184焦耳定律-2023-2024学年九年级物理全册举一反三（人教版）

18.4焦耳定律（解析版）本节学习目标1.通过生活实例，认识电流的热效应；2.举例说出生活中利用电热的实例，了解电热的危害和防止方法；3.通过实验探究，总结出焦耳定律，并会用焦耳定律进行计算；4.理解焦耳定律；5.会利用焦耳定律解释一些生活中简单现象。要点一电流的热效应知识点一、电流的热效应1．定义：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。2．影响电流的热效应大小的因素：导体通电时，产生热的多少与电流的大小、导体电阻的大小和通电时间有关。通电时间越长，电流越大，电阻越大，产生的热量越多。

要点诠释：电流通过导体时，电流的热效应总是存在的。这是因为导体都有电阻。导体通电时，由于要克服导体对电流的阻碍作用，所以要消耗电能，这时电能转化成内能。如果导体的电阻为零，电流通过导体时，不需要把电能转化成内能，这时电能在导体中传输时也不会因发热而损失。3.探究影响电流通过导体产生的热量的因素（1）电流产生的热量与电阻的关系如图所示，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。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么?实验表明：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。（2）电流产生的热量与电流大小的关系如图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，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，因此通过两容器中电阻的电流不同。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。你看到的现象说明了什么?实验表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。【例】（2023·无锡）如图所示，是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为，电热丝R阻值为。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，内产生的热量为_______________J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以_______________（选填“增大”或“减小”）电热丝的阻值。【答案】①.热；②.75；③.增大。【解析】[1]塑料袋封口夹是当电热丝有电流通过时，电热丝能发出热量，所以利用电流的热效应实现高温封口的。[2]电源电压为5V，电热丝R阻值为1Ω，则3s内产生的热量[3]使用时总把塑料袋烫坏，即产生热量过多，则需要减小电热丝的功率，由可知，电压一定时，增大电阻，可以减小电热丝的功率。【变式1】（2023·泰州）小华将电阻丝和分别浸没在质量和初温均相同煤油中，按如图所示接入电路，开关闭合后，通过两电阻丝的______相等，根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生______的多少，通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升______。【答案】①.电流；②.热量；③.高。【解析】[1]如图所示，两电阻丝串联，通过的电流相等。[2]电阻丝通电后产生热量，热量被煤油吸收，导致煤油温度升高，所以可根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生热量的多少。[3]如图所示，两电阻丝串联，通过的电流相等，通电时间相同，且R1>R2，通电一段时间后，根据焦耳定律可知，电阻丝R1产生的热量多，由于瓶内的煤油质量、初温相同，不考虑热量损失，甲瓶中温度计的示数上升高。【变式2】（2023·本溪、辽阳、葫芦岛）小明为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，利用阻值相等的电阻丝R1、R2、R3，设计了如图甲所示电路，将电阻丝R3和________（填“R1”或“R2”）分别放在如图乙所示的两个相同装置中，实验通过U形管中________反映电阻丝产生热量的多少；通过实验分析可知，当电阻和通电时间相同时，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越________。【答案】①.R1；②.液面高度差；③.多。【解析】[1]为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，应采用控制变量法，控制电阻和通电时间相同，电流不同，故应选用R3和R1进行实验，因为在电路中R2起到给R3分流的作用，使R3和R1的电流不同。[2]实验中采用两个相同的U型管，产生的热量越多，U型管液面的高度差就越大，实验通过U形管中液面高度差来反映电阻丝产生热量的多少。[3]电流的热效应与电阻有关，在电阻和通电时间一定时，流过电阻的电流越大，产生的热量越多。【变式3】（2023·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与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究，如图所示，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。（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。（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型管中液面高度变化大，由此可得到的结论是：在电阻相同、通电时间相同的情况下，__________。（3）实验中通过观察U型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．探究电流与电压、电阻的关系B．用铁屑显示磁体周围磁场分布C．研究光的传播时，引入“光线”D．探究平面镜成像的特点【答案】①.甲、乙；②.串联；③.通过导体的电流越大，产生的热量越多；④.B。【解析】（1）[1][2]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，将它们串联接到电源两端进行实验。