初中物理沪科版（五四制）(2024)九年级上册（2024）第13章 电功率第3节 焦耳定律导学案及答案

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知识梳理
1、通电导体放出的热量与哪些因素有关
结论：通电导体产生的热量跟 有关。
当电流和通电时间一定时，导体的电阻 ，产生的热量 。
当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流 ，产生的热量 。
当电阻和电流一定时，通电时间 ，产生的热量 。
2、英国物理学家焦耳经过多年的研究，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、电阻和时间的关系：电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成 ，跟导体的电阻成 ，跟通电的时间成 。这个规律叫做焦耳定律。
3、焦耳定律
3.1、内容：电流通过导体所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。
3.2、表达式：Q=I2Rt，其中Q表示热量，单位是焦耳，适用于任何电路。
3.3、拓展：
(l)纯电阻电路：电路中的用电器将电能全部转化为内能的电路。即满足：W=Q
(2)非纯电阻电路：电路中的用电器除将电能转化为内能外，还将电能转化为其他形式的能的电路。即满足：W>Q
4．电热的计算式
Q热=Pt=I2Rt，串、并联电路中放出的总热量Q总=Q1+Q2+…+Qn。
4.1、在纯电阻电路中，电流所做的功全部转化为内能，这时计算电热可利用下面的公式：Q热=W=Ult=I2Rt=U2Rt。
4.2、 在非纯电阻电路中，电流所做的功不再等于导体产生的热量，而是大于这个热量，故计算电热只能用公式Q=I2Rt。
4.3、点拨：在焦耳定律的运用中，对以上三个不同形式的公式，应该针对具体问题的条件选择使用。
(1)当几个电阻串联，因为流经各电阻的电流相等，通电时间也相等，选用公式Q=I2Rt可知，导体产生的热量与电阻R成正比。
(2)当几个电阻并联时，各电阻两端的电压相等，当通电时间相同时，根据Q=U2Rt，可知产生的热量与导体的电阻成反比。
5．电热功率的计算
P热=I2R，即电流通过导体时产生的热量的功率跟导体的电流的平方成正比，跟导体的电阻正正比。
6、焦耳定律实验中的控制变量法
焦耳定律的实验运用了控制变量法，当两段电阻串联时，控制电流和通电时间相同，得出产生的热量与电阻大小有关，当两电阻并联时，控制电阻和通电时间不变，得出产生的热量与电流大小有关。
专题讲练1
1.1、焦耳定律
1、将规格都是“220 V 180 W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是( )。
A电冰箱产生的热量最多 B．电风扇产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
2、将规格都是“220 V 180 W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是( )。
A电冰箱产生的热量最多 B．电风扇产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
3、把一台电动机接入电压 220V 的电路中，正常工作时通过电动机的电流为 5A，电动机线圈的电阻为 4Ω，1min 通过线圈的电流产生的热量为( )
A、1100J B、6000J C、66000J D、3000J
4、某长度为 L 的均匀导线接在电源上。每分钟产生的热量为 Q。把这段导体对折后仍接在这个电源上，则每分钟产生的热量是( )
A、2Q B、4Q C、Q/2 D、Q/4
5、单位时间内甲电炉产生的热量比乙电炉产生的热量多，可以断定( )
A、甲电炉比乙电路电阻大 B、甲电炉的电压比乙电炉的电压大
C、甲电炉比乙电炉的额定功率大 D、甲电炉比乙电炉的实际功率大
6、白炽灯、电烙铁和电动机上都标有“220V 60W”字样，它们均正常工作 1h，产生热量最多的是( )
A、白炽灯 B、电烙铁 C、电动机 D、产生的热量相同
7、现将标有“220V 100W”的电冰箱、电风扇、电炉各一台，分别接入电路中均正常工作，在相同时间内（ ）
A．三个用电器产生的热量相同 B．电风扇消耗的电能最多
C．电炉将消耗的电能转化为内能最多 D．单独将电冰箱接入电路时，电能表转得最快
1.2、电热的计算
