18.4 焦耳定律（原卷版）

第十八章 电功率 第4 节 焦耳定律 1 能通过生活实例，认识电流的热效应。 2 能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。 3 通过学习电热的利用和防止，学会辩证的看问题。 一、焦耳定律： 1 焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟 电流平方 成正比，跟导体的 电阻 成正比，跟 通电时间 成正比。 2 计算公式： （1）Q=2Rt（适用于所有纯电阻电路）； （2）对于纯电阻电路可推导出： Q=W =UIt=U 2 R t=Pt ①串联电路中常用公式：Q=2Rt； 并联电路中常用公式： Q=U 2 R t ②无论用电器串联或并联；计算在一定时间所产生的总热量常用公式： Q= Q1+Q2+…Q ③思路点拨电灯、电炉等电热器问题时往往使用： Q=U 2 R t =Pt 3 实验：研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关； 学习目标 1 预习导学 02 4 方法：根据煤油在玻璃管里上升的高度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少。 （1）实验采用煤油的目的：煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快； （2）应用：电热器；是利用 电流热效应 而制成的发热设备； 主要有烤箱、电炉、电热毯、电熨斗等。 5 电动机： （1）消耗的总电能时，用公式：=Ut； （2）计算电动机产生的热：Q=2Rt。 知识点一：探究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关的实验 【探究重点】 【实验目的】研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关？ 【实验方法】控制变量法，转换法。 【实验原理】根据煤油在玻璃管里（温度计示数变化）上升的高度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。 【实验器材】密闭容器两个、U 形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。 【实验步骤】 图1 图2 ①电流产生的热量与电阻的关系 如图1 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。两个密闭 容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。 两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U 形管中液 面高度的变化。你看到的现象说明了什么? 【实验结论】在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 ②电流产生的热量与电流大小的关系 如图2 所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因 探究提升 03 此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个U 形管中液面高度的变化。你看到的现象 说明了什么? 【实验结论】在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 【例题精讲】（2023•泰州）小华将电阻丝R1和R2（R1＞R2）分别浸没在质量和初温均相同的煤油中，按如图所 示接入电路，开关闭合后，通过两电阻丝的 相等，根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生 的多少， 通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升 。 【巩固训练】（2023•北京）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： 。 知识点二：焦耳定律 【探究重点】 1、使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应 关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。注意:=Pt=Ut 适用于所有电路，而 只用于纯电阻电路(全部用于发热)。 2、在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导 体的电阻成正比。