初中物理人教版九年级全册第十八章电功率第4节焦耳定律 省赛获奖

焦耳定律及其应用练习1、小明为了探究电流的热效应，找来了如下器材：12V的电源，开关，一段电炉丝，粗细、长短与电炉丝相同的铜导线，蜡和导线若干。他设计了一个简单的实验：把电炉丝和铜电线串联起来接到电源上，在电炉丝和铜导线上分别滴上几滴熔化的蜡。等蜡凝固后，合上开关，过一会儿，发现电炉丝上的蜡熔化了。而铜导线上蜡没有熔化。(1)他的这个简单实验能不能用来探究电流的热效应？(2)他把电炉丝和铜导线串联在电路中的目的是什么？(3)电炉丝上的蜡能熔化，而铜导线上的蜡没熔化，由此你能得出什么结论？2、某电热水壶的铭牌如下表所示。小菲研究有关资料后得知，在正常情况下用9min可烧开一壶20℃的水（在1标准大气压下）。一天她用这个热水壶，烧开同样的一壶水却用了10min。问：（1）烧开这壶水需要吸收多少热量？（2）当时的电压是多少？（计算结果保留一位小数）（3）烧开同样一壶水所用的时间不同的主要原因？3、你肯定见过，风扇通电后的转速是由慢逐渐变快的．那么你猜在这个过程中，通过风扇内电动机的电流会不会变化呢？如果转动中的风扇因为受到阻碍而停止，通过风扇内电动机的电流又会如何变化?会带来什么后果呢？让我们做一个简单的实验吧．如图，把一个玩具电动机、一个小灯泡和电池串联起来．接通电路后，电动机便开始由慢到快转动起来．这时

我们会发现，刚通电时，电动机转速还较慢，灯泡最亮．而随着电动机转速变快，灯泡则逐渐变暗了．并且当电动机转得最快时，灯泡也最暗．怎么样，你一定觉得很新奇有趣吧？那么现在让我们一起来动动脑筋，请你根据上述现象分析回答下列问题：(1)在图示的电路中，如果用手指捏住玩具电动机的转轴使其转动变慢最后完全停下来，灯泡的亮度将____________，通过电动机的电流将

_____________．（填“变大”、“变小”或“不变”）(2)家用电风扇的主要部分就是电动机．如果转动中的电风扇受到外物阻碍，（如有衣服被吸到扇页上）而无法转动，可能会导致火灾的发生．请你简要分析其中的原因．4、为了解决老师们在办公时的饮水问题，学校新进了一批台式温热饮水机，其铭牌如下表所示。右图是饮水机的简化电路图，S是用感温材料制成的温控开关，R1是电阻，R2是供加热用的电阻丝。请计算：额定电压220v环境温度10℃～38℃额定频率50Hz环境湿度≤90%加热功率550W耗电量制热水能力≥90℃5L/h防触电类别

I类1.再加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大？

2.正常工作时，该饮水机将热水罐中、18℃的水加热到93℃，用时6min。则该饮水机的加热状态时热效率为多少？

3如果要使R2在保温状态时的功率是加热时的功率的一半，R1和R2的比值是多少？5、我们知道：“电流通过导体时产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比．”这就是焦耳定律，用公式可表达为：Q=I2Rt.爱动脑筋的小明在探究这个问题时，设计了图示的实验，只连接一次电路就完成了实验探究．他的方法是用电阻丝（其中R甲≠R乙）给烧瓶中的煤油（煤油质量相同）加热，然后观察煤油在插入密封烧瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以对比电阻丝放热的多少．请你仔细观察小明设计的实验电路，并应用所学知识分析回答下列问题：(1)探究电热的多少与电流的关系，应该对比

两个烧瓶中煤油柱上升的高度，而这两个烧瓶中电阻丝阻值应该

．(2)探究电热的多少与电阻的关系，应该对比

两个烧瓶中煤油柱上升的高度．(3)有许多家用电器的工作原理即为焦耳定律，请举两个例子．6、如图是一种测电阻的实验电路，R1是电阻箱，电源电压保持9V不变。（1）当开关掷向1时，电压表示数为3V，此时电阻箱的电阻为6Ω，求R2上电流在1min内产生的热量是多少？（2）当开关掷向2时，灯泡恰好正常发光，电压表读数为原来的2倍，求灯泡的额定电压和额定功率。7、饮水机是一种常用的家用电器，其加热水槽部分工作原理电路图如图，其中S是一个温控开关，R1为电加热管，当饮水机处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度时，S自动切换到另一处于保温状态.请回答下列问题：（1）A、B是两种不同颜色的指示灯。如果用红色表示正在对水加热，黄色表示保温，请标明指示灯的颜色，应该是A为

