第19讲焦耳定律

2023年中考物理重难点突破第19讲

焦耳定律一、焦耳定律1.电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。数学表达式：Q=I2Rt。Q-热量，单位：J。I—电流，单位：A。R—电阻，单位：ῼ。t—时间,单位：s。3.电热的利用与防止（1）有很多家用电器是利用电热在工作的，如电烤炉、电烤箱、电饭锅；工业上的炼钢等。（2）很多用电器工作时不希望用电器温度过高，如电脑、电视机等，常加装有散热装置。电路起火引起的火灾也是重要的火灾隐患。【重难点与突破】2023年中考物理重难点突破【例1】（2022丹东）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S1，断开S2，灯泡正常发光；闭合开关S1、S2，电流表示数为1.5A，则电源电压为

V；闭合开关S1，断开S2，通电30s定值电阻产生的热量是

J。2023年中考物理重难点突破【分析】闭合开关S1，断开S2，灯泡和定值电阻串联，灯泡L正常发光，根据P=UI可知：电路电流I=PL/UL=12W/12V=1A，根据欧姆定律可知定值电阻两端的电压UR=IR=1A×R，根据串联电路的电压特点可知电源电压：①U=UL+UR=12V+1A×R；闭合开关S1、S2，电路为定值电阻的简单电路，电流表示数为1.5A，则电源电压：②U=I′R=1.5A×R；联立①②解得：U=24V,R=16Ω。闭合开关S1，断开S2，灯泡和定值电阻串联，通电30s定值电阻产生的热量：Q=I2Rt=（1A）2×16Ω×30s=480J。【答案】24480【突破】根据焦耳定律计算，一定要注意，电流需要进行平方。各单位必须统一为国际单位，结果才是J。2023年中考物理重难点突破【例2】（2022湘潭）如图所示，烧瓶里装有质量和初温都相同的煤油，两电阻丝的阻值不同。闭合开关，通过两电阻丝的电流

，两电阻丝产生的热量

（均填“相等”或“不相等”）。如果将某一烧瓶里的煤油换成0.2kg的水，温度升高5℃，水吸收的热量是

J。2023年中考物理重难点突破【分析】由图可知，该电路为串联电路，两电阻丝串联接入电路中。因为在串联电路中电流处处相等，所以通过两电阻丝的电流是相等的。在通电时间、电流相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以电流通过两电阻丝产生的热量是不相等的。水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.2kg×5℃＝4.2×103J。【答案】相等

不相等4.2×1032023年中考物理重难点突破【突破】在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，主要的实验方法是控制变量法和转化法。影响因素较多，所以需要运用控制变量法。这里通过将两个电阻串联后加热，保证了电流和加热时间相同。电阻产生热量的多少或者快慢无法直观感受，我们将其加热相同质量的同种液体，比较温度改变的多少或快慢来判断电阻产生的热量的多少或快慢，这里运用了转化法。2023年中考物理重难点突破二、电热器的档位1.串联式加热模型：

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R2工作，这时处于加热状态，R2为一个阻值较小的电阻。当S断开后，R1、R2串联，电路处于“保温”状态，R1是一个阻值较大的电阻。对这类问题涉及的主要计算公式为：（1）R2=U2/P加热

（2）R=R1+R2=U2/P保温

（3）P=PR1+PR2（4）W=Pt

（5）Q=I2Rt（6）Q=cmΔt2023年中考物理重难点突破2.并联式加热模型：

如图所示，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R2工作，处于低温档（或保温档），当S、S0同时闭合时，处于加热状态，或者“高温档”。这里R2的阻值一般比R1大，用作保温加热。计算该类题目的常用公式：（1）P保温=U2/R2

（2）R=（3）P=PR1+PR2（4）W=Pt（5）Q=I2Rt（6）Q=cmΔt2023年中考物理重难点突破【例3】（2022成都）小玥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，R1、R2是电热丝，R1=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1min，电流产生的热量为

J。2023年中考物理重难点突破【分析】当她旋转触片接触触点1和2时，电路中只有R1工作，为低温档位；当她旋转触片接触触点2和3时，R1和R2并联，处于高温档。处于低温档时，电路中的电流为：I=U/R1=220V/48.4Ω=50/11A。该档位通电1min，电流产生的热量为：Q=I2R1t=（50/11A）2×48.4Ω×1×60s=6×104J。【答案】低温 6×104

