初中物理電學(xué)專題強(qiáng)化訓(xùn)練：專題44 對(duì)焦耳定律的理解和應(yīng)用（學(xué)生版+解析版）

專題44對(duì)焦耳定律的理解和應(yīng)用

考點(diǎn)梳理

知識(shí)點(diǎn)一電流的熱效應(yīng)

(1)定義：電流通過導(dǎo)體時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)。如：電流流過燈

絲時(shí)，燈泡發(fā)熱；電熱毯通電后會(huì)發(fā)熱……

(2)電熱器：電烙鐵、電熨斗、電爐、電飯鍋、電暖器、電烤箱、電熱水器等利用電流的熱

效應(yīng)進(jìn)行工作，所有的電熱器都是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

知識(shí)點(diǎn)二電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量多少跟什么因素有關(guān)

提出問題：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少與什么因素有關(guān)？

實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法

猜想并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

(1)探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系

將兩個(gè)容微中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩電阻絲的電流相同，通電一段時(shí)間后，

比較兩個(gè)容器中U型管液面的高度變化情況，發(fā)現(xiàn)與右邊容器相連的U型管液面高度變化更

大一些。如圖所示

注意：①本實(shí)驗(yàn)中電熱的多少通過空氣受熱膨脹U型管兩側(cè)液面高度變化不同來反應(yīng)，轉(zhuǎn)換

法的利用，故需要在U型管中裝有等量的空氣。

②實(shí)驗(yàn)中U型管中裝的液體是煤油，因?yàn)槊河捅葻崛菪。郎乜?，同時(shí)，煤油是絕緣體，不

導(dǎo)電，具有安全性。

結(jié)論：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多

(1)探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系

如圖所示，兩個(gè)密閉容器中的電阻絲阻值都是5。，在右側(cè)容器的外部，將一個(gè)5。的電阻與

這個(gè)電阻并聯(lián)，因此通過左側(cè)容器口電阻絲的電流大于通過通過右側(cè)容器中電阻絲的電流。

在通電時(shí)間相同時(shí)，觀察兩個(gè)U型管中液面高度的變化。發(fā)現(xiàn)與左側(cè)容器相通的U型管液面

變化更大一些。

結(jié)論：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越

多。

注意：實(shí)臉中用電阻絲對(duì)空氣加熱可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并會(huì)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)

使兩容器密閉，不能漏氣。

(2)探究電流產(chǎn)生的熱量與時(shí)間的關(guān)系

如圖所示，將這套裝置接到電源兩端，在通電過程中，只觀察與左邊容器相通的U型管的液

面高度變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著通電時(shí)間越長，U型管中液面高度變化越大。

結(jié)論：在電流相同、電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多

【例1】物理興趣小組的同學(xué)“探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。將一段電阻絲裝在

透明、密閉的容器中，橡膠管將密閉容器和裝有紅色液體的U形玻璃管相連，如圖所示。請(qǐng)你回答下列問

題：

⑴在實(shí)驗(yàn)中，密閉容器內(nèi)的空氣質(zhì)量應(yīng)該（選填“相等”或“不相等”觀察U開玻璃管中液面度差的

目的是:

（2）如U（甲）所示，密閉容器內(nèi)的電阻分別為5c和10C,實(shí)驗(yàn)探究的是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量_____

的關(guān)系，根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是:如圖（乙）所示，密閉容器內(nèi)的電阻均為5Q,另

有一個(gè)5。電阻在容器外部，與其中一個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，實(shí)驗(yàn)探究的是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與

的關(guān)系；根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是o

知識(shí)點(diǎn)三焦耳定律

（1）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電

時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律。

（2）公式：。二尸心，在國際單位制中，電熱的單位是焦耳，符號(hào)

（3）焦耳定律的理論推導(dǎo)：電流通過導(dǎo)體時(shí)，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有轉(zhuǎn)化為其他

