1、第第4 4节焦耳定律节焦耳定律第十八章第十八章 电功率电功率知识点知识点电流的热效应电流的热效应知知1 1讲讲11.电流的热效应电流通过导体时电能转化成内能的现象。2.探究电热的影响因素知知1 1讲讲知知1 1讲讲知知1 1讲讲知知1 1讲讲方法点拨方法点拨转换法：转换法：通过通过U 形管形管两边液面高度的两边液面高度的变化变化反映密闭空反映密闭空气气温度的温度的变化，从而反映变化，从而反映电流通过电流通过电阻产生热量电阻产生热量的多少。的多少。控制变量法：控制变量法：实验操作实验操作(1)是通过串联是通过串联保证保证电流相同；电流相同；实验实验操作操作(2)中，左边容器内中，左边容器内电阻电
2、阻丝中电流是右边丝中电流是右边容器容器内电内电阻丝中电流的阻丝中电流的2倍倍，探究电热与电流，探究电热与电流的关系。的关系。知知1 1讲讲特别提醒特别提醒实验中用电阻实验中用电阻丝对丝对空气加热可以空气加热可以缩短实验缩短实验时间，时间，并使并使实验现象实验现象更加明显。更加明显。实验中实验中应使两容器密闭应使两容器密闭且且封闭封闭等量的空气，等量的空气，不能不能漏气。漏气。知知1 1练练例 1如果电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220 V 60 W”的字样，它们都在额定电压下工作相同的时间，三个用电器产生的热量()A.一样多 B.电烙铁多C.电视机最多 D.电风扇最多知知1 1练练解题秘方：
3、根据电流热效应入手。解析：电视机、电烙铁和电风扇功率相同，在相同时间内它们消耗的电能相同。电视机主要是把电能转化为声能和光能，电风扇主要是把电能转化为机械能，只有电烙铁是把电能全部转化为内能，所以额定电压下工作相同的时间，三个用电器中电烙铁产生的热量最多。答案：B例 2母题教材图18.42中考广东用如图1 所示的装置做“探究电流相同时，通过导体产生的热量与电阻大小的关系”的实验。(甲、乙是完全相同的密闭容器，闭合开关前，A、B 两U 形管内液面相平)解题秘方：对比图文信息，读图也能得出答案。解析：由图可知，两导体串联，即保证电流相等，探究电热与电阻的关系，再观察U 形管中液面高度的变化情况，哪
4、一个U 形管中液面高度变化大，哪一个容器中导体在相同时间产生的热量多。(1)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U 形管中液面的_来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的探究方法是 _。(2)通过对比观察，_(填“甲”或“乙”)容器中导体产生的热量较多。由此可知，在电流和通电时间相同时，电阻越_，导体产生的热量越多。高度变化转换法乙大技巧点拨：技巧点拨：在探究电流产生的热量与电阻的关系在探究电流产生的热量与电阻的关系时，要时，要保证电流保证电流大小和通电时间相同。其中，保持大小和通电时间相同。其中，保持电流大小相同的方法是电流大小相同的方法是将两将两个电阻串联。个电阻串联
5、。1.如图所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，在通电时间相同的情况下，观察两个U 形管中液面高度的变化。本实验是根据_(填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少，已知R1=10，R3=6，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2=_。若将R3 和R2并联接入右边密闭容器中，则可研究电流产生的热量与 _的关系。气体10电阻知知2 2讲讲知识点知识点焦耳定律焦耳定律21.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。知知2 2讲讲2.焦耳定律公式及各物理量单位(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产
6、生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律。(2)适用范围：普遍适用，适用于任何用电器和电路。公式Q=I2Rt物理量及单位电流I A电阻R 通电时间t s热量Q J知知2 2讲讲多用于定性比较多用于定性比较两用两用电器电器相同时相同时间产生的热量。间产生的热量。知知2 2讲讲知识拓展知识拓展电功电功(或消耗的电能或消耗的电能)与与电热间的关系：电热间的关系：电功和电热的电功和电热的计算计算公式分别为公式分别为W=UIt、Q=I2Rt，均，均适用于适用于所有电路所有电路。在纯电阻电路中在纯电阻电路中，由于由于电能全部转化电能全部转化为电热为电热，所以，所以W=Q。在在非纯电阻非纯电阻电路中