具体比例关系为： ； 在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通 电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。具体比例关系为： 【例题精讲】（2023•福建）下列利用电流热效应工作的用电器是（ ） ．电视机 B．电风扇 ．电脑 D．电炉 【巩固训练】（2023•仙桃）某款电热杯有高、中、低三挡，简化电路如图所示，S1、S2不能同时闭合，R1的阻值 为25Ω。只闭合S3时，电路中的电流为2。下列说法正确的是（ ） ．电源电压为10V B．只闭合S1、S3时，电热杯处于低温挡 ．只闭合S3时，电热杯工作1m 产生的热量为600 D．加热100g 水，水温由25℃升高到35℃，水吸收的热量为420 1．（2023•滨湖区校级模拟）如图所示，甲、乙是两个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有等质量的液体（液体未画 出），电阻丝R 甲、R 乙分别浸没在两烧瓶的液体中，温度计显示液体的温度，下列说法正确的是（ ） ．若要探究电阻大小对电热的影响，则应在甲瓶装入水，乙瓶中都装入煤油，且R 甲≠R 乙 B．若要探究电阻大小对电热的影响，电流产生的热量可通过加热时间来反映 ．若要比较水和煤油的比热容大小，则应在甲、乙两瓶中分别装入水和煤油，且R 甲＝R 乙 D．若要比较水和煤油的比热容大小，液体吸收的热量可通过温度计示数的变化比较 强化训练 040 2．（2023•市南区二模）甲、乙两电热器的电阻之比为4：3，通过的电流之比为1：2，通电时间之比为3：2，则 产生热量之比为（ ） ．2：1 B．2：9 ．9：2 D．1：2 3．（2023•雁塔区校级模拟）如图所示，电源电压恒为5V，电压表的量程为“0～3V“，电流表的量程为“0～ 06”，滑动变阻器的规格为“20Ω 1”，灯泡标有“3V 18”字样。闭合开关，在电路安全的情况下（不考虑灯丝电 阻的变化），则下列说法中正确的是（ ） ．滑片向左移动时，电压表示数变大 B．滑动变阻器的电阻允许调节的范围是0～20Ω ．小灯泡正常发光2s 内，变阻器产生的电热为36 D．电压表示数的变化范围是1V～3V 4．（2023•江岸区校级模拟）如图所示，在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中， 两个透明容器中分别接入了电阻丝R1和R2，且密封着等量的空气。将导线和b 接入电路进行实验，下列说法正 确的是（ ） ．U 形管中液面的变化是由于液体的热胀冷缩造成的 B．实验前要保证U 形管中液面相平，此时U 形管就是连通器 ．若R1和R2阻值都是5Ω，则R1和R2产生的热量之比是2：1 D．若R1和R2阻值是10Ω，也可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系 5．（2023•徐州模拟）如图甲所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S 后，滑片P 从b 端移动到端的过程中， 电压表示数U 与电流表示数的关系图象如图乙所示，下列判断正确的是（ ） ．电源电压为8V B．R1的阻值为40Ω ．当滑片P 移至中点时，电路消耗的总功率为36 D．当滑片P 在b 端时，通电10s 后R1上产生的热量是4 6．（2023•岱岳区一模）如图甲，电源电压保持不变，小灯泡上标有“4V”字样，电流表的量程为0～06，如图乙 是小灯泡的电流随其电压变化的图象。滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω，定值电阻R2的阻值为10Ω。当闭合 S 和S2、断开S1、滑片移到中点时，小灯泡L 恰好正常发光。则下列说法正确的是（ ） ①电源电压为9V ②闭合S 和S1，断开S2，滑动变阻器移动到b 端时，1m 电流通过R2产生的热量为540 ③闭合S 和S2，断开S1，当小灯泡的功率为08 时，滑动变阻器消耗的功率为36 ④闭合S 和S2，断开S1，滑片移到中点时，用一个“4V 05”的灯泡L'替换L，则L'将会烧毁 ．只有①②正确 B．只有①④正确 ．只有②③正确 D．只有①③正确 7．（2023•射洪市校级模拟）如图所示，电源电压12V 保持不变，小灯泡标有“4V 16”字样（灯丝电阻不受温度 影响），滑动变阻器标有“50Ω 1”字样，电流表量程为0～06，电压表量程为0～3V。闭合开关，保证各元件 不损坏，下列说法正确的是 （ ） ①移动滑动变阻器滑片，小灯泡可能正常发光 ②电路中消耗的最大功率为48 ③滑动变阻器两端电压变化范围为9～10V ④当滑动变阻器滑片P 置于b 端时，滑动变阻器通电1m 产生的热量为120 ．