形式的能，那么電流做功產(chǎn)生的熱量Q等于電能的消耗量，即W=Q=再根據(jù)歐姆定律

H2

可知，Q=—to

R

（4）焦耳定律適用于所有電路的電熱計(jì)算，使用時(shí)各物理量單位要分別統(tǒng)一為人A、。、S。

【例2】如圖是小明設(shè)計(jì)的多擋位電烤爐簡化電路，電路中電源電壓保持不變，2、&和R是發(fā)熱電阻（不

計(jì)溫度對(duì)電阻的影響），以上標(biāo)有“12V9W”的字樣，R2的阻值為8C。為了研究電阻的發(fā)熱情況，小明將

電壓表接入電路，當(dāng)只閉合開關(guān)Si時(shí)，電壓表的示數(shù)為4V,電流表的示數(shù)為0.5A。求：

（1）心、火3阻值和電源電壓各為多少？

（2）當(dāng)只閉合開關(guān)S2時(shí)，電路消耗的總功率為多少？

（3）給這個(gè)電烤爐通電lOmin,該電烤爐最大的發(fā)熱量是多少？

知識(shí)點(diǎn)四純電阻電路與非純電阻電路焦耳定律

（一）純電阻電路

能量轉(zhuǎn)化形式：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

TJ2JI2

公式：W=Q=Pt=UIt=I2Rt=—t（求電熱或電功）P=UI=I2R=—（求電功率或熱功

RR

率）

注意：①由上述兩個(gè)公式可知，在家庭電路中，如果同時(shí)打開的用電器越多，則總電阻越小，

則總功率越大，在相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量越多，超過空氣開關(guān)允許的最大功率。出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

（二）非純電阻電路焦耳定律

能量轉(zhuǎn)化形式：電能轉(zhuǎn)化內(nèi)能和形式能。

公式：W=U〃（計(jì)算總能量）、Q=I2Rt（計(jì)算內(nèi)能）、/他〃-尸放（計(jì)算其

他形式的能）

P=UI(計(jì)算總功率)、P=/R(計(jì)算熱功率)、埸也=心?狼="-〃R(計(jì)算其他形式能

的功率)

注意：電動(dòng)機(jī)上的功率表示機(jī)械功率，即輸出功率之他。電視機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電暖器額銘牌上

都標(biāo)有“220V100W”，把他們并聯(lián)在220V的電壓下，在相同時(shí)間里它們產(chǎn)生的熱量是不一樣

的。因?yàn)?00W指的是電流做功的功率，W=Pz計(jì)算出來的是電流做功的總能量，對(duì)于電視

機(jī)、電動(dòng)機(jī)來說，有部分內(nèi)能是損失的，故電暖器產(chǎn)生的內(nèi)能是最多的。

二級(jí)結(jié)論：在純電阻串并聯(lián)電路中電熱與電阻的關(guān)系：

①在只有電阻R和比的串聯(lián)電路中，電熱和電阻成正比，即2：。2=凡：%；

②在只有R和R2并聯(lián)的電路中，通電時(shí)間相同，電熱與電阻成反比，即。尸。2二%：凡

③串并聯(lián)電路中，總熱量與各個(gè)用電器熱量的關(guān)系：。=0+。2+……+

補(bǔ)充：電流在不同的環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)。

【知識(shí)鏈接】理解和應(yīng)用焦耳定律時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1.Q=I2Rt是由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的，只要有電流通過導(dǎo)體，都可以用它來計(jì)算導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量.

2.對(duì)于純電阻電路，在時(shí)間、電壓相同時(shí)，電阻越小，產(chǎn)生的熱量越多；在時(shí)間、電流相同

時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多.

3.公式中各物理量都是對(duì)同一段電路或同一導(dǎo)體而言的.

4.運(yùn)用公式時(shí)，各物理量要轉(zhuǎn)換成國際單位后再代入公式計(jì)算.

【例3】小華家新買了一個(gè)電動(dòng)吹風(fēng)機(jī)，其簡化電路如圖所示，電源電壓為22OV。閉合5時(shí)，電動(dòng)機(jī)工

作，吹風(fēng)機(jī)吹冷風(fēng)，電動(dòng)機(jī)的功率為UOW；再閉合S2,電動(dòng)機(jī)與電熱絲并聯(lián)，吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)，電路的總

