第 25 讲 探究焦耳定律
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课程标准 课标解读
1．知道电流的热效应；
2．会用实验探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关，在 培养乐于探索日常生活中的物理学道理
设计实验的过程中运用控制变量法和转换法； 的热情。
3．能用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。
知识精讲
知识点 01 通电导体放出的热量与哪些因素有关
1．电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光，这种电能转化为_______的现象叫做电流的热效应。
2．如图所示，在探究电流的热效应与哪些因素有关的实验中：
(1)通过观察______________来判断电流产生的热量的多少。
(2)图中甲、乙两根电阻丝是串联的，这是为了研究电流产生的热量与______________的关系。
【即学即练 1】在做“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验时，小于采用了如图甲所示的实
验装置。两个透明的容器中密闭了等量的空气，U 型管中液面变化反映了密闭空气温度的变化。
（1）若通电时间相同，发现 B 玻璃管内液面上升较高，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的
___________越大，产生的热量越多；
（2）小刚采用了如图乙所示的实验装置，通电相同时间，发现 A 玻璃管液面上升较高，这表明：在电阻和
通电时间相同的情况下，通过导体的___________越大，产生的热量越多；
（3）该实验中用到的研究物理问题的方法是___________法和___________法。
知识点 02 焦耳定律
焦耳定律：电流流过时导体的产生的热量，跟电流的平方成_______，跟导体的电阻成_______，跟_______
成正比。计算公式是_______。
【即学即练 2】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，
还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台线圈电阻是 10Ω 的电动机，当电动机两端加 220V
电压时，通过电动机线圈的电流为 1A，电动机工作 5 分钟所输出的机械功是______J。
知识点 03 电流热效应的应用与控制
1．电热器是利用电流的热效应来工作的，电热器的主要组成部分是发热盘，它是由电阻率_______，熔点
_______的电阻丝制成的。生活中常见的电热器有______________、______________、______________等。
2 .长期不用的家电设备每隔一段时间需要通电一次，这是_______电热；电视机的机壳上设计了网眼花格，
这是_______电热。
【即学即练 3】电热膜是一种新型的电热器件，如图甲所示是一种常见的电热膜。电热膜是在绝缘的聚酯薄
膜表面，经过特殊工艺加工形成的一条条薄的导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构，
其内部结构如图乙所示。电热膜通电工作时没有发红、炽热或发光现象的产生。它与被加热的物体直接接
触，产生的热量很快传给被加热物体，所以电热膜本身的温度并不太高，不易氧化，使用寿命长。在制造
电热膜时，会出现不同区域的导电墨线厚度不均匀的现象，厚的导电墨线电阻小。导电墨线的电阻随温度
变化的关系如图丙所示，这种温度特性的优点是，它不会因厚度不均匀而出现严重的发热不均、局部过热
的现象，这是电热丝所不具备的，它保证了电热膜各处的温度均衡。
(1)电热膜取暖器工作时，室内空气温度升高是通过______方式增加空气内能的。
(2)某根导电墨线的局部导电材料脱落，如图丁中 A 部分，这根导电墨线的电阻会______。
A．变大 B．变小 C．不变 D．以上三种情况均有可能
(3)与传统的电热丝加热器相比，电热膜取暖器的发热效率高，原因是______。
(4)传统的电热丝发生接触不良时，会引起火灾，是因为______。
(5)将图戊中一块电热膜接入电路，正常工作时金属导线中 A、B 处电流分别为 IA和 IB，则 IA______IB（选填
“＞”、“＜”或“=”）。
(6)电热膜不会因厚度不均而出现局部过热的现象，原因______。
能力拓展
考法 01 串、并联电路电热与电阻的关系
【典例 1】有一种多功能蒸汽电熨斗，为了熨烫方便和使温度不致上升得过高，在电熨斗的接线处加接了如
图所示的装置。请思考后回答下列问题：
