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2023-2024人教版9年物理全册同步学讲练测学案（全国通用）
第十八章 电功率 专题18.4 焦耳定律
1.知道电流的热效应。
2.知道焦耳定律，能够利用焦耳定律进行简单的计算。
3. 知道电热器发热的原理，并能列举出利用和防止电热的实例。
阅读本节课教材，参考教材完成教师给出的知识点问题的填空：
知识点1. 电流的热效应
（1）电流通过导体时将电能转化为_______，这个现象叫做电流的热效应.只要有电流通过导体，因为导体有一定的电阻，就会发生电流的热效应.
（2）电热与电阻的关系：在_______相同的条件下，电能转化成热能时的电功率跟导体的电阻成_______比.
知识点2.焦耳定律
（1）焦耳定律的内容：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_______比，跟通电时间成_______比.
（2）用公式表示Q=_______.
知识点3.电热的利用和防止
（1）电热的利用：各种电热器都是利用 的设备，例如电饭锅、电热水器、电熨斗等.
（2）电热的防止：如果用电器聚集的电热过多，温度过高，有可能烧坏电器，甚至引发火灾.
电脑主机里装有风扇、散热器等，都是为了加快 .
考点1. 电流的热效应
【例题1】（2023福建省） 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
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】（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：________。
考点3. 焦耳定律应用
【例题3】 （2023新疆）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。
【演练1】（2023甘肃兰州）阅读短文，回答问题。
LED照明灯具与镁合金
镁合金是一种高性能的金属合金，因其轻质、高强度、良好的导热性和导电性等特点，
在LED照明灯具中得到广泛应用。黄先，镁合金轻质的特性可以减少灯具的整体质量，使得灯具安装更方便：其次，镁合金的高强度特性可以保证灯具在使用过程中的稳定性，并且镁合金具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗一定的腐蚀和磨损；最后，镁合金具有良好的导热性能，可用作LED照明灯灯具的散热器，保证LED灯具在使用过程中不会因为散热不足而造成过热现象，从而延长灯具的使用寿命。此外，镁合金良好的导电性能也可以使电流的流通更加顺畅。
（1）由于电流的_______（选填“热”或“磁”）效应，LED灯具在使用时会出现发热现象；
（2）镁合金可以用作LED灯具的散热器是因为其具有良好的_______。
【演练2】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 ．
【演练3】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。
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）。
2.课节知识导图
（满分100分，答题时间45分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评）
一、选择题（本大题4小题，每小题8分，共32分）
1. 下列家用电器中利用电热工作的是（ ）
A. 电风扇 B. 洗衣机 C. 电饭锅 D. 吸油烟机
2. （2022梧州）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
3.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
4．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
二、填空题（本大题8小题，13个空，每空2分，共26分）
1．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。
2.图示电路中，电源电压不变，电阻R1 =30Ω，R2 =60Ω，闭合开关S，电流表A的示数为0.3A，则通电1min电阻R1产生的热量为______J。
3. （2023安徽）在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为______J。
4. （2022湖北恩施州）某饮水机上标有“220V制热550W”字样，发热部件正常工作时的功率为________W。饮水机加热一段时间，插座线会变热，这是电流通过导体时产生的________效应。
5. （2022黑龙江绥化）如图所示，电源电压不变，滑动变阻器的最大阻值为R，R1、R2为定值电阻，已知R∶R1∶R2=1∶1∶2，当滑片P移动到a端时，闭合开关S1、S2，通过R1与R2的电流之比是___________；当滑片P移动到b端时，只闭合开关S2，通电1min，R与R2产生的热量之比是___________。
6. 某饮水机上标有“220V制热550W”字样，发热部件正常工作时的功率为________W。饮水机加热一段时间，插座线会变热，这是电流通过导体时产生的________效应。
7.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。
