初中物理人教版九年級全冊第十八章電功率第4節(jié)焦耳定律 省賽獲獎

焦耳定律及其應(yīng)用練習(xí)1、小明為了探究電流的熱效應(yīng)，找來了如下器材：12V的電源，開關(guān)，一段電爐絲，粗細(xì)、長短與電爐絲相同的銅導(dǎo)線，蠟和導(dǎo)線若干。他設(shè)計(jì)了一個簡單的實(shí)驗(yàn)：把電爐絲和銅電線串聯(lián)起來接到電源上，在電爐絲和銅導(dǎo)線上分別滴上幾滴熔化的蠟。等蠟?zāi)毯螅仙祥_關(guān)，過一會兒，發(fā)現(xiàn)電爐絲上的蠟熔化了。而銅導(dǎo)線上蠟沒有熔化。(1)他的這個簡單實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒苡脕硖骄侩娏鞯臒嵝?yīng)？(2)他把電爐絲和銅導(dǎo)線串聯(lián)在電路中的目的是什么？(3)電爐絲上的蠟?zāi)苋刍?，而銅導(dǎo)線上的蠟沒熔化，由此你能得出什么結(jié)論？2、某電熱水壺的銘牌如下表所示。小菲研究有關(guān)資料后得知，在正常情況下用9min可燒開一壺20℃的水（在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）。一天她用這個熱水壺，燒開同樣的一壺水卻用了10min。問：（1）燒開這壺水需要吸收多少熱量？（2）當(dāng)時的電壓是多少？（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）（3）燒開同樣一壺水所用的時間不同的主要原因？3、你肯定見過，風(fēng)扇通電后的轉(zhuǎn)速是由慢逐漸變快的．那么你猜在這個過程中，通過風(fēng)扇內(nèi)電動機(jī)的電流會不會變化呢？如果轉(zhuǎn)動中的風(fēng)扇因?yàn)槭艿阶璧K而停止，通過風(fēng)扇內(nèi)電動機(jī)的電流又會如何變化?會帶來什么后果呢？讓我們做一個簡單的實(shí)驗(yàn)吧．如圖，把一個玩具電動機(jī)、一個小燈泡和電池串聯(lián)起來．接通電路后，電動機(jī)便開始由慢到快轉(zhuǎn)動起來．這時

我們會發(fā)現(xiàn)，剛通電時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速還較慢，燈泡最亮．而隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速變快，燈泡則逐漸變暗了．并且當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)得最快時，燈泡也最暗．怎么樣，你一定覺得很新奇有趣吧？那么現(xiàn)在讓我們一起來動動腦筋，請你根據(jù)上述現(xiàn)象分析回答下列問題：(1)在圖示的電路中，如果用手指捏住玩具電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸使其轉(zhuǎn)動變慢最后完全停下來，燈泡的亮度將____________，通過電動機(jī)的電流將

_____________．（填“變大”、“變小”或“不變”）(2)家用電風(fēng)扇的主要部分就是電動機(jī)．如果轉(zhuǎn)動中的電風(fēng)扇受到外物阻礙，（如有衣服被吸到扇頁上）而無法轉(zhuǎn)動，可能會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生．請你簡要分析其中的原因．4、為了解決老師們在辦公時的飲水問題，學(xué)校新進(jìn)了一批臺式溫?zé)犸嬎畽C(jī)，其銘牌如下表所示。右圖是飲水機(jī)的簡化電路圖，S是用感溫材料制成的溫控開關(guān)，R1是電阻，R2是供加熱用的電阻絲。請計(jì)算：額定電壓220v環(huán)境溫度10℃～38℃額定頻率50Hz環(huán)境濕度≤90%加熱功率550W耗電量制熱水能力≥90℃5L/h防觸電類別