(1)电熨斗主要是利用电流的________效应工作的；通电一段时间后电熨斗变得很烫，而连接电熨斗的导线
却不怎么热，这主要是由于导线____________。
(2)如果使用图中的插头，这样做在________________________时可能会造成触电事故。
(3)若发现温度过高，则应将开关 S________。
(4)如果将图中的灯泡 L 换成额定电压相同而额定功率更小的灯泡，则在开关 S 断开的情况下电熨斗会热得
________(选填“更快”或“更慢”)。
考法 02 焦耳定律的综合计算及多挡问题
【典例 2】如图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＝50 Ω 和 R2＝100 Ω 的电
热丝；旋钮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 220 V。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_____？分别指出旋钮开关
接在哪个挡位。
【答案】四 A 挡：R1、R2并联接入电路，电路的总电阻最小，为最大功率挡 1452 W；B 挡：只有 R1接
入电路，为较大功率挡 968 W ；C 挡：R1、R2串联接入电路，电路的总电阻最大，为最小功率挡 322.7 W；
D 挡：只有 R2接入电路，为较小功率挡 484 W
分层提分
题组 A 基础过关练
1．甲图是小灯泡 L 和电阻 R 的 I U 图象．将小灯泡 L 和电阻 R 接入乙图所示电路中，只闭合开关 S1时，
小灯泡 L 的实际功率为 1W．下列说法错误的是（ ）
A．只闭合开关 S1时，小灯泡 L 的电阻为 4
B．再闭合开关 S2时，电流表示数增加 0.2A
C．再闭合开关 S2时，电路总功率为 1.4W
D．再闭合开关 S2后，在 1min 内电阻 R 产生的热量为 240J
2．将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，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．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
3．两个定值电阻R1、R2 并联在电路中，如图甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开
关 S，则R1，R2 产生的热量之比为 ( )
A．2：1 B．1：2 C．4：1 D．1：4
4．某手机电池容量为 4200 mAh，，电池电压为 3.7 V。用一个标有“输出 5 V 4 A”的快速充电器，将手机
电池从零电量充满。充电效率为 84%，需要______min。快充充电线比普通手机充电线要粗一些，这是因为
正常工作时，通过快充充电线的______较大。
题组 B 能力提升练
1．图是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将 R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且 R1＞
R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
2．已知定值电阻 R1∶R2=2∶3，若把它们并联在同一电路中，通电后，它们的电流之比 I1∶I2=___；若把它们串
联在同一电路中，通电 1 分钟，R1、R2产生的热量之比 Q1∶Q2=___。
3．额定电压为 220V 的家用电暖器正常工作时，通过内部电热丝的电流为 5A，则电热丝正常工作时的电阻
为_____Ω，工作 10min 产生的热量为_____J。电热丝通电后变得很烫，而连接的导线却不怎么热，这是由
于导线电阻远_____（选填“大于”或“小于）电热丝电阻的缘故
4．某物理学习小组进行“探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系”时，可供选用的器材有：
6V 电源，5Ω 的发热电阻两只，10Ω 的发热电阻两只，量程适合的温度计两只，规格相同的烧瓶两只，水，
酒精，煤油，开关，导线若干。
（1）他们设计了图甲和图乙所示的两个方案，本实验应该选用图___________所示方案。
（2）所选方案中两发热电阻的阻值应________ ，两个烧瓶内的液体应为质量_________的_______种类的
液体。（均填“相同”或“不同”）
（3）已知比热容的大小为 c 水>c 酒精>c 煤油，为了缩短实验时间，应选用的液体是_______。完成上述实验后，
实验小组利用以上器材，又添加了天平、烧杯、停表等器材，设计了“测定酒精的比热容”的实验。已知在本
