第十八章电功率第4节焦耳定律2023-2024九年级全一册物理人教知识总结知识点解析题型专题课后作业（学用）

第十八章电功率（学用）第4节焦耳定律一、知识点解析知识点1电流的热效应【知识点总结】电流的热效应定义：当电流通过电阻时，电流作功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应。【典例解析】例1如图所示的家用电器中，利用电流热效应工作的是（）A．电饭锅B．笔记本电脑C．电风扇D．电视机【变式题】1．（2023秋•二道区月考）北京冬奥会期间，我国科研人员为运动员提供了带电源的智能控温加热手套，如图所示。下列与加热手套工作原理相同的用电器是（）A．电动车 B．电热水壶 C．电风扇 D．洗衣机2．（2023•福建）下列利用电流热效应工作的用电器是（）A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电炉知识点2探究影响电流通过导体时产生热量的因素【知识点总结】1.影响因素：与通电的时间、电流、电阻有关，通过导体的电流越大，导体的电阻越大，通电时间越长，导体产生的热量越多。2.公式：Q＝I2Rt（普遍适用），Q＝W＝UIT（只适用于电热器）。3.实验器材：密闭容器两个，U形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。4.实验步骤：（1）探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系实验设计：保持电流和通电时间不变，改变电阻。如图甲，把两个不同的电阻串联在电路中。（2）探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系实验设计：保持电阻和通电时间不变，改变电流。如图乙，将两个相同的电阻先联，再与另一个电阻串联。（3）探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系实验设计：保持电阻和电流不变，改变通电时间。5.实验结论：①在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多；②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；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。【典例解析】例2如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差比右侧的大。下列说法错误的是（）A．U形管中液面高度的变化反映了电阻产生热量的多少 B．通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同 C．右边容器中的电阻R2比左边容器中的电阻R1小 D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同例3在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（）①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象A．①② B．②③ C．②④ D．③④例4在探究“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验中，三个透明容器中密封着等量的空气，容器内的电阻连接情况如图所示，通电后，观察U形管中液面高度的变化。则（）A．甲、乙、丙三个容器内的导体，电流相等 B．通电一段时间后，U形管中液面高度变化最大的是乙 C．要探究电流产生的热量与电阻的关系，需观察甲、丙两个U形管中液面高度的变化 D．要探究电流产生的热量与电流的关系，需观察甲、乙两个U形管中液面高度的变化【变式题】3．如图是“探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关”的实验装置。R1＝R2＝R3＝10Ω，R2、R3并联后与R1串联，将R1、R2分别置于两个透明容器中，两个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，下列说法正确的是（）A．通过R1的电流和通过R2的电流大小相等 B．图示中实验是为了探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系 C．将图示中左侧10欧电阻丝换成15欧电阻丝后，可探究电流产生的热量与电阻的关系D．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大4.（2022•常德）用如图所示的实验装置探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”。以下说法中不正确的是（）A．观察温度计的示数比较电流产生的热量 B．该实验装置可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电阻的关系 C．该实验装置还可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电流的关系 D．甲、乙两瓶中可以装质量相同的不同液体5．如图是探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关的实验装置。三个密闭容器中的电阻如图，三个容器串联，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，通电后，观察三个U形管中液面高度的变化。实验现象表明（）A．甲、乙、丙三容器串联，所以容器中电阻流过的电流相同 B．