8. （2022齐齐哈尔）如图所示是“探究电镜通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置。若探究电流通过导体产生热量与电流的关系，实验前应选择______（选填“甲” 或“乙”）裝置。如果甲裝置中通过5Ω电阻丝的电流为0.6A，则甲装置中10Ω电阻丝在1min内产生的热量是______J。
三、简答题（本大题1小题，共6分）
1．（6分）初春时节，新冠疫情来袭，小征的爸爸是一名志愿者，每天结束忙碌的工作后，为了小区的群众安全，义务到小区门卫岗亭值夜班，岗亭里没有暖气，为了给爸爸取暖，小征把家里的电取暖器送到岗亭使用。接通电源工作一段时间后，小征发现电阻丝热的发红，而连接电阻丝的导线却不怎么热。请你根据学过的物理知识，帮助小征解释产生此现象的原因。
四、探究题（本大题2小题，共18分）
1.（8分）如图是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。甲、乙是完全相同的密闭容器，里面密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平。
(1)实验中，乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的______不相等；
(2)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的物理研究方法是______；
(3)通过对比观察，______（选填“甲”或“乙”）容器中导体的电阻产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越______导体产生的热量越多。
2. （10分）小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6V。
（1）小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时，______，电阻产生的热量越多”的结论。
（2）小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持她猜想的现象是（ ）
A.正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮
B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
C.电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
（3）为了验证猜想，小芳选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。______闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是______，请你提出改进办法：______。
四、探究题（本大题2小题，每小题各9分，共18分）
1. （2022广西贺州）如图所示，电源电压为9V，电阻R1=10Ω，闭合开关S时电阻R2两端电压为6V。求：
（1）通过电阻R1的电流；
（2）电阻R2的电功率；
（3）电阻R2通电1min产生的热量。
2.保温箱的简化电路如图所示，A为温度传感器，它的作用相当于开关，达到设定温度时自动断开电路；低于设定温度时，自动接通电路。S是保温箱的温度设定开关，它有三个档，分别为60℃、50℃和40℃，加热功率分别为90W、72W和45W。电源电压为36V，R1、R2、R3都是发热体。
（1）当S拨至位置1时，加热功率是多少？R1的阻值是多少？
（2）当S拨至位置3时，电路中的电流是多少？
（3）当S拨至位置2时，R2的阻值是多少？通电1min产生多少热量？
焦耳
焦耳（James Prescott Joule, 1818—1889），英国物理学家，一生致力于实验研究。他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系，根据所测电流通过电阻放出的热量，提出焦耳定律。焦耳的研究为能量守恒定律的建立奠定了基础。
学习目标
自学知识点梳理
考点例题精讲
对点演练
解题方法归纳
课时减负课外小测验
科学精神与担当
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第十八章 电功率 专题18.4 焦耳定律
1.知道电流的热效应。
2.知道焦耳定律，能够利用焦耳定律进行简单的计算。
3. 知道电热器发热的原理，并能列举出利用和防止电热的实例。
阅读本节课教材，参考教材完成教师给出的知识点问题的填空：
知识点1. 电流的热效应
（1）电流通过导体时将电能转化为内能，这个现象叫做电流的热效应.只要有电流通过导体，因为导体有一定的电阻，就会发生电流的热效应.
（2）电热与电阻的关系：在电流 相同的条件下，电能转化成热能时的电功率跟导体的电阻成 正比.
知识点2.焦耳定律
（1）焦耳定律的内容：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）用公式表示Q= I2Rt .
知识点3.电热的利用和防止
（1）电热的利用：各种电热器都是利用 电热 的设备，例如电饭锅、电热水器、电熨斗等.
（2）电热的防止：如果用电器聚集的电热过多，温度过高，有可能烧坏电器，甚至引发火灾.
电脑主机里装有风扇、散热器等，都是为了加快 散热 .
