18.4焦耳定律（原卷版）-1

18.4焦耳定律（原卷版）考点直击考点直击典例分析＋变式训练典例分析＋变式训练考点1电热的利用与防止（1）电流的效应：电流通过导体时电能转化成热，这个现象叫做电流的热效应。（2）电流热效应的实质：是电流通过导体时，由电能转化为内能。（3）电热器：电流通过导体时将电能全部转化为内能的用电器。其优点是清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节电流。（4）有时人们利用电热，如电饭锅、电熨斗等；有时人们防止电热产生的危害，如散热孔、散热片、散热风扇等。

方法点拨：（1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。（2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。【典例1】（2021秋•涵江区校级期末）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．家电长时间停用，隔一段时间应通电一次 C．电动机外壳有许多散热片 D．电脑机箱内有小风扇【典例2】（2021秋•焦作期末）电流的热效应在生产和生活中有广泛的应用，但有时也会带来危害。应用电热的例子，如用电熨斗熨衣服；防止电热危害的例子，如电脑主机装小风扇给CPU散热。请你结合自己生活经验，再写一例，应用电热：；防止电热危害：。【变式训练1】（2022•麒麟区校级模拟）下列实例中，为了防止电热产生危害的是（）A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机【变式训练2】（2022•宝鸡模拟）小明家有额定功率均为40W的电风扇和白炽灯。正常工作相同的时间，产生的热量多。小明将家里一个电热水器单独连接在电路中，发现电能表（如图所示）上的铝盘120s内转了125转，电热水器消耗了的电能，该热水器的实际功率为W考点2焦耳定律及其在实际中的应用1、焦耳定律（1）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，这个规律叫焦耳定律；

（2）公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）；

（3）变形公式：，Q=UIt。（3）在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他；

（4）探究电热与哪些因素有关：

①怎样用转换法体现电热：用温度计升高的度数；用细管内液柱升高的高度；用气球膨胀的大小；

②怎样用控制变量法研究与电阻的关系：串联时控制电流和通电时间一定，并联时控制电压与通电时间一定。2、焦耳定律在实际中的应用（1）纯电阻电路：

纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路；（2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路；

（3）电热器的“双挡”问题：

1．“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”．根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大；

2．“双挡”的控制开关

①短路式

两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示；

当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；

②单刀双掷式

主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示；

当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。【典例3】（2022•杭州模拟）为了研究电热跟哪些因素有关，小明将阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置。已知电源电压相等且保持不变，R1＜R2，装入烧瓶的煤油质量相等，下列有关此研究的各种表述，正确的是（）A．因为水的比热大，若将煤油换成水，实验效果更明显 B．乙装置可探究电热与电阻是否有关 C．在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多 D．比较相同通电时间内a、c温度计示数变化，可探究电流产生热量与电流是否有关【典例4】（2022•南海区二模）电炉中的电阻丝通电一段时间后热得发红，而连接电炉的导线却不怎么热，原因是（）A．电阻丝容易导电，铜导线不容易导电 B．通过导线的电流小于通过电阻丝的电流 C．导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量较少 D．制成电阻丝的材料能发热，制成导线的材料不能发热【典例5】（2022•顺城区模拟）如图是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装置，通电一段时间后，盒内空气的内能是通过的方式增加的，图中（填“左”或“右”）侧容器连接的U形管液面高度差较大。若要研究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系，可以将图中的电阻R3（填“拆掉”或“放入右侧盒中”）。【典例6】（2022•皇姑区校级模拟）如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝，将透明容器与U形管相连，接入电路。（1）此透明密闭容器和U形管（填“是”或“不是”）连通器。（2）在甲装置中，A、B透明容器中相同时间产生热量较多的是容器。（3）小明同学将乙图中左侧烧杯中煤油换成等质量的水，又将右侧烧杯中的R2换成（填“大于”“小于”或“等于”）R1的电阻，由此用来探究不同物质的吸热能力，通过实验描制成如丙图所示图象，由图象可知煤油的比热容为J/（kg•℃）。【变式训练1】（2022•陆良县模拟）如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，下列说法错误的是（）A．图中的U形管不属于连通器 B．实验中是通过观察U形管中液面高度差的变化来反映容器内产生热量的多少的 C．若图甲中装置两端的电压为3V，则通电10min左边电阻丝产生的热量为240J D．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系【变式训练2】（2021秋•西华县期末）如图所示是探究“影响电流热效应与哪些因素有关”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．电阻R1产生的热量大于R2产生的热量 C．该电路可以探究电流产生的热量与电流大小的关系 D．电路串联使通过R1、R2电流相同，实验中运用了控制变量法【变式训练3】（2021秋•霍邱县期末）如果电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220V60W”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．电烙铁最多 C．电视机最多 D．电风扇最多【变式训练4】（2021秋•湾里区校级期末）在家庭电路中，导线相互连接处（接头）往往比别处更容易发热出现故障，甚至引起火灾。如图所示，原因是装修施工时，技术人员水平低，不按规程操作，造成电阻比别处，产生的热量。【变式训练5】（2022•泰兴市一模）如图所示，是小明同学探究焦耳定律的部分实验装置。已知R甲＝5Ω，R乙＝10Ω，在探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，应将两电阻丝联在电路。若电路中的电流为0.7A，则甲电阻丝在2min内产生的热量为J。小明还想用该实验装置探究“水和煤油吸热升温的特点”，除了将其中一瓶中的煤油换成等质量的水，还需要进行的调整是。【变式训练6】（2022•信州区校级模拟）如图是探究电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关的实验装置，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒内，盒内封闭一定量的空气，其中图乙中另取5Ω电阻在盒外与盒内电阻并联。（1）盒内封闭一定量的空气的优点是，在实验中电流通过电阻产生热量的多少是通过来反映的。（2）图甲可探究电流产生的热量与的关系。（3）图乙中右侧盒外连接的5Ω电阻，它的作用是使c、d两电阻丝的不相同；（4）物理研究方法有很多，本实验运用了两种方法；一是；二是。（5）若将乙图中右侧的两根电阻丝全部放在空气盒中，一段时间后，边U形管中的液面高度差更大。考点3焦耳定律的计算公式及其应用（1）公式：Q=I2Rt．