電流是4.5A.請(qǐng)你通過計(jì)算回答：

(1)吹冷風(fēng)時(shí)電路中的電流是多少？

(2)電熱絲的電阻是多少？

(3)吹熱風(fēng)時(shí)，10s內(nèi)電熱絲產(chǎn)生的熱量是多少？

電源0—

------

電熱絲

-AAAM

知識(shí)點(diǎn)五電熱的利用和防止

電熱器是利用電熱的設(shè)備，它是利月電流的熱效應(yīng)來進(jìn)行工作的。在有一些用電器工作時(shí)，

電能會(huì)轉(zhuǎn)化為其他形式的能。例如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)、高壓輸電線。都不可避免會(huì)產(chǎn)

生一些內(nèi)能，倒置溫度升高，所以很多家用電器采用設(shè)置散熱孔、散熱片或在發(fā)熱體部分安

裝電風(fēng)扇等方法進(jìn)行散熱。

【例4】央視《是真的嗎？》節(jié)目中，主持人做了“電池+口香糖錫紙二取火工具”的實(shí)驗(yàn)：取口香糖錫紙，

剪成條狀，將錫紙條帶錫的一端接在電池的正極，另一端接在電池的負(fù)極，很快發(fā)現(xiàn)紙條中間處開始冒煙、

起火苗，如圖。這是因?yàn)殄a是（選填“導(dǎo)體”或“絕緣體”），將它的兩端直接接入電池正負(fù)極，就會(huì)

造成,迅速產(chǎn)生大量的使溫度達(dá)到錫紙的燃點(diǎn)而使之燃燒，這個(gè)過程中電池輸出的能,

轉(zhuǎn)化為能。

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

1.如圖是探究“電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱跟什么因素''有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)透明的容器中密封著等質(zhì)量的

空氣C關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（）

3MMUQ.

A.該實(shí)驗(yàn)裝置探究的是電流產(chǎn)生的熱與電阻的關(guān)系

B.該裝置用U形管中液體熱脹冷縮來反應(yīng)電阻放熱的多少

C.若容器外電阻斷路，則相同時(shí)間內(nèi)，與沒斷比，左側(cè)U形管中液面高度差小

D.若將左側(cè)容器中電阻換成10。電阻后，可探究電流產(chǎn)生的熱與電阻的關(guān)系

2.甲、乙兩段導(dǎo)體通電時(shí)間相同，甲的電阻是乙的5倍，甲、乙產(chǎn)生的熱量之比是4：5,則通過甲、乙

兩段導(dǎo)體的電流之比是（）

A.2：5B.4：25C.5：2D.4：1

3.已知一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為6V,通過電動(dòng)機(jī)的電流為2A,線圈的電阻為0.5Q.則在Imin內(nèi)電

動(dòng)機(jī)消耗的電能及產(chǎn)生的熱量分別為

A.720J、720JB.720J、120J

C.720J>600JD.600J、12OJ

4.（多選）下面實(shí)例中是利用電熱的實(shí)例有（)

A.用電熨斗熨衣服B.用電飯鍋煮飯

C.電視機(jī)外殼有許多小孔D.用電熱壺?zé)?/p>

5.如圖電路中，開關(guān)S由斷開到閉合時(shí).電流表的示數(shù)由0.3A變化到0.5A,此時(shí)電壓表的示數(shù)始終為

6V,則滑動(dòng)變阻器及連入電路的阻值為C,通電Imin電阻為產(chǎn)生的熱量為

6.如圖所示的電路電源電壓為6V,電阻R的阻值是10Q.閉合開關(guān)S,當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)，電流表的示

數(shù)為0.5A；當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2A.正常工作10s,電動(dòng)機(jī)消耗的電能是J,線

圈產(chǎn)生的熱量是J.

