第六章第三节《焦耳定律》（无答案）.doc

第四节 焦耳定律
知识点及考童角度 系统学习
知识点1 电流的热效应
知识浓缩
1．概念：电流通过导体时电能转化成内能的现象，电流的热效应。
2．电流热效应的实质：电能转化为____能。
典例解读
【例l-l】如图l8-4-1所示，下列常见电器中不是利用电流热效应工作的是( )

举一反三
1-l如图18-4-2所示的电器工作时，将_ 能转化为____能，我们把这些电器统称为____。

知识点2．探究电热的多少与哪些因素有关（重点）
知识浓缩
1．转换法：本实验通过比较____来判断电阻丝产生热量的多步。
2．控制变量法：
(1)两个容器中密封着等量的空气；
(2)探究电热与电阻的关系时，控制电流和通电时间相同，一般将两个阻值不同的电阻____联；
(3)探究电热与电流的关系时，控制电阻和通电时间相同。
3．实验结论：电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关。
【例2-1】（探究题）小明和小玲想利用如图18-4-3所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是镍络合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。
(1)这两个烧瓶中所盛煤油的质量应该____；实验中把铜丝与镍铬合金丝串联的目的是____。
(2)小玲问小明：“自来水比较容易获得，为什么不用水代替煤油”?对于这个问题，小明与他的同学给出了下列四种答案，你认为合理的是( )
A．因为煤油有颜色便于观察
B．因为煤油有较大的热值
C．因为煤油有比较小的密度
D．因为煤油有比较小的比热容
(3)实验中，小明和小玲发现B烧瓶中温度计的示敷升高得快，这表明，在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越____，产生的热量越多。
2-l．（包头）用如图18-4-4所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的
关系”。
1)实验中通过观察 ___ _来比较电流产生的热量的多少。
(2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲、乙两瓶中要装入____的同种液体。
(3)为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能____。
(4)实验结论是________。
知识点3 焦耳定律（重点）
知识浓缩
1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的____成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这个规律叫焦耳定律。
2．公式及单位：
考查角度1：Q=I2Rt及变形公式的计算
【例3-1】（绥化改编）一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上，在5min内产生的热量是 J。
3-1．（一题多变题）一根阻值为30Ω的电阻丝，通电100s，通过的电流为0.2A,则电流通过电阻丝产生的热量是多少？
一变：某电炉的电阻是100Ω，通电10s产 生的热量是4×103 J，那么通过电炉的电
流是多少？
二变：一根阻值为100Ω的电阻丝，通过电流为2A,产生3.2×l04 J的热量需要通电多长时间？
三变：某电阻丝两端的电压为40V，通过的电流为2A,通电100s产生的热量是多少？
考查角度2：串、并联电路中电热与电阻的关系
【例3-2】如图18-4-5所示，电源电压保持不变，R1:R2=4 : 1，则在相同时间内，R1、R2产生的热量之比是( )
A.1 : 4 B．4 : 1 C.1:5 D．5 : l
3-2．（湖南娄底，一题多变题）两定值电阻丝R1=440Ω，R2=220Ω 。若将R1和R2串联后接在电路中，在相同时间内，R1和R2上产生的热量之比是____．
一变：:（兰州）将阻值为40Ω的电阻丝接在电源两端，通电10min，电流产生的热量是1.5×l03J，若将阻值为l0Ω的电阻丝接人同一电源的两端，通电10min，电流产生的热量是( )
A.1.5×103 J B.3. 75×103 J C．7.5×103J D．6.0×l03 J
二变：:电炉丝断了，去掉1/5后，仍然接在原来的电源两端，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为( )
A．5 : 4 B．1 : 5 C．5 : 1 D．4 : 5
考查角度3：Q=Pt的电热计算（易错点）
【例3-3】一只电烙铁标有"220V 40W",在额定电压下通电10min产生的热量是 J。
3-3．一电热水壶接在220V的电路中，在800S内产生的热量是8×l05J，求该电热水壶的功率是多少？
考查角度4：非纯电阻电路的电热计算（易错点）
【例3-4】一台电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加的电压为2V时，电动机正常工作，此时电流为0.8A，lmin内线圈产生的热量是__J。
3-4. （四川泸州改编）一个额定电压为12V的小型电动机正常工作时，测得通过电动机的电流是0.5A，工作10min该电动机线圈产生的热量是360J，则电动机线圈的电阻是____Ω。
考查角度5：利用焦耳定律解释电热现象
【例3-5】旧白炽灯在工作时，容易在灯丝最细处熔断，这是因为与相同长度的灯丝较粗处相比，灯丝最细处( )
A．电热最多 B．电流最大 C．电阻最小 D．电压最小
3-5.(辽宁本溪．实际应用题）据报道，近几年有许多重大火灾都是因线路连接处接触不良造成的，教训十分深刻，线路连接处接触不良引起火灾的原因是：当线路连接处接触不良时该处的电阻将____，在该接触处就会产生局部过热升温，接触处的电阻又随温度的升高而
____，从而形成电热的逐步积累和恶性循环，以致引发火灾。
知识点4 电热的利用和防止（重点）
知识浓缩
1．电热的利用：(1)加热物体，(2)驱潮。
2．电热的危害及防止：电热若不能及时散发出去，会使用电器的温度过高从而导致用电器工作失常，甚至引发火灾，因此需要通过散热孔或散热片将热量及时散发出去。
综合·应用·探究 培优拔尖
典例解读
拔尖角度1：串、并联电路中电热的计算（拓展点）
【例1】如图18-4-6所示，R1=400Ω，R2的变阻范围是0-20Ω，电源电压U=12V不变，当S断开，滑片P滑到B点时，电路消耗的总功率是1.2W。则R2的阻值是 Ω，当S闭合，滑片P滑到A点时，电路在1min内产生的总热量是____J。