Q表示电热，单位是焦耳J；

I表示电流，单位是安培A；

R表示电阻，单位是欧姆Ω；

t表示时间，单位是秒s。

（2）推导式：和Q=UIt。（仅适用于纯电阻电路）

（3）电热与电能的关系：纯电阻电路时Q=W；非纯电阻电路时Q＜W；（4）电热与电功的关系：应用公式电功电功率焦耳定律适用范围基本公式W=UItP=UIQ=I2Rt普遍适用导出公式=I2Rt

=I2R=UIt

纯电阻电路W=Q（5）公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用．W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。【典例7】（2022•来宾模拟）如图所示的甲、乙两个电热器，其电源电压相同，电阻丝R1、R2的阻值不变，相同的托盘上放有相同的石蜡。当闭合开关S时，下列说法正确的是（）A．甲中的石蜡熔化比乙中的石蜡熔化快 B．甲中通过R1的电流等于乙中通过R1的电流 C．甲中R2两端的电压小于乙中R2两端的电压 D．若使两块石蜡均完全熔化，则甲电路通电时间更长【典例8】（2022•无锡模拟）小力利用如图甲所示装置探究电阻产生的热量与的关系。小力家有一款具有加热功能的电动按摩椅，它的电路简图如图乙所示。已知电热丝的电阻为1210Ω，则电热丝通电5min所产生的热量应为J。当单刀多掷选择开关接（选填“AB”或“BC”）处时，电动按摩椅只具有按摩功能。【典例9】（2022•船营区校级开学）如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝R1的阻值为10Ω。当开关S闭合后，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.4A。求：（1）通电10s电阻丝R1产生的热量；（2）R2消耗的电功率。【变式训练1】（2022•济宁一模）如图为远距离输电示意图，I为输电电流，r为输电线总电阻，U为用户端的电压，则因输电线发热而损耗的电能为（t为通电时间）（）A．I2rt B． C．UIt D．UIt﹣I2rt【变式训练2】（2022•北海一模）R1、R2分别连接成如图所示的甲、乙两种电路，R1＝2R2，电源电压均为U，图甲电路中R1、R2在相同时间内产生的热量为Q甲1、Q甲2；图乙电路中R1、R2在相同时间内产生的热量分别为Q乙1、Q乙2，则Q甲1：Q甲2和Q乙1：Q乙2分别为（）A．2：11：2 B．1：22：1 C．1：11：2 D．2：11：1【变式训练3】（2022•滑县模拟）某电饭锅内部电加热器原理电路如图所示，它有烧煮和保温两挡。开关S断开时，电饭锅处于挡，已知R1＝605Ω，电饭锅烧煮时的功率是保温时的11倍，则R2＝Ω；该电饭锅烧煮20min产生的电热是J。（不计热量损失）【变式训练4】（2022春•重庆期中）某手工兴趣小组的同学们，在老师的带领下自制了一台电烤箱，设计的简化电路图如图所示，R1、R2均为电热丝，当开关S2通断时，电烤箱的挡位不同。其中部分参数如表所示。额定电压220V高温挡电路功率1100W低温挡电路电流2A（1）电烤箱在高温挡正常工作100s产生的热量是多少？（2）电烤箱在低温挡正常工作时，R2的功率是多少？（3）在用电高峰：同学们关闭其它用电器，只让电烤箱处于高温挡工作400s，参数为3000r/kW•h的电能表转盘转了297转，则此时的实际电压为多少？考点4电功与热量的综合计算【典例10】（2022•漳州模拟）如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路图。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），通过断开其他用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（）额定电压220V频率50Hz额定功率加热880W保温44WA．