焦耳定律-知识点分析2023中考物理考试

易错点17焦耳定律常考易错陷阱分析

易错分析焦耳定律常考易错陷阱分析

陷阱一：串联式加热模型档位问题易错？

如图所示，对于两个电阻串联后组成的加热装置，都可以等效为这种模型。当S闭合时，R1

被短路，只有R?工作，这时处于加热状态，R?为一个阻值较小的电阻。当S断开后，R、R串

联，电路处于“保温”状态，Rl是一个阻值较大的电阻。为

对这类问题涉及的主要计算公式为：Γ^l

2

(I)R2=UVP⅛i⅛(2)R=RI+R2=U∕PFFIIA(3)P=PR,+PR2邛VI

(4)W=Pt(5)Q=I2Rt(6)Q=cmΔt

陷阱二：并联式加热模型档位问题易错？

如上图所示，对于将电阻并联后的加热装置原理，都可以等效为这个模式。当S闭合时，只有

艮工作，处于低温档(或保温档)，当S、S。同时闭合时，处于加热状态，或者''高温档"。这

里Rz的阻值一般比R大，用作保温加热。

计算该类题目的常用公式：

R1R2

RI+R2

(1)Pβs=U7R2(2)R=(3)P=PRI+PR2

(4)W=Pt(5)Q=I2Rt(6)Q=cmΔt

陷阱三：电热计算易错。

1.对于所有的电热计算，均可用公式Q=TRto对于纯电阻电路(电能都转化为内能的情形)还

可以用公式：Q=W=Ult和Q=RXt。

2.对于电热的转化效率，可用公式n=Wq*I。。/计算。对于W电可灵活选用1中的公式;

Q热一般用Q=cmΔt计算。

Wt

3.若果电能全部转化为内能，那么电流产生的热量Q等于消耗的电能肌即Q=W=UIt。Q=RO

错题纠正

【例题1】小现在妈妈指导下用电熨斗熨烫衣服，她首先阅读说明书，知道电熨斗有“低温”、

“高温”两个档位，其简化电路如图所示，Ri、R2是电热丝，Rl=48.4Ω,R2=96.8Ω,S为旋转

式开关。当她旋转触片接触触点1和2时，电熨斗为档位，该档位通电Inlin,电流产生

的热量为Jo

IMV

【分析】当她旋转触片接触触点1和2时，电路中只有Rl工作，为低温档位；当她旋转触片接

触触点2和3时，R和R并联，处于高温档。处于低温档时，电路中的电流为：I=U∕R=220V∕48.4

Ω=50/1IAo该档位通电Imin,电流产生的热量为：

224

Q=IRlt=(5O∕11Λ)×48.4Ω×l×60s=6XlOJo

【答案】低温6XlO4

【例题2】如图所示为电烤炉的简化电路图，小张查看说明书后得知：R、R2均为电热丝，R,

=44。，R2=66ΩO当开关SI闭合，S?处于不同状态时，电烤炉处于不同挡位，忽略温度对电

热丝电阻的影响。下列说法正确的是()

A.闭合S-工时，电烤炉处于低温挡状态

B.电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，Rl两端的电压之比为5：2

C.电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，电路在相同时间内所消耗的电能之比为3：2

D.电烤炉处于低温挡状态时，R1,Rz所消耗的电功率之比为3：2

I闭合，S2断开，Rl.R?串联；当生、，闭合时，R?被短路，电路为Rl的简单电路；因串联电路

中的总电阻大于任一分电阻，所以由P=Ul=U7R可知，电路为Rl的简单电路时，电路中的电

阻最小，电功率最大，电烤炉为高温挡；R1>R?串联时，电路中的电阻最大，电功率最小，电

烤炉为低温挡，A错。

B.电烤炉处于高温挡时，电路为Rl的简单电路，电路中的电流：L*=U∕R=220V∕44Q=5A,电

烤炉处于低温挡时，R1>L串联，电路中的电流：

Iβ=U∕R⅛=u∕(R∣+R2)=220V∕(44Ω+66Ω)=2A,由欧姆定律可知，电烤炉处于高温挡与低

Ui苟Q5A

温挡状态时，Rl两端的电压之比：UIW=Q&=LW=2A=52B正确。

C.由W=UIt可知，电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，电路在相同时间内所消耗的电能之比:

‰⅛5A

WiS=%t=Q="=5:2,C错。

D.电烤炉处于低温挡状态时，用、Rz串联，通过两电阻的电流相等，由P=FR可知，此时&、

P1.%R144fl

R所消耗的电功率之比：P?=画=%=而=2:3oD错。

【答案】B

【例题3】如图所示，电源电压恒为10V,滑动变阻器R的最大阻值为20Q,直流电动机M的

额定电压为6V,线圈电阻为20。当闭合开关S,滑片P移到中点时，电动机刚好正常工作,

电动机主要将电能转化为,此时电路中的电流为A,整个电路通电100秒产生的内

【解析】电动机正常工作时将电能转化为机械能和内能，其中主要是机械能；由题意知滑动变

阻器的接入电阻：R=20Ω∕2=10Ωo由图可知，电动机与滑动变阻器串联，电动机正常工作，

其两端的电压：UM=6V,所以滑动变阻器两端的电压：UR=U-UM=IoV-6V=4V,由欧姆定律

公式可知，滑动变阻器中的电流：Ili=Uli∕R=4V∕10Ω=0.4Ao串联电路电流特点可知，电路中

的电流：I=IR=O.4A,在t=100s时间内，滑动变阻器产生的热量：

22

Qli=IKRt=(0.4A)×10Ω×100s=160J,电动机线圈产生的热量：

2

Ql4=^RMt=IjRt=(0.4A)×2Ω×100S=32J,整个电路通电100秒产生的内能为:

Q=QR+Qv=160J+32J=192J。

【答案】机械能0∙4192

举一反三〉

【强化D如图所示，电源电压保持不变，灯泡标有“12V12W”字样(忽略灯丝电阻的变

化)。闭合开关是S”断开S2,灯泡正常发光；闭合开关S-S2,电流表示数为L5A,则电源

电压为V；闭合开关S”断开S2,通电30s定值电阻产生的热量是Jo

【分析】闭合开关S“断开S”灯泡和定值电阻串联，灯泡L正常发光，根据P=In可知：电

路电流I=P1∕U1=12W∕12V=1A,根据欧姆定律可知定值电阻两端的电压UR=IR=IAXR,根据串联

电路的电压特点可知电源电压：①U=UL+Ufi=12V+lA×R=+=12+Ix........@；闭合开关Si、

S2,电路为定值电阻的简单电路，电流表示数为L5A,则电源电压：②U=TR=1.5A×R;联立

①②解得：U=24V,R=16。。闭合开关S”断开S2,灯泡和定值电阻串联，通电30s定值电阻产

22

生的热量:Q=IRt=(1Λ)×16Ω×30s=480Jo

【答案】24480

【强化2】某型号的电水壶有加热和保温两个挡位，其电路如图所示。当S闭合，Sl断开时,

电水壶处于挡，加热和保温的功率分别为120OW和44W。用它把质量为1kg、初温

为20°C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=%O[c水=4.2X103J∕(kg∙°C)]

