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15.4 探究焦耳定律
课堂练习
1．小乐按图听示连接电路，其中R1、R2、R3是三段电阻丝（R1A．a、b、c B．c、a、b C．c、b、a D．a、c、b
2．某同学仔细观察家中的电视机、电风扇、电烙铁和节能灯四种电器，发现它们上面都标有“220V 40W”的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生的热量最多的是（ ）
A．电烙铁 B．电视机 C．电风扇 D．节能灯
3．如图是“探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关”的实验装置。两个10Ω的电阻并联后再与另一个10Ω的电阻串联，将其中两个电阻按图示分别置于两个透明容器中，两个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，下列说法正确的是（ ）
A．图示中实验是为了探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
B．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少
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．将图示中左侧10Ω电阻丝换成5Ω电阻丝后，可探究电流产生的热量与电阻的关系
4．如图所示的装置，既可以探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系，也可以比较水和煤油吸热升温的现象，则在这两个实验过程中:①都要控制液体的初温相同；②都是通过温度计示数的变化来反映液体吸收热量的多少；③都要控制所选烧瓶中液体的质量相等；④都要控制所选烧瓶中电阻丝阻值相等.以上说法正确有（ ）
A．只有③ B．只有①③ C．只有①②③ D．①②③④
5．如图所示，定值电阻R1=10Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω，电源电压恒为6V，当S闭合，滑片P在图中所示位置时，电压表示数为3V，下列说法不正确的是（ ）
A．此时滑动变阻器连入电路的阻值是10Ω
B．通电10s电阻R1产生的热量是9J
C．此时电路消耗的总功率为0.9W
D．若滑片P从图示位置向右滑动，电压表的示数将变大
6．电流通过导体，导体会发热的现象叫做电流的 ______效应。当电流一定时，相同时间里导体的电阻越大，产生的热量就 ______。某电热器接在40V的电源上，其电阻是100Ω，则通电8min能产生的热量是 ______J。
7．如图是小金研究电动机是否对小灯泡的亮度有影响的电路图，开始小金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度，接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化（小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U），则在电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为______（填写表达式）；在电动机转动时，电流所做的功______电流在电路中产生的热量（选填“大于”“等于”或“小于”）。
8．如图所示，串联的两电阻丝（R1＜R2），封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流 ______（选填“相等”或“不相等”），一段时间后，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到 ______（选填“A”或“B”）气球先鼓起来。
9．如图所示是探究电流通过导体产生热量与_________关系的装置。电阻丝和通过导线接到电源电压为12V的电路中，闭合开关后通电时间50s时，电阻产生的热量为________J。
10．如图所示，某电熨斗重力为12N，放在水平桌面上，它与桌面的接触面积为0.01m2，则它对桌面的压强为______Pa；若电熨斗电阻为55Ω，通过的电流为4A，则其工作200s产生的热量为_______J。
11．油汀取暖器和暖手宝是冬季常见的取暖装置，它们里面的加热丝是利用电流的________效应来工作的；利用如图所示装置可以比较暖手宝和油汀取暖器中工作液的比热容大小，在完全相同的甲乙两烧瓶中装入质量相等的上述两种液体（均不导电），且电热丝阻值R1________（选填“>”“<”或“=”）R2，闭合开关后一段时间，若甲中温度计示数变化大，则甲中液体的比热容________（选填“大”或“小”）