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流为4A B．电阻R2的阻值是1100Ω C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃【典例11】（2022•河南模拟）某品牌电热饮水机的简化电路如图所示，其部分铭牌参数见表格，当开关S1、S2均闭合时，饮水机处于（选填“保温”或“加热”）状态，此时电路中的电流是A。用饮水机给2kg的冷水加热，若水温升高50℃，则水吸收的热量为J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]额定电压220V加热功率440W保温功率44W【典例12】（2022•南昌模拟）浴霸是安装在浴室可供取暖和照明的家用电器，某浴霸的铭牌和简化电路图如图所示，图中灯L为照明灯，其他灯为规格完全相同的红外线取暖灯。为节约用电，取暖灯工作时照明灯开关一定断开。型号LWLZ20﹣19额定电压220V取暖灯660W/个照明灯50W（1）照明灯正常工作时电阻为多少Ω？（2）取暖灯正常工作时，干路中的电流最小是多少？（3）若不计热量损失，使质量为30kg的浴室空气温度升高20℃，最短大约需要多长时间？[c空气＝1.0×103J/（kg•℃），结果保留一位小数]【变式训练1】（2021秋•文峰区月考）如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容4.2×103J/（kg•℃），通过断开其它用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（）额定电压220V频率50Hz额定功率加热880W保温44WA．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流0.2A B．电阻R2的阻值是1100Ω C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃【变式训练2】（2022•皇姑区校级模拟）如图为某电脑的CPU，它的额定功率为100W，其中发热功率占8%，它由铜质散热器（一种由铜制成的散热元件）进行散热，已知铜质散热器的质量是0.8kg。该电脑CPU正常工作0.5h，CPU消耗电能J。假设这段时间内CPU产生的热量全部被铜质散热器吸收，则可使散热器温度升高℃【铜的比热容为0.39×103J/（kg•℃），结果保留整数】。【变式训练3】（2022•滨江区一模）北京冬奥会期间所有运动场馆全部使用绿色电能，这是奥运历史上首次实现全部场馆100%绿电供应。如表是一台某型号风车在不同风速下获得能量情况：平均风速（m/s）510152025301s内获得的能量（104J）4812162024（1）风力发电机发电时的能量转化是：能转化为电能。（2）若该地年平均风速为15m/s，则1台这样的风车10min获得的能量是多少？（3）若将这些能量全部输送给一台规格为“380V30kW”的造雪机，可正常工作多长时间？（4）若这些能量中有42%被120kg、初温为20℃的水吸收，水温可达到多少℃？课堂巩固训练课堂巩固训练一、选择题。1．（2022•南平模拟）某同学仔细观察家中的四种电器，发现它们上面都标有“220V150W”的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生热量最多的是（）A．暖手宝 B．电视机 C．电冰箱 D．抽油烟机2．（2021秋•包河区期末）如图是探究“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，容器内盛有液体，下列说法正确的是（）A．甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的不同种液体 B．利用甲、丙可以研究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系 C．