2.4 电能的量度-焦耳定律（原卷版）

焦耳定律一、电流的热效应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、①电热的利用：电热毯、电熨斗、电烤箱等；②电热的防止：电视机后盖有很多孔是为了通风散热，电脑运行时也需要风扇及时散热。3、电流通过导体时会产生热量，这叫做电流的热效应。而电热器具是利用电流的热效应来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见电热器具。电热器具的主要组成部分是电流的热效应发热体，发热体是电阻丝绕在绝缘材料上制成。二、电流通过导体时产生的热量多少跟什么因素有关提出问题：电流通过导体产生的热量多少与什么因素有关？实验方法：控制变量法、转换法猜想并进行实验：（1）探究电流产生的热量与电阻的关系将两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相同，通电一段时间后，比较两个容器中U型管液面的高度变化情况，发现与右边容器相连的U型管液面高度变化更大一些。如图所示注意：①本实验中电热的多少通过空气受热膨胀U型管两侧液面高度变化不同来反应，转换法的利用，故需要在U型管中装有等量的空气。②实验中U型管中装的液体是煤油，因为煤油比热容小，升温快，同时，煤油是绝缘体，不导电，具有安全性。结论：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）探究电流产生的热量与电流的关系如图所示，两个密闭容器中的电阻丝阻值都是5Ω，在右侧容器的外部，将一个5Ω的电阻与这个电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同时，观察两个U型管中液面高度的变化。发现与左侧容器相通的U型管液面变化更大一些。结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。注意：实验中用电阻丝对空气加热可以缩短实验时间，并会使实验现象更加明显，实验中应使两容器密闭，不能漏气。（3）探究电流产生的热量与时间的关系如图所示，将这套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察与左边容器相通的U型管的液面高度变化情况，发现随着通电时间越长，U型管中液面高度变化越大。结论：在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多三、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。这个规律叫做焦耳定律。2、公式：，在国际单位制中，电热的单位是焦耳，符号“”3、焦耳定律的理论推导：电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有转化为其他形式的能，那么电流做功产生的热量Q等于电能的消耗量，即，再根据欧姆定律可知，。4、焦耳定律适用于所有电路的电热计算，使用时各物理量单位要分别统一为。1、下列四种用电器中。利用电流热效应工作的是（）。A．电冰箱 B．电视机 C．电脑 D．电热水壶2、如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3V的电源，接通电路发热电阻温度升高，利用电流的实现高温封口。阻值为1Ω的发热电阻10s内产生J的热量。封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更（填“大”或“小”）的。3、如图是焦耳定律的实验装置，其中R1=5Ω，R2=R3=10Ω。只闭合S1可以探究电流产生热量与的关系，若电路中的电流为0.1A，通电10min电阻R1产生的热量为J。闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明（填“电流”或“电阻”）对产生热量多少影响更大。1、如图为“探究焦耳定律”的实验装置。两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正确的是()A．通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这种方法是控制变量法B．右侧电阻丝的阻值比左侧小C．通过右侧电阻丝的电流比左侧小D．该装置用于探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系2、如图所示的四种家用电器中，利用电流热效应工作的是（）3、电炉丝断了，去掉1/5后，仍接在原来的电源两端，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为（）A.5：4B.1：5C.5：1D.4：55、甲、乙两个电热器的电阻之比为5：4，通过的电流之比为2：1，通电时间之比为1：2，则电流通过甲、乙两个电热器产生的热量之比为（）A.5：2B.5：4C.2：5D.10：16、小明利用如图所示的装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油，煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的电阻丝是镍铬合金丝，电阻比较大．（1）通电一段时间后，小明发现烧瓶中温度计的示数大，表明其它条件相同时，导体的电阻越，产生的热量越多；（2）本试验使用了控制变量的科学方法：通过两金属丝串联的方式，控制和相同；还使用了转换的科学方法：把导体产生热量的多少转换为。为了保证这种转换的科学性，实验中采取的措施是；（3）小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置，则他应将其中一个烧瓶中的煤油换成相同的水，将甲烧瓶中的铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的相等的镍铬合金丝，并将两个烧瓶中的金属丝做绝缘处理。7、如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，请你仔细观察甲、乙两图，回答下列问题。（1）实验中，通过观察U形管中的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少；（2）实验中，两个完全相同装有空气的容器要（选填“密闭”或“开口”）；（3）甲装置可探究电流产生的热量与的关系，通电一段时间后，（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。（4）图甲的实验结论是；（5）图乙的装置是用来探究电流产生的热量与的关系。乙实验通电一段时间后，右侧U形管中的液面的高度差比左侧的（选填“大”或“小”）；（6）图乙的实验结论是。8、如图是小明设计的多挡位电烤炉简化电路，电路中电源电压保持不变，R1、R2和R3是发热电阻（不计温度对电阻的影响），R1上标有“12V9W”的字样，R2的阻值为8Ω。为了研究电阻的发热情况，小明将电压表接入电路，当只闭合开关S1时，电压表的示数为4V，电流表的示数为0.5A。求：(1)R1、R3阻值和电源电压各为多少？(2)当只闭合开关S2时，电路消耗的总功率为多少？(3)给这个电烤炉通电10min，该电烤炉最大的发热量是多少？1、有一个标有“220V或110V，500W”的电炉，它对应的电炉丝连线图如图所示，其中B为电热丝AC的中点抽头，下列说法正确的是（

）A.

将AB端与220伏特电源相连功率为250瓦特

B.

将AC端与220伏特电源相连功率为500瓦特

C.

将AC连在一起作为一个接线端，再将它和B端与110伏特电源相连功率为1000瓦特

D.

将AC端与110伏特电源相连功率为250瓦特2、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，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。下列说法正确的是（

）A.

该实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻的关系

B.

通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大

C.

将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系

D.

该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少3、为了同学们饮水安全、卫生，学校要安装一台电热水器，该电热水器的额定电压是380V，额定功率是15kW，连接该电热水器时，有四种绝缘铜芯导线供选择，其规格如表所示，从既安全又经济的方面考虑，选用导线的横截面积是(

)导线规格导线横截面积S/mm22.54610安全载流量I/A28374768A.

2.5mm2

B.

4mm2

C.

6mm2

D.

10mm24、如图所示是探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，电阻丝b的阻值为10Ω，其余电阻丝的阻值均为5Ω。（1）实验中通过比较U形管中的变化来判断电流通过导体产生的热量的多少。（2）甲装置可探究电流产生的热量与的关系。（3）乙装置通电一段时间后，（选填“c”或“d”）电阻丝产生的热量多。（4）若把乙装置右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，接通电源一段时间后，产生的热量情况是（选填“左瓶多”、“右瓶多”或“两瓶一样多”）。5、如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。（1）实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较与之相连的U形管中；（2）甲装置可探究电流产生的热量与的关系，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大；（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是使；（4）如果乙装置中R3发生了断路，保证电源电压及通电时间相同，与R3未发生断路时相比较，则左侧U形管中液面的高度差将（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在两个接线柱上即可。6、如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。两个相同的透明容器中密封着等量的空气，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。（1）该实验是通过观察U形管中液面的来判断导体产生热量的多少，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的有。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．扩散现象表明分子在不停地做无规则运动（2）甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与的关系，通电一段时间，（选填“a”或“b”）容器中电流产生的热量较多；如果甲图通过1的电流为2A，右侧容器b中定值电阻在10s内产生的热量是J；（3）通过观察乙图中的实验现象，可知（选填“c”或“d”）容器中电阻丝的阻值大。7、如图所示，是探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关