7.如圖所示，用為30C，閉合開關(guān)S,斷開5時(shí)電流表的讀數(shù)是0.2A；同時(shí)閉合S、Si時(shí)電流表的讀數(shù)

是0.3A,整個(gè)過程中電源電壓不變，求:

(1)電源電壓;

(2)電阻凡的阻值：

(3)通電1分鐘&產(chǎn)生多少熱量。

Si

8.某電火鍋加熱器有高溫和低溫兩擋，其原理如圖所示，Si是總開關(guān)，S會(huì)自動(dòng)跳至。位置或力位置實(shí)現(xiàn)

高溫?fù)鹾偷蜏負(fù)醯霓D(zhuǎn)換。已知電源電壓是220V,%、&是發(fā)熱電阻，當(dāng)開關(guān)S閉合，S2接”/時(shí)修的功率

是11W,&的功率是99W；試求：

(I)低溫?fù)豕ぷ鲿r(shí)電路中的電流：

(2)高溫?fù)豕ぷ鱨Omin產(chǎn)生的熱量；

(3)若只要求將低溫?fù)豕β侍岣叩皆瓉淼膬杀?，?qǐng)通過計(jì)算提出你的改進(jìn)方法。

專題44對(duì)焦耳定律的理解和應(yīng)用

考點(diǎn)梳理

知識(shí)點(diǎn)一電流的熱效應(yīng)

（3）定義：電流通過導(dǎo)體時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)"如：電流流過燈

絲時(shí)，燈泡發(fā)熱；電熱毯通電后會(huì)發(fā)熱……

（4）電熱器：電烙鐵、電熨斗、電爐、電飯鍋、電暖器、電烤箱、電熱水器等利用電流的熱

效應(yīng)進(jìn)行工作，所有的電熱器都是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

知識(shí)點(diǎn)二電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量多少跟什么因素有關(guān)

提出問題：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少與什么因素有關(guān)？

實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法

猜想并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

（1）探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系

將兩個(gè)容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩電阻絲的電流相同，通電一段時(shí)間后，

比較兩個(gè)容器中U型管液面的高度變化情況，發(fā)現(xiàn)與右邊容器相連的U型管液面高度變化更

大一些。如圖所示

注意：①本實(shí)驗(yàn)中電熱的多少通過空氣受熱膨脹U型管兩側(cè)液面高度變化不同來反應(yīng)，轉(zhuǎn)換

法的利用，故需要在U型管中裝有等量的空氣。

②實(shí)驗(yàn)中U型管中裝的液體是煤油，因?yàn)槊河捅葻崛菪?，升溫快，同時(shí)，煤油是絕緣體，不

導(dǎo)電，具有安全性。

結(jié)論：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多

(3)探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系

如圖所示，兩個(gè)密閉容器中的電阻絲阻值都是5Q,在右側(cè)容器的外部，將一個(gè)5Q的電阻與

這個(gè)電阻并聯(lián)，因此通過左側(cè)容器口電阻絲的電流大于通過通過右側(cè)容器中電阻絲的電流。

在通電時(shí)間相同時(shí)，觀察兩個(gè)U型管中液面高度的變化。發(fā)現(xiàn)與左側(cè)容器相通的U型管液面

變化更大一些。

結(jié)論：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越

多。

注意：實(shí)驗(yàn)中用電阻絲對(duì)空氣加熱可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并會(huì)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)

使兩容器密閉，不能漏氣。

(4)探究電流產(chǎn)生的熱量與時(shí)間的關(guān)系

如圖所示，將這套裝置接到電源兩端，在通電過程中，只觀察與左邊容器相通的U型管的液

面高度變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著通電時(shí)間越長，U型管中液面高度變化越大。

-

■

結(jié)論：在電流相同、電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多

【例1】物理興趣小組的同學(xué)“探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。將一段電阻絲裝在

透明、密閉的容器中，橡膠管將密閉容器和裝有紅色液體的U形玻璃管相連，如圖所示。請(qǐng)你回答下列問

（1）在實(shí)驗(yàn)中，密閉容器內(nèi)的空氣質(zhì)量應(yīng)該（選填“相等”或“不相等”），觀察u開玻璃管中液面度差的

目的是：;

（2）如?。祝┧荆荛]容器內(nèi)的電阻分別為5Q和10C,實(shí)驗(yàn)探究的是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量_____

的關(guān)系，根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是;如圖（乙）所示，密閉容器內(nèi)的電阻均為5C,另

有一個(gè)5c電阻在容器外部，與其中一個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，實(shí)驗(yàn)探究的是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與

的關(guān)系；根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是。

【答案】相等來顯示甲、乙容器內(nèi)空氣溫度的變化與電阻在電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越

大，產(chǎn)生的熱量越多電流在時(shí)間和電阻相同時(shí)，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多

