第19讲 焦耳定律本讲内容在中考中命题多以生活中的用电器为背景，主要考查：电流的热效应，有时还与热学知识、效率的知识综合考查，题型多为填空题．近三年在河北省中考中的具体情况如下表：考点考点内容年份题号题型分值考查内容考点1电流热效应202225填空题1纯电阻的焦耳定律202226填空题1焦耳定律 探究电流的热效应实验探究探究电流通过导体时产生的热量跟电阻的关系探究电流通过导体时产生的热量跟电流的关系实验装置探究方法_________法、___________法设计方法通过液面高度的变化判断电阻产生热量的多少电阻串联的目的是控制_______和________相同将等大的电阻串联，然后再将第三个电阻与其中一个并联，目的是改变通过_______的大小结论在电流、通电时间相同的情况下，电阻越____，产生的热量越多在电阻、通电时间相同的情况下，通过的电流越_____，产生的热量越多补充若该试验用温度计和液体来做实验，应选煤油，因为煤油的________较小；两烧瓶中煤油的和________要相同；通过观察温度计的_______来判断电热的多少 【提示】 电流通过用电器，将电能转化为热能的现象叫电流的热效应．电流的热效应是电流的普遍现象． 焦耳定律内容电流通过导体产生的热量跟_______成正比，跟______成正比，跟_____成正比基本公式Q=I2Rt（普遍适用）导出公式Q=W=Pt=UIt=U2/Rt=I2Rt（纯电阻使用） 电热的利用和防止1．电热的利用——电热器原理电流的___效应组成主要结构：发热体优点清洁卫生，没有环境污染效率__________11\n可以方便地控制和调节温度示例电饭煲、电烙铁、电烤箱 2.电热危害及防止危害烧坏用电器加速绝缘材料的老化造成输送电能过程中电能损失防止安装______________安装散热片安装_____________ 【提示】 保险丝利用电热将自身烧断，从而保护电路中的导线不被烧坏，这里利用了“逆向思维”．命题点1 焦耳定律的理解与应用 (2022·石家庄长安区模拟)一台线圈电阻为0.3Ω的电动机，接在12V的电源上时，通过电动机的电流为0.5A，在2min内电流产生的热量是________J，转化成的机械能为________J.电学计算要分清纯电阻用电器和非纯电阻用电器的计算，纯电阻用电器Q＝W，非纯电阻用电器Q<W，电动机是非纯电阻电路，线圈产生的热量小于电动机正常工作时消耗的总电能．此时热量计算只能使用Q＝I2Rt.1．(2022·宿迁)电炉中电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为()A．通过导线的电流小于通过电阻丝的电流B．导线的绝缘皮隔热C．导线散热比电阻丝快D．导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量很少2．(2022·无锡)某物理兴趣小组想利用如图所示的装置比较铝和某种合金材料的导电性能．(1)他们应该选用____________和长度都相同的铝丝和合金丝．(2)在两个相同烧瓶分别装入等质量的煤油．接通电路后，他们发现甲烧瓶中煤油的温度比乙烧瓶中煤油的温度升高得慢，这说明________丝的导电性能较强．3．(2022·成都)如图所示，是晨晨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0.3A，则甲电阻丝在1min内产生的热量为________J.命题点2 电热器的“多档”问题11\n (2022·石家庄桥西区模拟)小明家新买了一个电热煎药壶，原本有高中低三档功率，用了一段时间后发现低温档不能工作，高温档和中温档发热相同．小明翻阅说明书查到电热煎药壶工作电路如图所示，小明想到造成故障的原因是________________，说明书上还写着“高温档400W、中温档200W、低温档100W”的字样，那么小明应该找一个________Ω的电阻丝来修复这个壶，此壶在高温档工作________min可使1L、初温为20℃的药液温度升高到100℃.[c药液＝4.2×103J/(kg·℃)、ρ药液＝1×103kg/m3，不计热量损失]多档电功率问题，关键是正确理解和画出高温档和低温档涉及的电路形式．对于家庭电路的电压，一般电压220V是不变量，据P＝可知，功率与电阻成反比，即电路中的电阻越小，实际功率越大是高温档，反之是低温档，若电阻值居中，则对应中温档．常见的形式有：a．高温档：单接电热丝R1，电功率P＝U2/R1；低温档：R1和R2串联，其中若R2为电热丝，电功率P＝，若R2为外接电阻，电功率P＝U/R1，其中U1＜U.b．高温档：并联电热丝R1和R2，电功率P＝U2/R总；低温档：单接R1或R2，电功率P＝U2/R1或P＝U2/R2.c．高温档：并联电热丝R1和R2，电功率P＝U2/R并＝U2/R1＋U2/R2；中温档：单接电热丝R1或R2，电功率P＝U2/R1或P＝U2/R2；低温档：R1和R2串联，电功率P＝U2/(R1＋R2). 4．(2022·河北模拟)某品牌电热饮水机有加热和保温两种工作状态，从说明书上收集到如下数据及如图所示的电路原理图(其中S0为温控开关)．当开关S0断开时，水箱中的水温度________(填“高”或“低”)，饮水机处于________状态．