12．如图所示，扫地机器人自动清洁做到清扫抛拖一步到位，彻底替代了人的卫生打扫问题。扫地机器人电动机额定电压为12V，正常工作时通过线圈的电流为0.5A，若此电动机线圈的电阻为4Ω，那么这台电动机正常工作1min，线圈产生的热量是______J，电动机消耗的电能是______J。
13．如下图所示是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。 每组实验器材中，两透明容器密封着等量的空气，两密闭容器中都有一段电阻丝，加热前两U形管各液面的高度相同。实验时，分别将图甲和图乙中A、B两端接入电路进行实验。
（1）实验中，通过______反映电阻丝产生热量的多少；
（2）若要探究电流产生热量与电阻的关系，应选择图______（选填“甲”或“乙”）实验装置，选择的理由是_______；
（3）用另一组实验器材进行实验，得到的结论是______。
14．如图所示，小明发现爷爷家居住的小区线路严重老化，于是拍照并找到小区管理人员建议马上更换电线，否则易引发火灾。请你用学过的知识解释图中情景易引发火灾的原因。
15．小琨使用电饭煲做饭时，发现插头有些松动且较热，仔细观察发现，插座已被烧焦，如图所示，他查阅资料后得知，插头松动后，会使插头与插座间的接触电阻变大请你从物理学角度分析插座烧焦的原理。
16、如图所示是我们夏天常用的电蚊香器，接通电源后发热体就会给固体药片加热，我们就可以安稳的睡觉了，根据上面的描述请回答下列问题：
(1)电蚊香器是利用什么原理工作的？
(2)为什么导线温度不高，而只有发热体温度高？
17．小明新买了一根电饭锅的电源线，使用时闻到橡胶的焦糊味。他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，而其他用电器仍然正常工作。请你分析引起电源线过热的原因是什么？
答案
1．C
解析：
由电路图知，电阻丝R1、R2先串联再与R3并联，且R1故选C。
2．A
解析：
因各用电器的额定功率相同，由W=Pt可得，若工作相同时间，消耗的电能相同；电烙铁工作时将消耗的电能转化为内能；电视机工作时将大部分电能转化为声能、光能；电风扇工作时消耗电能，大部分转化为机械能；节能灯工作时将电能大部分转化为光能。BCD不符合题意；A 符合题意。
故选A。
3．C
解析：
AC．装置中两个10Ω的电阻并联后再与一个10Ω的电阻串联，根据串并联电路电流特点可知，右边容器中通过电阻的电流小于左边容器中的电流，探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差更大，故A错误，C正确；
B．该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反应热的多少，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映，故B错误；
D．将左边容器中的电阻丝换成5Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故D错误。
故C。
4．A
解析：
①探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，电阻放出热量的多少是通过温度计升高的示数的大小来反映的，所以不需要控制液体的初温相同；比较水和煤油吸热升温的现象时，需要控制水和煤油的初温相同，故①错误；
②比较水和煤油吸热升温的现象时，通过加热时间来表示液体吸收热量的多少，故②错误；
③探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，需要控制加热的液体的种类、质量相同；比较水和煤油吸热特点时，需要控制水和煤油的质量相同，故③正确；
④探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，需要控制电流和通电时间相同，电阻不同，故④错误。
综上所述，只有③正确。
故选A。
5．C
解析：
闭合开关，两电阻串联，电压表测R2的电压。
A．定值电阻R1=10Ω，电源电压恒为6V，当S闭合滑片P在某位置时，电压表示数为3V，根据串联电路电压的规律，R1的电压
R1的电压与变阻器的电压之比为1：1，根据串联电路的分压原理，则此时滑动变阻器连入电路的阻值
此时滑动变阻器连入电路的阻值是10Ω，故A正确，不符合题意；
B．R1两端的电压是3V，R1=10Ω，通电10s后R1产生的热量是
通电10s电阻R1产生的热量是9J，故B正确，不符合题意；
C．电源电压恒为6V，这时
根据可知，此时电路消耗的总功率
此时电路消耗的总功率为1.8W，故C错误，符合题意；
D．若滑片再向右移动时，接入电路中的电阻变大，电路中的总电阻变大，由可知，电路中的电流变小，根据可知，定值电阻R1两端电压变小，根据串联电路电压的规律，可知滑动变阻器两端的电压变大，电压表示数变大，故D正确，不符合题意。
故选C。
6．热 越大 7680
解析：
[1][2]电流通过导体，导体会发热的现象叫做电流的热效应，当电流一定时，导体的电阻越大，产生的热量就越多。