考点1. 电流的热效应
【例题1】（2023福建省） 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。
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】（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。
考点3. 焦耳定律应用
【例题3】 （2023新疆）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
【演练1】（2023甘肃兰州）阅读短文，回答问题。
LED照明灯具与镁合金
镁合金是一种高性能的金属合金，因其轻质、高强度、良好的导热性和导电性等特点，
在LED照明灯具中得到广泛应用。黄先，镁合金轻质的特性可以减少灯具的整体质量，使得灯具安装更方便：其次，镁合金的高强度特性可以保证灯具在使用过程中的稳定性，并且镁合金具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗一定的腐蚀和磨损；最后，镁合金具有良好的导热性能，可用作LED照明灯灯具的散热器，保证LED灯具在使用过程中不会因为散热不足而造成过热现象，从而延长灯具的使用寿命。此外，镁合金良好的导电性能也可以使电流的流通更加顺畅。
（1）由于电流的_______（选填“热”或“磁”）效应，LED灯具在使用时会出现发热现象；
（2）镁合金可以用作LED灯具的散热器是因为其具有良好的_______。
【答案】 热 导热性能
【解析】（1）电流通过导体，导体会发热的现象叫做电流的热效应，由于电流的热效应，LED灯具在使用时会出现发热现象。
（2）由材料可知，镁合金具有良好的导热性能，可用作LED照明灯灯具的散热器。
【演练2】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。
【演练3】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
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）。
2.课节知识导图
（满分100分，答题时间45分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评）
一、选择题（本大题4小题，每小题8分，共32分）
1. 下列家用电器中利用电热工作的是（ ）
A. 电风扇 B. 洗衣机 C. 电饭锅 D. 吸油烟机
【答案】C
【解析】ABD．电风扇、洗衣机、吸油烟机主要是把电能转化为机械能，利用了电动机原理，故ABD不符合题意；
C．电饭锅是把电能转化为内能，利用电流的热效应工作，故C符合题意。故选C。
2. （2022梧州）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。
3.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。
4．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。
二、填空题（本大题8小题，13个空，每空2分，共26分）
1．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。
【答案】相等；B。
【解析】（1）串联电流处处相等；
（2）电流产生热量与导体中的电流、导体电阻和通电时间有关，在电流和通电时间相同时电阻越大产生的热量越多。
实验中阻值不相等两电阻串联，则两电阻中的电流相等，在通电时间相同时，电阻大的电阻丝产生的热量多，即B相通的电阻丝R2产生的热量要多，B气球先鼓起来。
2.图示电路中，电源电压不变，电阻R1 =30Ω，R2 =60Ω，闭合开关S，电流表A的示数为0.3A，则通电1min电阻R1产生的热量为______J。
【答案】72
【解析】由图可知，两个电阻并联，电流表测量干路中的电流，电路的总电阻
电源电压
U=IR=0.3A×20Ω=6V
通电1min电阻R1产生的热量
3. （2023安徽）在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为______J。
【答案】3600
【解析】由于5条电阻丝并联，所以每根电阻丝两端的电压都为12V，每根电阻丝流过的电流是
电路中总电流是
电加热除雾装置的加热功率
1min产生的热量为
W＝Pt＝60W×1×60s＝3600J
4. （2022湖北恩施州）某饮水机上标有“220V制热550W”字样，发热部件正常工作时的功率为________W。饮水机加热一段时间，插座线会变热，这是电流通过导体时产生的________效应。
【答案】 550 热
【解析】由饮水机上的标志可知，饮水机的额定功率为550W，即正常时的功率为550W。
饮水机工作的过程中，插座线中也有电流通过，电流通过导体时会产生热量，使导体发热，这就是电流的热效应。