1、把两段阻值相等的电热丝串联后接在电源上，在时间 t 内电流做功 W1若把这两段电热丝并联后接在同一电源上，在时间 t 内电流做功为 W2，则 W1 与 W2之比是( )
A、4：1 B、2：1 C、1：4 D、1：2
2、如图是两定值电阻 A 和 B 的电流与电压的关系图象。如果将两个电阻 A 和 B 串联后接在3V 的电源两端，则下列结论错误的是 （ ）
A．B 两端电压为 A 两端电压的两倍
B．电流通过 B 产生的热量是通过 A 产生热量的四倍
C．B 的电功率是 A 的电功率的两倍
D．B 的电阻是 A 的电阻的两倍
3、图甲所示电路中，电源电压不变，R2 是“20Ω，1A”的滑动变阻器，R1是定值电阻，电压表量程为 0~15V。闭合开关 S，在保证电路元件安全的情况下，滑片移动过程中，电压表示数与滑动变阻器接入电路的电阻的变化情况如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．电源电压为 10V
B．R1 的阻值为 10Ω
C．R2 的最大功率是 4.5W
D．当滑动变阻器调至最右端，通电 1min，电流通过 R1产生的热量为 1080J
4、电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台线圈电阻是 10Ω 的电动机，当电动机两端加 220V 电压时，通过电动机线圈的电流为 1A，电动机工作 5 分钟所输出的机械功是 J。
5、甲图是小灯泡 L 和电阻 R 的 I−U 图象．将小灯泡 L 和电阻 R 接入乙图所示电路中，只闭合开关 S1时，小灯泡 L 的实际功率为 1W．下列说法错误的是（ ）
A．只闭合开关 S1时，小灯泡 L 的电阻为 4Ω
B．再闭合开关 S2时，电流表示数增加 0.2A
C．再闭合开关 S2时，电路总功率为 1.4W
D．再闭合开关 S2后，在 1min 内电阻 R 产生的热量为 240J
6、在如图所示的电路中，灯泡 L 标有“6V6W”字样，电源电压及灯泡电阻均保持不变，滑动变阻器最大阻值为 20Ω，定值电阻 R0=10Ω。当 S、S1 都闭合，滑片 P 移动到最左端时，灯泡 L 正常发光，则下列说法不正确的是（ ）
A．电源电压为 6V
B．电流表的示数为 0.6A
C．灯泡的额定电流为 1A
D．当 S 闭合、S1断开，且滑片 P 移动到最右端，通电 1min 电路产生的总热量为 72J
7、如图甲所示电路，电源电压不变，R1、R2是定值电阻，R2=2R1，闭合开关 S，电流表和电压表示数如图乙，则通电 5min 后，R1、R2 产生的总热量为 J。
8、小明家买了一个家用电吹风，其简化电路如图甲所示，主要技术参数如下表。
由于热风功率看不清，小明决定，利用家庭中的电能表和钟表来测定电吹风吹热风时的电功率。于是，他将电吹风单独接入家庭电路中，电吹风在吹热风状态下工作 2min，小明发现电能表指示灯闪烁了 64 次。求：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？
（2）电吹风内电动机的电阻是 1Ω，电吹风吹冷风 1.5min 产生的热量是多少？
（3）电吹风吹热风时的功率是多少？
1.3、焦耳定律实验
1、小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油，烧瓶A中浸泡着一段铜丝，电阻较小；烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝，电阻较大，温度计显示煤油的温度。
(l)为保证实验科学合理，两个烧瓶中所装煤油的质量应该 。
(2)实验中，小宇和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量 。
2、小明用如图甲和图乙所示的实验装置分别探究“电流通过导体产生的热量与电阻、电流的关系”。
(1) 图甲所示实验中通过 来比较电流产生的热量的多少。
(2) 为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入相同的初温和 的煤油。其中 瓶中煤油的温度升高得快。
(3) 实验中选用煤油而不用水的原因是：
。
(4) 用如图乙所示的实验装置探究，得到的结论是：
。
(5) 本实验中的探究方法是 和 。
3、实验桌上有两个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有质量和初温都相同的煤油，两个烧瓶内分别装有阻值不同的电阻丝 R1 和 R2，两个完全相同的温度计，满足实验要求的电源和开关各一个，导线若干。小阳利用以上器材探究电流产生的热量与哪些因素有关，他将相关实验器材接成图所示的电路，闭合开关一段时间，两个同学同时观察两只温度计的示数。
