。故选C。
（变式练1）下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　）
A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置
C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机
（变式练2）下列利用电流热效应工作的用电器是（ ）
A. 电视机 B. 电风扇 C. 电脑 D. 电炉
（变式练3）下列属于防止电流热效应产生危害的实例是（　　）
A. 家里使用电热水壶烧水 B. 利用电视机后盖的小孔散热
C. 家里使用电饭锅煮饭 D. 小佳妈妈使用电熨斗熨衣服
考点2. 探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关
【例题2】如图所示，电炉丝与两根导线串联连接到家庭电路中，电炉子通电电炉丝很快就热得发红，而导线却几乎不热。你能根据这个现象可以提出的最有探究价值且易于探究的科学问题是（　　）
A．电流通过电炉丝产生的热量跟哪些因素有关？
B．电流通过导体产生的热量跟电流大小有什么关系？
C．电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系？
D．电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？
【答案】C
【解析】通电一段时间后，电炉丝很热，而连接电炉丝的导线却不热，说明电炉丝产生的热量较多，已知电炉丝与导线是串联的，通过的电流和通电时间都相同，只有电阻不同，所以最有价值且易于探究的科学问题是:“电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系 ”，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。
（变式练1）如图所示，两个相同透明容器中密封着等量的空气。用该装置探究电流产生的热量与哪些因素有关时，下列说法正确的是（　　）
A. 用U形管中液面高度差反映电流产生热量的多少
B. 通电后可探究电流产生的热量与电流大小的关系
C. 通电后可探究电流产生的热量与电阻大小的关系
D. 通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差较大
（变式练2）小京用如图所示的电路探究电流通过导体产生的热量与导体的电阻是否有关，其中两个烧瓶完全相同，瓶内装有质量和初温相同的煤油、相同的温度计A和B、阻值不等的电阻丝R1和R2。
（1）该实验采用串联电路可以控制________相同和________相同；
（2）闭合开关一段时间，两支温度计示数的变化量不相等，实验结论是：________。
（变式练3）已知电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关．在探究“电流通过导体产生的热量跟电流的关系”时，可供选择的器材有：8V稳压电源一个；20Ω和50Ω的滑动变阻器各一个；停表和开关各一个；塑料盒与U形管相连的实验装置一个，盒内密封着空气，盒内电阻丝的阻值为20Ω；导线若干．
（1）该实验选用　 　Ω的滑动变阻器更好．
（2）连接好的实验图如图所示．每次实验（即获得一组数据）后，都要断开开关，打开盒盖上的通气孔，U形管内两液面迅速回到原位，等片刻后，关闭通气孔，再进行下一次实验．请画出实验用的表格，表中要有必要的信息．
（3）某同学对实验方案进行了重新设计：第一次实验记录高度差后，立即移动滑片增大电流做第二次实验，……．每次实验加热时间相同，记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……．在处理数据时，该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量，他这样处理数据是否正确？　 　．理由是　 　．
考点3. 焦耳定律应用
【例题3】（2026四川南充）如图是某学校科技小组设计的一个可照明、可加热多功能仪器简化电路图。已知小灯泡L标有“12V 12W”字样，发热电阻R1的阻值恒为27Ω，电源电压恒定不变，闭合开关S。当开关S1接a点时，调节滑动变阻器R2，使小灯泡L正常发光，此时R2的电压为3V，则电源电压为___________V；当开关S1接b点时，保持滑动变阻器滑片P位置不变，R1工作10min产生的热量为___________J。
【答案】 15 4050
【解析】当开关S1接a点时，L 与 R2 串联，此时小灯泡L正常发光，小灯泡正常发光时的电流
根据串联电路电压特点，可知电源电压
此时滑动变阻器R2接入电路中的阻值
当开关S1接b点时，保持滑动变阻器滑片P位置不变，电路中的电流