只有③④ B．只有①③ ．只有②④ D．只有①② 8．（2023•陇县三模）一台热水器有高温、中温、低温三挡，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。R1＝ 88Ω，R2＝22Ω。下列说法不正确的是（ ） ．当闭合S1，并将S2拨至位置时，热水器处于高温挡 B．当断开S1，并将S2拨至位置b 时，热水器处于低温挡 ．热水器处于中温挡的功率为500 D．热水器以低温挡正常工作10m，电热丝产生的热量为264×105 9．（2023•淄川区模拟）如图甲所示是额定电压为12V 的小灯泡L 的﹣U 关系图象，L 与电阻R 接入图乙所示的电 路中。只闭合开关S，电流表的示数为03，再闭合开关S1，电流表的示数为09。下列说法正确的是（ ） ．此时小灯泡的电阻是30Ω B．电路的电源电压是12V ．整个电路的消耗的电功率是36 D．通电10s 电阻R 产生的热量是36 1．（2023•泰安）如图所示的电路中，电源电压U 恒定，灯泡L 上标有“25V 125”字样（忽略温度对灯丝电阻的 影响），定值电阻R1阻值为15Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω 1”，电流表量程为0～06，电压表量程为0～ 3V。闭合开关S，断开开关S1、S2，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器接入电路的最小阻值为R2′， 当滑动变阻器滑片移至中点时，电流表示数为03；闭合开关S、S1、S2，在确保电路各元件安全的情况下，滑 动变阻器在电路中消耗的最大功率为P，定值电阻R1在10s 内产生的热量为Q。下列说法中（ ） ①U＝6V ②R2′＝4Ω ③P＝135 ④Q＝27 ．只有①④正确 B．只有②③正确 ．只有①③正确 D．只有②③④正确 2．（2023•广安）如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P 从端移至b 端的过程中、R1 消耗的电功率P 随R1阻值变化关系如图乙所示。下列思路点拨错误的是（ ） ．定值电阻R2为10Ω B．电源电压为12V ．滑片P 置于b 端时，闭合开关S，电压表的示数为10V D．滑片P 置于b 端时，闭合开关S，通电1 分钟R2产生的热量为24 3．（2023•宿迁）某型号电饭锅有“高温烧煮”和“保温焖饭”两挡，其电路如图所示。当开关S 置于1 时，电流 表示数为5，此时电饭锅处于 挡，在此挡位下加热22kg 的水，使其温度升高10℃，用时100s，电饭锅的 加热效率为 ；当开关S 置于2 时，电流表的示数为01，R 的阻值为 Ω。若从做饭快的角度考虑，应选 择功率更 的电饭锅。[水＝42×103/（kg•℃）] 4．（2023•辽宁）小明为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，利用阻值相等的电阻丝R1、R2、R3，设计了 如图甲所示电路，将电阻丝R3和 （填“R1”或“R2”）分别放在如图乙所示的两个相同装置中，实验通过U 形管中 反映电阻丝产生热量的多少。通过实验思路点拨可知，当电阻和通电时间相同时，通过电阻的电流 越大，这个电阻产生的热量越 。 5．（2023•辽宁）用如图所示的装置可探究电流产生热量与 （填“电流”或“电阻”）的关系，若通过R2的 电流为1，通电1m，R2产生的热量为 。若将R3更换为10Ω 的电阻， （填“仍能”或“不能”）完成 该实验探究。 6．（2023•营口）图中是探究电流通过导体产生的热量与 （选填“电流”或“电阻”）关系的装置；装置中 的U 形管 （选填“是”或“不是”）连通器；电流通过电阻R2与R1产生的热量之比为 。 7．（2023•济宁）电流做的功跟电压、电流和通电时间三个因素都有关。小明想通过实验验证电功跟电压的关系， 选用的器材如图所示。其中甲、乙两玻璃瓶内装有初始温度相同、等质量的煤油，两电阻丝阻值不同（R1＞ R2）。 （1）将两根电阻丝串联后接入电路中，可控制 和 相等； （2）通电一段时间后，通过观察 来比较电流做功多少； （3）通过实验发现：在相同时间内，电流通过电阻丝 （选填“R1”或“R2”）做的功多； （4）若R1两端的电压为3V，电路中的电流为04，则10s 内电流通过R1做的功为 。 8．（2023•娄底）如图甲是一款采用增压技术的挂烫机，简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝， R1＝55Ω，R2＝110Ω。开关S 接2、3 时处于慢热挡；开关S 接3、4 时处于速热挡。求： （1）挂烫机慢热过程中，电路中的电流； （2）挂烫机慢热工作1m，电热丝产生的热量； （3）挂烫机速热过程中的总电功率。