15.4探究焦耳定律 讲义（无答案） 2023-2024学年沪粤版物理九年级上册

物理讲义
课题 15.4 探究焦耳定律 九年级
必须掌握的知识点： ①电流的热效应及其在生活、生产中的应用 ②焦耳定律，运用焦耳定律进行简单计算 ③区别电热、电功 姓 名 ________
教学内容 1.通电导体放出的热量跟哪些因素有关 电流通过导体时，导体会发热，这叫做电流的_______。 在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝(R甲＞R乙)，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高。电流产生的热量越多，温度计示数越大。 ①两个电阻串联它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶的温度计示数________。 ②调节滑动变阻器，增大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，两次实验比较甲瓶前后两次温度计示数的大小，第二次温度计示数________。 ③如果加长通电的时间，瓶中温度计示数________。 [总结]： ①在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越长，电流产生的热量越______； ②在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越_____，进一步的研究表明产生的热量与____________成正比； ③在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越______。 2.焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定了：电流通过导体产生的热量跟_____________成正比，跟导体的_________成正比，跟___________成正比。这个规律叫做焦耳定律，即：Q=__________ (Q—热量—J，I—电流—A，R—电阻—Ω，t—时间—s) ①在纯电阻电路中(电阻、白炽灯、电炉等)，电能全部转化为______能，电功等于电热，即电热：Q＝W＝_______＝_______＝_______＝_______。 串联电路中：＝_______ 并联电路中：＝_______ ②在非纯电阻电路中(如电动机等)，电能大部分转化为机械能，但不可避免的一小部分转化为热能，即W＝_______+_______。 3.电热的利用与防止 电热利用(纯电阻电路)： 人们利用电流的热效应来作加热的电热器有很多，例如：电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉都是电热器，还有电褥、电烘箱；家禽电热孵卵器，引发炸药的电热装置；电热器清洁卫生，没有环境污染，热效率高。 电热防害(非纯电阻电路)： 在电动机里，电流主要用来做机械功，但电流通过电动机里的电阻也会产生热量，温度升高，绝缘材料会迅速老化甚至可能烧坏。这就需要考虑散热，还要加快散热，有的电动机里装有风扇，同时把外壳做成特殊的形状，都是为了迅速散热；收音机、电视机等用电器也都要考虑散热，它们的机壳上都有散热孔。 4.电热器的“多档”问题 (1)“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，高温挡总电阻较____，低温挡总电阻较____。 (2)“双档”的控制开关 模式①短路式②单刀双掷式③并联式经典 电路高温档开关________开关________闭合开关________低温档开关________开关________闭合开关________
(3)“三档”的控制开关 经典 电路高温档开关S2 ________ 开关S1接_______只闭合开关________中温档开关S2 ________ 开关S1接_______只闭合开关________或________低温档开关S2 ________ 开关S1接_______只闭合开关________
【练习】 (多选)下列用电器工作时，消耗的电能主要转化为热的是(　　) A．电饭锅 B．电风扇 C．电炉 D．电热水壶 (多选)下列用电器工作时，要防止电流热效应带来的危害的是(　　) A．电灯 B．电视机 C．电动机 D．电熨斗 某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图所示，两个透明容器中密封着等量空气，U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝。 (1)透明容器中密封一定量空气的优点是__________________________；实验中通过观察______________________，可以比较电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫___________。 (2)图甲中将两段阻值不同的电阻丝_______(选填“串联”或“并联”)，是为了研究电流产生的热量与________的大小的关系，这种研究方法叫__________法。 (3)将图甲闭合开关，通电一段时间后，______(选填“左”或“右”)侧U形管中液面高度变化大；通电一段时间后，若发现图甲中的U形管的液面高度几乎不变，出现该现象的原因可能是_______________________。 (4)让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相同阻值的电阻和这个容器内的电阻并联(如图乙所示)，重新做这个实验。此时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U形管中液面高度变化，由此得到的结论是__________________________ __________________________________________________。 一台电风扇，内阻为20Ω，接上220 V电压后，消耗功率66 W，求： (1)电风扇正常工作时通过电动机的电流； (2)电风扇正常工作时电动机的效率； (3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机的发热功率。 “创新”小组的同学们调查发现，雨雪天气里汽车后视镜会变模糊，影响行车安全。同学们设计了给后视镜除雾、除霜的加热电路。如图是加热电路原理图，电源电压100V，加热电阻R1与R2阻值均为100Ω，电路低温挡除雾，高温挡除霜。同学们对电路进行模拟测试，开启除霜模式加热后视镜1min，用温度传感器测得其温度升高了6℃。求： (1)除霜模式下，电路中的电流； (2)除霜模式下，电路的加热效率。[查资料得：后视镜玻璃质量约0.5kg，玻璃的比热容约0.8×103J/(kg ℃)] 课堂笔记
课堂练习
人们生活所需的用品中涉及到很多物理知识，下列对应关系正确的是(　　)
A．移动电话——超声波 B．验钞机——红外线
C．电热水器——电流的热效应 D．筷子——省力杠杆
甲乙两电阻串联在电路中，闭合开关后，发现甲产生的焦耳热比乙产生的焦耳热多，则以下说法错误的是(　　)
A．通过甲的电流大 B．加在甲两端的电压大
C．通过两电阻的电流一样大 D．甲的电阻比乙的电阻大
电炉通电一段时间后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却几乎不发热，这主要是因为(　　)
A．导线的电阻远大于电炉丝的电阻 B．通过导线的电流大于通过电炉丝的电流
C．导线的电阻远小于电炉丝的电阻 D．通过导线的电流小于通过电炉丝的电流
如图所示，在左、右两个相同容器中分别装有初温均为20℃的等量的煤油，通电一段时间后，左、右温度计温度分别上升到80℃和40℃，由此可知(　　)
A．R1=2R2 B．R1=4R2
C．R1=3R2 D．R1=9R2
两根阻值均为R的电阻丝，串联后接到电源上，烧开一壶水需时间t1，并联后再接到同一电源上，相同条件下烧开同一壶水需要时间t2，则t1和t2的大小有(　　)
A．t1=t2/2 B．t1=2t2 C．t1=t2/4 D．t1=4t2
(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻的电路
C．在不是纯电阻的电路中，UI＞I2R
D．焦耳定律Q=I2Rt适用于任何电路
某实验装置如图。甲、乙两烧瓶中液体质量相同但电阻丝的阻值不同。利用此装置和秒表可以探究哪些物理问题呢 下列相关说法中不正确的是( )
A．若两烧瓶中液体种类相同，可以探究电流产生的热量与电流大小的关系
B．若两烧瓶中液体种类相同，可以探究电流产生的热量与电阻大小的关系
C．若两烧瓶中液体种类不同，可以探究电流产生的热量与电流大小的关系
D．若两烧瓶中液体种类不同，可以探究不同物质吸热升温现象
如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，通电一段时间后体积变化最大的气球是(　　)
A．a B．b C．c D．三个相同
一个直流电动机所加电压为U，电流为 I，线圈内阻为 R，当它正常工作时，下述错误的是(　　)
A．电动机的输出功率为U2/R B．电动机的发热功率为I2R
C．电动机的输出功率为UI-I2R D．电动机的功率可写作UI=I2R=U2/R
电风扇正常工作的同时要产生小部分热量，这是电流的______效应，一台标有“220V、110W”的电风扇，线圈电阻是20Ω，工作1min消耗的电能是________J，产生的热量是________J。
小红家买了一台电烤箱，有高、中、低三个档位的发热功率。如图是其内部简化电路图，Rl=60.5Ω，R2=121Ω，电源电压保持不变，开关S1可分别与触点a、b接触．当开关S1置于a端，S2闭合时，电烤箱处于______档位，电烤箱消耗的电功率是______W；当开关S1置于b端，S2闭合时，电烤箱处于______档位，电烤箱消耗的电功率是______W。
一台直流电动机线圈电阻r =1Ω，与一阻值R=10Ω的电阻串联，当所加电压U=150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求电动机消耗的总功率及输出的机械功率。
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.如图所示是瑞瑞家两种电器及其铭牌，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。