次实验条件下，水的沸点为 100℃，酒精的沸点为 78℃，忽略热量散失。
（4）实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，不论选
择哪种方案，两发热电阻的阻值应___________ （填“相同”或“不同”）。
（5）方案选定后，实验过程如下：
①将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，观察到指针偏向分度盘的左侧，向右调
节___________，直至天平平衡。用烧杯和天平测量出质量相等的水和酒精，分别装入两个烧瓶里。
②记下两种液体的初始温度，接通电路，加热一段时间后，记下液体的末态温度。该实验过程中应保证酒
精的温度低于___________。
③根据表中数据可得酒精的比热容为___________J/（kg·℃）。
液体 加热时间/s 质量/g 初始温度/℃ 末态温度/℃ 比热容/J/（kg·℃）
水 420 60 20 32 4.2×103
酒精 420 60 20 41
（6）结合表中数据进一步分析，可知实验过程中选择的是图___________所示方案。
题组 C 培优拔尖练
1．小明用毛皮摩擦过的橡胶棒与悬挂着的泡沫小球靠近时，它们相互排斥，则该泡沫小球带______电；小
明发现空调和台灯的电源线虽然都是铜线，但规格明显不同，这主要是因为______（填“长度”或“横截面
积”）对导线电阻的影响；小明家的空调电辅热系统的电阻丝阻值为 40Ω，工作时的电流为 5A，则通电 10s
电阻丝产生的热量为______J。
2．小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表．电吹风在额定电压下工作，
请解答如下问题：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？
（2）电热丝工作时的电阻是多大？第 25 讲 探究焦耳定律
目标导航
课程标准 课标解读
1．知道电流的热效应；
2．会用实验探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关，在 培养乐于探索日常生活中的物理学道理
设计实验的过程中运用控制变量法和转换法； 的热情。
3．能用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。
知识精讲
知识点 01 通电导体放出的热量与哪些因素有关
1．电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光，这种电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。
2．如图所示，在探究电流的热效应与哪些因素有关的实验中：
(1)通过观察温度计示数的变化来判断电流产生的热量的多少。
(2)图中甲、乙两根电阻丝是串联的，这是为了研究电流产生的热量与电阻大小的关系。
【即学即练 1】在做“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验时，小于采用了如图甲所示的实
验装置。两个透明的容器中密闭了等量的空气，U 型管中液面变化反映了密闭空气温度的变化。
（1）若通电时间相同，发现 B 玻璃管内液面上升较高，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的
___________越大，产生的热量越多；
（2）小刚采用了如图乙所示的实验装置，通电相同时间，发现 A 玻璃管液面上升较高，这表明：在电阻和
通电时间相同的情况下，通过导体的___________越大，产生的热量越多；
（3）该实验中用到的研究物理问题的方法是___________法和___________法。
【答案】电阻 电流 控制变量 转换
【解析】[1]将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流 I 与通电时间 t 相同，左边容器中的
电阻小于右边容器中的电阻，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，根据控制变量法可得：在
相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多。
[2]装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的
总电流和左端的电阻电流相等，即 I右 = I左 ，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知 I右 = I1 + I2 ，