色，B为

色。（2）若饮水机加热时加热管的功率为550W，而保温时加热管的功率为88W，则电阻R2的阻值为

（不考虑温度对阻值的影响，且不计指示灯的阻值）8、三年一班同学用泡沫塑料为校运会制作吉祥物“菲菲”，小明、小轩、小杰三位同学分别制作了三把不同的电热锯，用来切割泡沫塑料，如图13。制作过程中他们发现这些锯的切割能力不同。小明说：“电热锯的切割能力可能与电热丝的材料有关”；小轩说：“电热锯的切割能力可能与电源电压有关”；小杰说：“电热锯的切割能力也可能与电热丝的粗细有关”。为了验证猜想是否正确，他们找来了相应的器材通过实验来验证。(1)请你选择其中一个猜想，提出验证的方法。(2)在切割泡沫塑料的过程中，他们发现所使用的干电池很快就没电了，就连接上小灯泡也不亮。对于这些废旧电池，你应该怎样处理？

9、Rl＝400Ω，R3＝20Ω，电源电压U＝12V，当Sl、S2断开时，电流表的示数为．求：（1）R2的阻值．（2）Sl、S2闭合时电流表的示数．（3）Sl、S2闭合时，通电10s电路产生的热量．10、某同学用如图所示的装置研究电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系，图中两个烧瓶内盛有质量和初始温度都相同的煤油，温度计用于显示瓶内油的温度，甲瓶中电阻丝的电阻大于乙瓶中电阻丝的电阻。实验时，该同学想把两瓶中的电阻丝串联接入电路:（1）请你用笔画线代替导线，帮他完成电路。（2）这样连接电路的目的是

。（3）实验过程中可以观察到甲瓶中温度计的示数大于乙瓶中温度计的示数，这表明

11、如图所示的实验电路是小阳同学为探究“焦耳定律”所设计的，他的方法是用电阻丝给烧瓶中的煤油（煤油质量相等）加热，然后观察插入密封烧瓶里的玻璃管中煤油柱上升的高度，就可以对比电阻丝放热的多少。请你仔细观察小阳设计的实验电路，并应用所学的知识分析回答下列问题：（1）探究电流产生热的多少与电阻的关系时，应断开开关S2、闭合开关S1，通过对比甲、乙两个烧瓶中煤油柱上升的高度，而这两个烧瓶中电阻值应该是

的。（选填“相等”或“不相等”）（2）探究电流产生热的多少与电流的关系，可断开开关S1、闭合开关S2，通过调节滑动变阻器来改变通过电阻丙的电流，并在相同的

里，观察烧瓶中煤油柱上升的高度。12、与小功率用电器相比，大功率用电器在使用时插头发热比较厉害，而连接的导线不怎么热。这一现象激发小明同学要探究“通电导体产生的热量与什么因素有关”的问题。现有如图所示的器材：装有相等质量煤油的A、B、C三个相同的烧瓶、温度计三支、两根电阻相同的锰铜合金线、一根镍铬合金丝、电源一个、开关一个、导线若干。(1)在探究“通电导体产生的热量与电阻有关”时：①将B、C两烧瓶的锰铜合金丝和镍铬合金丝串联接入电路，其目的是