电热水壶 电饭煲
装水体积/L 1.8 1.8
水的初温/℃ 20 20
水烧开时间/s 480 840
(1)在1标准大气压下，把电热水壶中的水烧开，水需要吸收的热量；
(2)试通过计算比较电热水壶和电饭煲的热效率。
饮水机是一种常见的家用电器，其工作电路可简化为如右图所示的电路，其中S是温度控制开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R1是饮水机加热管的电阻，R2是与加热管串联的电阻，下表是从其说明书中摘录下的一些技术数据(不考虑R1、R2的阻值受温度的影响)。
额定电压 220V (
S
)
频率 50Hz
加热功率 880W
保温时整机耗电量 0.48kW·h/24h
(1)温控开关S断开时，饮水机处于________(选填“加热”或“保温”)状态。
(2)在额定电压下，饮水机处于加热状态时，工作1min饮水机产生的电热是多大？加热管R1的阻值多大？
(3)在额定电压下，饮水机处于保温状态时，整机的功率多大？电阻R2的阻值多大？
课后作业
下列说法正确的是(　　)
A．电饭煲是利用电流的磁效应工作的
B．城市中建设人工湖可以调节气温，利用了水的比热容大的原理
C．飞机在天空飞行时，机翼上方的压强大于下方的压强
D．在微观粒子中，空间尺度从大到小的排列是：电子、原子核、原子、分子
将规格都是“220V　180W”的电冰箱、电脑和电烙铁，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是(　　)
A．电冰箱产生的热量最多 B．电脑产生的热量最多
C．电烙铁产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
如图所示，两透明容器中密封着等质量的空气，通电t秒后(两容器都不向外放热)，下列说法正确的是(　　)
A．两容器中电阻产生的热量相同
B．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍
C．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍
D．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的四倍
对如图所示实验描述正确的是(　　)
A．甲图可测出大气压的值
B．乙图可研究电流产生热量与电阻大小有关(甲乙电阻不同)
C．丙图可以得出牛顿第一定律
D．丁图可探究摩檫力与接触面粗糙程度的关系
两根导线的电阻之比是3∶4，通过的电流之比是4∶3，在相同时间内两根导线中产生的热量之比为(　　)
A．1∶1 B．4∶3 C．3∶4 D．16∶9
如图甲图是小灯泡L和电阻R2的I-U图象。将小灯泡L、电阻R1和R2接入乙图所示电路中，电源电压恒定不变，只闭合开关S1时，电流表示数为0.8A；只闭合开关S3时，小灯泡L的实际功率为1.2W。下列说法正确的是(　　)
A．只闭合开关S3时，小灯泡的电阻为5Ω
B．只闭合开关S1时，电路总功率为9.6W
C．R1的电阻为5Ω
D．所有开关都闭合，在15s内电路中产生的总热量为3200J
第6题 第7题 第8题
如图所示是探究电流热效应跟什么因素有关的实验装置，电阻丝R1=2R2，接通电源后，R1、R2产生热量之比为_________；若将两瓶的电阻丝并联后接入同一电路中，R1、R2产生热量之比为_________。
如图所示，当开关S断开，甲、乙两表均为电流表，若两表示数之比I甲:I乙=1:4，R1:R2=______；当开关S闭合，甲、乙两表均为电压表时，则两表示数之比U甲:U乙=______，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1:Q2=______。
用“220V 800W”的电水壶烧水，若不考虑能量损失，当接在110V电源上时，用时32min可将一壶水烧开，如果接在220V电源上时，烧开同样一壶水所用的时间是________min。
一台直流电动机额定电压为220V，其电阻为1Ω。正常工作时通过的电流为20A，则该电动机的额定功率是_______kW，电动机连续正常工作10min，电动机因本身有电阻而发热损失的电能为_______J。
小菲冬天取暖时发现：电暖器的电热丝热得发红，而与之相连的导线却不热。
(1)如图是小菲进行实验探究的部分电路，甲、乙烧瓶中装有________相等初温相同的煤油，金属丝电阻R甲＜R乙。通电一段时间后，发现乙烧瓶中温度计的示数大些。此现象说明：在________和________相同时，________越大，电流产生的热量越多，要使两烧瓶中煤油的温度升高得更快，滑动变阻器的滑片应向______滑动。下面的探究实例中，也是采用这种研究方法的是______。
A．力是看不见的，可以通过力的作用效果认识它
B．探究电流与电压、电阻的关系
C．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻
(2)小菲想用此装置探究水和煤油吸热能力，电路中必须满足的条件是___________
_____。用温度计测量液体吸收热量后升高的温度值，并用钟表记录加热时间如表。
物质 质量/g 初始温度/℃ 加热时间/min 最后温度/℃
