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18.4 焦耳定律 习题
一、选择题
1．额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间．比较它们产生的热量，结果是( )21·cn·jy·com
A．电风扇最多 B．电烙铁最多
C．日光灯最多 D．一样多
2．一台“220V 60W”的电风扇、 ( http: / / www.21cnjy.com )一盏“36V 60W”的白炽灯和一只“110V 60W”的电热器各自在额定电压下工作，比较它们相同通电时间内产生的热量是( )
A．电风扇最多 B．电热器最多 C．白炽灯最多 D．三者一样多
3．电炉丝通电后热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这是因为（ ）
A．通过电炉丝的电流比通过铜导线的电流大
B．铜导线的电阻小，因而产生的热量少，而电炉丝电阻大，产生的热量多
C．铜导线有绝缘层，所以不怎么热
D．铜导线比电炉传热快，所以不容易热
4．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为( )【来源：21·世纪·教育·网】
A．4Q B．2Q C． D．
5．假设所有导体都没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是 （ ）
A．白炽灯仍然能发光 B．电动机仍然能转动
C．电饭锅仍然能煮饭 D．电熨斗仍然能熨衣服
6．小明家新买一规格为“800W”的电热水 ( http: / / www.21cnjy.com )壶，他经过几次使用后发现：晚饭后烧开一壶水总比早晨烧开一壶水所用的时间长，你认为主要原因是（ ） www-2-1-cnjy-com
A．晚间电热水壶两端的电压低于早晨电热水壶两端的电压
B．晚间大气压升高，水的沸点升高，需要的热量比早晨多
C．晚间环境温度比早晨的温度偏低
D．晚间烧水时热量散失比早晨多
7．一个4.4 Ω的电阻和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的家庭电路两端，灯泡正常发光，则( )2-1-c-n-j-y
A．电解槽消耗的电功率为120 W B．电解槽消耗的电功率为60 W
C．电解槽的发热功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W
8．用三根电阻丝R1、R2、R3来加热一桶水，电阻丝两端的电压一定，三根电阻丝采用如图所示的几种连接方式，则供热最快的是( ) 21*cnjy*com
9．白炽灯泡的灯丝常在开灯的瞬间烧断，其原因是在开灯的瞬间（ ）
A．灯泡上的电压特别大，因而电流也很大
B．灯丝的电阻比较小，因而电流很大
C．灯丝的电阻特别大，产生的热量特别大
D．灯丝低温时比较脆
10．阻值为R的电阻丝，接到电源上6分钟烧 ( http: / / www.21cnjy.com )开一壶水，现在用两根同样的电热丝串联起来，烧同样一壶水，需要的时间是（不考虑热损失）( ) 【来源：21cnj*y.co*m】
A．12分钟 B．4分钟 C．8分钟 D．6分钟
二、填空题
11．把一台电动机接入电压 ( http: / / www.21cnjy.com )为220V的电路中，通过电动机的电流为5A，电动机线圈的电阻为2Ω，1min通过线圈的电流产生的热量为 。 21cnjy.com
12．为研究温度对种子发芽的影响，课 ( http: / / www.21cnjy.com )外活动小组要做一只电烘箱，要求在60s内产生9.68×103J的热量，使用的电源电压为220V，则该电烘箱电热丝的电阻应为________Ω；若手边只有阻值为200Ω若干根，要得到所需的电阻，你的方法是____________。
13．额定功率为1000W的电热水 ( http: / / www.21cnjy.com )壶正常时，将质量为1．5kg的水从20℃加热至100℃，耗时10min，则水要吸收 J的热量，水壶消耗电能为___________J，该水壶的效率为 。 www.21-cn-jy.com
三、解答题
14．电吹风是现代家庭的常用电器。如图是某简易电吹风工作原理的电路图(R为电热 丝，M为电动机)该电吹风的铭牌见右表。求： 【版权所有：21教育】
①电吹风正常工作且吹热风时，通过电热丝的电流。
②电热丝R的阻值(电热丝的阻值随温度变化忽略)。
③电吹风正常工作且吹热风时，5min内电流通过R产生的热量。
④若电吹风工作时电热丝的实际功率为810W，此时供电的实际电压为多少