两电阻阻值相等，则支路中电流相等，即 I1 = I2 ，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，
由题意，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，根据控制变量法可得：在相同时间内，电阻相
同，电流越大，通过导体时产生的热量越多。
[3]电流产生的热量与电阻、电流及通电时间等多个因素有关，探究时每次只能选择一个因素进行，其它因
素相同，故这是控制变量法的应用。
[4]热量的多少不容易直接观察，我们通过 U 型管液柱的高度差来间接反映，故这是转换法的应用。
知识点 02 焦耳定律
焦耳定律：电流流过时导体的产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正
比。计算公式是 Q＝I2Rt。
【即学即练 2】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，
还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台线圈电阻是 10Ω 的电动机，当电动机两端加 220V
电压时，通过电动机线圈的电流为 1A，电动机工作 5 分钟所输出的机械功是______J。
【答案】63000
【解析】[1]电动机是将电能转化为机械能和内能的一种机器。题目中告诉我们，通过电阻的电流、电阻以
及通电时间，这部分产生的热量通过焦耳定律得
Q = I 2 Rt = 1A 2 10W 5 60s = 3000J
知道电动机的电压、电流和通电时间，可知电动机消耗的电能为
W = UIt = 220V 1A 5 60s=66000J
则动机工作 5 分钟所输出的机械功为
W = W - Q = 66000J - 3000J = 63000J
机
知识点 03 电流热效应的应用与控制
1．电热器是利用电流的热效应来工作的，电热器的主要组成部分是发热盘，它是由电阻率大，熔点高的电
阻丝制成的。生活中常见的电热器有电熨斗、电热水壶、电吹风等。
2 .长期不用的家电设备每隔一段时间需要通电一次，这是利用电热；电视机的机壳上设计了网眼花格，这是
防止电热。
【即学即练 3】电热膜是一种新型的电热器件，如图甲所示是一种常见的电热膜。电热膜是在绝缘的聚酯薄
膜表面，经过特殊工艺加工形成的一条条薄的导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构，
其内部结构如图乙所示。电热膜通电工作时没有发红、炽热或发光现象的产生。它与被加热的物体直接接
触，产生的热量很快传给被加热物体，所以电热膜本身的温度并不太高，不易氧化，使用寿命长。在制造
电热膜时，会出现不同区域的导电墨线厚度不均匀的现象，厚的导电墨线电阻小。导电墨线的电阻随温度
变化的关系如图丙所示，这种温度特性的优点是，它不会因厚度不均匀而出现严重的发热不均、局部过热
的现象，这是电热丝所不具备的，它保证了电热膜各处的温度均衡。
(1)电热膜取暖器工作时，室内空气温度升高是通过______方式增加空气内能的。
(2)某根导电墨线的局部导电材料脱落，如图丁中 A 部分，这根导电墨线的电阻会______。
A．变大 B．变小 C．不变 D．以上三种情况均有可能
(3)与传统的电热丝加热器相比，电热膜取暖器的发热效率高，原因是______。
(4)传统的电热丝发生接触不良时，会引起火灾，是因为______。
(5)将图戊中一块电热膜接入电路，正常工作时金属导线中 A、B 处电流分别为 IA和 IB，则 IA______IB（选填
“＞”、“＜”或“=”）。
(6)电热膜不会因厚度不均而出现局部过热的现象，原因______。
【答案】热传递 A 电热膜通电工作时，没有发红、炽热现象 电热丝接触不良，会导致接触面积
变小，电阻变大，会使局部过热 ＜ 墨线温度升高时电阻增大，所以发热功率减小
【解析】(1)[1]电热膜取暖器工作时放出热量，室内空气吸收热量，温度升高，是通过热传递的方式使得室
内温度升高。
(2)[2]部分的凹形会导致横截面积变小，电阻变大，故选 A。
(3)[3]此题可以从原文中获取答案：电热膜通电工作时，没有发红、炽热现象。
(4)[4]电阻的影响因素为：长短、横截面积和材料，电热丝接触不良，会导致接触面积变小，电阻变大，在
局部产生的热量过多。
(5)[5]因为墨线是并联的，如图中，若通过每条墨线的电流为 I，则 IA=3I，IB=9I，因此 IA＜IB。
2
(6)[6] U从丙图可以看出随温度升高导电墨线电阻而增大，由P = ，所以发热功率减小。
R
能力拓展
考法 01 串、并联电路电热与电阻的关系
【典例 1】有一种多功能蒸汽电熨斗，为了熨烫方便和使温度不致上升得过高，在电熨斗的接线处加接了如
图所示的装置。请思考后回答下列问题：