【解析】当开关S闭合，Sl断开时，R和R2串联，电路的总电阻最大，由P=lf∕R可知电路的总

功率最小，处于保温挡；当开关S、SJ匀闭合时，R?被短路，电路中只有R工作，电路的总电

阻最小，由P=U7R可知电路的总功率最大，处于加热挡。水吸收的热量

i5

Qw=c*m(t-t0)M.2×10J∕(kg•℃)×lkg×(100°C-20°C)=3.36×IOJo

此过程中电水壶消耗的电能W=Pt=1200W×400s=4.8×IO5Jo此过程中电水壶的效率：

n=Q¾∕W=3.36×105J∕4.8XIO5JX100%=70%o

【答案】保温3.36XlO570

【强化3】如图甲是某茶具上煮茶器的电路原理图，R是加热电阻，尺是保温时的分压电阻，S

为电源开关，Sl为自动温控开关。S、Sl都闭合时，煮茶器处于加热状态；当水沸腾后，Sl会自

动断开，转为保温状态。煮茶器工作过程中的P-1图像如图乙所示，不计电阻值随温度的变

化。求：（1）电阻Rl的阻值。（2）当煮茶器处于保温状态时，Rl的电功率。

（3）当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在IoOS内消耗的电能。

【解析】（1）由图可知，S、Sl都闭合时，K被短路、电路中只有R工作，此时煮茶器处于加

热状态，根据图乙可知，加热时的电功率PtB=IloOW,根据P=lf∕R可知，电阻R的阻值：R1

=U2/Pjn=（220V）71100W=44Ω0

（2）当S闭合、Sl断开时，Rl.Rz串联，此时为保温状态，由图乙可知，保温功率P保=44W,

由P=Ul可知，保温状态时的电流I像=Pi√U=44W∕220V=0.2A；根据串联电路的特点可知，

通过R的电流L=I2=1保=0.2A,当煮茶器处于保温状态时，Rl的电功率：

22

P=I1R1=（0.2A）×44Ω=1.76WO

（3）由欧姆定律可知，保温状态时RJ两端的电压：U1=I1R1=O.2A×44Ω=8.8V;根据串联分

压的特点可知，Rz两端的电压：U2=U-UI=220V-8.8V=211.2V;当煮茶器处于保温状态时，

电阻Rz在100s内消耗的电能:W2=U2I2t=211.2V×0.2A×100s=4224J0

【答案】（1）电阻R的阻值为44Q；（2）当煮茶器处于保温状态时，R1

（3）当煮茶器处于保温状态时，电阻L在IOOS内消耗的电能为4224J。

易错题通关

1.利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（）

A.本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法”