15．如图所示是一台电热水器铭牌上的部分信息。请根据铭牌提供的信息解答下列问题：[c水=4．2×103J/(kg ℃)] 21教育名师原创作品
（1）若给该电热水器装满水进行加热，使水的温度从22℃升高到62℃，求水吸收的热量。
（2）如果电热水器正常工作时，所产生的热量有80%被水吸收，则上一问题中给水加热的时间是多少？
（3）当电热水器通电后水温达到最高时，为什么与电热水器连接的铜导线却不怎么热？
参考答案
1、答案：B
解答：在三种用电器中，只有电烙铁能将电能全部转化为内能，电风扇部分电能转化为机械能，日光灯部分电能转化为光能，故B选项正确．21教育网
2、答案：B
解答：电流做功的过程是把电能转化为 ( http: / / www.21cnjy.com )其他形式能的过程，不同的用电器电能转化的结果不一定相同。电风扇主要是把电能转化为机械能，少量的转化为热能；电热器把消耗的电能全部转化为热能；白炽灯把电能转化为光能和热能。它们的额定功率相同，正常工作相同时间，消耗的电能相同，所以电热器产生的热量最多。21*cnjy*com
3、答案：B
解答：根据题意，电炉的电阻丝和连接的铜导线是 ( http: / / www.21cnjy.com )串联的，通过它们的电流是相等的，而电炉丝电阻要比铜导线的电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt，因此在相等的时间内电炉丝放出的热量比铜导线大得多。
4、答案：C
解答：根据Q＝I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的 ，时间不变，则热量变为原来的 ，C正确．
5、答案：B
解答：根据焦耳定律可以知道 ( http: / / www.21cnjy.com )，电热与电流、电阻和通电时间有关，如果没有电阻，则不可能放热，所以没有电阻就不能利用电热。白炽灯利用灯丝发热而发光，电动机是把电能转化为机械能，电饭锅、电熨斗利用电热。电热是利用电流通过电阻发热，如果没有电阻，则没有电热。
6、答案：A
解答：烧开同一壶水，所需要的热量是一定的，即电热丝放出的热量是一定的，并且同一电水壶在工作时，电阻可以认为是不变的。接在家庭电路中不同时间段时，要考虑到电压的变化。晚间用电高峰时，电网电压会降低，而早晨时用电较少，电网电压较高，所以根据可以判断出Q、R一定时，U越高，t越小。2·1·c·n·j·y
7、答案：B
解答：灯泡能正常发光，说 ( http: / / www.21cnjy.com )明电阻和灯泡均分得110 V电压，且流过电阻的电流I＝I灯＝ A＝ A，则电阻消耗的电功率P＝IU＝P灯＝60 W，A选项错误，B选项正确；电阻的发热功率P热＝I2R＝1.3 W，C选项错误；电路消耗的总功率P总＝IU总＝×220 W＝120 W，D选项错误．【出处：21教育名师】
8、答案：C
解答：A选项总电阻为R3，B选项总电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )为R1＋R2＋R3，C选项的总电阻小于R1、R2、R3三个电阻的任何一个电阻，D选项的总电阻大于R3，可知C选项的总电阻最小，根据P＝知，功率最大，供热最快．故C正确．21·世纪*教育网
9、答案：B
解答：灯丝被烧断是因为灯丝的温度瞬间过 ( http: / / www.21cnjy.com )高导致的。在刚开灯时，灯丝处于冷态，灯丝电阻较小，在电压一定时，流过灯的电流较大，在短时间内电流在灯丝上做功放出热量较多，灯丝温度上升较快，有可能超过灯丝的熔点而烧断。当工作一段时间后，灯丝的温度与外界温度基本趋于平衡。灯丝的电阻与温度有很大的关系，白炽灯正常发光时的电阻是不通电时电阻的10倍以上，刚通电的瞬间其电流是正常工作后电流的10倍以上，所以短时间内放出的热量非常多。
10、答案：A
解答：一壶水烧开，需要吸收的热量几乎是相等的，并且电阻丝通电后，把电能全部转化成了内能，即Q=W。两种情况下电热丝两端的电压相等，焦耳定律结合欧姆定律变化可以得到：，电阻丝串联后，总电阻变为一根的2倍，在电压和放出相同热量时，需要的时间也为原来的2倍。
11、答案：3000J
解答：本题主要考查了电功与电热的区 ( http: / / www.21cnjy.com )别，只有当电流做功全部转化为产生的热量时，电功才等于电热，否则不等。本题中电动机工作时把电能转化为动能和内能，电功不等于电热。电动机消耗的电能可以利用W=UIt进行计算，电流产生的热量可以利用焦耳定律Q=I2Rt进行计算。 消耗的电能为：W=UIt=220V×5A×60s=66000J ，电流产生的热量为：Q=I2Rt=（5A）2×2Ω×60s=3000J