(1)电熨斗主要是利用电流的________效应工作的；通电一段时间后电熨斗变得很烫，而连接电熨斗的导线
却不怎么热，这主要是由于导线____________。
(2)如果使用图中的插头，这样做在________________________时可能会造成触电事故。
(3)若发现温度过高，则应将开关 S________。
(4)如果将图中的灯泡 L 换成额定电压相同而额定功率更小的灯泡，则在开关 S 断开的情况下电熨斗会热得
________(选填“更快”或“更慢”)。
【答案】热 电阻小 漏电时接触电熨斗的外壳 断开 更慢
【解析】(1)电熨斗主要是利用电流的热效应工作的；
通电一段时间后电熨斗变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是由于导线电阻很小，导线与
电热丝串联，在电流和通电时间相同时，根据 ＝ 2 可知，导线产生的热量很少。
(2)如果使用图中的两线插头，没有使电熨斗的金属外壳接地，这样做如果发生漏电且在使用中接触电熨斗
的外壳时，就会造成触电事故。
(3)电熨斗需要温度较高时，开关 S 应闭合；电熨斗需要温度较低时，开关 S 应断开；
开关 S 断开时，电熨斗与灯 L 串联，电路中的电阻变大，导致电路中的电流变小，由公式 ＝ 2 可知，电
熨斗的电功率变小，电烫斗温度下降，所以可方便调节温度高低。
2
(4) 根据 = 可知，当将图中的灯泡 L 换成额定电压相同而额定功率更小的灯泡时，电路中的电阻变大，
电流变小，由 ＝ 2 可知电熨斗的电功率变小，故在开关 S 断开的情况下电熨斗会热得更慢。
2
【点睛】重点是电功率变形公式的应用，牢记 = 和 = 2 ，在纯电阻电路中两公式可以直接使用，计
算稍显简单。另外是读懂电路图，知道串联灯泡时，电阻大，功率小。
考法 02 焦耳定律的综合计算及多挡问题
【典例 2】如图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＝50 Ω 和 R2＝100 Ω 的电
热丝；旋钮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 220 V。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_____？分别指出旋钮开关
接在哪个挡位。
【答案】四 A 挡：R1、R2并联接入电路，电路的总电阻最小，为最大功率挡 1452 W；B 挡：只有 R1接
入电路，为较大功率挡 968 W ；C 挡：R1、R2串联接入电路，电路的总电阻最大，为最小功率挡 322.7 W；
D 挡：只有 R2接入电路，为较小功率挡 484 W
【解析】(1)有四个加热挡位。A 挡：当旋钮上的箭头指向图中位置 A 或 F 时。
B 挡：当旋钮上的箭头指向图中位置 B 或 G 时。
C 挡：当旋钮上的箭头指向图中位置 C 或 H 时。
D 挡：当旋钮上的箭头指向图中位置 D 或 I 时。
(2)A 挡：R1、R2并联接入电路，电路的总电阻最小，为最大功率挡，
=
2
+
2
= (220V)
2
+ (220V)
2
1 =1452W。1 2 50Ω 100Ω
B 挡：只有 R1接入电路，为较大功率挡，
2
= = (220V)
2
2 =968W。1 50Ω
C 挡：R1、R2串联接入电路，电路的总电阻最大，为最小功率挡，
电路的总电阻： ＝ 1＋ 2＝50Ω＋100Ω＝150Ω，
=
2
= (220V)
2
3 =322.7W。 150Ω
D 挡：只有 R2接入电路，为较小功率挡，
=
2
= (220V)
2
4 =484W。2 100Ω
2
【点睛】关键是读懂电路图，能看清各个档位时两个电阻的连接情况，另外注意公式 = 的应用，计算稍
显简单。
分层提分
题组 A 基础过关练
1．甲图是小灯泡 L 和电阻 R 的 I U 图象．将小灯泡 L 和电阻 R 接入乙图所示电路中，只闭合开关 S1时，
小灯泡 L 的实际功率为 1W．下列说法错误的是（ ）
A．只闭合开关 S1时，小灯泡 L 的电阻为 4
B．再闭合开关 S2时，电流表示数增加 0.2A
C．再闭合开关 S2时，电路总功率为 1.4W
D．再闭合开关 S2后，在 1min 内电阻 R 产生的热量为 240J
【答案】D
【解析】A．只闭合 S1时，电路中只接入 L，L 的实际功率为 1W，由 P=UI 得，在甲图中找出 L 符合 U、I
U 2V
乘积为 1W 的图像，则 U=2V，I=0.5A，则小灯泡 L 的电阻 R= = =4 ，故 A 错误；
I 0.5A
B．由 A 选项分析得电源电压 U=2V，再闭合 S2后，R 与 L 并联接入电路，电压为 2V，在甲图中找出 R 此
时对应电流为 0.2A，用并联电路电流的特点可知电流表示数增大 0.2A，故 B 错误；