举一反三
1．（一题多变题）如图18-4-9所示，R1和R2为定值电阻，R1的阻值为10Ω，将它们串联后接在电压为12V的电源上，电流表的示数为0.5A，则通电1min，R2产生的热量是多少？
一变：如图18-4-10所示，标有“6V 3W”字样的小灯泡与最大阻值为10Ω的滑动变阻器串联在电路中。当变阻器连入电路中的电阻为6Ω时灯正常发光。（不考虑灯泡电阻受温度影响，电源电压不变）求：①灯泡电阻和电源电压；②灯泡正常发光1min滑动变阻器产生的
热量。
二变:（江苏宿迁改编）如图18-4-11所示，Rl=15Ω，R2=2OΩ，闭合开关后，电流表的示数为0.4A，求：①R1两端的电压是多少？②通过电阻R2的电流是多少？③若通电100s，R2产生的热量是多少？
三变：如图18-4-12所示，电阻R1=10Ω ，电源电压不变，当开关S接1时，电压表的示数为6V，电流表的示数为1A。求：①R1的阻值是多少？②当开关S接2时，电压表的示数为多大？若通电lmin，电阻R2产生的热量是多少？
拔尖角度2：“多挡位”电热器（拓展点）
【例2】（实际应用题）小明家新购置一个电饭锅，其铭牌如下表所示，表格中的额定功率均是指电路的总功率，电路原理如图18-4-7所示，图中的S1是电源开关，S2是加热、保温转换开关。小明在一次煮饭的过程中，同时闭合开关S1和S2，通电15min后，开关S2弹起断开，电饭锅进入焖饭保温工作状态，再经过10min后，锅内米饭完全煮熟，开关S1断开。试计算．

(1)在这次煮饭的全过程中，电饭锅消耗了多少电能？
(2)R1和R2的阻值分别是多大？
2.（辽宁阜新，实际应用题）如图18-4-13是一条电热毯电路的示意图，Ro是发热电阻丝，R是串联在电路申的电阻，S是温控开关，电热毡铭牌上标有“220V 40W”字样。问：（不考虑温度对电阻值的影响）
(1)要使电热毯处于低温挡，开关S应处于____状态；
(2)发热电阻丝Ro的阻值是多大？
(3)当电热毯处于低温挡时,电路中的电流为0.1A，则在20min内R2产生的热量是多少？

方法规律：电热器工作时将电能转化为内能，根据实际需要往往要设计不同挡位．电热器的高低挡指的是“功”不同，电源电压不变，高挡时功率大，电阻小，为单电阻或两电阻并联；而低挡时功率小，电阻大，为两电阻串联或单电阻，具体电路结构有以下四种(如图18-4-8)。