在通电相同时间下，三个容器中产热量之比为1：2：1 C．在乙、丙两容器可用来研究电流产热与电阻关系 D．在通电相同时间下，三个容器中产热量之比为4：8：1知识点3焦耳定律的基础计算【典例解析】例5如图所示是某电蒸锅的内部简化电路图，R1＝484Ω、R2＝44Ω。当S1、S2均闭合时，通过R1、R2的电流之比I1：I2＝，使用加热挡5min电蒸锅产生的热量是J例6（2023•广西）小明家连接插线板的导线折断后，他把两根导线拧在一起继续使用，用久后发现连接处容易发热，其主要原因是连接处（）A．电阻变小 B．电流比别处电流小 C．电阻变大 D．电流比别处电流大【变式题】6．（2022•云南）如图是今年“3•15”晚会上曝光的劣质导线，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（选填“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（选填“较多”或“较少”）。7．把一段匀质导线对折后其阻值比原来的（选填“大”或“小”）；一个定值电阻两端的电压由2V增大到4V时，通过该电阻的电流增加了1A，通电时间由1s增加到2s，则该电阻产生的电热增加了J。8．20世纪初，科学家发现，某些物质在很低温度时，电阻就变成了0，这就是现象；如图所示是“探究电热与电流的关系”的部分装置，已知A、B两点间的电压为6V，R1＝R2＝R3＝5Ω，通电时间2min，则R1与R2产生的热量相差J。二、题型专题典例解析专题1探究电流产生的热量与哪些因素有关系【典例1】（2023•济宁）电流做的功跟电压、电流和通电时间三个因素都有关。小明想通过实验验证电功跟电压的关系，选用的器材如图所示。其中甲、乙两玻璃瓶内装有初始温度相同、等质量的煤油，两电阻丝阻值不同（R1＞R2）。（1）将两根电阻丝串联后接入电路中，可控制和相等；（2）通电一段时间后，通过观察来比较电流做功多少；（3）通过实验发现：在相同时间内，电流通过电阻丝（选填“R1”或“R2”）做的功多；（4）若R1两端的电压为3V，电路中的电流为0.4A，则10s内电流通过R1做的功为J。【典例2】（2023•云南）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。（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（选填“短路”或“开路”）。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（选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻联（选填“串”或“并”）进行实验。（6）本实验应用的研究方法有转换法和法。【专题变式题】1．（2022•宜昌）小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6V。（1）小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时，，电阻产生的热量越多”的结论。（2）小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持她猜想的现象是。A.正常工作时，“36V54W”的灯泡比“12V6W”的灯泡亮B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热C.电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热（3）为了验证猜想，小芳选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是，请你提出改进办法：。2.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R1＞R2。实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系：（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制；电阻丝放出热量的多少，通过来进行判断。（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容水的比热容（选填“大于”、“等于”或“小于”）。实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系：（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1加热的煤油，在实验一中温度升高△t1，在实验二中温度升高△t1′，则△t1′2△t1（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R2加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。（5）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值的电阻丝（选填“相同”或“不同”），就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，温度计的示数变化量为△t，若不计热量损失，则a液体的比热容为（用所给出的物理量写出比热容的表达式）。专题2焦耳定律的相关计算【典例2】（2023•金昌）如图所示，电源电压为9V且保持不变。闭合开关后，电流表A1的示数为0.4A，电阻R2＝15Ω。求：（1）电流表A2的示数；（2）1分钟内，电阻R2上产生的热量。【典例3】（2022•长沙）某电热水壶有加热和保温两挡，简化电路如图所示。