12、答案：300Ω 可以把两个200Ω的电阻并联后再与200Ω的电阻串联
解答： 题目中已知W、U和t，求R，可以选择公式来计算。得到所需要电阻，可以利用串联、并联或它们的组合达到所需要值。当所需电阻大于已知电阻时可以利用串联，如果小的话可以利用并联。
由得
13、答案：5．04×105J 6×105J 84%
解答：电流做功放出热量给水吸收，水吸热可以利用Q=cmΔt来计算；本题中电流做的功全部转化为内能，所以电功等于电热，即Q=W=Pt。 21世纪教育网版权所有
Q=cmΔt=4．2×103J/(kg·℃)×1．5kg×(100℃-20℃)=5．04×105J
W=Q=Pt=1000W×600s=6×105J
14、答案：（1）1.54A （2） 48.4Ω （3）3×105J （4）198V
解答：
①由表得电吹风正常工作时，电热丝的功率为：
由得
②由得
③电吹风正常工作 又电热丝消耗电能全部转化成热能
④由得
15、答案：（1）1．68×106J；（ ( http: / / www.21cnjy.com )2）1050s；（3）导线与电热丝是串联的，电流相等，但铜导线的电阻很小，根据焦耳定律，在相同时间内产生的热量比电热丝少的多。
解答：电热水器就是利用了电流的热效应，把电能转化为内能。但电流产生的热量不可能被水全部吸收，本题中水吸收的热量只占电流产生热量的80%，即。
水的质量为：m=ρV=1×103kg/m3×10×10-3m3=10kg
水吸收的热量为：Q吸=cmΔt=4．2×103J/(kg·℃)×10kg×(62℃-22℃)=1．68×106J
电流产生的热量为：
由Q=W=Pt得到加热时间为
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第4节 焦耳定律
第十八章 电功率
1．电功的大小与哪些因素有关？如何计算？
2．能说出一些用电器工作时能量的转化情况？
家用电器的能量转化
家用电器的能量转化
电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能
导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？说明什么？
提出问题：
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
猜想与假设：
电流通过导体时产生热的多少跟_______因素有关。
设计实验：
电流通过导体时产生的热量与电阻的关系要控制_______相等。 电流通过导体时产生的热量与电流的关系要控制______相等。
进行实验：
1.探究电流产生的热量与电阻的关系
进行实验：
1. 本装置可以研究电热与哪个因素的关系？
2．两电阻为什么要串联？
3．如何比较电流通过电阻放出热量？
进行实验：
收集数据
小结：在____相同时，电阻越大，电阻产生的热量_____。
电流I/A
电阻/Ω R1 R2
5 10
产生热量(多/少)
2.电流通过导体时产生的热量与电流的关系
1. 本装置可以研究电热与哪个因素的关系？
2．右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝？
3．如何比较电流通过电阻放出热量？
收集数据
小结：在_____相同时，电流越大，电阻产生的热量___。
电阻R/Ω 10
电流/A I1 I2
产生热量(多/少)
分析论证、得出结论：
结论1. 在通电电流和通电时间相同的条件下，_________________________________________。
结论2. 在电阻和通电时间相同的条件下，_______________________________ 。
结论3. 在通电电流和电阻相同的条件下，_____________________________。
焦耳定律
焦耳在1818年12月24日生于英国曼彻斯特，青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名化学家道尔顿.道尔顿给予了焦耳热情的教导.焦耳向他虚心的学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础.
1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流强度和电阻时的水温.通过这一实验，他发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比. 后人为了纪念焦耳，把功和能的单位定为焦耳.