基础演练·提升训练·拓展巧练
A组：基础巩固训练
l．（江苏常州）如图18-4-14所示，将两根电阻丝R1、R2分别插入甲、乙两瓶等量煤油中，串联接入电路，R1:R2=2:5，通电一段时间后，R1、R2产生的热量之比为( )
A．2 : 5 B．5 : 2 C．4 : 25 D．25 : 4

2．（长沙，易错题）将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，菪通电时间相同，则下列说法正确的是( )
A．电冰箱产生的热量最多 B．电风扇产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热最一样多
3．（沈阳改编）如图18-4-15所示是探究在通电时间一定时，电流产生热量与哪些因素有关的实验装置。烧瓶内装有质量和初温完金相同的煤油，瓶中铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积相同，下列选项是关于此实验的一些描述，其中正确的是( )
A．在甲图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系
B．在乙图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系
C．在甲图中，闭合开关一段时间后,A瓶中温度计的示数更高
D．在乙图中，电流越大，温度计的示数升高得越多
4.（湖南衡阳）某导体的电阻是5Ω，通过它的电流为0.2A，10s内通过该导体产生的热量是 J，电热器中的电饭锅是利用电流的____效应制成的加热设备。
5．(四川南充）已知R1 : R2=3 : 4，当R1、R2串联在电路中时，R1、R2两端的电压之比U1:-U2=____，当电阻R1、R2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比Ql : Q2=____。
6.（山东烟台）学习完电热和电功率的知识后，小明和小红将相关的知识归纳总结在下表中，你认为正确的有____（只填序号）。

7.（广东肇庆）如图18-4-16甲所示，两只相同的烧瓶里装有同样的煤油，它们的初温相同，实验小组同学利用该装置探究“电流的热效应与电阻的关系”．
(1)请用笔画线代替导线，将图甲的电路连接完整（要求两电阻串联，通过电阻丝的电流可以改变且连线不得交叉）。

(2)两烧瓶中电阻丝的材料、横截面积均相同，由图可知，两电阻丝的阻值Ra____（填“>”
" <”或“=”）Rb。
(3)通电一段时间后，a、b两温度计的示数如图乙所示，则b的示数是____℃，由此可知:在相同的时间内，电流一定时，电阻越____，它产生的热量越____。
(4)若将图甲的电路改成图丙所示，通电一段时间后____（填“a”或“b”）温度计的示数
较大。
8.（营口）电热毯电阻丝断了，将电阻丝接上后可以继续使用，但在使用中发现接头处容易被烧焦，请解释容易被烧焦的原因。
B组：能力提升训练
9．某校“STS”小组的同学为了开展科学实验，自制了一台电烤箱，电烤箱的电阻丝通过的电流是5A时,1min产生6.6×10'J的热量，下列说法中错误的是( )
A．电阻丝工作时的电阻是44Ω
B．电阻丝消耗的电功率是1.1×l03 kW
C．电阻丝两端的电压是220V
D．电阻丝消耗的电功率是l.1×l05 W
10．如图18-4-17所示，电阻R1=10Ω ，若断开S2、闭合Sl，电流表的示数I1=0.30A,若闭合S1、S2,电流表的示数I=0.50A，则电阻R2通电1min产生的热量为( )
A．225 J B．81J C．36 J D．24 J
11．（实验评估题）在研究“影响电流热效应的因素”实验中，刘海洋同学为了研究通电导体电阻的大小对产生热量多少的影响，设计的正确方案是，选择两个阻值____（填“相等”或“不等”）的电阻丝，控制通过两个电阻丝的电流___ _（填“相等”或“不等”）。通电时间相等，比较产生热量多少。于是他找来两段材料、粗细相同，长短不同的电阻丝分别绕制成两个外形相同，长度不同的电阻圈串联在电路中，同时将火柴分别插入两个电阻圈中，如图18-4-18所示，他想通过火柴被点燃的先后来比较电阻丝产生热量的多少。当电路接通后，他发现两根火柴几乎同时被点燃，于是得到电阻大小对产生热量多少没有影响的结论。你根据掌握的知识，对他的结论做出评价，并分析火柴同时被点燃的主要原因。
12．如图18-4-19所示，灯L上标有“6V 3W”字样（不考虑温度对灯丝电阻的影响），电阻R1=20Ω。求：
(1)灯丝的电阻。
(2)当开关S1闭合，S2、S3都断开时，灯L正常发光，求电源电压。
(3)开关S1、S2、S3都闭合，且滑片P在b端时，电流表的示数为2.4A，滑动变阻器R2的最大阻值。
(4)当开关S1断开，S2、S3都闭合，且滑片P在a、b间中点时，在1min内滑动变阻器产生的热量。
13．(山东菏泽模拟，一题多变题）电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动机线圈的电流为50A。问：
(1)每分钟该电动机消耗的电能是多少？
(2)已知电流通过导体产生的热量为Q=I2Rt（其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是0.4Ω,则线圈每分钟产生多少热量？
一变：增加问题：这台电动机每分钟所做的机械功是多少？
二变：增加问题：这台电动机工作时，电能转化为机械能的效率是多少?
4．有一种半导体材料的电阻值随着温度的变化而明显改变，用这种材料制作的电阻称为热敏电阻，图18-4-20甲所示是某热敏电阻R的阻值随温度变化的图象，小马同学用该热敏电阻R和电压表设计了一个测量范围为0～100℃的水温表，图乙所示是这个水温表的原理图。图中的电压表的量程为0--3V，定值电阻Ro的阻值为100Ω，要求当水温达到100℃时，电压表的示数达到最大值。请完成下列问题。
(1)根据图象回答该热敏电阻在100℃时的电阻值为多大。
(2)电源电压为多大？
(3)当水温达到l00℃时，电路消耗的总功率是多少？
(4)通过计算说明水温表刻度盘上的0℃应该与电压表刻度盘的什么位置对应？