5. （2022黑龙江绥化）如图所示，电源电压不变，滑动变阻器的最大阻值为R，R1、R2为定值电阻，已知R∶R1∶R2=1∶1∶2，当滑片P移动到a端时，闭合开关S1、S2，通过R1与R2的电流之比是___________；当滑片P移动到b端时，只闭合开关S2，通电1min，R与R2产生的热量之比是___________。
【答案】 2∶1 1∶2
【解析】当滑片P移动到a端时，闭合开关S1、S2，电阻R1与电阻R2并联，根据并联电路特点支路电流与电阻成反比与R1∶R2=1∶2可得，通过R1与R2的电流之比是2∶1。
当滑片P移动到b端时，只闭合开关S2，电阻R与电阻R2串联，串联电路电流相等，根据Q=I2Rt，结合R∶R2=1∶2，可得通电1min，R与R2产生的热量之比是1∶2。
6. 某饮水机上标有“220V制热550W”字样，发热部件正常工作时的功率为________W。饮水机加热一段时间，插座线会变热，这是电流通过导体时产生的________效应。
【答案】 550 热
【解析】由饮水机上的标志可知，饮水机的额定功率为550W，即正常时的功率为550W。
饮水机工作的过程中，插座线中也有电流通过，电流通过导体时会产生热量，使导体发热，这就是电流的热效应。
7.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 1: 2 ③ 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
8. （2022齐齐哈尔）如图所示是“探究电镜通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置。若探究电流通过导体产生热量与电流的关系，实验前应选择______（选填“甲” 或“乙”）裝置。如果甲裝置中通过5Ω电阻丝的电流为0.6A，则甲装置中10Ω电阻丝在1min内产生的热量是______J。
【答案】 乙 216
【解析】探究电流通过导体产生热量与电流的关系，应保证在电阻相同、通电时间相同情况下，比较不同大小电流通过导体后产生热量的大小。乙装置中，浸在液体中的两个电阻阻值均为5Ω，且由于右侧浸在液体的5Ω电阻与另外一个5Ω电阻并联，同时与左侧浸在液体的5Ω电阻串联，故通过右侧浸在液体的5Ω电阻的电流要大于左侧浸在液体的5Ω电阻串联，进而可以在电阻相同、通电时间相同情况下，比较不同大小电流通过导体后产生热量的大小。
根据焦耳定律可知，甲装置中10Ω电阻丝在1min内产生的热量是
三、简答题（本大题1小题，共6分）
1．（6分）初春时节，新冠疫情来袭，小征的爸爸是一名志愿者，每天结束忙碌的工作后，为了小区的群众安全，义务到小区门卫岗亭值夜班，岗亭里没有暖气，为了给爸爸取暖，小征把家里的电取暖器送到岗亭使用。接通电源工作一段时间后，小征发现电阻丝热的发红，而连接电阻丝的导线却不怎么热。请你根据学过的物理知识，帮助小征解释产生此现象的原因。
【答案】见解析。
【解析】因为电阻丝和导线是串联，通过的电流相等。但电阻丝的电阻比导线的电阻大得多，根据Q＝I2Rt，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以电阻丝热的发红，而连接电阻丝的导线却不怎么热。
四、探究题（本大题2小题，共18分）
1.（8分）如图是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。甲、乙是完全相同的密闭容器，里面密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平。
(1)实验中，乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的______不相等；
(2)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的物理研究方法是______；
(3)通过对比观察，______（选填“甲”或“乙”）容器中导体的电阻产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越______导体产生的热量越多。
【答案】 （1）电流 （2）转换法 （3）甲 越大
【解析】(1)乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的电流不相等，因为左右容器内两导体的阻值相等，必须让两电阻的电流不同才能探究电流产生的热量与电流的关系。
(2)甲乙两容器内空气温度的变化不能直接测出，而是通过U形管液面高度变化来显示，这是物理研究中的转换法。
(3)在电阻和通电时间相同时，甲容器内液面高度差较大，说明甲容器内的电阻产生较多的热量，而甲容器内电阻通过的电流较大，由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。
2. （10分）小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6V。
（1）小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时，______，电阻产生的热量越多”的结论。