7、电路中，电能只有一部分电能只有一部分转化转化为电热，为电热，即即WQ。知知2 2练练甲电阻丝的电阻是1 000，通过0.2 A 的电流时，1 min 产生的热量是_J。乙电阻丝的电阻为10，通电5 min产生的热量为12 000 J，当通过该电阻丝的电流增大为原来的2 倍时，相等时间内产生的热量是_ J。例 3240048000知知2 2练练解题秘方：运用焦耳定律变形式求解。知知2 2练练2.如图所示，电源电压为9 V 且保持不变。闭合开关后，电流表A1的示数为0.4 A，电阻R2=15。求：知知2 2练练(1)电流表A2 的示数。知知2 2练练(2)1 min 内，电阻R2上产生的热量。解：
8、1 min内，电阻R2上产生的热量Q2I22R2t(0.6 A)215 160 s324 J。知知2 2练练一个额定功率为450 W 的电饭锅，在额定电压下正常工作时每分钟产生的热量是多少？例 4解题秘方：纯电阻电路中，电能全部转化为内能，即Q=W。解：Q=W=Pt=450 W6 0 s=27 0 0 0 J。知知2 2练练3.中考天津 额定功率为3 000 W 的电热水器正常工作时，把质量为60 kg 的水从20 加热到70。已知c 水=4.2103 J/(kg)，不计热量损失，求：知知2 2练练(1)水吸收的热量。解：水需要吸收的热量Q吸c水mt4.2103 J/(kg)60 kg(70
9、20)1.26107J。知知2 2练练(2)加热所需要的时间。知知3 3讲讲知识点知识点电热的利用和防止电热的利用和防止31.电热器的工作原理：电流的热效应。2.电热器的主要结构：发热体。发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。其中，绝缘体材料可将电阻丝与电热器的外壳隔开，防止触电和漏电。3.常见家用电热器：电饭煲、电烙铁、电烤箱等。知知3 3讲讲4.电热器的优点：清洁卫生；效率高；可以方便地控制和调节温度。5.电热的危害(1)由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。(2)造成电能输送过程中的电能损失。6.防止电热危害的方法(1)安装散
10、热风扇；(2)安装散热片；(3)安装散热窗。知知3 3讲讲知识拓展知识拓展照明灯工作时的照明灯工作时的能量转化能量转化：白炽灯工作时，白炽灯工作时，电能电能转化为内能，转化为内能，灯丝的灯丝的温度升高，达到温度升高，达到发光发光的程度，因此，的程度，因此，电能转化电能转化为内能和光能为内能和光能。LED 灯的原理与灯的原理与其其不同不同，LED灯是利用灯是利用半导体材料半导体材料的特性，让的特性，让电能直接电能直接转化为转化为光能，光能，不用先不用先转化为内能。转化为内能。白炽灯将电能白炽灯将电能转化转化的大光能的大致的大光能的大致为为10%，一般节能灯的，一般节能灯的发光效率发光效率为为30
11、%，所以，所以使用使用节能灯可大大节能灯可大大节约电能节约电能。知知3 3练练母题 教材P102T5下列情况中不属于防止电热危害的是()A.电视机的后盖有许多孔B.电脑机箱内有小风扇C.电动机外壳有许多散热片D.家用电器长时间停用，隔一段时间应通电一次例 5知知3 3练练解题秘方：结合各种用电器具体作用来分析。解析：电视机后盖的孔、电脑机箱内的小风扇、电动机外壳上的散热片都可以加速散热，从而防止电热的危害。家用电器长时间停用，隔一段时间通电一次，是利用电热驱潮，避免家用答案：D知知3 3练练技巧点拨：技巧点拨：熟悉各种常见用电器的作用，依据使用熟悉各种常见用电器的作用，依据使用目的目的分析用分
12、析用电器工作时的能量转化，进而判断该用电器电器工作时的能量转化，进而判断该用电器是利用电热是利用电热还是需要还是需要防止电热可能带来的危害。防止电热可能带来的危害。知知3 3练练4.中考无锡 如图所示的是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为5 V，电热丝R 阻值为1。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的_效应实现高温封口，3 s 内产生的热量为_J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以_(填“增大”或“减小”)电热丝的阻值。热75增大如图2 是某品牌足浴盆工作时的简化电路，它有加热功能和按摩功能。加热电阻的阻值为4 8.4，电动机线圈电阻为2，电源电压为220 V 稳定不变。易错点易错点不理