R1工作10min产生的热量
（变式练1）如图所示，电源电压保持3V不变，电阻R1=10Ω、R2=20Ω。闭合开关S，则通电100s，电阻R1产生的热量为______J。
（变式练2）如图所示，电源电压不变，先闭合开关S1，电流表示数为0.4A， 再闭合开关S2，电流表示数增加了0.2A，则R1、R2两端电压之比为______，R1、R2电阻值之比为______，若电阻R1=5Ω，通电1min 电阻R2产生的热量为______J。
（变式练3）如图所示，电路中电源电压为3V，闭合开关S后，电流表A的示数为，电流表的示数为。求：
（1）通过电阻的电流；
（2）电阻 的阻值；
（3）整个电路在1min内产生的热量。
考点4 非纯电阻电路中电热的计算（拓展）
【例题4】（2025·四川南充）电动机已广泛应用于我们的生产和生活中，它实现了电能向其它形式能的转化，如：电风扇消耗的电能转化为内能和机械能。下表是某品牌电风扇的铭牌参数，若此电风扇正常工作1h，求：
品牌 某品牌 型号 **﹣35X67Bh7
额定电压 220V 额定功率 55W
送风模式 普通/睡眠/智能 控制方式 遥控/触摸按键
毛重 6.40kg 净重 5.46kg
（1）电风扇消耗的电能；
（2）电风扇的额定电流；
（3）电风扇线圈中电流产生的热量（已知该品牌电风扇线圈电阻为32Ω）。
【答案】（1）0.055kW·h；（2）0.25A；（3）7200J
【解析】（1）由题意可知电风扇正常工作时的功率为额定功率P=55W，工作时间t=1h。电风扇消耗的电能为
（2）由题意可知额定电压U=220V，额定功率P=55W，电风扇的额定电流为
（3）由题意可知，线圈电阻 R=32Ω，额定电流I=0.25A，时间 t=1h=3600s
根据焦耳定律可得电风扇产生的热量为
（变式练1）从产品说明书得知，一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。则小风扇正常工作1min消耗的电能为 J；电动机线圈1min产生的热量为 J。
（变式练2）物理实验室有一个微型电动机，正常工作时两端的电压为5V，电动机线圈电阻为。小明将该电动机与一个的定值电阻R0。串联后接入电源电压为15V的电路中，如图所示，电动机恰好能正常工作，则电动机工作产生的热量为 J，输出的机械能为 J。
（变式练3）小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图。电热丝R的阻值为4Ω，电动机标有“12V 24W”字样。闭合开关S、S1，电动机正常工作。求：
（1）电源电压。
（2）闭合开关S、S1，电动机1min内消耗的电能。
（3）闭合开关S、S2，通电100s，电热丝R产生的热量。
1．为了探究“电流产生的热量与哪些因素有关”，某物理小组设计了如图所示的电路，其中且阻值均不变。关于该实验，下列说法正确的是（　　）
A．只闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
B．和都闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
C．和都闭合时，和中电流之比是2:1
D．和都闭合时，和中产生热量之比为4:1
2．小明在探究某个科学问题时，把阻值恒定为R1、R2（R1＝R2）的两段电热丝分别放在两个完全相同的烧瓶中，烧瓶中分别盛有质量和初温均相同的两种不同液体，并连接成如图所示的实验电路，实验中所用温度计完全相同。则下列说法正确的是（　　）
A．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的种类是否有关
B．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关
C．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关
D．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体中的电流是否有关
3. 利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（ ）
A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法”
B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍
C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙
D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同