（2）小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持她猜想的现象是（ ）
A.正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮
B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
C.电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
（3）为了验证猜想，小芳选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。______闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是______，请你提出改进办法：______。
【答案】 （1）电流越大 （2）C （3）见解析 电路中电流太小（或者电阻太大或者电压太低） 将100Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝（或增大电源电压）
【解析】（1）由图甲可知，两容器内的电阻大小相等，右侧两根电阻丝并联，然后与左侧的电阻丝串联，根据串联电路和并联电路特点可知，左侧容器内的电阻丝的电流大于右侧容器内电阻丝的电流，在通电时间相同的情况下，左侧U型管内液体的高度差大于右侧，说明左侧电阻丝产生的热量多，所以可以得出：在通电时间和电阻相同时，电流越大，电阻产生的热量越多。
（2）要探究电流产生的热量与电阻大小有关，要控制电流和通电时间相同。
A．正常工作时，“36V 54W”的灯泡的电流为
“12V 6W”的灯泡的电流为
电流不同，故A不符合题意；
B．接线板上接入的用电器越多，总功率越大，在电压不变时，根据欧姆定律可知，电流越大，没有控制电流相同，故B不符合题意；
C．电熨斗工作时，内部的电热丝和与之相连的导线串联，电流和工作时间相同，由于电热丝的电阻远大于导线电阻，电热丝产生的热量远大于导线产生的热量，说明电流产生的热量与电阻大小有关，故C符合题意。故选C。
（3）要探究电流产生的热量与电阻大小有关，在电阻不同时，要控制电流和通电时间相同，应该把电源、开关和两段电阻丝串联起来，如图所示
较长时间后两个U形管的高度差均不明显，可能是电路的电流太小，导致电阻丝产生的热量较少，根据欧姆定律，可以把其中较大的100Ω的电阻换成一个阻值较小的电阻丝（不能为5Ω），也可以增大电源电压。
四、探究题（本大题2小题，每小题各9分，共18分）
1. （2022广西贺州）如图所示，电源电压为9V，电阻R1=10Ω，闭合开关S时电阻R2两端电压为6V。求：
（1）通过电阻R1的电流；
（2）电阻R2的电功率；
（3）电阻R2通电1min产生的热量。
【答案】（1）0.3A；（2）1.8W；（3）108J
【解析】（1）电路中R1和R2串联，R1两端电压为
通过R1电流
（2）电路中电流为
R2的电功率为
（3）R2通电1min产生的热量
2.保温箱的简化电路如图所示，A为温度传感器，它的作用相当于开关，达到设定温度时自动断开电路；低于设定温度时，自动接通电路。S是保温箱的温度设定开关，它有三个档，分别为60℃、50℃和40℃，加热功率分别为90W、72W和45W。电源电压为36V，R1、R2、R3都是发热体。
（1）当S拨至位置1时，加热功率是多少？R1的阻值是多少？
（2）当S拨至位置3时，电路中的电流是多少？
（3）当S拨至位置2时，R2的阻值是多少？通电1min产生多少热量？
【答案】（1）当S拨至位置1时，加热功率是90W，R1的阻值是14.4Ω；
（2）S拨至位置3时电路中的电流是1.25A；
（3）当S拨至位置2时，R2的阻值为3.6Ω；通电1min产生的热量为4320J．
【解析】(1)开关接1时，电路电阻最小，是只有一个电阻R1的简单电路．根据P=U2/R可知：
此时消耗的电功率最大为P=90W，
R1的阻值为R1= U2/P=(36V)2/90W=14.4Ω．
（2）开关接3时，三个电阻串联，电路电阻最大时，
根据P=U2/R可知：此时消耗的电功率最小为P=45W，
电路中得电流为I小=P/U=45W/36V=1.25A；
（3）开关接2时，电阻R1和R2串联接入电路，P=U2/R
可知：此时电路消耗的功率为P中=72W，
此时电路中的总电阻为R总=U2/P中=(36V)2/72W=18Ω．
R2的阻值为：R2=R总-R1=18Ω-14.4Ω=3.6Ω．
通电1min产生的热量Q=W=P中t=72W×60s=4320J．
焦耳
焦耳（James Prescott Joule, 1818—1889），英国物理学家，一生致力于实验研究。他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系，根据所测电流通过电阻放出的热量，提出焦耳定律。焦耳的研究为能量守恒定律的建立奠定了基础。
学习目标
自学知识点梳理
考点例题精讲
对点演练
解题方法归纳
课时减负课外小测验
科学精神与担当
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