其中R1、R2为电热丝（不考虑其电阻变化）。已知该壶的额定电压为220V，只闭合开关S1时，电路中的电流为0.5A。（1）求电热丝R1的阻值；（2）只闭合开关S1时，求电热水壶的电功率；（3）R2＝44Ω，求使用加热挡时电热水壶在10s内产生的热量。【专题变式题】3．某兴趣小组想要利用风扇、发热电阻等元件，制作一个有低温挡和高温挡的暖风机，设计了发热部分的两种电路，如图甲、乙所示。（1）图甲中，当开关S闭合、S1断开时，R1和R2的连接方式是，此时处于挡工作状态。（2）若选用图乙所示电路，电源电压为24伏，想要实现发热电阻R3的电功率为120瓦，则选用R3的阻值应为多少？（3）按图乙电路制作的暖风机高温挡的总功率为200瓦，在高温挡工作600秒，暖风机所消耗的电能是多少？4．（2023•州模拟）如图是某电热水壶的内部简化电路图，R1、R2均为发热电阻，R1的阻值为440Ω，它有加热和保温两个挡位，其中加热挡的额定功率为1100W。用此热水壶对质量为1kg的水加热使其温度升高77℃，加热挡正常工作需要的时间为7min，已知c水×103J/（kg•℃）。求：（1）保温挡的额定功率；（2）电阻R2的阻值；（3）电热水壶的加热效率。专题3电功与热量的综合计算【典例5】℃加热到55℃，用时2min20s。求：产品名称电热水杯额定电压220V额定功率300W额定容量（1）水吸收的热量是多少？（2）电热水杯消耗的电能是多少？（3）电热水杯的热效率是多少？【专题变式题】5．（2022•锦州）小明家购买了一台电热水器，铭牌显示：容量是50L，额定电压是220V，额定功率是2000W。[c水×103J/（kg•℃），ρ水×103kg/m3]求：（1）该电热水器正常工作时的电阻是多少？（2）某次洗浴时，水箱装满初温为20℃的水，正常工作加热到60℃，若热水器的加热效率是84%，则此次加热消耗多少电能？（3）一天，小明家只有该热水器和额定功率为700W的电饭锅接入电路，它们都正常工作，则标有2000r/（kW•h）的电能表的铝盘4min转了多少转？三、课后作业1．如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（）A．计算器B．电风扇C．电暖气D．电视机2．某兴趣小组用一根电阻为R的镍铬合金电阻丝自制了一台电烘箱，下列说法正确的是（）A．由公式R＝得知，R与U成正比，与I成反比 B．电阻丝中的电流是正电荷定向移动形成的 C．换挡减小接入电路的电阻丝长度，电烘箱的功率减小 D．电烘箱工作时是将电能转化为内能3．如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，两个U形管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则下列说法正确的是（）A．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面低 B．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面高 C．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面低 D．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面高4．如图为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明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。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1＜R2。下列说法正确的是（）A．该实验装置用于探究“电压和通电时间相同时，电热与电阻的关系” B．闭合开关后，通过R1的电流大于R2的电流 C．闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢 D．闭合开关后，要使液面上升快，应将滑动变阻器滑片P向左移动5．图是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（）A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显 B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系 C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少 D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可6．（2023•大丰区模拟）某电热水壶有两根电热丝，若把一根电热丝接入电路，烧开一壶水要30min；若但把另一根电热丝接入原电路，烧开一壶水要15min，若把这两根电热丝并联起来接入原电路，烧开这壶水需要的时间是（不考虑热损失）（）A．45min B．10min C．15min D．30min7．在探究“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验中，三个透明容器中密封着等量的空气，容器内的电阻连接情况如图所示，通电后，观察U形管中液面高度的变化。则（）A．流过三个容器内的电阻的电流相等 B．通电一段时间后，U形管内液面高度差最大的是乙容器 C．要探究产生的热量与电阻关系，需观察甲、丙U形管内液面高度差 D．要探究产生的热量与电流关系，需观察甲、乙U形管内液面高度差8．利用如图所示的装置探究“电流产生的热量与哪些因素有关”。两烧瓶中煤油质量相等，电阻丝R甲＜R乙．