【解析】為了便于利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法對(duì)各個(gè)猜想進(jìn)行探究，在實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該使U形管中的

左右兩管液面相平，即兩邊產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等，這樣應(yīng)在容器內(nèi)封閉質(zhì)量相等的空氣；實(shí)驗(yàn)中是通過觀察“U”

形管中液面的高度差來顯示甲、乙容器內(nèi)空氣溫度的變化。像這種用能直接觀測(cè)的量來顯示不容易直接觀

測(cè)的量的方法叫轉(zhuǎn)換法。

(2)[3][4]圖甲中，密閉容器內(nèi)的電阻分別為5c和1()。，電阻串聯(lián)，通電時(shí)間和電流相同，電阻不同，故實(shí)

驗(yàn)探究的是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系；由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在電流和通電時(shí)間

相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。

[5][6]圖乙中，電阻相同，通電時(shí)間相同，電流不同，故實(shí)驗(yàn)探究的是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)

系；根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在時(shí)間和電阻相同時(shí)，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。

知識(shí)點(diǎn)三焦耳定律

(5)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電

時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律。

(6)公式：。=八心，在國際單位制中，電熱的單位是焦耳，符號(hào)

(7)焦耳定律的理論推導(dǎo)：電流通過導(dǎo)體時(shí)，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有轉(zhuǎn)化為其他

形式的能，那么電流做功產(chǎn)生的熱量Q等于電能的消耗量，即W=Q=U〃，再根據(jù)歐姆定律

U2

可知，Q=—to

R

(8)焦耳定律適用于所有電路的電熱計(jì)算，使用時(shí)各物理量單位要分別統(tǒng)一為人A、。、S。

【例2】如圖是小明設(shè)計(jì)的多擋位電烤爐簡化電路，電路中電源電壓保持不變，油、&和R是發(fā)熱電阻(不

計(jì)溫度對(duì)電阻的影響)，Q上標(biāo)有“12V9W”的字樣，R2的阻值為8Q。為了研究電阻的發(fā)熱情況，小明將

電壓表接入電路，當(dāng)只閉合開關(guān)Si時(shí)，電壓表的示數(shù)為4V,電流表的示數(shù)為0.5A。求：

(1)/?HR阻值和電源電壓各為多少？

(2)當(dāng)只閉合開關(guān)S2時(shí)，電路消耗的總功率為多少？

(3)給這個(gè)電烤爐通電lOmin,該電烤爐最大的發(fā)熱量是多少？

【答案】(1)16Q,8C,12V：(2)9W；(3)16200J

〃2

【解析】(1)由P=:可得，4的阻值

R

(12V)2

二16。

9W

只閉合Si時(shí)，Rl與火3串聯(lián)，電流表測(cè)量電路中電流，電壓表測(cè)量/?3電壓，則R3阻值為

一=急.

用兩端電壓

U|=，N=O.5AX16C=8V

因串塊電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以電源電壓

U=Ui+q=8V+4V=12V

(2)只用合S2,R2與R3串聯(lián)，所以電路的總電阻

/?^=/?2+/?3=8Q+8Q=16Q

電路消耗的總功率

，2_(12V)

p=9W

16Q

(3)閉合開關(guān)Si、S2、S3,Ry被短路，尺與Ri并聯(lián)，此時(shí)電爐的發(fā)熱功率最大；因?yàn)镽i正常工作，則P.=9W,

&的電功率為

J72_(12V)2

=18W

~R2~8c

電路消耗的總功率

電大=6+￡=9W+18W=27W

由P=W可得，電烤爐最大的發(fā)熱量

W=Pt=27WX10x60s=l62(X)J

答：⑴用、的阻值和電源電壓各為16Q、8Q、I2V；（2）當(dāng)只閉合開關(guān)S?時(shí)，電路消耗的總功率為9W；（3）

給這個(gè)電烤爐通電lOmin,該電烤爐最大的發(fā)熱量是16200Jo

知識(shí)點(diǎn)四純電阻電路與非純電阻電路焦耳定律

（一）純電阻電路

能量轉(zhuǎn)化形式：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

JJ2TJ2

公式：W=Q==。〃=/2放=（求電熱或電功）p=ui=/R=j（求電功率或熱功

率）

注意：①由上述兩個(gè)公式可知，在家庭電路中，如果同時(shí)打開的用電器越多，則總電阻越小，

則總功率越大，在相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量越多，超過空氣開關(guān)允許的最大功率.出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象c