13、解电动机工作时电热与消耗电能间的关系不理解电动机工作时电热与消耗电能间的关系例 6解题秘方：焦耳定律公式Q=I2 Rt 适用于所有电路，电流通过电动机线圈产生热量的多少只能用该公式计算。(1)加热电阻正常工作时的电功率是多少？(2)在足浴盆中加入体积为4 L、初温为20 的水，加热电阻正常工作420 s，它的电加热效率为80，则水的温度会升高到多少？c水=4.2103 J/(kg)，水=1.0103 kg/m3(3)启动按摩功能时，电动机启动，通过电动机线圈的电流为0.1 A，按摩10 min，电动机线圈产生的热量是多少？解：由焦耳定律可得，按摩10min，电动机线圈产生的热量QM=I2RMt
14、=(0.1 A)22 1060 s=12 J。焦耳定律焦耳定律电热影响因素计算焦耳定律利用和防止类型类型串、并联电路中电热的计算串、并联电路中电热的计算1如图3 所示，电源电压为6 V，定值电阻R1、R2 的阻值分别为12、18，闭合开关S。求：例 7解题秘方：解题模型：针对一般电路的电热计算，通常先分析电路的连接情况(等效法)，然后解题。(1)当S1 闭合、S2 接1 时，通过R1 的电流。(2)当S1 断开、S2 接1 时，通电1 min，R2 产生的热量。5.如图所示，电源电压恒定不变，小灯泡L 标有“2.5 V 0.75 W”的字样，R1、R2 为定值电阻，其中R1 25，R2 35，
15、当S1、S2 都断开时，小灯泡正常发光。(忽略温度对灯泡电阻的影响)(1)求电源电压。(2)当S1、S2 都闭合时，求整个电路通电210 s产生的热量。类型类型针对电热器的综合计算针对电热器的综合计算2真实情境厨艺最讲究“火候”二字，某智能蛋糕机就是通过智能化技术控制制作时间和温度，制作出口感好、营养价值高的蛋糕。该蛋糕机的电路简图如图4 所示，其中R1、R2 均为发热电阻(假定电阻不随温度变化)，部分参数如表所示。例 8额定电压/V 220额定功率/W高温1 100中温880低温解题模型：用电器挡位的判断及相关计算挡位的判断电功率的求解电阻的求解电热的计算通过开关的通断可实现简单电路、串联电
16、路和并联电路的转换Q=W=Pt简单电路(仅有R1 接入电路)说明：简单电路中的电功率P1 可能为高温挡(简、串转换)、低温挡(简、并转换)或中温挡(简、串、并转换)串联电路(R1、R2 串联)并联电路(R1、R2 并联)(1)当开关S1 断开，单刀多掷开关S2 接到3 时，蛋糕机处于_(填“高温挡”“中温挡”或“低温挡”)。(2)求该蛋糕机以高温挡正常工作时，10min产生的热量。低温挡解：以高温挡正常工作10 min 产生的热量Q=W=P 高温t=1 10 0 W106 0 s=6.6105 J。(3)求该蛋糕机正常工作时R2 的电阻值。(4)求该蛋糕机低温挡的额定功率。6.【中考眉山】如图
17、所示为某家用电水壶的简化电路图，如表所示为铭牌的部分参数。R1、R2为发热电阻，其中R2 40。求：型号额定电压 加热功率SDS15X05220 V？W容量额定频率 保温功率1 L 50 Hz 40 W(1)电水壶的加热功率。(2)电水壶处于保温挡时，正常工作5 min 消耗的电能。(3)R1 的阻值。将R1、R2 分别连接成如图5 所示的甲、乙两种电路，已知R1 R2=3 2，电源电压均为U。例 9类型类型焦耳定律比例问题焦耳定律比例问题3(1)图甲中，在相同时间内：通过R1、R2 的电流之比为_；R1、R2 两端的电压之比为_；R1、R2 消耗的电能之比为 _；R1、R2 消耗的电功率之比
18、为_；R1、R2 产生的热量之比为_。1 1 3 23 23 23 2(2)图乙中，在相同时间内：通过R1、R2 的电流之比为_；R1、R2 两端的电压之比为_；R1、R2 消耗的电能之比为_；R1、R2 消耗的电功率之比为_；R1、R2 产生的热量之比为_。2 31 12 32 32 37.定值电阻R 和灯泡L，其电流随两端电压的变化图象如图所示。若将R与L串联在4 V电源两端，则R 与L 消耗的电功率之比为_；若将R与L 并联在2 V 的电源两端，电路消耗的总功率为_W。3 11.3中考枣庄 在探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实验中。某兴趣小组猜想：电流通过导体产生的热量可能