B.通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍

C.若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙

D.图丙中外接5Q电阻的作用是改变流过电阻D的电流，使通过电阻A、D的电流不同

【答案】B

【详解】A.电流通过电阻丝产生的热量越多，容器内空气吸收的热量越多，气体的温度越高，

容器内气体压强就越大，气体推动U形管中液体移动，则U形管中液面的高度差就越大，即

通过U形管中液面高度差的变化可以反映电流产生热量的多少，采用了转换法；由于电流通

过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，所以探究电流通过导体产生的热量跟某个因

素的关系时，要用到控制变量法，故A正确，不符合题意；

B.由图可知，乙容器中的电阻是和内容器中的电阻的2倍•，乙的电流是丙的电流的2倍，根

据。=尸放可知，乙中产生的热量是丙的8倍；故B错误，符合题意；

C.要探究电阻对电热的影响，应控制通电时间和电流大小相同，电阻大小不同，故应该选用

甲和乙，故C正确，不符合题意；

D.因为并联电路中的电阻比任何一个电近都小，当丙容器外连接的5Q电阻后，通过丙容器

内电阻的电流减小，因此图丙中右侧盒外连接的5Ω电阻的作用是改变丙容器内电阻的电流；

由于这两个电阻丝是相同的，通过它们的电流也相同，故外接5。电阻的作用是使通过金属丝

A、D的电流不同，故D正确，不符合题意。

故选B。

2.当温度降低到一定程度时，某些材料的电阻会突然变为零，这种现象称为超导现象，这种

材料称为超导材料。超导材料的应用前景十分诱人。假如科学家研制出室温下的超导材料，它

可以应用在图中的（）

C.电烤箱的电热丝D.电动机的线圈

【答案】D

【详解】A.白炽灯的灯丝必须在白炽状态下才能正常发光，若用超导材料制作灯丝，灯丝电

阻为零，无法将电能转化为内能，故A不符合题意；

BC.电饭锅的发热体和电烤箱的电热丝都是利用电流的热效应工作的，若用超导材料制作，

则电阻为0,电能不能转化为内能，故BC不符合题意；

D.电动机的线圈用超导体材料制作，则电动机通电后，产生的热量为零，电能全部转化为机

械能，故电动机的线圈可以用超导材料制作，故D符合题意。

故选D。

3.如图甲所示电路，电源电压恒为，闭合开关S后，滑片P由右端向左滑动，因变阻器某处

发生断路，滑片P向左移动一段距离后电流表才有读数，电流表读数/与滑片P滑动距离d的

关系如图乙所示。当电流表开始有读数时，才闭合开关S”此时电压表的示数为。电压表的

量程为“0-3V”，电流表的量程为“0-0.6A”。则正确的是（）

A.当电流表开始有读数时，R/接入电路的阻值为

B.当滑片P移到d=2cm处时，电阻在IOs内产生的热量为

C.当滑片P移到4=6Cm处时，Ro消耗的电功率为

D.若Q未断路，最大阻值约为30C,为保护电路安全，&的电功率变化范围是一

【答案】D

【详解】A.电流表开始有读数时，闭合开关S∣,此时电压表测此电压，即S,由图乙可知

此时电流表示数为，因为幻与扁串联，串联电路中电流处处相等，因此//,根据R=号可得,

此时必接入电路的阻值

故A错误;

B.当P在2Cm处时，R/两端电流/∕,R1,根据0=户/可得，IOs内产生的热量

Q=Xq=(Ol6A)‘×15625Ω×10S=MJ

故B错误;

C.当滑片P移到d=6cm处时，由图乙可知，r-/；-Z；-03A-由选项A解析可知，当P在

2cm处时，电路中电流/为，此时R/为，而

R总=A/+RO=——ɪ———≡28.125Ω

I016A

因此

Ro=R总・RI

Po=HlN=(O3A),×125Ω=1125W

故C错误;

D.若E未断路，由于电压表测H/电压，量程为0~3V,因此S为3V时，E接入电路的阻

值也最大，此时Uo,通过电路的电流最小为

/„.=^.«22X.-D.I2A

1

最I9125Ω

!2A)i*12.50=018W

当P在最左端时，电路中总电阻最小为Ho,此时电路中电流最大

_Ut45V=

"l&i2.5Ω036A

2

Po正大二ʃ/aw。36A)×125O162W

因此RO的电功率变化范围是-,故D正确。

故选D。

4.如图所示，电源电压为6V,定值电阻R=4Q,在q、人两点间接入以下装置后，闭合开关S。

下列说法正确的是（）

A.接入一个电压表时，电压表无示数

B.接入一段导线，2s内电阻R放热9J

C.接入一个6C的电阻&/,,电路总功率为6W

D.接入一个“2V,0.5A”的小灯泡（电阻不变），小灯泡会被烧坏

【答案】D

【详解】A.电压表的内阻很大，相当于断路，但电压表可以直接测量电源的电压，此时电压

表有示数约为电源的电压，故A错误；

B.导线一般电阻为0,接入一段导线，2s内电阻R放出的热量为

Q4"38J

“R4Ω

故B错误；

C.接入一个6Ω的电阻R,/,,电路总功率为

F=袅=黑Γ36W

故C错误;