（二）非純電阻電路焦耳定律

能量轉(zhuǎn)化形式：電能轉(zhuǎn)化內(nèi)能和形式能。

公式：W=（計(jì)算總能量）、Q=I2Rt（計(jì)算內(nèi)能）、/他=%?%=?！?/2放（計(jì)算其

他形式的能）

P=UI（計(jì)算總功率）、P=「R（計(jì)算熱功率）、埸也=2?用="-/2火（計(jì)算其他形式能

的功率）

注意：電動(dòng)機(jī)上的功率表示機(jī)械功率，即輸出功率以他。電視機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電暖器額銘牌上

都標(biāo)有“220V100W”，把他們并聯(lián)在220V的電壓下，在相同時(shí)間里它們產(chǎn)生的熱量是不一樣

的。因?yàn)?00W指的是電流做功的功率，W=計(jì)算出來的是電流做功的總能量，對(duì)于電視

機(jī)、電動(dòng)機(jī)來說，有部分內(nèi)能是損失的，故電暖器產(chǎn)生的內(nèi)能是最多的。

二級(jí)結(jié)論：在純電阻串并聯(lián)電路中電熱與電阻的關(guān)系：

①在只有電阻R和R2的串聯(lián)電路中，電熱和電阻成正比，即。1：。2=凡：4；

②在只有R和R2并聯(lián)的電路中，通電時(shí)間相同，電熱與電阻成反比，即二a:凡

③串并聯(lián)電路中，總熱量與各個(gè)用電器熱量的關(guān)系：+……+

補(bǔ)充：電流在不同的環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)。

【知識(shí)鏈接】理解和應(yīng)用焦耳定律時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1.Q=I2Rl是由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的，只要有電流通過導(dǎo)體，都可以用它來計(jì)算導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量.

2.對(duì)于純電阻電路，在時(shí)間、電壓相同時(shí)，電阻越小，產(chǎn)生的熱量越多；在時(shí)間、電流相同

時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多.

3.公式中各物理量都是對(duì)同一段電路或同一導(dǎo)體而言的.

4.運(yùn)用公式時(shí)，各物理量要轉(zhuǎn)換成國際單位后再代入公式計(jì)算.

【例3】小華家新買了一個(gè)電動(dòng)吹風(fēng)機(jī)，其簡化電路如圖所示，電源電壓為220V。閉合5時(shí)，電動(dòng)機(jī)工

作，吹風(fēng)機(jī)吹冷風(fēng)，電動(dòng)機(jī)的功率為110W；再閉合S2,電動(dòng)機(jī)與電熱絲并聯(lián)，吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)，電路的總

電流是4.5A.請(qǐng)你通過計(jì)算回答：

(1)吹冷風(fēng)時(shí)電路中的電流是多少？

(2)電熱絲的電阻是多少？

(3)吹熱風(fēng)時(shí)，10s內(nèi)電熱絲產(chǎn)生的熱量是多少？

電熱絲

-AAAM

【答案】(l)0.5A；(2)550：(3)88OOJ

【解析】⑴由公式尸=〃得，吹冷風(fēng)時(shí)電路中的電流

%J0W

=0.5A

UM220V

(2)SBS2都閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)與電熱絲并聯(lián)，所以通過電熱絲的電流

/-ZM=4.5A-0.5A=4A

由歐姆定律得，電熱絲的阻值

4_220V

R55C

77-4A

(3)10s內(nèi)電熱絲產(chǎn)生的熱量

=Z2^=（4A）2X55QX10S=8800J

0RR

答：(I)吹冷風(fēng)時(shí)電路中的電流是OSA；

(2)電熱絲的電阻是55C：

(3)10s內(nèi)電熱絲產(chǎn)生的熱量8800Jo

知識(shí)點(diǎn)五電熱的利用和防止

電熱器是利用電熱的設(shè)備，它是利月電流的熱效應(yīng)來進(jìn)行工作的。在有一些用電器工作時(shí)，

電能會(huì)轉(zhuǎn)化為其他形式的能。例如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)、高壓輸電線。都不可避免會(huì)產(chǎn)