2023年中考物理重难点突破三、电热计算1.对于所有的电热计算，均可用公式Q=I2Rt。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=UIt和Q=×t。2.对于电热的转化效率，可用公式η=×100%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。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W，即Q=W=UIt。Q=。2023年中考物理重难点突破【例4】（2022阜新）电热水壶发热电阻阻值不变，其主要参数如表所示，[水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃）]，求：（1）电热水壶保温状态下电路中的电流是多少？（2）在加热状态下，电热水壶正常工作100s，消耗的电能是多少？（3）用此电热水壶，将质量为1kg的水从50℃加热到100℃，吸收的热量是多少？2023年中考物理重难点突破额定电压220V容量1.5L加热功率1210W保温功率88W【分析】（1）由P＝UI可得，电热水壶保温状态下电路中的电流：I＝P保温/U=88W/220V＝0.4A。（2）由P＝W/t可得，消耗的电能：W＝P加热t＝1210W×100s＝1.21×105J。（3）吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣50℃）＝2.1×105J。答：（1）电热水壶保温状态下电路中的电流是0.4A；（2）在加热状态下，电热水壶正常工作100s，消耗的电能是1.21×105J；（3）用此电热水壶，将质量为1kg的水从50℃加热到100℃，吸收的热量是2.1×105J。【突破】利用焦耳定律的一般计算主要是利用Q=I2Rt计算电阻产生的热量；利用Q=cmΔt计算吸收或放出的热量。计算时注意结合电功、电功率的相关公式的应用。

2023年中考物理重难点突破1.（2022阜新）下列用电器利用电流热效应工作的是（）A．电风扇

B．电视机

C．吸尘器

D．电饭锅【针对练习精编】2023年中考物理重难点突破D2.（2022德阳）如图所示为电烤炉的简化电路图，小张查看说明书后得知：R1、R2均为电热丝，R1＝44Ω，R2＝66Ω。当开关S1闭合，S2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S1、S2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，R1两端的电压之比为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、R2所消耗的电功率之比为3：22023年中考物理重难点突破B3.（2022德阳）如图所示，电源电压恒为10V，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，直流电动机M的额定电压为6V，线圈电阻为2Ω。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秒产生的内能为

J。2023年中考物理重难点突破机械能

0.41924.（2022黔西南）下表是某型号电热水壶铭牌。向壶中倒入满容量的水，在1标准大气压下正常工作，经过16min将20℃的水烧开。此过程中，水吸收的热量为

J，电热水壶正常工作时的电流为

A。日常生活中必须做到安全用电，如图所示的电源线，其三脚插头插入三孔插座，将电热水壶跟电源连接的同时，能确保电热水壶外壳接

（填“火线”“零线”或“地线”）。2023年中考物理重难点突破MD电热水壶型号MK﹣15S02K容量1.5L额定电压220V额定加热功率550W5.04×105

2.5地线5.（2022苏州）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，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=4.2×103J/(kg·℃)]2023年中考物理重难点突破

保温3.36×105

706.（2022镇江）即热式饮水机工作原理如图1所示，水箱中的水被水泵抽出后，流经电阻丝时被加热，实现边加热边出热水的即热功能，电阻丝最大加热功率为2000W。用户可根据需要调节出水温度和出水量。小军对该饮水机进行了探究。

表一2023年中考物理重难点突破实验次数出水温度/℃出水时间/s加热功率/W14016.00

24516.05137435015.95171246018.90200058532.04199969537.291999（1）小军探究过程如下（设电阻丝产生的热量全部被流经的水吸收且无热量损失）：①将出水量设置为250mL，出水质量为

kg。②用温度计测出水箱内水的初温如图2所示，示数为

℃。③保持水的初温和出水量不变，改变出水温度，测量出水时间并记录在表1中。④根据表1数据计算出加热功率，第1次实验时的加热功率为

W。（2）小军采用的实验方法是

。小军由表1数据得出结论：饮水机可根据出水温度自动选择不同的控制方式。当出水温度低于85℃时，仅通过改

变

来调节出水温度。若上述实验中将出水温度设定为88℃，可估算出水时间约为

s。2023年中考物理重难点突破0.25241050控制变量法

加热功率33.6（3）小军对实验进行了反思：上述结论在冬季还适用吗？为得到精准的结论，小军将表1设计优化如下并重新实验，你认为①、②处应分别填写的是

和

。2023年中考物理重难点突破实验次数①出水温度/℃②出水时间/s加热功率/W1......水的初温/℃

水升高的温度/℃7.（2022毕节）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。