水箱中装满水后，闭合S，需要________min可使水从25℃升高到85℃.[ρ水＝1×103kg/m3、c水＝4.2×103J/(kg·℃)]热水箱容量2L额定电压220V加热时的功率1200W保温时的功率40W5．(2022·河北模拟)某同学家中有个自动电热水瓶，如图和表格是它的电路原理图及参数．A为自动温控开关，当水的温度达到设定温度时自动断开电路；低于设定温度时，自动接通电路．已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)．则：型号P21.55·B电源AD220V50Hz11\n加热功率1000W保温功率40W水容量1.0L(1)电热水瓶放出热量的90%被水吸收，将一瓶1kg、20℃的水加热到92℃时，电热水瓶应正常工作多长时间？(2)请分析黄灯亮时电热水瓶处于保温状态还是加热状态？(不考虑指示灯对电路的影响)(3)求发热丝R1、R2的阻值．11\n命题点 探究焦耳定律主要考查控制变量法在实验中的应用，及控制条件的理解，对实验探究过程的理解． (2022·临沂)如图所示，甲、乙两个完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为R甲、R乙的电阻丝，瓶中插入温度计a、b.(1)利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入质量、初温均相同的煤油，闭合开关一段时间，可以通过温度计____________情况，判断电阻丝产生热量的多少，此方案是探究________和时间相同时，电流通过电阻丝产生的热量与________大小的关系．(2)在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝阻值R甲________R乙时，可以比较不同物质的吸热能力．若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体的比热容关系是c甲________c乙．焦耳定律采用控制变量法，探究电热与电阻的关系，通电时间和电流不变，改变电阻，通过烧瓶内温度计示数升高的多少，分析产生电热的多少，此处利用了转换法．(3)小强利用该装置改做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，他们将其中一烧瓶中的煤油换成________(填“质量”或“体积”)相等的水，并使甲、乙两烧瓶中金属丝的电阻的规格________(填“相同”或“不相同”)．水和煤油吸热升温，这是通过________来改变液体内能的．此时通过观察________________(填“温度计示数”或“加热时间长短”)表示吸收热量的多少．(4)该装置通过温度计示数的变化情况，判断电阻丝产生热量的多少，这是采用了________法．你还可以把电阻丝产生热量的多少转换为________________________等等．(5)为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小强选用煤油而不用水做实验，主要是由于____________________________．(6)小强用如图1装置也对“电流产生的热量与哪些因素有关”进行了探究，在两个密闭容器中装有质量________(“相等”或“不等”)的空气，并各放置一根阻值不同的电阻丝，此装置可研究电流产生的热量与________的关系，如图2是两密闭容器中的电阻丝，阻值一样，但在其中一容器外并联上一个阻值相同的电阻，此装置研究的是电流产生的热量与________的关系，两个实验都是观察U型管中液面的________来比较电阻丝产生热量的多少．如果通过图2装置左边容器中5Ω的电流为0.8A，则其右边容器中的空气1分钟内最多可从电阻丝吸收________J的热量(忽略环境影响)．如果通电一段时间，发现其中一个U形管液面高度几乎不变，则出现该现象的原因可能是________________________．11\n一、选择题1．(2022·潍坊)下列图中所示的家用电器，利用电流的热效应工作的是()A．电暖气B．洗衣机C．电风扇D．电视机2．(2022·杭州)加在某电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的电热功率为()A．PB.C.D．P3．(2022·乐山)如图所示，将三个相同的空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，用三段阻值不同的电阻丝(R1＜R2＜R3)分别给三个烧瓶中的空气加热，通电一段时间后体积变化最大的气球是()A．aB．bC．cD．三个相同4．(2022·武汉)下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形管中液面的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．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C．