温度计示数的变化反映了电流通过液体内导体时产生热量的多少 D．利用甲、乙可以研究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻的关系3．（2021秋•兴化市期末）家庭电路中，由于线路连接处接触不良，造成局部过热，也可能会引起火灾。下列关于接触不良处过热的原因分析正确的是（）A．因电阻变大，使得通过此处电流比电路中其他部分电流小，但长时间通电造成的B．因电阻变小，使得通过此处电流变大，长时间通电造成的 C．因电阻变小，使得此处的发热功率变大，长时间通电造成的 D．此处电流与电路中其他部分电流相等，因电阻变大，长时间通电造成的4．（2022•南安市模拟）如图所示将两根电热丝R1和R2串联在电路中，若R1＝10R2，请问哪根火柴会先被点燃（）A．在R2上的火柴B．在R1上的火柴C．同时点燃D．无法确定二、填空题。5．（2022•前郭县校级模拟）如果家庭电路中导线相互连接处接触不良，会造成此处的阻值（选填“减小”、“增大”或“不变”），由于电流的效应造成局部过热，可能引发火灾。6．（2022•温州模拟）为了验证通电导体产生的热量和导体的电阻之间的关系，某兴趣小组选择5欧、10欧、15欧三个定值电阻，将电阻封闭在塑料盒中，通过温度传感器记录塑料盒中空气温度值（塑料盒中空气升高的温度与电阻产生的热量成正比）。兴趣小组设计如下两种方案：电阻塑料盒中温度值（℃）01分钟2分钟3分钟4分钟5欧2626.527.127.728.410欧2627.128.229.630.815欧2627.529.331.533.2方案一：如图甲，先接入R1，闭合开关，记录4分钟内温度值，换用R2和R3，记录温度值。方案二：如图乙，直接将三个电阻同时接入电路，闭合开关，记录4分钟内温度值。（1）请从两个方案中选出你认为合理的方案并说明理由。（2）选择正确的方案后，兴趣小组得到的实验结果如上表。得出结论：当其他条件相同时，导体产生的热量与电阻成正比。结合表中数据说明其证据是。（3）为了让实验结果更具有普遍性，你的做法有。（写出一点）7．（2021秋•渝中区期末）在一次探险活动中，探险队需要生火，在没有打火机等取火工具的情况下，探险队长将口香糖的锡箔纸剪成了类似图所示的形状，然后将M、N分别接在从手电筒中取出的干电池正负两极上。根据你的判断，温度最高最适合点火的位置是，理由是。8．（2022•温江区模拟）如图所示，图甲是某款即热式电热水龙头，图乙是它的电路原理图，R1和R2是阻值分别为22Ω和44Ω的电热丝。通过旋转手柄改变与开关S接触的两个相邻触点，实现冷水、温水、热水挡的切换。则开关S接触触点时（选填“1、2”或“2、3”或“3、4”），水龙头放出的温水，水龙头在热水挡正常工作300s产生的热量是J。9．（2022•罗平县二模）如图是灯L和定值电阻R的I﹣U图像，当L和R串联在电压恒定的电源上时，L功率为0.3W；当L和R并联在同一电源上时，干路电流是0.9A，此时，L阻值为Ω，定值电阻R工作1min产生的热量是J。10．（2022•柳州模拟）某型号电热水瓶具有加热、保温及干烧断电功能，其简化电路如图所示，S1是壶底温控开关，通常闭合，当壶底发热盘的温度达到120℃时自动断开。S2是壶壁温控开关，按下时对水加热，水烧开后自动断开，电热水瓶处于保温状态；电热水瓶保温功率为50W，加热功率为1000W。当电热水瓶处于保温状态时，电路中的电阻为Ω；若水烧开后S2没有自动断开，则瓶里的水烧干后，经过s，S1才会断开。已知发热盘质量为0.5kg，比热容为0.5×103J/（kg•℃）；设水烧开瞬间发热盘的温度为110℃，不计热损失。三、实验探究题。11．（2022•大连模拟）小亮同学想探究“电流通过导体产生的热量与电流、电阻、通电时间是否有关”。他连接了如图甲所示的电路。在图甲、乙中有A、B、C三个相同的透明容器，其中密封着等量的空气，三个容器中都有一根电阻丝，电阻丝的阻值分别为5Ω、10Ω和5Ω，电压为6V的学生电源。在C容器的外部有一