实验中通过比较甲、乙烧瓶中温度计示数升高的快慢，可探究电流产生的热量与有关；移动滑动变阻器的滑片，观察（选填“相同”或“不同”）烧瓶内的温度计示数升高的快慢，可探究电流产生的热量与电流有关。9．小明利用图所示的实验装置进行实验。已知定值电阻R1＝R2＝R3＝10Ω，经过相同的时间，左边U形管液面高度差比右边U形管液面高度差（选填“大”或“小”）；若通过R1的电流为1A，通电时间为20s，则R2产生的电热为J。该装置探究的是电阻产生的热量与的关系。10．某品牌电热水杯如图甲所示，水杯容量为330mL，有高、中、低三个加热挡位，乙图为其工作电路简图，其中U恒为220V，R1＝200Ω，R2＝550Ω，则中温挡功率为W；若该电热水杯加热效率为90%，则用高温挡将满杯水从20℃加热到98℃，需要s。[ρ水×103kg/m3，c水×103J/（kg•℃）]11．某型号的电水壶有加热和保温两个挡位，其电路如图。当S闭合、S1断开时，电水壶处于挡，加热和保温的功率分别为1200W和44W。用它把质量为1kg、初温为20℃的水加热到100℃，用时400s，则水吸收的热量是J，此过程中电水壶的效率η＝%。[c水×103J/（kg•℃）]12．用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素，三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1＝R3＝6Ω、R2＝3Ω。闭合开关前，记录下煤油的初温度t0；接通电源，同时闭合开关S1、S2，记录下电流I，通电相同时间，记录下煤油的末温度t，结果如表所示，则R1、R2所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为。比较①③可知，导体产生的热量与有关；比较（选填序号）可知，导体产生的热量与电阻有关。若要探究导体产生的热量与通电时间的关系，应进行的操作是：。序号电阻电流I/A初温度t0/℃末温度/℃①R12030②R22024③R3204413．如图所示，是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置。甲、乙是完全相同的密闭容器，里面密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平。（1）实验中，乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体中的不相等。（2）由于电流通过导体产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的物理研究方法是。（3）通过对比观察A、B两U形管中液面高度的变化，（选填“甲”或“乙”）容器中导体的电阻产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越（选填“大”或“小”），导体中产生的热量越多。14．某电热取暖器的简化电路如图所示，R1、R2为发热电阻。取暖器工作时，通过开关S1和S2实现低温、高温的挡位控制。已知高温挡功率为1320W，R1＝55Ω。求：（1）取暖器工作时通过R1的电流；（2）取暖器处于低温挡时，工作1min产生的热量；（3）R2的阻值。15．如图甲是某茶具上煮茶器的电路原理图，R1是加热电阻，R2是保温时的分压电阻，S为电源开关，S1为自动温控开关。S、S1都闭合时，煮茶器处于加热状态；当水沸腾后，S1会自动断开，转为保温状态。煮茶器工作过程中的P﹣t图像如图乙所示，不计电阻值随温度的变化。求：（1）电阻R1的阻值。（2）当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率。（3）当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能。参考答案第十八章电功率（学用）第4节焦耳定律一、知识点解析知识点1电流的热效应例1【答案】A【解析】电饭锅工作时电能转化为内能，电饭锅是利用电流热效应工作的，故A正确；电脑主要把电能转化为光能，不是利用电流热效应工作的，故B错误；电风扇工作时电能主要转化为机械能，利用了通电导体在磁场中受到力的作用而工作的，故C错误；电视机工作时主要把电能转化为光能，不是利用电流热效应工作的，故D错误。故选A。【变式题】1．【答案】B【解析】智能控温加热手套是利用电流的热效应来工作的，电热水壶与加热手套的原理相同；电动车、电风扇和洗衣机中的电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用来工作的，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。2．【答案】D【解析】电视机主要把电能转化为光能与声能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；电脑工作时主要把电能转化为光能和声能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；电炉工作时把电能转化为内能，利用电流的热效应工作，故D符合题意。故选D。知识点2探究影响电流通过导体时产生热量的因素例2【答案】D【解析】据实验装置可知，电流通过导体产生热量使容器中的空气受热膨胀，从而导致U形管中的液面会发生变化，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映，故A正确；由图可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流大小相等，故B正确；由图可知，左侧U形管中液面高度差比右侧的大，说明在相同时间内，电流在左容器中产生的热量较多，则左侧器中空气吸收的热量多，两电阻丝串联，电流相同，根据Q＝I2Rt可知，图中左边容器的电阻丝阻值较大，故C正确，D错误。