[3]电热器是纯电阻电路，电流做功全部用来产生热量，电热器产生的热量
7． 大于
解析：
[1]电动机未转动时，电流做的功全部转化为热能，即
Q=W=UIt=U=
[2]电动机转动时，电流所做的功一部分转化为内能，一部分转化为机械能，故电流所做的功大于电流在电路中产生的热量。
8．相等 B
解析：
[1]根据串联电路的电流处处相等可知，因为两电阻丝串联，则闭合开关，通过两电阻丝的电流相等。
[2]因为流经两电阻丝的电流相等，R1＜R2，根据Q=I2Rt，所以R2产生的热量较多，B气球先鼓起来。
9．电阻 320
解析：
[1]由图知，两电阻丝串联在电路中，通过的电流相同，通电时间相同，而电阻不同，根据控制变量法可知，是探究电流产生热量跟电阻的关系。
[2]由电阻的串联和欧姆定律可得，电路中的电流为
电阻R2在50s内产生的热量
Q2=I2R2t=(0.8A)2×10Ω×50s=320J
10．
解析：
[1]电熨斗对桌面的压强为
[2]电熨斗产生的热量为
11．热 = 小
解析：
[1]油汀取暖器和暖手宝是冬季常见的取暖装置，它们里面的加热丝通过电流时产生热量，使里面的液体温度升高，这是利用电流的热效应来工作的。
[2][3]要比较暖手宝和油汀取暖器中工作液的比热容大小，需要在完全相同的甲乙两烧瓶中装入质量相等的上述两种液体；为了使用相同热源进行加热，应使电热丝阻值R1=R2，根据 ，闭合开关后一段时间，两电热丝产生热量相等；相同时间内，甲乙两烧瓶中工作液吸收的热量相同，若甲中温度计示数变化大，根据 ，则甲中液体的比热容小。
12．60 360
解析：
[1]这台电动机正常工作1min，线圈产生的热量
Q=I2Rt=(0.5A)2×4Ω×60s=60J
[2]电动机消耗的电能
W=UIt=12V×0.5A×60s=360J
13．U形管中液面高度差 甲 电阻不同，且通过的电流和通电时间相同 或在通电时间和导体电阻相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多
解析：
（1）[1]实验中，密闭容器内封闭的空气受热膨胀，使得U形管内液面产生高度差，通过观察U形管中液面高度差反映电阻丝产生热量的多少。
（2）[2][3]若要探究电流产生热量与电阻的关系，则应改变电阻大小，控制通过电阻的电流相等，因图甲中两电阻阻值不同，且为串联连接，故流过两电阻的电流相等，故应选择图甲实验装置。
（3）[4]由图乙中可知，两电阻的阻值相同，因右侧电阻还并联了一段电阻，故流过两电阻的电流大小不同，两U形管中液面高度差不同，故可知，在通电时间和导体电阻相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多。
14．见详解
解析：
答：线路老化，绝缘皮破损后易造成电路短路，短路时电路中电阻很小，电压一定，由得，电路中电流很大。在电阻和通电时间相同时，由焦耳定律可知，电流越大，产生的热量就越多，所以易引发火灾。
15．见解析
解析：
插头松动后，插头与电饭锅插孔间的接触面积变小，插头与插孔接触处的接触电阻变大，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流I一定的情况下，相同时间t内产生热量增多，所以插座温度升高，容易将插座烧焦。
16．(1)电蚊香器是利用电流的热效应工作的；(2)见解析
解析：
(1)接通电源后发热体就会给固体药片加热，说明电蚊香利用的电流的热效应工作的。
(2)因为导线的电阻比发热体小得多，根据Q=I2Rt可知，在电流和通电时间相同时，电阻大产生的热量多，所以导线的温度不高，而发热体温度高。
17．见解析
解析：
新买的电源线过细，电源线电阻较大，电源线与电饭锅串联，所以电流相等，由焦耳定律Q=I2Rt可知，当电流和通电时间一定时，电阻越大，产生热量越多。
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15.4 探究焦耳定律
沪粤版 九年级上
新知导入
水用管状电热器
饮水机
电热器
电炉
它们的共同点是什么
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。
新知讲解
电流通过导体时电能转化成内能，叫电流的热效应
一、 电流的热效应
问题：电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
（一）猜想：电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
谁更“烫”？
铁丝和铅笔芯串联
通过的电流相同
通电时间相同
电阻不同
通过的电流相同，通电时间相同，电流通过导体时产生热量与电阻有关
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
谁更“烫”？
铅笔芯
通过的电流不相同
通电时间相同
电阻相同
通电的时间和电阻相同，电流通过导体时产生热量与电流有关
通电5S和10s谁更“烫”？
铅笔芯
通过的电流相同