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少的5．将阻值为40Ω的电阻丝接在电源两端，通电10min，电流产生的热量是1.5×103J，若将阻值为10Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电10min，电流产生的热量是()A．1.5×103JB．3.75×103JC．7.5×103JD．6.0×103J6．(多选)(2022·崇左)如图是探究电流热效应的实验装置．烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积均相同，则()11\nA．在甲图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系B．在乙图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系C．在甲图中，闭合开关一段时间后，两个瓶中温度计示数相同D．在乙图中，相同时间内，电流越大，温度计的示数升得越多7．(多选)(2022·石家庄内四区模拟)如图是一种热水器的铭牌．下面的表述中不正确的是()DR－1220V50Hz1000WA.电热水器在额定电压220V时产生1000W的电热B．电热水器在额定电压220V时产生1000W的电热功率C．电热水器的热效应是电流通过发热体的电阻时产生的D．电热水器正常工作20min，电流做的功是2×104J二、填空题8．(2022·山西)英国物理学家________做了大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，其计算公式是________．这一发现发展了电热学理论，为电热应用作出了杰出的贡献．9．(2022·济宁)某导体电阻为10Ω，通电5min产生的热量是1200J，当通过该导体的电流增大为原来的2倍时，在相等时间内产生的热量是________J.10．(2022·玉林)某电热水壶正常工作时的电流为5A、电阻为42Ω.假设电热水壶正常工作时电能全部转化为水的内能，工作5min后，水吸收的热量为________J，此热量能把质量为1kg、温度为20℃的水加热到________℃.[水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)]11．(2022·威海)如图所示，电源电压恒为12V，闭合开关S，当滑动变阻器的阻值为10Ω时，电压表的示数为10V，此时电动机正常工作，则滑动变阻器消耗的功率是________W；若电动机内部线圈的电阻为2Ω，则通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量是________J.12．(2022·眉山)电动机在工作时会产生大量的热，因此利用油对电动机降温．已知电动机正常工作的电压为220V，电阻为5Ω，通过的电流为10A，则5min内电动机产生的热量为________J；产生热量的80%被油吸收，这些热量可以使质量为4kg的油温度上升________℃.[c油＝2.0×103J/(kg·℃)]．三、实验题13．(2022·淄博)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，乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大．11\n(1)通电一段时间后，小明发现________烧瓶中温度计的示数大，表明其他条件相同时，导体的电阻越________，产生的热量越多．(2)本实验使用了控制变量的科学方法：通过两段金属丝串联的方式，控制________及____________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________________________相等的镍络合金丝，并将两个烧瓶中的金属丝做绝缘处理．14．(2022·北京)如图所示，实验桌上有两个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有质量相等，初温相同的煤油，完全相同的温度计，烧瓶内还分别装有阻值为10Ω的电阻丝R1和阻值为5Ω的电阻丝R2.实验桌上还有满足实验要求的电源、电阻箱和开关各一个，电流表和停表各一块，导线若干．小新利用上述实验器材证明“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”．小新的主要实验过程如下：①将电阻箱、电流表及图所示的装置甲等电路元件串联接入电路中，将电阻箱的阻值调为5Ω.②闭合开关，同时按下停表开始计时，记录电流表的示数为0.3A，通电时间为2min时，停止计时，记录此时温度计的示数40℃，断开开关．③用图所示的装置乙替换电路中的装置甲，将电阻箱的阻值调为10Ω，闭合开关，同时按下停表开始计时，观察电流表示数仍为0.3A，当温度计示数为40℃时，停止计时，读出通电时间5min，记录数据，断开开关．于是小新认为“电流表通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”．