故选D。例3【答案】C【解析】U形管内液面高度变化是由容器内气体受热膨胀引起的，故①错误；由图甲可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流相同，探究的电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关，故②正确；乙实验是研究电流产生的热量与电流的关系，通过它们的电流不同、通电时间都相同和电阻要相同，右边容器中的电阻要等于左边容器中的电阻5Ω，故③错误；图甲中两电阻串联，电阻不同，通过两电阻的电流相同，10Ω电阻产生的热量更多，电炉丝与和它相连的导线也是电阻不同，电流相同，电炉丝电阻更大，产生的热量更多，故④正确。故选C。例4【答案】B【解析】（1）丙容器中两电阻并联后再与甲、乙两容器中的电阻串联接入电路，根据串联电路和并联电路电流的规律可知通过甲、乙两容器中的电阻的电流相同，都大于通过丙容器中的电阻的电流，故A错误；（2）甲容器中的电阻与丙容器中的电阻相同，电流不同，要探究电流产生的热量与电流的关系，需观察甲、丙两个U形管中液面高度的变化，故D错误；（3）通过甲容器中的电阻与乙容器中的电阻的电流相同，两容器中的电阻不同，要探究电流产生的热量与电阻的关系，需观察甲、乙两个U形管中液面高度的变化，故C错误；（4）甲、乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边甲容器中的电阻小于右边乙容器中的电阻，由Q＝I2Rt可知，右边乙容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；甲、丙装置中，丙装置并联一个相同阻值的电阻，再将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电阻与通电时间t相同，左边甲容器中的电阻流大于右边丙容器中的电流，由Q＝I2Rt可知，甲容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；所以通电一段时间后，U形管中液面升高的高度最高的是乙，故B正确。故选B。【变式题】3．【答案】D【解析】装置中两个5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I1＝I2，所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系；由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差更大，故AB错误，D正确；将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故C错误。故选D。4.【答案】D【解析】通电后电流通过电阻丝做功，产生热量被液体吸收，使液体的温度升高，通过观察温度计的示数变化来判断电流产生的热量的多少，故A正确；由图示实验可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过电阻丝的电流与通电时间相等而电阻阻值不同，此装置可以探究电流产生的热量与电阻的关系，故B正确；由图可知，通过调节滑动变阻器滑片，可以改变通过电阻丝的电流。所以能研究导体产生的热量与电流的关系，故C正确；如果甲、乙两瓶中装质量相同的不同液体，则升高的温度不能代表产生电热的多少，故D错误。故选D。5．【答案】D【解析】由于丙容器中的电阻与容器外的电阻并联后再串联甲、乙容器里的电阻串联，则由并联电路的电流特点可知通过甲、乙的电流大于通过丙的电流，故A错误；丙中两个电阻的电流之和与甲的电流相同，故I乙＝I甲＝2I丙＝2，由Q＝I2Rt可知，在通电相同时间下，三个容器中产热量之比：22×5Ω×t：22×10Ω×t：12×5Ω×t＝4：8：1，故B错误；在乙、丙两容器中电阻、通过的电流都不同，根据控制变量法可知不能用来研究电流产热与电阻关系，故C错误；丙中两个电阻的电流之和与甲的电流相同，故I乙＝I甲＝2I丙＝2，由Q＝I2Rt可知，在通电相同时间下，三个容器中产热量之比：22×5Ω×t：22×10Ω×t：12×5Ω×t＝4：8：1，故D正确。故选D。知识点3焦耳定律的基础计算例5【答案】×105【解析】（1）当S1、S2均闭合时，R1、R2并联，由并联电路的电压特点，R1、R2两端的电压都等于电源电压220V，因此通过R1、R2的电流分别为：I1＝＝＝A，I2＝＝＝5A，则通过R1、R2的电流之比：＝＝；（2）当只闭合S1时，只有R1接入电路，当S1、S2均闭合时，R1、R2并联；因并联电路的总电阻小于任一分电阻，所以由P＝UI＝可知，R1、R2并联时，电路中的电阻最小，电功率最大，电蒸锅为加热挡；电路为R1的简单电路时，电路中的电阻最大，电功率最小，电蒸锅为保温挡；即电蒸锅为加热挡时，R1、R2并联，由并联电路的电流特点可知，干路电流：I＝I1+I2＝A+5A＝A，则使用加热挡5min电蒸锅产生的热量：Q＝W＝UIt＝220V×A×5××105J。例6【答案】C【解析】在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，则该处的电阻较大，导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等、通电时间相等，由Q＝I2Rt可知，连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾。故选C。【变式题】6．【答案】较大；较多【解析】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，在长度、材料不变的情况下，横截面积越小，电阻越大，所以劣质导线的电阻较大；根据焦耳定律公式Q＝I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下，电阻较大，产生的热量较多，温度较高，安全隐患较大。