焦耳定律：
电流通过导体产生 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。
公式： Q=I2Rt
例题：一电热水器电阻丝的阻值为48.4Ω，正常工作时的电流为4.55A，工作10min放出的热量为多少J？
Q=I2Rt=（4.55A）2×48.4Ω×600s=6×105J
思考
一取暖器接在家庭电路中，正常工作时的电流为6.8A，工作10min放出的热量是多少？
Q=I2Rt=（6．8A）2×32．3Ω×600s=9×105J
当电流做的功全部转化为内能时：
由于 W=UIt，U=IR
Q=W=I2Rt
电功与电热
讨论：
电功（W）与 电热（Q）的区别与联系
电功（W）
纯电阻电路 W=Q
非纯电阻电路 W>Q
热量 Q=I2Rt
其它形式能 W Q
应用
导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？
电热的利用和防止
电熨斗
电视机散热孔
电脑主板风扇
笔记本散热孔
电饭锅
电动机外壳做成凹凸状
电热利用
电热防止
1．电流的热效应与哪些因素有关？
2．焦耳定律
3．电功与电热的关系
4．电热的利用 防止
小结
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18.4 焦耳定律 教案
一、教学目标
知识与技能
1．能通过实例，认识电流的热效应。
2．能在实验的基础上得出电热的大小与电流、电阻和通电时间有关，知道焦耳定律。
3．会用焦耳定律进行计算，会利用焦耳定律解释生活中电热利用与防治。
过程与方法
体验科学探究过程，了解控制变量的物理方法，提高实验探究能力和思维能力。
情感态度和价值观
会解释生活中一些电热现象，通过学习电热的利用与防止，学会辩证地看待问题。
二、教学重难点
重点：通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系，并确定研究方法及实验操作中各个环节应注意的问题。21世纪教育网版权所有
难点：对焦耳定律的理解及焦耳定律在实际生活中的应用。
三、教学准备
多媒体课件、电源、开关、导线、规格已知的小灯泡、滑动变阻器等。
四、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
复习提问（2分钟） 1．电功的大小与哪些因素有关？如何计算？ 2．能说出一些用电器工作时能量的转化情况？ 学生按要求回忆，回答。 为本节课作知识上的铺垫。
创设情景引入新课（3分钟） 电流在电路中做功，可以将电能转化为其它形式的能，说说日常家用电器在工作过程中的能量转化：电动机、电灯发光、电视机 当这些用电器工作一段时间后，我们触摸它们的有关部位，会有什么感觉？这是什么原因？ 学生说出常见用电器工作过程中能量的转化。 电流通过导体时电能转化成内能。 创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲。 联系实际，引入新课。
新课教学（28分钟） 电流的热效应 投影：电饭锅、取暖器、油灯、电炉丝、电铬铁…… 这些用电器工作时有什么共同特点？ 导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？说明什么？ 一、提出问题 电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？ 二、猜想与假设 提示：电热是电流通过电阻时产生的热量，电路中有电压不一定有电流，所以电压对电流通过电阻产生热量的多少没有影响。（排除电压这个物理量） 电流通过导体产生热量的多少与________________有关。 你能结合实例说出这三个因素对电热的影响吗？ 三、设计实验 要研究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，如何设计实验？如何比较产生热量的多少？ 四、进行实验 展示实验装置1 观察本实验装置，思考： 1．本装置可以用于研究电热与哪个因素的关系？ 2．两电阻为什么要串联？ 3．如何比较电流通过电阻放出热量？ 4．设计实验数据记录表格 电路接通，进行实验，观察U形管中液柱的上升情况，把实验结果填入表格中。 分析实验数据，可以得到什么结论？展示实验装置2 1．本装置可以用于研究电热与哪个因素的关系？ 2．右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝？ 3．如何比较电流通过电阻放出热量？ 4．设计实验数据记录表格 电路接通，进行实验，观察U形管中液柱的上升情况，把实验结果填入表格中。 分析实验数据，可以得到什么结论？ 对于某一个电阻，在电流一定 ( http: / / www.21cnjy.com )时，通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。这个结论可以通过刚才的实验中看出来，某一根电阻丝通电时间越长，液柱上升越高，说明放出热量越多。 五、分析论证，得出结论 对以上两个实验进行总结，电流通过电阻产生热量多少与电流、电阻和通电时间。 学生总结： 这些用电器工作时都是把电能转化成内能。 （得出电流的热效应的概念） 电热的大小可能与导体的电阻有关。 学生结合生活实际进行猜想:电流、电压、电阻、通电时间…… 学生举例证明猜想的合理性。 学生讨论： 实验时要控制电路中的电流相等，改变电阻，比较在相同时间内放出热量的多少。 可以通过加热相同物体，比较物体吸热升温的多少 学生观察实验装置讨论得出： 1．本装置研究电热与电阻的关系。 2．电阻串联，可以使流过两根电阻丝的电流和通电时间相同。 3．