I類1.再加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時電路中的電流是多大？

2.正常工作時，該飲水機(jī)將熱水罐中、18℃的水加熱到93℃，用時6min。則該飲水機(jī)的加熱狀態(tài)時熱效率為多少？

3如果要使R2在保溫狀態(tài)時的功率是加熱時的功率的一半，R1和R2的比值是多少？5、我們知道：“電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量，與電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時間成正比．”這就是焦耳定律，用公式可表達(dá)為：Q=I2Rt.愛動腦筋的小明在探究這個問題時，設(shè)計(jì)了圖示的實(shí)驗(yàn)，只連接一次電路就完成了實(shí)驗(yàn)探究．他的方法是用電阻絲（其中R甲≠R乙）給燒瓶中的煤油（煤油質(zhì)量相同）加熱，然后觀察煤油在插入密封燒瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以對比電阻絲放熱的多少．請你仔細(xì)觀察小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，并應(yīng)用所學(xué)知識分析回答下列問題：(1)探究電熱的多少與電流的關(guān)系，應(yīng)該對比

兩個燒瓶中煤油柱上升的高度，而這兩個燒瓶中電阻絲阻值應(yīng)該

．(2)探究電熱的多少與電阻的關(guān)系，應(yīng)該對比

兩個燒瓶中煤油柱上升的高度．(3)有許多家用電器的工作原理即為焦耳定律，請舉兩個例子．6、如圖是一種測電阻的實(shí)驗(yàn)電路，R1是電阻箱，電源電壓保持9V不變。（1）當(dāng)開關(guān)擲向1時，電壓表示數(shù)為3V，此時電阻箱的電阻為6Ω，求R2上電流在1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量是多少？（2）當(dāng)開關(guān)擲向2時，燈泡恰好正常發(fā)光，電壓表讀數(shù)為原來的2倍，求燈泡的額定電壓和額定功率。7、飲水機(jī)是一種常用的家用電器，其加熱水槽部分工作原理電路圖如圖，其中S是一個溫控開關(guān)，R1為電加熱管，當(dāng)飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)時，水被迅速加熱，達(dá)到預(yù)定溫度時，S自動切換到另一處于保溫狀態(tài).請回答下列問題：（1）A、B是兩種不同顏色的指示燈。如果用紅色表示正在對水加熱，黃色表示保溫，請標(biāo)明指示燈的顏色，應(yīng)該是A為

色，B為

色。（2）若飲水機(jī)加熱時加熱管的功率為550W，而保溫時加熱管的功率為88W，則電阻R2的阻值為

（不考慮溫度對阻值的影響，且不計(jì)指示燈的阻值）8、三年一班同學(xué)用泡沫塑料為校運(yùn)會制作吉祥物“菲菲”，小明、小軒、小杰三位同學(xué)分別制作了三把不同的電熱鋸，用來切割泡沫塑料，如圖13。制作過程中他們發(fā)現(xiàn)這些鋸的切割能力不同。小明說：“電熱鋸的切割能力可能與電熱絲的材料有關(guān)”；小軒說：“電熱鋸的切割能力可能與電源電壓有關(guān)”；小杰說：“電熱鋸的切割能力也可能與電熱絲的粗細(xì)有關(guān)”。為了驗(yàn)證猜想是否正確，他們找來了相應(yīng)的器材通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。(1)請你選擇其中一個猜想，提出驗(yàn)證的方法。(2)在切割泡沫塑料的過程中，他們發(fā)現(xiàn)所使用的干電池很快就沒電了，就連接上小燈泡也不亮。對于這些廢舊電池，你應(yīng)該怎樣處理？