7．【答案】小；14【解析】（1）把一段匀质导线对折后，长度减小，横截面积变大，其阻值变小；（2）根据题意，设电压为2V时，通过的电流为I，则电压为4V时通过的电流为I+1A，由欧姆定律可得：U1＝IR0，即2V＝IR0﹣﹣﹣﹣﹣﹣①U2＝（I+1A）R0，即4V＝（I+1A）R0﹣﹣﹣②联立①②解得：I＝1A，R0＝2Ω。定值电阻原来产生的电热：Q1＝W1＝U1It＝2V×1A×1s＝2J，后来产生的电热：Q2＝W2＝U1I′t′＝4V×（1A+1A）×2s＝16J，则该电阻产生的电热增加量为：△Q＝Q2﹣Q1＝16J﹣2J＝14J。8．【答案】超导；288【解析】（1）20世纪初，科学家发现，某些物质在很低温度时，电阻就变成了0，这就是超导现象；（2）由图知，R2、R3并联后再与R1串联，R1＝R2＝R3＝5Ω，R2、R3并联后的总电阻R23＝×5ΩΩ，电路的总电阻R＝R1+R23＝5ΩΩΩ，由欧姆定律可得，电路中的电流：I1＝I23＝I＝＝＝0.8A，I2＝I1＝×0.8A＝0.4A，通电时间2min，R1与R2产生的热量差：Q1﹣Q2＝I12R1t﹣I22R2t＝（0.8A）2×5Ω×2×60s﹣（0.4A）2×5Ω×2×60s＝288J。二、题型专题典例解析专题1探究电流产生的热量与哪些因素有关系【典例1】【答案】（1）电流；通电时间；（2）煤油升高的温度；（3）R1；（4）12【解析】（1）由图可知，R1、R2串联，根据串联电路的特点可知，通过R1、R2的电流相等，而且R1、R2同时工作，所以可控制两根电阻丝的电流和通电时间相同；（2）在这个实验中，小明是通过观察比较煤油升高的温度来比较电流做功多少的；（3）通过R1、R2的电流大小相等，通电时间相同，由于R1＞R2，由Q＝I2Rt可知，电流通过电阻丝R1产生的热量多，则表示R1做的功多；（4）10s内电流通过R1做的功：W＝UIt＝3V××10s＝12J。【典例2】【答案】（1）见解答图；（2）开路；温度计示数的变化；（3）将测得的Q与I的数据描点画出Q﹣I图像，若Q﹣I图像为过原点的一条直线，则Q与I成正比，否则不成正比；（4）电饭锅；（5）B；串；（6）控制变量法【解析】（1）滑片向右滑动时，电流表示数变大，说明滑动变阻器连入电路的电阻变小，故滑动变阻器右下接线柱连入电路中，如图所示：（2）闭合开关后，发现电流表指针未偏转，说明电路断路，由于经检查仅电阻丝R有故障，则电阻丝R开路；由于电流产生的热量不能用眼睛直接观察，此时应采用转换法，通过温度计示数的变化来反映产生热量的多少；（3）由数学知识可知，由实验小组测出了多组Q与I的数据，可以将测得的Q与I的数据描点画出Q﹣I图像，若Q﹣I图像为过原点的一条直线，则Q与I成正比，否则不成正比（或求出Q与I的比值，若Q与I的比值为定值，则Q与I成正比，否则不成正比）；（4）利用电热工作的家用电器的特点是将电能转化为内能，根据生活常识可知，电饭煲、电热水壶等都是利用电热工作；（5）根据控制变量法可知，探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系时，应控制电流相等，改变电阻的阻值，因此应该选用阻值与原来烧瓶中电阻丝阻值不同的B烧瓶中的电阻，由于要控制两电阻的电流相等，因此应将图乙中B烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻串联；（6）在研究某个因素对电流通过导体产生的热量的影响时，只改变这个因素，而保持其他因素不变，从而确定该因素是否影响电流通过导体产生热量的多少，这种研究方法称为控制变量法，因此还采用了控制变量法。【专题变式题】1．【答案】（1）电流越大；（2）C；（3）见解析；电路中电流太小或电源电压太低；将100Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝或增大电源电压【解析】（1）如图甲的装置中，右边两个5Ω的电阻并联后再与左边5Ω的电阻串联；根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点可知I右＝I内+I外，比较可知I左＞I内；两瓶中的电阻值相等（均为5Ω），通电时间相等，电流不同，故探究的是电流产生的热量跟电流的关系；在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多，故通电一段时间左瓶内的电阻丝产生的热量多；小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，需要控制电流、通电时间相同，导体的电阻不同；正常工作时，“36V54W”的灯泡比“12V6W”的灯泡亮，根据I＝可知，此时两个灯泡的电流是不同的，故A错误；接线板上接入的用电器越多，导线中的电流越大，没有控制电流相同，故B错误；电熨斗工作时发热明显，此时铜电熨斗的电流、通电时间相同，电阻不同，符合控制变量法的压强，故C正确；（3）为了验证猜想，小芳选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，电阻的大小不同，需要控制电流、通电时间相同，所以两个电阻应串联接入电路中，如图所示：较长时间后两个U形管的高度差均不明显，这说明导体产生的热量较少，其原因可能是电流中的电流太小或者是电源电压太低；为了使实验现象更明显，可以减小电阻的阻值或者增大电源电压。2.