通电时间不相同
电阻相同
通过的电流和电阻相同，电流通过导体时产生热量与通电时间有关
（二）实验器材
1、探究通电导体放出的热量跟电阻的关系
问题：（1）为什么将两个阻值不同的电阻串联？
（2）怎样比较热量的多少？
（三）实验探究
问题：
（1）为什么将两个阻值不同的电阻串联？
控制通过电阻的电流和通电时间相同
（2）怎样比较热量的多少？
通过比较液柱上升的高度比较电阻放出热量的多少
条件：
现象：
结论：
等量煤油，电流相同,时间相同
B瓶中温度上升的多
电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
与
电
阻
的
关
系
2、探究通电导体放出的热量跟电流的关系
条件：
通电时间相同，电阻相同
现象：
电流大时，温度上升多
结论：
在通电时间一定、电阻相同时，通过的电流越大，产生的热量越多。
与
电
流
的
关
系
3、探究通电导体放出的热量跟时间的关系
条件：
通电电流相同，电阻相同
现象：
时间长时，温度上升多
结论：
在通电电流一定、电阻相同时，通电时间越长，产生的热量越多。
与
时
间
的
关
系
焦耳（James Prescott Joule，
1818—1889），英国物理学家。用
近 40 年的时间做了 400 多次实验，
研究热和功的关系。通过大量的实
验，于 1840 年最先精确地确定了电
流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。
焦 耳
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．单位： I---安培（A）
R---欧姆（W）
t---秒（s）
Q---焦耳（J）
三、焦耳定律
例1：一根60 的电阻丝接在36V的电源上，在5分钟内共产生多少热量？
分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。
解：
I =
U
R
=
36V
60Ω
=0.6A
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
例2：某电动机上标有“220V,2A”它的线圈电阻为5 ，当它正常工作一分钟后，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，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能为: W总=UIt=220V×2A×60S=26400J
线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 ×60S=1200J
得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－1200J=25200J
例3：（通辽中考）有一台热水器，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。R1=88Ω，R2=22Ω。
（1）如何控制S1和S2，使热水器处于高温挡；
（2）求低温挡正常工作5min电热丝产生的热量；
（3）求中温挡正常工作时热水器的功率。
解：（1）当S1闭合，S2接a点时，热水器处于高温挡
（2）当S1断开，S2接b 点时，R1、R2串联热水器处于低温挡
440W
）
（
R串
U
P低
88W+22W
220V
2
2
=
=
=
Q=W=Pt=440W×5×60s=1.32×105J
（3）只闭合S1，电路中只有R1工作，此时为中温挡
550W
）
（
R1
U
P中
88W
220V
2
2
=
=
=
例4：电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？
答：电炉子工作时，通过导线和电炉丝的电流相等，电炉丝电阻比导线电阻大 ，根据 焦耳定律可知，相同时间内电炉丝产生的热量比导线 多，所以电炉丝热得发红而导线不太热。
例5：（威海中考）根据下列两个实验，回答相关问题：
实际生活中，用电器接通电源后，都伴有热量的产生，小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时，采用了如图所示的实验装置，其中a、b、c、d四个相同的容器密闭着等量空气并与U形管紧密相连，实验前U形管两端液面相平，将1、2和3、4导线分别接到电源两端．
在实验过程中，通过观察U形管中 液面高度 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少：图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与____________的关系，图乙所示的装置是用来研究通过电阻丝产生的热量与__________的关系。
电阻大小
电流大小
电流通过导体产生热量与通过导体的电流和电阻大小有关，通过导体的电流越大，导体的电阻越大，产生的热量越多．