竞赛题
5.（上海大同杯复赛）如图18-4-21是多挡位电热器的工作电路图，电热器内只有两个阻值分别为R1=50Ω和R2=100Ω的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有“0、1、2……9”共10个金属触点；可以绕中心轴转动的旋钮开关两端各有一个金属滑片，转动旋钮开关可以将相邻的触点连接，如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时另一端将7、8触点接通。电源电压为220V。用这个旋钮开关可以实现电热器有多挡位加热功率的要求，请回答．
(1)该电热器可有几个不同加热挡位？
(2)将此电热器接入家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大？并分别指出旋钮开关接在哪个挡位。
全章整合与拔高
全章知识结构
二专题整合与拔高

本章中考动向：本章内容是初中电学知识的核心，也是中考的重点，经常以“压轴题”形式出现，所占分值比例较大．一般围绕以下六个方面命题：(1)电能表读数和应用；(2)用电器的额定功率和实际功率；(3)电功和电功率的计算；(4)焦耳定律；(5)测算小灯泡的电功率；(6)探究电流的热效应跟电阻的关系。
综合与拔高专题
专题一：动态电路中电功率的综合计算
【例】如图18-l所示，电源电压保持不变，R1=10Ω，R2为滑动变阻器，闭合开关S，当滑片P在a端时，电流表的示数为0.3A，当滑片P在b端时，电压表示数为2V。求：
(1)滑动变阻器Rl的最大阻值？
(2)当滑片P在b端时，R1消耗的电功率是多大？
链接中考训练
l．(四川摹枝花）如图18-4所示电路，电源电压不变。闭合开关S，当滑片P置于变阻器的b端时，电压表的示数为6V，当滑片P量于变阻器的中点时，电压表的示数变化了2V，从P量于中点开始，在20s内定值电阻R1产生的热量为64J。则下列判断正确的是( )
A．R1的阻值为10Ω
B．滑动变阻器R的最大阻值为20Ω
C．电源电压为10V
D．R1先后两次消耗的电功率之比为3 : 4
专题二 电学与热学的综合计算
【例】（江西，图文信息题）家用电器的使用日益广泛，好学的瑞瑞突发奇想，想检验电热水壶和电饭煲谁的热效率高。如图18-2所示是瑞瑞察两种电器及其铭脾，下表是瑞瑞在使用这两种电器（正常工作）烧水时所记录的数据。
(1)在l标准大气压下，把电热水壶中的水烧开，水需要吸收多少热量？
(2)试通过计算说明电热水壶和电饭煲的热效率谁高。