生一些內(nèi)能，倒置溫度升高，所以很多家用電器采用設(shè)置散熱孔、散熱片或在發(fā)熱體部分安

裝電風(fēng)扇等方法進(jìn)行散熱。

【例4】央視《是真的嗎？》節(jié)目中，主持人做了“電池+口香糖錫紙=取火工具”的實(shí)驗(yàn)：取口香糖錫紙，

剪成條狀，將錫紙條帶錫的一端接在電池的正極，另一端接在電池的負(fù)極，很快發(fā)現(xiàn)紙條中間處開始冒煙、

起火苗，如圖。這是因?yàn)殄a是(選填“導(dǎo)體”或“絕緣體”)，將它的兩端直接接入電池正負(fù)極，就會(huì)

造成，迅速產(chǎn)生大量的使溫度達(dá)到錫紙的燃點(diǎn)而使之燃燒，這個(gè)過程中電池輸出的能,

轉(zhuǎn)化為能。

【答案】導(dǎo)體短路熱量電內(nèi)

【解析】[1][2北3][4]15]因?yàn)殄a屬于金屬，因此具有導(dǎo)電性，將錫紙條帶錫的一端接在電池的正極，另一端

接在電池的負(fù)極，形成了電源短路，此時(shí)電路中迅速產(chǎn)生大量熱量使溫度達(dá)到錫紙的著火點(diǎn)而使之燃燒。

這個(gè)過程中電池的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

1.如圖是探究“電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱跟什么因素”有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)透明的容器中密封著等質(zhì)量的

空氣，關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（）

3MM

A.該實(shí)驗(yàn)裝置探究的是電流產(chǎn)生的熱與電阻的關(guān)系

B.該裝置用u形管中液體熱脹冷縮來反應(yīng)電阻放熱的多少

c.若容器外電阻斷路，則相同時(shí)間內(nèi)，與沒斷比，左側(cè)u形管中液面高度差小

D.若將左側(cè)容器中電阻換成10。電阻后，可探究電流產(chǎn)生的熱與電阻的關(guān)系

【答案】c

【解析】A.根據(jù)控制變量法可知，探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻關(guān)系時(shí)，需要控制電流、通電時(shí)間相同，

電阻不同，而圖中的兩個(gè)電阻都是相同的，故無法完成探究，故A錯(cuò)誤。

B.電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但氣體溫度的變化可以通過U形管中液面高度差的變化

來反映，不是利用液體的熱脹冷縮，故B錯(cuò)誤。

C.容器外電阻發(fā)生斷路前，左側(cè)的電阻為5C,右側(cè)的總電阻為2.5C,則電路的總電阻為7.5Q：容器外

電阻發(fā)生斷路后，電路中只有兩個(gè)電阻串聯(lián)，則總電阻為10C；容器外電阻發(fā)生斷路后，整個(gè)電路的總電

阻增大了，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的總電流減小了，在電阻、通電時(shí)間不變時(shí)，電流減小，則產(chǎn)生的

熱量變少，所以左側(cè)U形管中液面高度差變小，故C正確。

D.探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻關(guān)系時(shí)，需要控制電流、通電時(shí)間相同，電阻不同，若將左側(cè)容器中電阻

換成10。電阻后，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)可知，此時(shí)通過兩個(gè)電阻的電流是不同的，不能探究電流產(chǎn)生

的熱與電阻的關(guān)系，故D錯(cuò)誤。

故選

2.甲、乙兩段導(dǎo)體通電時(shí)間相同，甲的電阻是乙的5倍，甲、乙產(chǎn)生的熱量之比是4：5,則通過甲、乙

兩段導(dǎo)體的電流之比是（）

A.2：5B.4：25C.5：2D.4：1

【答案】A

【解析】根據(jù)焦耳定律Q=?放可知

則通過甲、乙兩段導(dǎo)體的電流之比

故選A。

3.已知一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為6V,通過電動(dòng)機(jī)的電流為2A,線圈的電阻為0.5Q.則在Imin內(nèi)電

動(dòng)機(jī)消耗的電能及產(chǎn)生的熱量分別為

A.720J、720JB.720J、120J

C.720J、600JD.600J、120J

【答案】B

【解析】電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)其電路是非純電阻電路，根據(jù)焦耳定律，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量:

Q=八M=（2到x0.5Qx60s=⑵7

電動(dòng)機(jī)消耗的電能為W=UIt=6Vx2Ax60s=720J,

故B正確，選項(xiàng)ACD錯(cuò)誤.