水 60 20 6 45
煤油 60 20 6 68
在此实验中，如果要使水和煤油的最后温度相同，就要给________加热更长的时间，此时水吸收的热量________(选填“大于”或“小于”或“等于”)食用油吸收的热量。通过实验可以得到不同的物质吸热能力不同，物质的这种特性用________这个物理量来描述。
近来网上热卖的空气炸锅，可以不用或少用油制作炸制食品。实际就是利用风扇将电热管产生的热量吹向食品进行加热，形象一点就是在锅里放了一台吹风机，用热风吹食物。其内部电路原理如图，相关参数如表。试求：
额定电压 220V
电源频率 50HZ
热风功率 1210W
冷风功率 110W
(1)热风加热时电路中的总电流；
(2)正常工作时电热管的电阻；
(3)图中电动机线圈的电阻为10Ω，1min内电流通过电动机线圈产生的热量。
如图所示的电路中，只闭合S1时，通过R2的电流是1.5 A，R1＝30Ω，R2＝20Ω．求：
(1)电源电压是多大；
(2)只闭合S2时，通电20s电流通过R1产生的电热；
(3)使开关通断情况发生变化，整个电路消耗的最小电功率P和最大电功率P′之比。
(2019东营，23)图甲为新型风暖浴霸，因其安全性能好、发热柔和，深受大家喜爱。它是利用电动机鼓动空气流动，通过加热元件加热冷空气带动室内升温。图乙是某型号风暖浴霸的简化电路图，其发热元件是两根阻值不变的电热丝R1、R2 。主要参数如下表。
(1)开关均闭合，求浴霸正常工作时的干路电流是多少？
(2)正常工作时，求R1的阻值是多少？
(3)实际电压为200V时，求R2的实际功率是多少？
(4)浴霸正常工作时，使容积为20m3的房间空气温度升高20℃，求室内空气吸收的热量是多少？(ρ空气＝1.2kg/m3，c空气＝1.0×103J/(kg ℃)，不考虑其他因素影响)
几千年来中国的厨艺最讲究的就是“火候”现在市场上流行如图所示的新型电饭锅，采用“聪明火”技术，电脑智能控温、控压，智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感，其简化电路如图甲所示。R1和R2均为电热丝，S1是自动控制开关．把电饭锅接入220V电路中，用电饭锅的“聪明火”煮米饭，电饭锅工作时的电流随时间变化的图象如图乙所示。求：
(1)电热丝R2的阻值(计算结果保留一位小数)；
(2)这个电饭锅在0—15min内把质量为11的米饭由20℃加热到100℃，求电饭锅在这段时间内加热的效率。[C米饭=4.2×103J/(kg ℃)]
当堂检测(___月___日) 姓名：__________
将一台“220V 100W”的电风扇、一个“110V　100W”的充电器、一把“36V　100W”的电烙铁分别接到220V的电源上，在相同时间内，通电后产生热量最多的是(　　)
A．电烙铁 B．充电器 C．电风扇 D．一样多
在相同时间内，电流通过电阻丝甲产生的热量比通过电阻丝乙产生的热量多，则下列说法正确的是(　　)
A．甲的电阻一定大于乙的电阻 B．甲两端的电压一定大于乙两端的电压
C．甲中的电流一定大于乙中的电流 D．甲的实际功率一定大于乙的实际功率
把两个完全相同的电阻丝串联后接在电压为U的电源上，它们在时间t内产生的热量为Q1；若把它们并联起来接在同一电源上，在相同的时间内产生的热量为Q2，则(　　)
A．Q1∶Q2＝1∶4 B．Q1∶Q2＝4∶1 C．Q1∶Q2＝1∶2 D．Q1∶Q2＝2∶1
为了使电热器的功率变为原来的一半，下列办法中正确的是(　　)
A．保持电压不变，电阻变为原来的一半
B．保持电阻不变，电压变为原来的一半
C．电压和电阻都变为原来的一半
D．使电压变为原来的1/4，电阻变为原来的一半
(
甲
乙
)如右图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝中各自的电流I甲、I乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是(　　)
A．I甲=I乙，Q甲=Q乙 B．I甲＞I乙，Q甲＜Q乙
C．I甲＜I乙，Q甲＜Q乙 D．I甲＞I乙，Q甲＞Q乙
(
O
U
/V
I
/A
)有两只标有“220V 1000W”的相同规格电加热器，这种电加热器在它两端不超过额定电压时，电流随电压的变化关系如图2所示。将这两个电加热器串联起来接到家庭电路中，消耗的总功率为P总，则(　　)
A．0C．500W加在某电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的电热功率为(　　)
A．P B． C． D．P–
有两根电热丝R1和R2 ，其大小关系是R1∶R2=3∶1，若单独用R2对一壶水加热，则所需时间为t0 。若将这两根电热丝并联连入电路，则烧开同一壶水所需的时间为(不计热损失)(　　)
A． B． C． D．
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D的电流，使通过电阻A、D的电流不同
如图所示的电路中，电源电压U＝6V，电阻R1＝6 ，电阻R2＝4 ，求：
(1)只闭合S1，通过R1的电流是多大？
(2)只闭合S2，通电10s的时间内电流通过R2产生的电热是多少？
(3)当三个开关处于何种状态时，整个电路消耗的电功率最大？求出此时的最大电功率。