(1) 该实验探究的是电流通过导体产生的热量与 是否有关；
(2) 在此实验中，温度计示数的变化反映了 ；
(3) 此实验器材中没有测量时间的工具，他是通过操作 来确保通电时间相同的。
4、为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如图所示的甲、乙两种装置，他将两根阻值不同的电阻丝(R1＜R2)分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变。
(1) 实验中通过 的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少。
(2) 甲装置是串联电路，保证电流相等的同时控制 相等，因此可探究电流产生的热量与 的关系。
(3) 在装置甲、乙的两次实验中，通过比较相同时间里气球 B 与 D 的变化情况，可探究电流产生的热量与 的关系。
(4) 甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与 (填气球字母标号)气球相通的电阻丝产生的热量最多。
5、实验小组的同学为了探究影响电流通过导体产生热量多少的因素，提出以下猜想：电流通过导体产生热量的多少可能与通过的电流、电阻和时间有关。准备了两个相同的烧瓶，内装质量相等的煤油，两个带有橡胶塞的规格完全相同的温度计，三个规格完全相同的滑动变阻器，四根电阻丝(R1＞R2，R3=R4)，以及电源、开关、导线等。
(1) 甲方案中，闭合开关，通过一段时间后，温度升高较多的是 温度计(选填“A”或“B”)。
(2) 乙方案要探究的是电流通过导体产生热量的多少跟 的关系。
6、在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（ ）
①U 形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的
②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于 10Ω
④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
7、图是探究“影响电流热效应因素”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．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
8、小明用如图甲所示装置探究两种液体的吸热能力，两烧瓶中的电阻丝相同。甲实验中，必
须取质量相等的 A、B 两种液体。根据实验测得的数据描绘出 A、B 两种液体的温度随加热
时间变化的图像如图乙所示，分析图乙可知___________（选填“A”或“B”）的吸热能力更强。
若加热过程中无热量损失，已知 A 的比热容为 2.4×103 J/(kg·℃)，则 B 的比热容为___________J/(kg·℃)；若在甲、乙两瓶中，液体是质量相同的同种液体，甲乙电阻丝的阻 值不同，则该装置可用来探究电流产生的热量与___________的关系。
知识点 2 电流热效应的应用与控制
1、电流通过导体，导体会发热的现象，叫做电流的 。
2、电热器：利用电来加热的设备并且把电能完全转化为热。
3、电热器的构成：电热器的主要组成部分叫发热体，而发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的，电流通过电阻丝发热。用电来加热的设备都是电热器。
4、电热的利用
电流热效应的应用很广泛，如电熨斗、电热水壶、电吹风、电饭煲等都用到了电流热效应的原理。
5、电热的防止
不是利用电流热效应工作的用电器，电流产生的热量造成了电能的浪费，应尽量减小。
有些用电器为了避免因温度过高而影响正常工作，采取了散热措施，如电脑、电视机、电冰箱等。
电热会使用电器温度过高，影响用电器的工作、使用寿命，甚至损坏用电器，在用电器上装有散热窗、金属片外壳、散热风扇等，可用来防止电热的破坏。
专题讲练2
1、下列常见用电器中不是利用电流热效应工作的是( )。
A. 电炉 B.电动机 C. 电饭煲 D.电熨斗
2、如图电炉中的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、导线的绝缘皮隔热
B、导线散热比电阻丝快
C、通电导线的电流小于通过电阻丝的电流
D、导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量较少