C．再闭合 S2时，电源电压为 2V，R 的电流为 0.2A，L 的电流为 0.5A，电路中总电流为 I 总
=0.2A+0.5A=0.7A，故总功率 P=U 总 I 总=2V×0.7A=1.4W，故 C 错误；
D．再闭合 S2时，电阻 R 的电压为 2V，电流为 0.2A，通电 1min 即 60s，产生热量
Q=W=UIt=2V×0.2A×60s=24J，故 D 正确．
2．将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，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．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
【答案】C
【解析】分析：由题意知，三种用电器的额定电压都是 220V，额定功率都是 180W；家庭电路电压是
220V，把这三个用电器接入家庭电路，三个用电器都正常工作，实际功率相同都等于额定功率，通电时间
相同，根据W = Pt 可知消耗的电能相同；通过分析三种用电器工作时的能量转化情况，找出产生热量最多
的用电器．
解答：∵接在家庭电路中，U=220V，∴三种用电器的实际功率：P = P额 =180W实 ；又∵W = Pt ，用电器工作
时间 t 相等，∴三种用电器消耗的电能相同；∵电冰箱与电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热
量很小，电热毯工作时电热丝产生热量，把电能全部转化为热量；∴产生热量最多的是电热毯．
故选 C．
【点睛】知道电流做功的实质：电流做功的过程就是消耗电能转化为其它形式能的过程，能分析三种用电
器的能量转化是本题的关键．
3．两个定值电阻R1、R2 并联在电路中，如图甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开
关 S，则R1，R2 产生的热量之比为 ( )
A．2：1 B．1：2 C．4：1 D．1：4
【答案】A
【解析】由并联电路的特点知道，R1、R2的电压是相同的，由图乙知道，在电压相同时，通过 R1、R2 的电
流之比是 2：1；由 I=U/R 知道，R1、R2 的电阻之比为 1：2；由图甲知道，闭合开关 S，则通电时间相同，
2
由Q U= W = t 知道，产生的热量与电阻成反比，故 R1、R2产生的热量之比是 2：1，故选 A．R
4．某手机电池容量为 4200 mAh，，电池电压为 3.7 V。用一个标有“输出 5 V 4 A”的快速充电器，将手机
电池从零电量充满。充电效率为 84%，需要______min。快充充电线比普通手机充电线要粗一些，这是因为
正常工作时，通过快充充电线的______较大。
【答案】 55.5 电流
【解析】[1]手机电池充满电需要的电能为
W = UIt = 3.7V 4200mA ×h = 3.7V 4.2A 3600s = 55944J
设需要充电时间为 t1，则
h W= 100% = 84%
U 1I1t1
代入数据
55944J
= 84%
5V 4A t1
解得
t1 = 3330s = 55.5min
[2]快充充电线的电流比普通手机电流要大，所以充电线要粗一些，使得导线电阻要小一些，可以减小电流
热效应产生的热量。
题组 B 能力提升练
1．图是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将 R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且 R1＞
R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
【答案】D
【解析】A．在液体质量相同、吸收热量相同的情况下，比热容小的物质温度要升高的多，所以用比热容小
的液体可以使实验现象更明显，故 A 正确，不符合题意；
B．由图可知，该电路为串联电路，通过两个电阻的电流和通电时间是相同的，电阻不同，所以该装置可以
探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系，故 B 正确，不符合题意；
C．通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生
的热量的多少，这个研究方法为转换法，故 C 正确，不符合题意；
D．比较水和煤油的比热容大小时，需要用相同的加热器加热质量相同的不同液体，使它们在相同的时间内
吸收相同的热量，所以需要控制两个电阻的装置相同，故 D 错误，符合题意。
故选 D。
2．已知定值电阻 R1∶R2=2∶3，若把它们并联在同一电路中，通电后，它们的电流之比 I1∶I2=___；若把它们串