答案為B.

4.（多選）下面實(shí)例中是利用電熱的實(shí)例有（）

A.用電熨斗熨衣服B.用電飯鍋煮飯

C.電視機(jī)外殼有許多小孔D.用電熱壺?zé)?/p>

【答案】ABD

【解析】電熱既有有利的一面，也有有害的一面，利用電熱的例子：用電熨斗熨衣服，電飯鍋煮飯，用電

熱壺?zé)环乐闺姛釒聿焕绊懙睦樱弘娨暀C(jī)上的散熱孔，故ABD符合題意，C不符合題意。

故選ABD。

5.如圖電路中，開關(guān)S由斷開到閉合時(shí).電流表的示數(shù)由0.3A變化到0.5A,此時(shí)電壓表的示數(shù)始終為

6V,則滑動(dòng)變阻器&連入電路的阻值為d通電lmin電阻凡產(chǎn)生的熱量為Jo

【答案】2072

【解析】［1］由圖知，S斷開時(shí)，只有變阻器&連入電路；S閉合時(shí)，凡和&并聯(lián)，電流表測(cè)電路中電流,

電壓表測(cè)電源電壓。所以電源電壓U=6V,開關(guān)S由斷開到閉合時(shí)，電流表的示數(shù)由0.3A變化到0.5A,

所以通過及的電流為0.3A,由并聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為

⑵由并聯(lián)電路電流特點(diǎn)可得，通過R的電流為

Z,=7-/2=0.5A-0.3A=0.2A

通電Imin電阻Ri產(chǎn)生的熱量為

Q=W=UIit=6Vx0.2Ax60s=72J

6.如圖所示的電路電源電壓為6V,電阻R的阻值是10Q.閉合開關(guān)S,當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)，電流表的示

數(shù)為0.5A；當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2A.正常工作10s,電動(dòng)機(jī)消耗的電能是J,線

圈產(chǎn)生的熱量是J.

【答案】80.8

【解析】［1］由題意可知，電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流/=0.2A,串聯(lián)電路中電流處處相等,

由/二〃■可得，定值電阻/?兩端電壓：

R

UR=/R=0.2AX10C=2V

已知電源電壓U=6V,則電動(dòng)機(jī)兩端電壓：

UM=U-UR=6V-2V=4V

正常工作10s,電動(dòng)機(jī)消耗的電能：

W=UM〃=4VXO.2Ax10s=8J

⑵電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)為純電阻用電器，已知此時(shí)電流表的示數(shù)r=0.5A,

由可得，電路中的總電阻：

U6V

Ra=——=------=12c

r0.5A

則線圈電阻：

RM=RM-R=12Q-l()n=2Q

電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈產(chǎn)生的熱量:

Q=八心〃=(0.2A)2X2CX10s=0.8J.

7.如圖所示，氏2為30C，閉合開關(guān)S,斷開5時(shí)電流表的讀數(shù)是0.2A；同時(shí)閉合S、Si時(shí)電流表的讀數(shù)

是0.3A,整個(gè)過程中電源電壓不變，求：

(1)電源電壓；

(2)電阻R的阻值;

(3)通電1分鐘R?產(chǎn)生多少熱量。

【答案】⑴6V；(2)600；(3)72J

【解析】(1)閉合開關(guān)S,斷開Si時(shí)為段的基本電路，由/=生可知，電源電壓為

U=U2=I2R2=0.2AX30c=6V

(2)同時(shí)閉合S、SiBj',R|、R2并聯(lián)，由于并聯(lián)電路中各支路互不影響，并且干路電流等于各支路電流之

和，所以通過凡的電流為

=Z-/2=0.3A-0.2A=0.1A

由/=§可知電阻R1的阻值為

R