第十五讲 电功率
第2节 焦耳定律
焦耳定律
1.电流的热效应：电流通过导体时 能转化为 能，这种现象叫做电流的热效应.
2.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 ，跟导体的电阻成 ，跟通电时间成 .
3.公式：Q= .其中I表示电流，单位是A；R表示电阻，单位是Ω；t表示时间，单位是s；Q表示热量，单位是J.
4.Q=W成立的条件：电流通过导体时，若电能全部转化为 ，而没有同时转化为其他形式的能量，即电流所做的功全部用来产生热量，则电流产生的热量Q就等于 .
5.电热的利用和防止：利用：电热水器、电饭锅等；防止：电视机后盖有很多小孔、电脑的微型风扇等.
探究电流产生的热量与哪些因素有关
1.实验装置图
甲 乙
2.被加热物质的选取
(1)煤油：比热容 ，实验现象更明显.
(2)空气：受热体积变化大,实验现象更明显.
3.实验方法归纳
(1)转换法的应用(通过U形管两侧 来反映产生电热的多少).
(2)控制变量法的应用(被加热物质要求物质种类、质量、初温均相同).
①探究电热与电阻的关系：控制通过电热丝的 和通电时间相同，选择两个阻值 的电热丝;
电路设计：将阻值不同的电热丝串联在电路中，如图甲所示；
②探究电热与电流的关系：控制电热丝阻值和 相同，改变通过两电热丝的电流大小;
电路设计：将阻值相同的两电热丝并联，再与另一相同阻值的电热丝 在电路中，如图乙所示；
③探究电热与通电时间的关系：控制电热丝的阻值和通过电热丝的 相同，改变通电时间的长短.
4.实验结论
电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关.
(1)在电阻和通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越 ，产生的热量越多.
(2)在通过电阻的电流和通电时间相同的情况下,电阻越 ，产生的热量越多.
(3)在电阻和通过电阻的电流相同的情况下,通电时间越 ,产生的热量越多.
5.交流与反思
(1)通电一段时间后,U形管中液面高度几乎不变的原因(装置气密性不好).
(2)多次实验的目的(避免偶然因素对实验结论的影响，得出普遍规律).
【母题】小刚在“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验中，所用的实验装置如图甲所示，两个透明容器内密封着等质量的空气,U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝.
甲 乙
◆基础练
(1)实验中是通过观察U形管中液面的 来显示容器内空气温度的变化，这里采用的方法是 ，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是 .(多选)
A.探究电流与电压、电阻的关系
B.用铁屑显示磁体周围磁场分布
C.研究光的传播时，引入“光线”
D.扩散现象表明分子在不停地做无规则运动
(2)图甲的装置中，通过两电阻丝的电流 ；该装置探究的是电热跟导体的 是否有关.
(3)小刚继续进行实验，让两个密闭容器中的电阻丝阻值一样大，在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联(如图乙所示).移走图甲中的容器,换接图乙容器到电路中，重新做这个实验.
①电阻丝R3的作用是使通过电阻丝R1和R2的 不同；
②通电一段时间后，观察到图乙中两侧U形管中液面高度的变化不同,这说明电热与电流 (填“有关”或“无关”)；
③要进一步探究电热与电流的关系，寻找普遍规律，在图乙实验装置不变的情况下，可以采取的方法：保持其他条件不变,调节 继续进行实验.
(4)为使图甲实验结论具有普遍性，接下来的操作：断开开关，待容器中空气温度回到起始温度后， 再次闭合开关进行实验,比较容器内空气温度的变化.
◆提升练
(5)科技小组的同学们用温度计替换图甲中的U形管，给密闭容器装入等质量的煤油，用温度计的好处是 .
A.煤油温度变化更明显
B.读数更直观
电流的热效应
1.(2023省卷7题3分)将规格都是“220 V150 W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是 ( )
A.三个用电器均能将电能全部转化为内能
B.根据R= 可计算出三个用电器的电阻相等
C.三个用电器消耗的电能一样多
D.三个用电器产生的热量相等
焦耳定律(6年5考)
2.(2024省卷17题2分)“3·15”晚会上曝光了劣质导线，不良商家为了降低成本，将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根，导致导线横截面积减小.对于长度相等的标准导线和劣质导线，劣质导线的电阻 (填“较大”或“较小”)，若在通有相同电流的情况下，相同时间内劣质导线产生的热量 (填“较多”或“较少”).
3.(2023省卷12题2分)一只标有“6 V3 W”的小灯泡，接在电源电压为12 V的电路中，为使其正常发光，应 (填“串”或“并”)联一个电阻(小灯泡灯丝电阻不变)，该电阻通电20 s产生的热量是 J.