19、与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，考法考法探究电流通过导体产生热量的多少跟探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关什么因素有关综合分析综合分析1例 10于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究，如图6 所示，三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，容器中密封着等量的空气，U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。试题评析：本题为教材中演示实验的变式，考查了控制变量法和转换法的运用。(1)要探究电热与电阻的关系。应选用_组合，并将它们_接到电源两端进行实验。解析：要研究电热与电阻的关系，需要控制通过电阻的电流与通电时间相同，而电阻的阻值不同，因此选用甲和乙组合，将它们串联接到电
20、源两端进行实验。甲、乙串联(2)选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况下，发现乙装置U 形管中液面高度变化大，由此可得出结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，_。通过导体的电流越大，产生的热量越多解析：选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，可知通过乙中5 电阻的电流大于通过丙中5 电阻的电流，在通电时间相同的情况下，发现乙装置U形管中液面高度变化大，可以得出结论：在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。(3)实验中通过观察U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实例采用研究方法与此相同的是_。A
21、.探究电流与电压、电阻的关系B.用水银体温计测量人体的体温C.研究光的传播时，引入“光线”D.探究平面镜成像的特点B解析：实验中通过观察U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这是转换法的应用；探究电流与电压、电阻的关系时，用到的方法是控制变量法；用水银体温计测量人体的体温时，将人的体温转化为水银柱上升的高度，是转换法的应用；研究光的传播时，引入“光线”，这是模型法；探究平面镜成像的特点，用到的是等效替代法。例11【中考泸州】随着科技创新教育在全市广泛开展，有些学校已配置了如图7 甲所示的3D 打印笔。3D 打印笔通过加热，挤出热熔的塑胶，然后在空气中迅速冷却，最后固化成稳定的形状。考
22、法考法以电热器为载体，电热计算与吸放热计以电热器为载体，电热计算与吸放热计算的综合算的综合2此打印笔有快、慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，将该3D 打印笔单独接入装有如图丙所示电能表的家庭电路中正常工作。快挡打印2 min，电能表指示灯闪烁8 次，刚好将15 g 的塑胶从20 加热到260。已知该3D 打印笔慢挡打印功率为22 W，R1、R2 为用于发热的定值电阻，塑胶的比热容为2103 J/(kg)。求：试题评析：本题以“3D 打印笔”为背景，考查电热的计算，其中综合考查了吸、放热的相关计算，体现了物理走向生活的理念。(1)3D 打印笔快挡打印2 min 所消耗的电能。(2)3D 打印笔快
23、挡打印时的热效率。(3)R1 的阻值。1.如图所示，在四个相同水槽中盛有质量和液体都相同的纯水，现将 阻 值 为 R1、R2 的 电 阻 丝(R1R2)，分别按下图的四种方式连接放入水槽，并接入相同电源。通电相同时间后，水温最高的是()D2.中考陕西 中药煎煮方式分为“文火”和“武火”，小荣受此启发，用手动开关S1、温控开关S2、水量开关S3、加热电阻R1 和限流电阻R2(R1、R2 阻值不随温度变化)，设计了煎药壶电路，其中S1 为总开关，电源电压为220 V。闭合开关S1，能实现下表所示的功能，温度t/0.20.2 0.2水量开关S3闭合闭合断开R1 的功率P/W800800100煎煮方式