链接中考训练
2.（广东揭阳）如图18-5所示是电热水壶铭牌。为了测量它烧水时的实际功率，石磊和哥哥合作进行了如下实验，关掉家里所有用电器，将该电热水壶装了0.6L(600cm3)20℃的水，接入家庭电路中，闭合壶的开关，测得壶中的水从20℃上升到100℃所用的时间是3.5min。同时观察到家中电能表（如图18-6）转盘转过的转数正好为90转(r)。已知水的比热容c=4.2×103J／(kg．℃)。请根据相关信息，求:
(1)电热水壶中水吸收的热量。
(2)电热水壶烧水的实际功率。
专题三：电学和力学的综合计算
【例】图18-3是一电动机通过动滑轮提升重物的装置示意图，假设电源电压为380V保持不变，电动机线圈电阻为1Ω ，不考虑电动机各处摩擦。当电动机将540kg重物匀速提升16m的过程中，电路中的电流为20A，动滑轮的机械效率为80%(g取10 N/kg)。则：
(1)电动机所施加的拉力F做的功是多少？
(2)电动机所施加的拉力F是多少？
(3)电动机线圈电阻的发热功率是多少？
(4)试从能量转化和守恒的角度，求电动机提升重物所用的时间。
链接中考训练
3．（重庆）随着科学技术的发展，电动自行车已成为大众化的一种交通工具，小周和他爸爸在一段平直公路上对家里的电动自行车进行了测试，若电动自行车在行驶过程中消耗的电能有75％转化成机械能，电动机的额定功率是240W．正常工作时电流为5A。求：
(1)电动机正常工作时电压是多少？
(2)小周骑着电动自行车测试时，电动自行车以额定功率在平直公路上行驶，获得了速度v随时间t变化的关系图象，如图18-7所示，此过程中电动自行车的牵引力是多大？
(3)若测试中电动自行车一直以额定功率行驶，小周骑着电动自行车匀速经过一段平直公路需要1min，小周的爸爸骑车时受到的阻力是小周骑车时的1.2倍，小周的爸爸骑车匀速经过同一路段需要多少时间？
方法技巧专题
专题四：图象法
【例】（广西河池）热熔胶是生产中常用的粘合剂，它在常温下是固体，熔化后再冷却就能将物体牢牢地粘合在一起。图18-8甲是热熔胶枪（简称“胶枪”）的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件，电路如图乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。腔抢扳机松开时，开关S1断开，开关S2的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度(170℃--210℃)。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态，固体胶条向前挤压，开关S1闭合，开关S2的触片与a触点接通，枪口冒出温度为170℃--210℃的胶液，在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。接通电源120s后，问：

(1)胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多大？
(2)假设胶枪在温度为170℃的条件下工作200s，它产生热量的80％被胶条吸收，在这个过程中胶条吸收了多少热量？
(3)胶抢正常工作时的最小电流是多少？
链接中考训练．
l．（贵州遵义）某兴趣小组设计了如图18-10甲所示的电路进行实验探究，电源为电压可调的学生电源，小灯泡L标有“6 V 1.2 W”字样，R为20Ω的定值电阻。小组根据记录的电流表和电压表的示数变化，描绘出如图乙所示的I-U关系图。当电压表的示数为2V时，通过小灯泡L的电流为________A，调节电源电压，当电路消耗的总功率为1.35W时，小灯泡的实际功率为___ _W。

专题五：控制变量法与转换法
【例】小华、小玲和小强分别设计了如图18-9所示的三个装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。

(1)在小华设计的图中这个实验中，电流产生的热量多少是通过 体现出来的；
像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“ ”。
(2)在小玲设计的图乙中，将R1和R2串联接入电路中，这是为了保证 相同。
(3)在小强设计的图丙实验中，烧瓶中装的是煤油，请问他为什么不在烧旭中装更容易获得的水？
(4)对比三个同学的设计，谈谈优缺点。
链接中考训练
5.{四川乐山）下列关于如图18-11所示实验的说法中错误的是
A.该实验研究的是电流的热效应
B．实验中采用了控制变量法
C.观察实验现象可知，在其他条件相同时，电阻越大产生的热量越少
D.实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少