4．如图所示，同学们正在用改装“自制灯泡”的装置探究“影响电流热效应的因素”，将瓶盖中间打一孔，插入带有红色液柱的细玻璃管，已知R1＜R2，R1与R2串联的目的是 ，实验中能判断R2比R1产生热量多的实验现象是 。
5. 如图所示是“探究通电导体产生的热量与_____大小关系”的实验装置。电源电压为且保持不变，将滑动变阻器滑片移至最右端，在内电流通过电阻丝产生的热量为_______。
6. 小明家夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的 效应工作的，其发热元件是一个阻值为2420Ω的电阻。将该电热驱蚊器接在家庭电路中正常通电1小时，它产生的热量为 J。
7．如图是小肖在社团课上使用的3D打印笔。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，R1＝2200Ω、R2＝1100Ω，两个电阻都是用于发热的电热丝，则慢挡的电功率是 W；使用快挡10秒钟，打印笔产生的热量为 J。
8. 一种简易的泡沫塑料切割装置电路如图所示，电源电压为6V，用以切割的金属电热丝R的阻值为1Ω，闭合开关S后，电路中电流为 A，10s内电热丝R产生的热量为 J。若要减小电热丝R的发热功率，请写出一种合理做法： 。
9. 某校师生自制了一台电烘箱，设计的简化电路如图所示，已知U=220V，R1和R2均为电热丝且电阻值恒为44Ω，、均闭合时，电路的电功率为 W；闭合，断开时，电路1min产生的热量为 J。
10. 如图所示，电源电压保持不变，闭合开关，通过的电流_______（选填“大于”“等于”或“小于”）通过的电流。若电阻丝，电流表示数为0.4A，1min内电流通过产生的热量为_______J。
11. 生活中导线与插座连接时，有人会将直导线的裸露端直接插入接线孔，但更好的接法是先将导线裸露端折成“U型”再插入，如图所示。这种“U型”接法可以增大连接处的接触面积，会更安全。请你用学过的物理知识解释其中的道理。
12．为了探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”，设计了如图所示甲、乙两组实验装置；
(1)实验中通过观察两侧U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少；
(2)探究电流产生的热量与电流大小的关系时，应选择图 装置，通电一段时间， （选填“左”或“右”）杯内的电阻丝产生的热量多；为了使实验现象更明显，可以进行的操作是 ；
(3)生活中我们发现：电炉丝通过导线接到电路中，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，其中图 （选填“甲”或“乙”）装置能够解释这一现象；
13．如图所示电路，电阻R1为10Ω，电源电压为12V恒定不变，滑动变阻器R2最大阻值为40Ω。闭合开关S，求：
(1)通过R1的电流；
(2)电阻R1在100s内产生的热量；
(3)当干路电流为2A时，滑动变阻器R2消耗的功率。
14．小明自制一把有高、低挡位的电热切割器，其电路如图甲所示。已知电源电压为12V，电阻丝、阻值均为。只将接入电路时，为低温挡。小明使用电热切割器时，其功率与时间的关系如图乙所示。求：
(1)处于低温挡时的工作电流；
(2)处于高温挡时的电功率；
(3)内，电热切割器产生的总热量。
15. 小聪的爸爸给自家的小汽车安装了电加热座椅垫（如图甲）。小聪发现该座椅垫有“高温”“低温”“关”三个挡位，其电路示意图（如图乙），电源电压为12V，R =7.2Ω，低温功率为9W。 求：
（1）座椅垫处于“高温”时，电路的功率是多少？
（2）加热片R 的阻值是多少？
（3）座椅垫处于“低温”挡10min 能产生热量是多少？
焦耳
焦耳（1818—1889），英国物理学家，一生致力于实验研究。
焦耳的主要贡献包括：热和机械功之间的当量关系的测定、焦耳-楞次定律的发现、焦耳-汤姆孙效应的发现，以及对能量守恒定律的贡献。
焦耳是英国杰出的物理学家，他的全名是詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）。焦耳的主要贡献在于他对热学、热力学和电学的深入研究。他研究了热和机械功之间的当量关系，并且通过大量的实验确定了热功当量。这项研究为热运动与其他运动的相互转化以及运动守恒等问题提供了重要的证据。此外，焦耳还与开尔文合作发展了温度的绝对尺度，并观测过磁致伸缩效应。他还发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系，这被称为焦耳定律。由于焦耳在科学领域的卓越贡献，皇家学会授予他科普利奖章，这是皇家学会的最高荣誉奖项。后人为纪念焦耳，将能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