联在同一电路中，通电 1 分钟，R1、R2产生的热量之比 Q1∶Q2=___。
【答案】 3∶2 2∶3
【分析】两电阻并联时它们两端的电压相等，根据欧姆定律求出通过的电流之比；两电阻串联时通过它们
的电流相等，根据Q = I 2 Rt 求出通电 1 分钟 R1、R2产生的热量之比。
【解析】[1]因并联电路中各支路两端的电压相等，则两电阻并联时通过的电流之比
I1 : I
U
2 = :
U
= R
R R 2
: R1 = 3: 2
1 2
[2]因串联电路中各处的电流相等，所以，通电 1 分钟 R1、R2产生的热量之比
Q1 : Q2 = (I
2R1t) : (I
2R2t) = R1 : R2 = 2 : 3
3．额定电压为 220V 的家用电暖器正常工作时，通过内部电热丝的电流为 5A，则电热丝正常工作时的电阻
为_____Ω，工作 10min 产生的热量为_____J。电热丝通电后变得很烫，而连接的导线却不怎么热，这是由
于导线电阻远_____（选填“大于”或“小于）电热丝电阻的缘故
【答案】 44 6.6 105 小于
【解析】[1][2]额定电压为 220V 的家用电暖器正常工作时，通过内部电热丝的电流为 5A，根据欧姆定律可
知电热丝正常工作时的电阻为
R U 220V= = = 44Ω
I 5A
工作 10min 产生的热量为
Q = I 2Rt = (5A)2 44Ω 10 60s = 6.6 105 J
[3]根据焦耳定律：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，跟通电的时间
成正比。电热丝与连接的导线串联，电流大小和通电时间相同，电热丝通电后变得很烫，而连接的导线却
不怎么热，这是由于导线电阻远小于电热丝电阻的缘故
4．某物理学习小组进行“探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系”时，可供选用的器材有：
6V 电源，5Ω 的发热电阻两只，10Ω 的发热电阻两只，量程适合的温度计两只，规格相同的烧瓶两只，水，
酒精，煤油，开关，导线若干。
（1）他们设计了图甲和图乙所示的两个方案，本实验应该选用图___________所示方案。
（2）所选方案中两发热电阻的阻值应________ ，两个烧瓶内的液体应为质量_________的_______种类的
液体。（均填“相同”或“不同”）
（3）已知比热容的大小为 c 水>c 酒精>c 煤油，为了缩短实验时间，应选用的液体是_______。完成上述实验后，
实验小组利用以上器材，又添加了天平、烧杯、停表等器材，设计了“测定酒精的比热容”的实验。已知在本
次实验条件下，水的沸点为 100℃，酒精的沸点为 78℃，忽略热量散失。
（4）实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，不论选
择哪种方案，两发热电阻的阻值应___________ （填“相同”或“不同”）。
（5）方案选定后，实验过程如下：
①将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，观察到指针偏向分度盘的左侧，向右调
节___________，直至天平平衡。用烧杯和天平测量出质量相等的水和酒精，分别装入两个烧瓶里。
②记下两种液体的初始温度，接通电路，加热一段时间后，记下液体的末态温度。该实验过程中应保证酒
精的温度低于___________。
③根据表中数据可得酒精的比热容为___________J/（kg·℃）。
液体 加热时间/s 质量/g 初始温度/℃ 末态温度/℃ 比热容/J/（kg·℃）
水 420 60 20 32 4.2×103
酒精 420 60 20 41
（6）结合表中数据进一步分析，可知实验过程中选择的是图___________所示方案。
【答案】 甲 不同 相同 相同 煤油 相同 右 78℃ 2.4×103 乙
【解析】（1）[1]电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因
素的关系时，要控制另外两个因素不变。 探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系时，要控
制通电时间相同，只改变电阻的大小，根据串联电路各处的电流都相等（甲乙方案中通电时间都相等），本
实验应该选用图甲所示方案。
（2）[2]根据[1]可知，所选方案中两发热电阻的阻值应不同。
[3][4]实验中电流产生的热量不易直接测量，可给质量相等的同种液体（比热容相同）加热，根据
Δt Q=
cm
通过温度计示数变化的多少反映产生热量的多少，采用了转换法。故两个烧瓶内的液体应为质量相同的相
同种类的液体。
（3）[5]已知比热容的大小为 c 水>c 酒精>c 煤油，根据Q=cmΔt ，质量相同的液体升高相同的温度，比热容越小，