【答案】（1）如上图所示；（2）电流相同；温度计的示数变化；（3）质量；小于；（4）大于；不成；（5）相同；c＝【解析】（1）由电路图可知，滑片左移时变阻器接入电路中的电阻变小，则变阻器左下方接线柱必须接入电路中，如下图所示：（2）由电路图可知，两电热丝串联在电路中，这是为了控制通电时间相同和控制电流相同；根据转换法可知，电阻丝放出热量的多少，是通过温度计示数的变化进行比较的；（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入质量相等、初温相同的同种液体；因为煤油的比热容比水的比热容小，相同质量的煤油和水比较，吸收相同的热量，煤油温度升高的多，用煤油做实验效果更明显，便于观察；（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同，由Q＝I2Rt可知，电阻丝产生的热量是原来的4倍，由Q吸＝cm△t的变形式△t＝可知，用电阻丝R1加热的煤油，温度升高量△t1′大于2△t1，该实验说明电流产生热量与电流不成正比例关系；（5）实验中两电阻丝串联，通过的电流和通电时间相同，为控制相同时间两液体吸热相同，根据Q＝I2Rt可知，选用的两根电阻丝的阻值应相同；假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，电热丝放出的热量Q＝I2Rt，温度计的示数变化量为△t，若不计热量损失，放出的热量全部被液体吸收，由Q吸＝cm△t可得，a液体的比热容：c＝＝。专题2焦耳定律的相关计算【典例2】【解析】由图可知，R1、R2并联，电流表A1测量通过R1的电流，电流表A2测量干路的总电流；（1）由图并联的电压特点可知，R2两端的电压：U2＝U＝9V，通过R2的电流：I2＝＝＝0.6A，根据并联电路的电流特点可知，干路的总电流：I＝I1+I2＝0.4A+0.6A＝1A，即电流表A2的示数为1A；（2）1分钟内，电阻R2上产生的热量：Q2＝R2t＝（0.6A）2×15Ω×1×60s＝324J。答：（1）电流表A2的示数为1A；（2）1分钟内，电阻R2上产生的热量为324J。【典例3】【解析】（1）由电路图知，只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，由I＝可得，电热丝R1的阻值：R1＝＝＝440Ω；（2）只闭合开关S1时，电热水壶的电功率：P＝UI1＝220V×0.5A＝110W；（3）两开关都闭合时，两电阻并联，电路的总电阻最小，电源电压一定，由P＝知，此时电功率最大，为加热挡，电路中电流：I＝I1+I2＝0.5A+＝5.5A，加热挡时电热水壶在10s内产生的热量：Q＝W＝UIt＝220V×××104J。答：（1）电热丝R1的阻值为440Ω；（2）只闭合开关S1时，电热水壶的电功率为110W；×104J。【专题变式题】3．【解析】（1）甲方案中，开关S、S1均闭合时，电路为R1的简单电路，电路的总功率P甲1＝；开关S闭合、S1断开时，R1与R2串联，由串联电路中总电阻等于各分电阻之和可知，电路的总功率P甲2＝，因P甲1＝＞P甲2＝，所以，开关S、S1均闭合时，电热器处于高温挡；开关S闭合、S1断开时，电热器处于低温挡；（2）R3的阻值应为：R3＝＝Ω；（3）暖风机所消耗的电能：W＝Pt＝200W××105J。答：（1）串联；低温；（2）R3Ω；×105J。4．【解析】（1）由图可知，当开关S1、S2都闭合时，R1、R2并联，当开关S1闭合、S2断开时，只有R1工作，根据并联电路的电阻特点可知，当开关S1、S2都闭合时，R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由P＝可知，电路中的总功率最大，电热水壶处于加热挡；当开关S1闭合、S2断开时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，电热水壶处于保温挡；保温挡的额定功率：P保温＝＝＝110W；（2）电阻R2的功率为：P2＝P加热﹣P保温＝1100W﹣110W＝990W，由P＝可知，电阻R2的阻值：；（3）加热挡位正常工作7min消耗的电能：，水吸收的热量：Q吸＝c水mΔ×103J/（kg•℃）×1kg×77℃×105J，电热水壶加热水的效率：。答：（1）保温挡的额定功率为110W；（2）电阻R2Ω；（3）电热水壶的加热效率为70%。专题3电功与热量的综合计算【典例5】【解析】（1）由密度公式可得水的质量为：m水＝ρ水×103kg/m3××10﹣3m3＝0.3kg；水吸收的热量：Q吸＝cmΔ×103J/（kg•℃）××（55℃﹣25℃×104J；（2）所用时间t＝2min20s＝140s，电热水杯消耗的电能W＝Pt＝300W××104J；（3）电热水杯的热效率η＝＝×100%＝90%。答：×104J；×104J；（3）电热水杯的热效率是90%。【专题变式题】5．【解析】（1）由P＝可知，电热水器正常工作时的电阻R＝＝Ω；（2）由ρ＝可知，水箱中水的质量m＝ρ水V＝1×103kg/m3×50×10﹣3m3＝50kg，水箱中的水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃﹣20℃×106J；由η＝可知，此次加热消耗的电能W＝＝＝1×107J；（3）由P＝可知，电热水器4min消耗的电能W1＝P1t＝2000W×4××105J；电饭锅4min消耗的电能W2＝P2t＝700W×4××105J；消耗的总电能W＝W1+W2×105×105×105•h；2000r/（kW•h）表示电路中用电器每消耗1kW•h电能，电能表的转盘转过2000r，•h×2000r/（kW•h）＝360r。答：Ω；（2）此次加热消耗1×107J的电能；（3）一天，小明家只有该热水器和额定功率为700W的电饭锅接入电路，它们都正常工作，则标有2000r/（kW•h）的电能表的铝盘4min转了360转。三、课后作业1．