（2）[3]乙和丙，由于串联在电路中，可知通过电路乙中5Ω电阻的电流大于通过丙中5Ω电阻的电流，当在通电时间相同的情况下，发现乙装置U型管中液面高度变化大，可知气压差越大，温度差越大，热量越多，可以得出的结论是：通过导体的电流越大，产生的热量越多。（3）[4]A．实验中通过观察U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这用到了转化法，而探究电流与电压、电阻的关系时，用到的方法是控制变量法，故A不符合题意；B．用铁屑显示磁体周围磁场分布时，磁体周围磁场的强弱转化为吸引铁屑的多少，故B符合题意；C．研究光的传播时，引入“光线”，这是模型法，故C不符合题意；D．探究平面镜成像的特点，用到的是替代法，故D不符合题意。故选B。要点二焦耳定律知识点二、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。要点诠释：焦耳定律的另外两个表达式:。1.从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。2.在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式分析，此时导体产生的热量与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。3.几个公式的比较电功电功率焦耳定律适用范围基本公式W=UIt普遍适用导出公式纯电阻电路W=Q4.只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公式来计算电热了。知识点三、电热的利用和防止1.电热的利用:日常生产、生活中会经常用到电热，如家用的热水器、电饭煲等，这些都是用电来加热的设备，叫电热器。要点诠释：这些用电器的共同特点就是利用电流做功，将电能转化成内能，使我们获得需要的热量。有些电器通电时也能产生热量，但是由于不是用电来加热的，所以不能叫电热器(如电视机、电脑等)。2.电热的危害:很多情况下，电流通过导体时产生的热量，并不是我们需要的，这时电能白白消耗掉了，有时还会引起事故甚至灾害，所以要想办法阻止电热的产生。要点诠释：我们说的电热的危害是对于我们的需要来说的，如果产生的热量是我们需要的，那对我们是有利的，反之就是有害的，如:电视机在工作时产生的热量，在正常观看时是有害的，但当电视机长时间不用时，我们可以利用电热来驱潮，这时的电热是有利的。电热器在工作时产生的热量如果过多，也会带来危害，所以我们在正常使用电能产生的热量时，也要注意安全。【例】（2023·宿迁）某型号电饭锅有“高温烧煮”和“保温焖饭”两挡，其电路如图所示。当开关S置于1时，电流表示数为5A，此时电饭锅处于_______挡，在此挡位下加热2.2kg的水，使其温度升高10℃，用时100s，电饭锅的加热效率为________；当开关S置于2时，电流表的示数为0.1A，R的阻值为_______Ω。若从做饭快的角度考虑，应选择功率更________的电饭锅。【c水=4.2×103J/（kg·℃）】【答案】①.高温烧煮；②.84%；③.2156；④.高。【解析】[1]当开关S置于1挡时，电阻R短路，为R0的简单电路，当开关S置于2挡时，两电阻串联，由串联电阻总电阻大于其中任一电阻。根据可知，开关S置于1档时，电路电阻最小，电功率最大，因此电饭锅处于高温烧煮档。[2]高温烧煮档加热100s，消耗电能加热2.2kg的水，使其温度升高10℃，吸收热量为电饭锅的加热效率为[3]当开关S置于1挡时，电阻R短路，为R0的简单电路，此时电流表示数为5A，那么当开关S置于“2”挡时，电路的为串联电路，此时电路总电阻为那么R电阻为[4]若从做饭快的角度考虑，其他条件一定时，电饭锅电功率大，做饭更快一些。【变式1】（2023·锦州）小明家一款新型电烤箱铭牌上的部分参数如图甲所示，其简化电路如图乙所示，R1、R2均为电热丝（阻值不随温度变化）。求：（1）该电烤箱在额定保温功率下工作时的电流？（2）电热丝R2的阻值？（3）傍晚用电高峰期，小明想测量电烤箱在工作时的实际电压，于是他断开了家中其他用电器，仅让电烤箱在加热状态下工作，1min内如图丙所示的电能表转盘转了50r．则电烤箱两端的实际电压是多少？【答案】（1）0.5A；（2）44Ω；（3）200V。【解析】（1）该电烤箱在额定保温功率下工作时的电流（2）当S闭合，S1接右边接线柱b时，R1单独工作，电路中电阻最大，电源电压一定，由可知，此时电功率最小，电路处于保温挡位；当S闭合，S1接a时，电阻R1和R2并联，电路中电阻最小，电源电压一定，由可知电功率最大，处于加热档，此时R1的电功率P1=P保温=110WR2的电功率电热丝R2的阻值（3）S闭合、S2接左边接线柱a时，电阻R1和R2并联，处于加热挡位，P加热=1210W，总电阻电能表转盘转了50r，电烤箱消耗的电能电烤箱的实际功率电路的实际电压答：（1）该电烤箱在额定保温功率下工作时的电流为0.5A；（2）电热丝R2的阻值为44Ω；（3）电烤箱两端的实际电压是220V。【变式2】（2023·苏州）如图甲，R1阻值为20Ω，图乙为小灯泡L的U～I图像。闭合开关S、，断开，电流表示数为0.4A，再闭合开关，电流表示数变为0.6A。求：（1）电源电压；（2）的阻值；（3）若只闭合S，1min内电阻产生的热量。【答案】（1）8V；（2）；（3）108J。【解析】（1）闭合开关S、S1，只有R1接入电路，则电源电压（2）再闭合开关S2，R1与R2并联，则通过R2的电流R2的阻值（3）若只闭合S，R1与L串联，由于电源电压为8V，利用图乙分析可知，通过R1的电流为0.3A，则1min内电阻R1产生的热量。答：（1）电源电压为8V；（2）R2的阻值是40Ω；（3）若只闭合S，1min内电阻R1产生的热量为108J。【变式3】（2023·南京）图甲所示是一款全自动豆浆机。其主要结构有两部分：一是有一个带动刀头的电动机，用来将原料粉碎打浆；二是有一个电热器，用来对液体加热。如表是这款豆浆机的主要技术参数。图乙是豆浆机正常工作做一次豆浆过程中电热器和电动机交替工作的图像。型号额定电压额定频率电机功率加热功率容量×××220V50Hz100W1210W1000mL（1）豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中，电热器与电动机工作的时间之比为______；（2）豆浆机正常工作时的最大电流为______A；（3）某次豆浆机正常工作过程中，将其它用电器都关闭，观察到标有3600imp/（kW·h）字样的电能表指示灯在2min内闪烁了123次，此2