②随着时间增加，两瓶中煤油温度都逐渐上升，说明通电导体产生的热量与

有关。③已知镍铬合金丝比锰铜合金丝的电阻大，通电一段时间后，烧瓶

中的煤油温度上升

快。由此，小明得出结论：通电时间一定，电阻越大，导体产生的热量越多。④另一个同学指出小明的结论不严密，请你将小明的结论补充完整，

(2)在探究“通电导体产生的热量与电流的关系”时：①小明猜想：时间与电阻一定时，通过导体的电流越大，该导体产生的热量就越

。②在原来电路的基础上，请你将A烧瓶中锰铜合金丝接入电路中，使该电路能用来探究“通电导体产生的热量与电流的大小的关系”这一问题。13、某一电饭锅，内部电路如图7所示。R1是加热电阻，R2是限流电阻，R2阻值为484Ω，煮饭时，接通电源(220V)、闭合手动开关S1，电饭锅处在加热状态。当锅内食物温度达到103℃时，开关S1会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合。S2是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合。问：(1)若接通电源后没有闭合开关S1，那么电饭锅能将饭煮熟吗?为什么?(2)在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水，则开关S1的自动断电功能不起作用，这是为什么?(3)在加热情况下，电饭锅消耗的电功率是1000W，求R1的阻值。(4)在保温情况下，电饭锅消耗的电功率是多少？14、如下图所示，标有“6V、3W”字样的小灯泡与最大阻值为10Ω的滑动变阻器串联在电路中。当变阻器连入电路中的电阻为6Ω时灯正常发光。（不考虑灯泡电阻受温度影响，电源电压不变）求：（1）灯泡电阻、电源电压；

（2）灯泡正常发光1min，变阻器产生的热量。15、如图所示是小明探究影响电流热效应的实验电路连接情况，开关闭合一段时间后，他发现两瓶煤油中的液面都没有改变，小明断定电路中出现了断路，于是他用电压表开始检查断路位置。请回答有关他检查断路故障的问题：（说明：电源完好，电路只有一处断路故障。）

（1）你认为他应依次检查哪些位置？

（2）请把检查某一位置是否断路时电压表接入的位置，以及可能观察到的现象和相应的结论填入下面记录表格中。电压表接入位置可能观察到的现象结论

（3）若不用电压表，用其他器材也能检查电路故障。你选用的其他检验器材是：________________________。请把用其他器材检查某一位置是否断路时接入的位置，以及可能观察到的现象和相应的结论填入下面记录表格中。接入位置可能观察到的现象结论

16、下面是小宇同学在实验室中研究电流产生的热量和哪些因素有关的实验过程记录，有不完整的地方，请你帮他填写完整。（1）课题：研究电流产生的热量与哪些因素有关装置及原理。我们组的同学组装了如图29所示的实验装置，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。通电后电流通过电阻丝产生热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油上升的高度越

。实验过程：①接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高，实验结果是：

瓶中的煤油上升得高。这表明，串联时的电阻越大，产生的热量越

。②在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同。在两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高。实验结果：在第二次实验中，瓶中煤油上升得较第一次的

。这表明，同一电阻，电流越大，电流产生的热量越

。③实验表明：通电时间越长，瓶中煤油上升得越高，电流产生的热量越

。我们小组的同学一起对实验现象进行归纳分析，找到了电流产生热量的多少和

因素有关。（2）应用：有许多家用电器的工作原理即为焦耳定律，请举两个例子。17、与小功率用电器相比，大功率用电器在使用时插头发热比较厉害，而连接的导线却不怎么热。这一现象激发小明同学要探究“通电导体产生的热量与什么因素有关”的问题。

现有如图10所示的器材：装有相等质量煤油的A、B、C三个相同的烧瓶、温度计三支、两根电阻相同的锰铜合金线、一根镍铬合金丝、电源一个、开关一个、导线若干。（1）

在探究“通电导体产生的热量与电阻有关”时：①

将B、C两烧瓶的锰铜合金丝和镍铬合金丝串联接入电路，其目的是

。②

随着时间增加，两瓶中煤油温度都逐渐上升，说明通电导体产生的热量与

有关。③

已知镍铬合金丝比锰铜合金丝的电阻大，通电一段时间后，烧瓶

中的煤油温度上升快。由此，小明得出结论：通电时间一定，电阻越大，导体产生的热量越多。④

另一个同学指出小明的结论不严密，请你将小明的结论补充完整：

。（2）在探究“通电导体产生的热量与电流的关系”时：①

小明猜想：时间与电阻一定时，通过导体的电流越大，该导体产生的热量就越

。②

在原来电路的基础上，请你将A烧瓶中锰铜合金丝接入图10的电路中，使该电路能用来探究“通电导体产生的热量与电流的大小的关系”这一问题。

18、某电器厂欲设计一种高、中、低温三档的家用电饭锅，要求高温发热功率1000W，其发热体电阻丝如图所示，A、B、C为三个接线柱，B是电阻丝的中点（电源电压保持不变）.⑴