D.小灯泡的电阻为

UL2V

星T^05A

电路中的电流为

口段=蒜=（JRA

大于小灯泡的额定电流,小灯泡会被烧坏，故D正确。

故选D。

5.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R/、R2串联在电路中，且下列

说法正确的是（）

A.闭合开关后，通过R/的电流小于&的电流

B.闭合开关后，甲管中液面上升比乙快

C.该实验装置用于探究电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系

D.闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向右移动

【答案】BD

【详解】A.由上图可知，闭合开关后，两电阻串联，由串联电路电流的规律，通过Q的电流

等于&的电流，故A错误；

B.电阻丝产生的热量不易直接观察，可给等质量的空气加热，气体吸热越多，气体膨胀程度

越大，U形管内的液面高度差越大，采用了转换法。闭合开关后，因通过两电阻丝的电流和通

电时间相同，Rl>Rι,根据焦耳定律。=尸用可知，E产生的热量多，由转换法，甲管中液面上

升比乙快，故B正确；

C.电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因

素的关系时，要控制另外两个因素不变，因通过两电阻丝的电流和通电时间相同，而电阻大小

不同，两个电阻的电压不同，故该实验装置用于探究电流和通电时间一定时，电热与电阻的关

系，故C错误；

D.闭合开关后，要使电流增大，由欧姆定律应减小变阻器连入电路的电阻，故应将滑动变阻

器滑片P向右移动，故D正确。

故选BD。

6.如图所示，电源电压恒定不变，已知心：&=3:5,如果闭合开关S,则它们两端的电压之

比U1：U2=；如果通电Imin,电流通过它们产生的热量之比Q/：Q2=.

【答案】

【详解】口］由电路图知，两电阻串联在电路中，据串联电路的分压特点知

Ui：U2=Ri­&=3：5

⑵串联电路中，电流处处相等，据。=/2用得，相同时间内电流通过两个电阻产生的热量之比

Qi：Q2=Ri：&=3:5

7.在特高压输电工程中，若输电功率一定，将输电电压从40OkV提高到800kV,则输电电流

将从/变为—I，输电线路上损失的电能将（填“增加”、“减少”或“不变”）。

【答案】4-减少

【详解】［1］由4次得，当将输电电压从400kV提高到800kV,电压变为原来的2倍，电流变

为原来的,即则输电电流将从/变为:九

⑵输电线的电流变大，输电线的电阻不变，通电时间不变，由得，输电线产生的热量

变多，输电线损失的电能将减少。

8.品学兼优的小雄同学周末在家里用电饭煲给父母煲粥。他发现该电饭煲有“加热”和“保温”

两个挡位，模拟电路图如图所示。当闭合开关S∣,断开开关S2时，电饭煲处于

挡。在220V电压下,处于该挡位的电饭锅IOmin产生的热量是J0(已知R∕=44Q,

R2=2376Q)

【答案】保温12000

【详解】［1］当闭合开关S］、S2时，&短路，电路中只有Q工作；当闭合开关冬、断开S2时，

R、&串联；根据串联电阻的特点可知，串联的总电阻大于任一分电阻，根据尸=C可知，

R

闭合开关Si、断开S2时电路中总功率最小，电饭煲处于保温挡。

⑵由串联电阻的特点，保温挡时电路中的总电阻

R=Q+R2=44C+2376Q=2420C

处于该挡位的电饭锅IOmin产生的热量为

ρ=^Λ=-1≡Q20V)'x10X6Os-1200OJ

“R242OR

9.如图所示，电源电压恒定，滑动变阻器的最大阻值为20C,小灯泡正常工作的电压是3V,

正常工作的电流是，求：

(1)小灯泡正常工作时的电阻是多少？

(2)当S闭合，S1,S2都断开时，当滑动变阻器接入电路中的阻值为15Q时，小灯泡正常工

作，求电源电压是多少？

(3)保持滑动变阻器的位置不变，再闭合与、S2,此时电流表示数，求RO的阻值是多少？经

过Imin后RO产生的热量是多少？

【答案】(1)15Ω;(2)6V；(3)10Ω;216J

【详解】解：(1)小灯泡的电阻为

(2)当S闭合，Si、S2都断开时，灯L与滑动变阻器串联，由于滑动变阻器接入电路中的阻

值为15。，小灯泡正常工作，此时小灯泡接入电路的电阻为15d且电路中的电流为

I=I薇

电路中的总电阻为

R总=15Ω+150=30。

电源电压为

U=IR屈=30QXO.2A=6V

(3)当S,SHS2都闭合，灯L短路，RO与滑动变阻器并联，并且滑动变阻器接入的电阻为

15Ω,通过Ro的电流为