综合分析图甲乙两装置的实验现象，可以得出的结论是____________________________．
（一）电流热效应的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用电来加热
四、电流热效应的应用与控制
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。
电水壶
电暖器
电热水壶
（二）电流热效应的危害和防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
如：电熨斗、电烙铁、电炉等
电热器:
主要部分——发热体
工作原理：电流热效应
用电来加热的设备
电视机加散热窗、计算机、电动机等还要加风扇
利用：
防止：
小结：
课堂练习
1、如图所示，是人们常用的一种插线板：
（1）为什么不能将很多大功率用电器同时接在同一个插线板上？
（2）如果在制造插线板的过程中，厂家为了节省成本，将插 线板的电源线芯线做得细了一些，这样会存在什么安全隐 患？
答：（1）插线板一般不能同时接用多个大功率用电器，是因为当同时接用多个大功率用电器时，通过插线板的电流增大，容易引起火灾。
（2）如果插线板电源线芯线比合格产品细，因导体电阻与导体的横截面积有关，在其他条件不变时，导体越细电阻越大，在电流不变时，根据焦耳定律可知：电阻越大，单位时间放出热量越多，容易引发火灾，造成不安全因素。
2、如图所示的电饼铛，其主要部件是发热体。请回答：
(1)电饼铛工作时，发热体发热的原理是什么 ___________________________________________ ？
(2)加热过程中，食品的内能是通过什么方式增加的 _____________ ？
(3)电饼铛的指示灯是个发光
二极管，二极管主要是由什么
材料制成的 _________________ ？
利用电流的热效应
热传递
半导体材料
3、物理课上，老师将包装口香糖的锡箔纸剪成中间狭长的条形，再将锡箔纸两端分别接到电池正负极上，不一会，锡箔纸中间部分就燃烧起来，请解释锡箔纸中间部分燃烧起来的原因。
答：锡箔纸是导体，不经过用电器直接将电源两极连接起来，发生短路，会有很大的电流通过。锡箔纸中间剪成狭窄的形状，中间部分横截面积小电阻大。根据焦耳定律Q=I2Rt，电流相同，通电时间相同，电阻大的地方产生的热量多，温度高。所以中间狭长部分先达到锡箔纸着火点，先燃烧起来。
4、小华家电热毯内的电阻丝断了，爸爸将两个断头接上后想继续使用，被小华阻止了。原因是________________________；接头处与电阻丝其他部分是串联的，通过它们的电流大小是__________的。但电阻丝接头处的电阻较大，长时间使用会导致______________________________________。
可能引起火灾，不安全
相等
接头处的电热毯烧焦
5、如图所示，当插座接入的用电器功率越大时，通过插座电线的电流就越______________，一定时间内电线产生的热量就越_____________，所以连接大功率用电器应选用_______________（“选填①细铁线②粗铁线
③细铜线④粗铜线”）连接的插座。
④
多
大
6、如图所示，电源电压不变，当S1和S3闭合、S2断开时，标有“12 V 6 W”灯L正常发光，电流表的示数为1.5 A，则电源电压为______V，R=______Ω；当S1和S3断开、
S2闭合时，定值电阻R在1min内产生的
热量为______J。（不考虑温度对灯丝
电阻的影响）
80
12
12
7、做“影响电流通过导体时产生的热量因素”实验时，将两段电阻丝R1和R2分别安装在两个相同的装置中，将它们串联后接入电路。下列正确的是（ ）
A．R1和R2应选用相同的电阻
B．应保持R1和R2的电压相等
C．这是为了探究电流对产生热量的影响
D．用温度计示数的变化表示电阻丝放出的热量
D
8、家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一台洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，电动机线圈电阻为2Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为（ ）
A．480J B．1.452×106J
C．2.64×104J D．880J
A
9、额定电压均为220V电饭锅和洗衣机，已知电饭锅和洗衣机的额定功率都是800W，同时接入我国的家庭电路中工作时，下列说法正确的是（ ）
A．电饭锅消耗的电能多
B．电饭锅和洗衣机消耗的电能一样快
C．电饭锅消耗的电能少
D．电流通过电饭锅和洗衣机产生的热量一样多
B
课堂总结
公式：Q = I2Rt
单位： I---安培（A）
R---欧姆（W）
t---秒（s）
Q---焦耳（J）
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