【答案】C【解析】计算器工作时主要把电能转化为光能与声能，不是利用电流热效应工作的，故A不合题意；电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用了电流的磁效应，故B不合题意；电暖气将电能转化为内能，利用了电流的热效应，故C符合题意；电视机工作时注意把电能转化为光能与声能，不是利用电流热效应工作的，故D不合题意。故选C。2．【答案】D【解析】电阻是导体本身的一种性质，只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，公式R＝只是计算电阻的一种方法，但电阻与电压、电流都无关，故A错误；电阻丝中的电流是电子定向移动形成的，故B错误；换挡减小接入电路的电阻丝长度，电阻丝的电阻减小，由公式P＝可知，电压不变，而电阻变小，故功率变大，故C错误；电烘箱工作时，消耗电能，产生内能，故是将电能转化为内能的过程，故D正确。故选D。3．【答案】D【解析】由图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以I1＞I2；由Q＝I2Rt可知，通电时间相同时，I1＞I2，R1＝R2＝5Ω，所以左侧电阻产生的热量较多；密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，A玻璃管液面较高。故选D。4．【答案】C【解析】闭合开关，两电阻串联接入电路，串联电路各处电流相等，该实验中两电阻丝电阻不同，通过它们的电流相同，根据公式U＝IR可得两电阻丝两端电压不同，故该实验研究的是在电流和通电时间相同时，电热与电阻的关系，故AB错误；闭合开关后，因为R1＜R2，通过它们的电流相同，根据焦耳定律Q＝I2Rt得相同时间左侧产生的热量少，反映在U形管上是液面上升得慢，故C正确；合开关后，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知要使液面上升快，即相同时间产生热量多，应该增大电流，减小电路总电阻，所以滑片应该向右移动，故D错误。故选C。5．【答案】D【解析】在液体质量相同、吸收热量相同的情况下，比热容小的物质温度要升高的多，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显，故A正确；由图可知，该电路为串联电路，通过两个电阻的电流和通电时间是相同的，电阻不同，所以该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系，故B正确；通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法为转换法，故C正确；比较水和煤油的比热容大小时，需要用相同的加热器加热质量相同的不同液体，使它们在相同的时间内吸收相同的热量，所以需要控制两个电阻的阻值相同，故D错误。故选D。6．【答案】B【解析】设两根电阻丝的电阻分别为R1和R2，由Q＝W＝UIt，I＝得，Q＝W＝，由题意可知，W1＝W2，即＝，即＝，＝；设R2为R，R1为2R，把两根电热丝并联起来接入原电路，则有：＝（）t并＝×15min，解得t并＝10min。故选B。7．【答案】B【解析】丙容器中两电阻并联后再与甲、乙两容器中的电阻串联接入电路，根据串联电路和并联电路电流的规律可知通过甲、乙两容器中的电阻的电流相同，都大于通过丙容器中的电阻的电流，故A错误；甲、乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边甲容器中的电阻小于右边乙容器中的电阻，由Q＝I2Rt可知，右边乙容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；甲、丙装置中，丙装置并联一个相同阻值的电阻，再将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电阻与通电时间t相同，左边甲容器中的电阻流大于右边丙容器中的电流，由Q＝I2Rt可知，甲容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；所以通电一段时间后，U形管中液面升高的高度最高的是乙，故B正确；通过甲容器中电阻的电流与通过乙容器中电阻的电流相同，两容器中的电阻不同，要探究电流产生的热量与电阻的关系，需观察甲、乙两个U形管中液面高度的变化，故C错误；甲容器中的电阻与丙容器中的电阻相同，由选项B分析可知，通过它们的电流不同，要探究电流产生的热量与电流的关系，需观察甲、丙两个U形管中液面高度的变化，故D错误。故选B。8．【答案】电阻；相同【解析】（1）因为两电阻串联，所以通过它们的电流相等；由焦耳定律Q＝I2Rt得，电阻大的在相同时间产生的热量多，升高的温度快，故可以探究电流产生的热量与电阻大小的有关。（2）利用此电路还可探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，即移动滑动变阻器滑片，比较通电时间相同时，甲（或乙）烧瓶中温度计的示数变化快慢。9．【答案】大；50；电流大小【解析】（1）由实验装置图知，三个电阻的阻值相等，都为10Ω，通电时间相等，R2与R3并联后与R1串联，所以通过R1的电流大于通过R2的电流，所左边电热丝产生的热量大于右边电热丝产生的热量，即左边U形管液面高度差比右边U形管液面高度差大；（2）R2与R3并联，且R2＝R3，根据并联电路的电压特点和欧姆定律知，I2＝I3，根据串联和并联电路的电流特点知：I1＝I2+I3＝2I2，所以：I2＝I1＝×1A＝0.5A，电阻R2产生的热量：Q2＝I22R2t＝（0.5A）2×10Ω×20s＝50J；（3）该装置中，R1和R2的电阻相同，通过R1和R2的电流不同，通电时间相同，探究的是电阻产生的热量与电流大小的关系。10．【答案】242；364【解析】由乙图可知，只闭合开关S1，电路为R1的简单电路，