请根据以上叙述回答下列问题：(1)小新实验过程中存在的问题：____________________．(2)请你针对小新实验过程中存在的问题，写出改进措施：________________________________________．四、计算题15．(2022·昆明)如图所示的电路中，电源电压不变，R1＝3Ω，R2＝6Ω.(1)当Sl、S3断开，S2闭合时，电流表示数为1A，求电源电压．11\n(2)当S1、S3闭合，S2断开时，求：①电路中的总功率；②通电1min，电阻R1产生的热量．16．(2022·平凉)在一次课外探究中，王华观察了他家的某品牌双层电烤箱．看说明书后得知电烤箱采用双控电路，电路如图所示，S为总开关，S1和S2为两个温控开关，R1和R2为上、下两层的加热电阻，上、下层同时加热时额定功率为1600W，其中R1＝3R2.(1)电烤箱上、下两层同时正常工作时，R1消耗的电功率是多少瓦？(2)只有R1正常工作时，通过R1的电流是多少？(计算结果保留一位小数)(3)王华妈妈总感觉做晚饭时烤熟同一种食物所用时间比在其他时段要长．王华决定用家中的电能表和手表测量做晚饭时电烤箱的实际功率．他观察家里电能表标有“220V 20(40)A 50Hz 3200r/kW·h”的字样．于是，他关闭家中其他用电器，仅让电烤箱单独工作(上、下层同时加热)30秒，电能表转盘转过了32转．①电烤箱的实际功率是多大？②做晚饭时电烤箱实际功率变小的原因是：_________________________________________________.17．(2022·山西)几千年来中国的厨艺最讲究的就是“火候”二字，现在市面上流行如图所示的新型电饭锅，采用了“聪明火”技术，电脑智能控温、控压，智能化控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的口感和营养，其简化电路如图甲所示．R1和R2均为电热丝，S是自动控制开关．把电饭锅接入220V的电路中，用电饭锅的“聪明火”煮米饭，电饭锅工作时的电流随时间变化的图像如图乙所示．(1)求电热丝R2的阻值(计算结果保留一位小数)；11\n(2)这个电饭锅在0～15min把质量为1.1kg的米饭由20℃加热到100℃，求电饭锅在这段时间内加热的效率．[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]参考答案考点解读考点1 转换 控制变量 电流 通电时间 电流 大 大 比热容 初温 质量 示数考点2 电流的二次方 导体的电阻 通电时间考点3 1.热 高 2.散热风扇 散热窗各个击破例1 9 711 例2 电阻丝R2断路 242 14 题组训练 1.D 2.(1)横截面积 (2)铝 3.串 27 4.高 保温 7 5.(1)Q吸＝ηW，即cmΔt＝ηP加热t，代入数据得：4.2×103J/(kg·℃)×1×10－3m3×1×103kg/m3×72℃＝90%×1000W·t 解得t＝366s；(2)当黄灯亮时，R1与R2串联 P＝，当黄灯不亮时，R1短路，P′＝，∵R1＋R2>R2，∴P<P′，即黄灯亮时为保温状态；(3)加热状态时R2＝＝＝48.4Ω，保温状态时：R1＝－R2＝－48.4Ω＝1161.6Ω.实验突破例 (1)示数的变化 电流 电阻 (2)＝ ＜ 拓展训练 (3)质量 相同 热传递 加热时间长短 (4)转换 气球膨胀的体积大小 (5)煤油的比热容比水小 (6)相等 电阻 电流 高度差 48 空气盒有可能漏气(合理即可)整合集训1．A 2.C 3.C 4.C 5.D 6.AD 7.AD 8.焦耳 Q＝I2Rt 9.4800 10.3.15×105 95 11.0.4 24 12.1.5×105 15 13.(1)乙 大 (2)电流 通电时间 煤油升高的温度 在两个相同的烧瓶中盛放质量和温度都相同的煤油 (3)质量 电阻(或长度和横截面积) 14.(1)没有控制时间一定 (2)加热相同的时间，观察温度计示数变化 15.(1)当S1、S3断开，S2闭合时，R1、R2串联，U＝I(R1＋R2)＝1A×(3Ω＋6Ω)＝9V．(2)①当S1、S3闭合，S2断开时，R1、R2并联，R总＝＝＝2Ω，P总＝＝＝40.5W；②Q1＝t＝×60s＝1620J． 16.(1)由P＝，得＝＝，P1＋P2＝1600W，所以P1＝400W；(2)由P1＝UI1得I1＝＝＝1.8A；(3)①30秒电能表转盘转过了32转，则W＝kW·h＝0.01kW·h，所以：P＝＝＝1200W．②用电高峰，实际电压小于额定电压，电烤箱实际功率小于额定功率． 11\n17.(1)当开关S闭合时，电路中只有R2工作，从图乙可知通过R2的电流I＝3A，根据I＝可得，R2的电阻R2＝＝≈73.3Ω；(2)米饭吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×1.1kg×(100℃－20℃)＝3.696×105J，0～15min消耗的电能：W总＝W1＋W2＝UI1t1＋UI2t2＝220V×3A×10×60s＋220V×2A×5×60s＝5.28×105J，电饭锅加热的效率：η＝＝＝70%.11