24、武火武火文火下列关于此电路的分析正确的是()A.温控开关S2 与水量开关S3 是串联的B.加热电阻R1 的阻值是 484 C.若壶内水量小于0.2 L，煎药壶工作时无法进行“武火”加热D.若限流电阻R2 断路，煎药壶工作时只能进行“武火”加热D3.新考法批判质疑小荣和小德在学习完电阻知识后，一起阅读课后“科学世界”中关于“超导现象”的内容。小荣读完后说：“超导材料能够用在我们生活的各个方面呢!”小德却说：“不一定哦，有些地方就不适合用超导材料。”你认为小德的说法_(填“有”或“无”)道理，理由：_。有超导材料的电阻为零，通电后不发热4.如图所示，电源电压恒定不变，甲、乙为两只相同的电表。当开关
25、S1 闭合、S2 断开时，甲、乙两电表示数之比为5 3，则两电表均为_(填“电压表”或“电流表”)。一段时间后，电阻R1 产生的热量为Q1；现同时更换两电表种类，并调整开关状态，使两电表均有正常示数，经过相同的时间，电阻R1 产生的热量为Q2，则Q1 Q2 为_。电流表25 95.新考法 开放性电动汽车虽然绿色环保，但在方便出行的同时也存在安全隐患，多起火灾是由于不规范充电引起的，为了安全，我们一定要规范充电。如图甲为某品牌电动汽车直流充电桩，充电电压4 00 V，充电时功率P与储能比H(电池当前储能占充满状态储能的百分比)的关系如图乙所示，在AB、BC、CD、DE 四段充电过程中，哪段过程最
26、容易使导线升温、老化，甚至引起火灾？说出你的理由。6.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)实验中通过观察U 形管中液面_，可以比较电流通过导体产生热量的多少。(2)图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联连接，这是为了控制通电时间和_相等，探究的是电流产生的热量与_的关系。高度差的变化电流电阻(3)将图甲中开关闭合，通电一段时间后，_(填“左”或“右”)侧U 形管中液面高度变化大。右(4)让两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右侧容器的外部将一个相同
27、阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联(如图乙)，此时通过两容器中电阻丝的电流_(填“相等”或“不相等”)，在通电时间相同的情况下，左侧U 形管中液面高度变化大，由此得到的结论是_。不相等在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多7.新考法项目化中考天津生物小组的同学们在冬天利用杂草、落叶及泥土等材料制作花肥时，发现天气太冷肥料不易发酵，于是他们想制作一个电加热垫给肥料加热。【初步设计】选取一根粗细均匀的电热丝，将其接在电压恒为U0 的电源上(如图1 所示)，加热功率为P0，该电热丝的电阻R0=_。(不考虑温度对电阻的影响)【改进设计】为获得不同的加热功率，从电热丝的中点处引出
28、一条导线，将电热丝以不同方式连接在电压为U0 的电源上，可以得到另外两个加热功率 P1和P2，且P1 P2。请你在图2 甲、乙中将各元件连接成符合改进要求的电路，并推导出P1 与P2 之比。说明：电热丝上只有a、b、c 三处能接线，电热丝的额定电流满足设计需求。解：如图甲、乙所示。【优化设计】为方便操控，再增加一个单刀双掷开关S，通过开关S0 的通断和S 在1、2 触点间的切换，实现加热垫P0、P1 和P2 三挡功率的变换。请你在图3 中将各元件连接成符合优化要求的电路。注意：无论怎样拨动开关，不能出现电源短路。解：如图丙所示。8.中考福建 如图是某晾衣机的工作电路图，电源电压U=220 V，
29、其中R 是发热电阻。当开关S1 闭合、S2 断开时，晾衣机开启风干功能，其额定功率P1=44 W；当开关S1、S2 均闭合时，晾衣机开启烘干功能，通过R 的电流I2=1 A。求：(1)使用风干功能时通过电动机的电流。(2)使用烘干功能时电阻R 在1 min 内产生的热量。解：使用烘干功能时，电路中电动机和发热电阻R并联，U相同，1 min内R产生的热量QW2UI2t1220 V1 A60 s1.32104 J。(3)使用烘干功能1 h 消耗的电能。解：电阻R的功率P2UI2220 V1 A220 W，总功率PP1P244 W220 W264 W，使用烘干功能1 h消耗的电能WPt2264103 kW1 h0.264 kWh。