说明各档位的连接方式（文字表述、画图说明均可）.⑵

分别计算出中、低两档的发热功率.19、某学校生物小组的同学为了探索一项技术，使一种名贵的花在寒冷的冬季也能正常生长，决定搭建一个微型温室。温室内需要安装一个电发热体。根据设计，该发热体用36V电压供电，发热功率为200W(设电能全部转化为内能)。(1)电发热体不采用220V电压而用36V电压供电的考虑是什么?(2)同学们在实验室里用2节于电池、电流表、电压表等器材，测出一段镍铬合金丝的阻值等于计算结果。用它制成发热体后，实际功率却小于设计的要求。经检查，电压正常请你猜想产生这种情况的原因可能是什么?20、一电热水器装有2kg的水，通电加热过程中，水温随时间变化情况如图所示。求：

⑴加热2min水的温度升高了多少？⑵加热2min水吸收了多少热量？⑶如果电热水器功率为1000W，则此电热水器的效率η是多少？（η为水吸收的热量与电热水器放出热量的比值）答案1、（1）能；（2）使它们通过的电流相等；（3）电炉丝的电阻比铜导线的电阻大，电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成正比。2、3、(1)

变亮

；

变大

(2)主要的原因是：（要点）①风扇停转后，电动机线圈的电阻不变；

②但电流增大；

③根据焦耳定律Q=I2Rt，相同时间内发热大幅增加，进而引发火灾。

4、(先求出Q水=189000J，再求W=Pt=550W×6×6s=198000J,则η＝95%)(要先判断出加热时是S闭合，则有：P1=U2/R2;保温时是S断开，则有：P2=(U/R1+R2)2R2,

依题意，有：P2=1/2P1,代入数值，即可求出解。答案：－1）5、(1)

甲丙或乙丙

；

相等

(2)

甲乙

(3)电饭锅；电热毯；电暖炉等等6、（1）电阻箱电压

U1=U-

U2=9V-3V=6V通过电阻箱电流为

I1=

U1/R1=6V/6Ω=1A

R2阻值为

R2=

U2

/I2=U2

/I1=3V/1A=3Ω

电流在R2上产生的热量是

Q=I22

R2

t=（1A）2×3Ω×60s=180J

（2）因灯正常发光，故灯的额定电压为

U灯=U-U2′=9V-6V=3V

I2′

=U2′/R2=6V/3Ω=2A

灯的额定功率为

P灯=U灯I2′=3V×2A=6W7、（1）红，黄（2）132Ω8、答案1：探究电热锯的切割能力与电热丝的材料的关系；

取粗细相同材料不同的电热丝，分别接在电压相同的电路中，同时切割相同的泡沫塑料，比较切断泡沫塑料的快慢。

答案2：探究电热锯的切割能力与电源电压的关系。取两根相同的电热丝，分别接在电压不同的电路中，同时切割相同的泡沫塑料，比较切断泡沫塑料的快慢。

答案3：探究电热锯的切割能力与电热丝的粗细的关系；

取粗细不同材料相同的电热丝，分别接在电压相同的电路中，同时切割相同的泡沫塑料，比较切断泡沫塑料的快慢。

（2）实行分类回收9、（1）S1、S2都断开，R2与R3串联R串＝＝120欧

R2＝R串-R3＝120欧-20欧＝100欧

（2）S1、S2都闭合，R1与R2并联，R3被短路

R并＝＝80欧

I并＝安

（3）Q＝R并t＝（安）2×80欧×10秒＝18焦.10、（1）图略。（2）控制电流和通电时间相同。（3）在电流和通电时间相同时，电阻越大电流通过导体产生的热量越多。11、不相等

时间12、⑴、①使B、C电流相等

②通过时间

③C④电流和通电时间一定，电阻越大，导体产生的热量越多。

(2)①多②如图，两种答案均可13、(1)不能，因为当锅内温度达到80℃时，S2自动断开，电饭锅进入保温状态。(2)因为在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，达不到103℃，所以S1不会自动断开。

(3)Ω

(4)14、（1）灯正常发光时的电流

I===

(1分)灯泡电阻为RL===12Ω

(1分)电源电压U=UL+IR

(1分)

=6V+×6Ω=9v

(1分)(2)变阻器产生的热量Q=W=URIt=I2Rt