4.(2023省卷20题8分)实验小组在老师的指导下探究电流通过导体产生的热量与电流的关系.同学们在烧瓶内安装一根电阻丝，装入适量的煤油，插入一支温度计，设计了如图甲所示的电路.
甲 乙
(1)用笔画线代替导线，将图甲的电路连接完整.要求滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数变大，且导线不交叉.
(2)闭合开关后，发现电流表指针未偏转，经检查仅电阻丝R有故障，则电阻丝R (填“短路”或“断路”).排除故障后进行实验，实验中通过观察 来比较相同时间内不同电流产生热量的多少.
(3)调节滑动变阻器改变电流的大小，经过多次实验发现：电阻丝阻值和通电时间一定时，电流I越大，通电导体产生的热量Q越多.小明猜想：当电阻和通电时间一定时，Q可能与I成正比.随后在老师帮助下，实验小组测出了多组Q与I的数据.请提出一种判断小明猜想是否正确的方法： .
(4)同学们进一步学习了解到，物理学家焦耳于1840年就确定了当电阻和通电时间一定时，电流产生的热量跟电流的二次方成正比的关系.生活中利用电热工作的家用电器有 (请举一例).
(5)若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，可选择图乙中 (填“A”或“B”)烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻 (填“串”或“并”)联进行实验.
(6)本实验应用的研究方法有转换法和 法.
多挡位电热器的计算(6年2考)
5.(2023省卷14题2分)某型号的电炖盅有“高温”和“低温”两个挡位，其简化电路如图所示，部分参数如表所示.同时闭合开关S、S1，电炖盅处于 挡.1 kW·h电能可供电炖盅在“高温”挡正常工作 h.
××型电炖盅
额定电压 220 V
高温功率 2 000 W
低温功率 400 W
6.(2023省卷18题2分)如图所示，甲是某款电热水龙头，乙是它的电路原理图.R1、R2是电热丝，R1=24 Ω，R2=48 Ω.通过旋转手柄使扇形开关S同时接触两个相邻触点实现冷水、温水、热水挡的切换.当开关S接触2、3触点时，水龙头放出的是 水.不考虑温度对电热丝阻值的影响，水龙头在热水挡位正常工作时电路消耗的功率是 W.
甲 乙第十五讲 电功率
第2节 焦耳定律
焦耳定律
1.电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应.
2.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.
3.公式：Q=I2Rt.其中I表示电流，单位是A；R表示电阻，单位是Ω；t表示时间，单位是s；Q表示热量，单位是J.
4.Q=W成立的条件：电流通过导体时，若电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，即电流所做的功全部用来产生热量，则电流产生的热量Q就等于电流所做的功W.
5.电热的利用和防止：利用：电热水器、电饭锅等；防止：电视机后盖有很多小孔、电脑的微型风扇等.
探究电流产生的热量与哪些因素有关
1.实验装置图
甲 乙
2.被加热物质的选取
(1)煤油：比热容较小，实验现象更明显.
(2)空气：受热体积变化大,实验现象更明显.
3.实验方法归纳
(1)转换法的应用(通过U形管两侧液面高度差来反映产生电热的多少).
(2)控制变量法的应用(被加热物质要求物质种类、质量、初温均相同).
①探究电热与电阻的关系：控制通过电热丝的电流和通电时间相同，选择两个阻值不同的电热丝;
电路设计：将阻值不同的电热丝串联在电路中，如图甲所示；
②探究电热与电流的关系：控制电热丝阻值和通电时间相同，改变通过两电热丝的电流大小;
电路设计：将阻值相同的两电热丝并联，再与另一相同阻值的电热丝串联在电路中，如图乙所示；
③探究电热与通电时间的关系：控制电热丝的阻值和通过电热丝的电流相同，改变通电时间的长短.
4.实验结论
电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关.
(1)在电阻和通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越大，产生的热量越多.
(2)在通过电阻的电流和通电时间相同的情况下,电阻越大，产生的热量越多.
(3)在电阻和通过电阻的电流相同的情况下,通电时间越长,产生的热量越多.
5.交流与反思
(1)通电一段时间后,U形管中液面高度几乎不变的原因(装置气密性不好).
(2)多次实验的目的(避免偶然因素对实验结论的影响，得出普遍规律).
【母题】小刚在“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验中，所用的实验装置如图甲所示，两个透明容器内密封着等质量的空气,U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝.