吸热越少，故为了缩短实验时间，应选用的液体是煤油。
（4）[6]实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，根据
Q=I2Rt，对甲图而言，两发热电阻要相同；对乙图而言，两电阻并联，由并联电路各支路电压相等，根据
2
Q U= t
R
可知，两发热电阻的阻值也应相同，即无论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应相同。
（5）①[7]将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，根据指针偏转的方向，平衡螺母
调节的原则是：左偏右调，右偏左调。故观察到指针偏向分度盘的左侧，即向右调节平衡螺母，直至天平
平衡。
②[8]因酒精的沸点为 78℃，故该实验过程中应保证酒精的温度低于 78℃。
③[9]电阻丝相同，相同时间放出的热量相同，因忽略热量散失，水吸收的热量等于酒精吸收的热量，根据
Q = cmΔt 有
c水mΔt水 = c mΔt酒精 酒精
即
c水Δt水 = c Δt酒精 酒精
故酒精的比热容为
c Δt
c 水 水 4.2 10
3 J / (kg ×°C) (32°C - 20°C)
= = = 2.4 103 J / (kg ×°C)
酒精 Δt (41°C - 20°C)
酒精
（6）结合表中数据，实验过程中，电阻丝放出的热量为
Q = c mΔt = 4.2 103水 水 J / (kg ×°C) 0.06kg (32°C - 20°C) = 3024J放
若用甲方案，用两个 5Ω 的发热电阻，根据串联电阻的规律及欧姆定律，电路的电流为
I U 6V 6V= = = = 0.6A
2R 2R 10W
根据焦耳定律 Q=I2Rt，产生的热量为
Q =I 21 1 Rt=(0.6A)2×5Ω×420s=756J
若选用两个 10Ω 的发热电阻，同理，电路的电流为 0.3A，产生的热量为
Q2=I 22 Rt=(0.3A)2×10Ω×420s=378J
两种情况下电阻丝产生的热量都不等于 3024J，故可知实验过程中选择的不是图甲所示的方案，只能是图乙
U 2
所示方案（根据Q = W = t 可知，实验中选用的两个 5Ω 的发热电阻）。
R
题组 C 培优拔尖练
1．小明用毛皮摩擦过的橡胶棒与悬挂着的泡沫小球靠近时，它们相互排斥，则该泡沫小球带______电；小
明发现空调和台灯的电源线虽然都是铜线，但规格明显不同，这主要是因为______（填“长度”或“横截面
积”）对导线电阻的影响；小明家的空调电辅热系统的电阻丝阻值为 40Ω，工作时的电流为 5A，则通电 10s
电阻丝产生的热量为______J。
【答案】 负 横截面积 1×104
【解析】[1]用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，与悬挂着的泡沫小球靠近时，它们相互排斥，因为同种电荷相
互排斥，则该泡沫小球带负电。
[2]空调和台灯的电源线虽然都是铜线，但规格明显不同，这主要是因为横截面积对导线电阻的影响，长度
和材料相同时，横截面积越大的，电阻越小。
[3]电阻丝产生的热量
Q = I 2Rt= 5A 2 40Ω 10s=10000J
2．小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表．电吹风在额定电压下工作，
请解答如下问题：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？
（2）电热丝工作时的电阻是多大？
（3）电吹风内电动机的电阻是 1Ω，电吹风吹冷风 30min 产生的热量是多少？
【答案】(1)0.5；(2)55Ω；(3)450J
【解析】(1)当开关置于 BC 时，只有电动机工作，电吹风吹冷风，根据 P=UI 可得，电吹风吹冷风时，通过
电动机的电流
I P 110W= = = 0.5A
U 220V
(2)当开关置于 AB 时，电动机与电热丝并联，电动机和电热丝同时工作，电吹风吹热风，电热丝的电功率
P=990W-110W=880W
热丝 R2的电阻值
2
R U （220V）
2
2 = = = 55WP 880W
(3)由焦耳定律可得，电吹风吹冷风时电流通过电动机产生的热量
Q = I 2Rt = 0.5A 2 1W 30 60s=450J
答：(1)电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是 0.5A；
(2)电热丝工作时的电阻是 55Ω；
(3)电吹风吹冷风 30min 产生的热量是 450J。
【点睛】知道电吹风吹热风时，电动机和电热丝同时工作，电热丝的功率等于电吹风吹热风时的功率减去
电吹风吹冷风时的功率。