通过左右两管液面的高度差来比较，液柱上升的越高，放出热量越多。 4．实验数据表格电流I/A 电阻/ΩR1R2510产生热量（多/少） 学生根据实验数据，得出结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。 1．本装置研究电热与电流的关系。 2．使右边容器中的电阻丝中的电流与左边容器中的电阻丝不等（左边电流大于右边电流）。 3．通过左右两管液面的高度差来比较，液柱上升的越高，放出热量越多。 4．实验数据表格 电阻R/Ω 电流I/AR1R2 产生热量（多/少） 学生根据实验数据，得出结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。 学生总结以上两个实验： 电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。 培养学生总结问题的能力。 由生活现象培养学生发现问题并提出问题的能力。 培养学生合理猜想，并分析猜想的合理性。学会排除不合理猜想。 培养学生利用控制变量的方法来设计实验。 通过分析实验装置的合理性来培养学生的设计实验的能力。 培养学生利用转换的方法把不易观察的量转换为易观察的现象。 学会设计实验数据记录表格 会根据实验数据得出结论，利用控制变量的方法准确的描述出结论。 培养学生设计数据记录表格、分析实验、总结实验、描述实验结论的能力。
焦耳定律 介绍科学家焦耳。 英国科学家做了大量实验于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比。 如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，时间用t表示，则焦耳定律为Q=I2Rt。 例题：一电热水器电阻丝的阻值为48.4Ω，正常工作时的电流为4.55A，工作10min放出的热量为多少J？ 练习：一取暖器接在家庭电路中，正常工作时的电流为6．8A，工作10min放出的热量是多少？ 了解焦耳在电热上的成就 学生了解焦耳定律的内容，记住公式。 学生快速的计算本题中的电热。 Q=I2Rt=（4．55A）2×48．4Ω×600s=6×105J 学生结合欧姆定律进行计算 Q=I2Rt=（6．8A）2×32．3Ω×600s=9×105J 培养学生的人文精神、学习科学家的实事求是的精神。 利用焦耳定律进行简单计算，培养学生利用公式解决实际问题的能力，进一步熟悉公式。 培养学生利用物理知识解决实际问题的能力。
电功与电热 上题中已知电压、电流和通电时间，可以计算出取暖器消耗的电能，那么取暖器消耗的电能与电热之间有什么关系呢？通过计算我们发现电流做功与产生的电热是相等，那么用电器在工作时，电功与电热间有什么关系呢？ 当电流做的功全部转化为内能时： 由于 W=UIt，U=IR Q=W=I2Rt 电吹风工作时，消耗了1000J的电能，电流在电阻线上产生热量等于1000J吗？ 电功与电热的联系与区别 1．纯电阻电路中W=Q 2．非纯电阻电路中W>Q电热Q=I2Rt 学生计算电流做的电功（电能） W=UIt=220V×6．8A×600s=9×105J 学生讨论： 在前面的计算过程中利用了欧姆定律，它只能用在纯电阻电路中，用电器工作时把电能全部转化为内能。 不是的，电吹风工作时把电能转化为内能，还有一部分转化为动能。它不是一个纯电阻。电功大于电热。 加强知识的联系，培养学生系统学习的能力。 培养利用物理知识解决实际问题能力。
利用焦耳定律解释现象 讨 ( http: / / www.21cnjy.com )论：电炉通过导线接到电路中，导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？ 想想议议：额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？ 学生讨论： 电线与电炉丝串联，电流相等， ( http: / / www.21cnjy.com )根据焦耳定律，导线的电阻比电炉丝小的多，相同时间内放出热量也少。 学生讨论 这两种情况下有不同的变量，前者是在电压一定时，电阻越小，电流越大，电热与电流是平方的关系，所以电流对电热影响较大。后者的前提是在电流一定时，电阻越大，电热越多。 。 利用控制变量的方法来分析问题。通过辨析加强对焦耳定律的理解。
电热的利用和防止 展示常见一些用电器（电熨斗、电视机散热孔、取 ( http: / / www.21cnjy.com )暖器、电饭锅、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳……），给这些用电器进行分类，哪些是利用电热、哪些是防止电热造成危害的。 电热在实际中有利用也有防止的。我们要利用辩证的态度来对待电热。 分成两类 利用电热的有：电熨斗、取暖器、电饭锅等。 防止电热的有：电视机散热孔、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳等 利用分类的方法来培养学生利用辩证的态度来看待问题
总结（5分钟） 回忆本节课内容 1．电流的热效应与哪些因素有关？ 2．焦耳定律 3．电功与电热的关系 4．电热的利用 防止 梳理本节课知识内容，学生根据问题逐个回忆本节课的内容，形成一个知识体系。 利用问题引领的方法培养学生总结归纳的能力
布置作业 1．课后“动手动脑学物理”第1、2、3题 2．调查生活中还有哪些是利用电热，哪些是防止电热的措施。 学生按要求完成作业，对生活实际开展力所能及的调查。 巩固本课学习内容，同时增加课外调查的作业，使物理走向社会、走向生活。
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