甲 乙
◆基础练
(1)实验中是通过观察U形管中液面的高度变化来显示容器内空气温度的变化，这里采用的方法是转换法，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是BD.(多选)
A.探究电流与电压、电阻的关系
B.用铁屑显示磁体周围磁场分布
C.研究光的传播时，引入“光线”
D.扩散现象表明分子在不停地做无规则运动
(2)图甲的装置中，通过两电阻丝的电流相同；该装置探究的是电热跟导体的电阻是否有关.
(3)小刚继续进行实验，让两个密闭容器中的电阻丝阻值一样大，在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联(如图乙所示).移走图甲中的容器,换接图乙容器到电路中，重新做这个实验.
①电阻丝R3的作用是使通过电阻丝R1和R2的电流不同；
②通电一段时间后，观察到图乙中两侧U形管中液面高度的变化不同,这说明电热与电流有关(填“有关”或“无关”)；
③要进一步探究电热与电流的关系，寻找普遍规律，在图乙实验装置不变的情况下，可以采取的方法：保持其他条件不变,调节滑动变阻器的滑片继续进行实验.
(4)为使图甲实验结论具有普遍性，接下来的操作：断开开关，待容器中空气温度回到起始温度后，更换不同阻值的阻丝再次闭合开关进行实验,比较容器内空气温度的变化.
◆提升练
(5)科技小组的同学们用温度计替换图甲中的U形管，给密闭容器装入等质量的煤油，用温度计的好处是B.
A.煤油温度变化更明显
B.读数更直观
电流的热效应
1.(2023省卷7题3分)将规格都是“220 V150 W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是 (C)
A.三个用电器均能将电能全部转化为内能
B.根据R= 可计算出三个用电器的电阻相等
C.三个用电器消耗的电能一样多
D.三个用电器产生的热量相等
焦耳定律(6年5考)
2.(2024省卷17题2分)“3·15”晚会上曝光了劣质导线，不良商家为了降低成本，将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根，导致导线横截面积减小.对于长度相等的标准导线和劣质导线，劣质导线的电阻较大(填“较大”或“较小”)，若在通有相同电流的情况下，相同时间内劣质导线产生的热量较多(填“较多”或“较少”).
3.(2023省卷12题2分)一只标有“6 V3 W”的小灯泡，接在电源电压为12 V的电路中，为使其正常发光，应串(填“串”或“并”)联一个电阻(小灯泡灯丝电阻不变)，该电阻通电20 s产生的热量是60J.
4.(2023省卷20题8分)实验小组在老师的指导下探究电流通过导体产生的热量与电流的关系.同学们在烧瓶内安装一根电阻丝，装入适量的煤油，插入一支温度计，设计了如图甲所示的电路.
甲 乙
(1)用笔画线代替导线，将图甲的电路连接完整.要求滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数变大，且导线不交叉.
如图所示：
(2)闭合开关后，发现电流表指针未偏转，经检查仅电阻丝R有故障，则电阻丝R断路(填“短路”或“断路”).排除故障后进行实验，实验中通过观察温度计示数的变化来比较相同时间内不同电流产生热量的多少.
(3)调节滑动变阻器改变电流的大小，经过多次实验发现：电阻丝阻值和通电时间一定时，电流I越大，通电导体产生的热量Q越多.小明猜想：当电阻和通电时间一定时，Q可能与I成正比.随后在老师帮助下，实验小组测出了多组Q与I的数据.请提出一种判断小明猜想是否正确的方法：作Q?I图象看是否是一条过原点的直线(或计算Q与I的比值看是否是定值).
(4)同学们进一步学习了解到，物理学家焦耳于1840年就确定了当电阻和通电时间一定时，电流产生的热量跟电流的二次方成正比的关系.生活中利用电热工作的家用电器有电饭锅(合理即可)(请举一例).
(5)若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，可选择图乙中B(填“A”或“B”)烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻串(填“串”或“并”)联进行实验.
(6)本实验应用的研究方法有转换法和控制变量法.
多挡位电热器的计算(6年2考)
5.(2023省卷14题2分)某型号的电炖盅有“高温”和“低温”两个挡位，其简化电路如图所示，部分参数如表所示.同时闭合开关S、S1，电炖盅处于高温挡.1 kW·h电能可供电炖盅在“高温”挡正常工作0.5h.
××型电炖盅
额定电压 220 V
高温功率 2 000 W
低温功率 400 W
6.(2023省卷18题2分)如图所示，甲是某款电热水龙头，乙是它的电路原理图.R1、R2是电热丝，R1=24 Ω，R2=48 Ω.通过旋转手柄使扇形开关S同时接触两个相邻触点实现冷水、温水、热水挡的切换.当开关S接触2、3触点时，水龙头放出的是温水.不考虑温度对电热丝阻值的影响，水龙头在热水挡位正常工作时电路消耗的功率是3 025W.
甲 乙