9、Rl＝400Ω，R3＝20Ω，電源電壓U＝12V，當(dāng)Sl、S2斷開時，電流表的示數(shù)為．求：（1）R2的阻值．（2）Sl、S2閉合時電流表的示數(shù)．（3）Sl、S2閉合時，通電10s電路產(chǎn)生的熱量．10、某同學(xué)用如圖所示的裝置研究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體電阻大小的關(guān)系，圖中兩個燒瓶內(nèi)盛有質(zhì)量和初始溫度都相同的煤油，溫度計(jì)用于顯示瓶內(nèi)油的溫度，甲瓶中電阻絲的電阻大于乙瓶中電阻絲的電阻。實(shí)驗(yàn)時，該同學(xué)想把兩瓶中的電阻絲串聯(lián)接入電路:（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，幫他完成電路。（2）這樣連接電路的目的是

。（3）實(shí)驗(yàn)過程中可以觀察到甲瓶中溫度計(jì)的示數(shù)大于乙瓶中溫度計(jì)的示數(shù)，這表明

11、如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路是小陽同學(xué)為探究“焦耳定律”所設(shè)計(jì)的，他的方法是用電阻絲給燒瓶中的煤油（煤油質(zhì)量相等）加熱，然后觀察插入密封燒瓶里的玻璃管中煤油柱上升的高度，就可以對比電阻絲放熱的多少。請你仔細(xì)觀察小陽設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，并應(yīng)用所學(xué)的知識分析回答下列問題：（1）探究電流產(chǎn)生熱的多少與電阻的關(guān)系時，應(yīng)斷開開關(guān)S2、閉合開關(guān)S1，通過對比甲、乙兩個燒瓶中煤油柱上升的高度，而這兩個燒瓶中電阻值應(yīng)該是

的。（選填“相等”或“不相等”）（2）探究電流產(chǎn)生熱的多少與電流的關(guān)系，可斷開開關(guān)S1、閉合開關(guān)S2，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變通過電阻丙的電流，并在相同的

里，觀察燒瓶中煤油柱上升的高度。12、與小功率用電器相比，大功率用電器在使用時插頭發(fā)熱比較厲害，而連接的導(dǎo)線不怎么熱。這一現(xiàn)象激發(fā)小明同學(xué)要探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的問題?，F(xiàn)有如圖所示的器材：裝有相等質(zhì)量煤油的A、B、C三個相同的燒瓶、溫度計(jì)三支、兩根電阻相同的錳銅合金線、一根鎳鉻合金絲、電源一個、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干。(1)在探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻有關(guān)”時：①將B、C兩燒瓶的錳銅合金絲和鎳鉻合金絲串聯(lián)接入電路，其目的是

②隨著時間增加，兩瓶中煤油溫度都逐漸上升，說明通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與

有關(guān)。③已知鎳鉻合金絲比錳銅合金絲的電阻大，通電一段時間后，燒瓶

中的煤油溫度上升

快。由此，小明得出結(jié)論：通電時間一定，電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。④另一個同學(xué)指出小明的結(jié)論不嚴(yán)密，請你將小明的結(jié)論補(bǔ)充完整，

(2)在探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系”時：①小明猜想：時間與電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流越大，該導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量就越

。②在原來電路的基礎(chǔ)上，請你將A燒瓶中錳銅合金絲接入電路中，使該電路能用來探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的大小的關(guān)系”這一問題。13、某一電飯鍋，內(nèi)部電路如圖7所示。R1是加熱電阻，R2是限流電阻，R2阻值為484Ω，煮飯時，接通電源(220V)、閉合手動開關(guān)S1，電飯鍋處在加熱狀態(tài)。當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達(dá)到103℃時，開關(guān)S1會自動斷開，斷開后若無外力作用則不會自動閉合。S2是一個自動溫控開關(guān)，當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達(dá)到80℃時會自動斷開，溫度低于70℃時會自動閉合。問：(1)若接通電源后沒有閉合開關(guān)S1，那么電飯鍋能將飯煮熟嗎?為什么?(2)在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下若用這種電飯鍋燒水，則開關(guān)S1的自動斷電功能不起作用，這是為什么?(3)在加熱情況下，電飯鍋消耗的電功率是1000W，求R1的阻值。(4)在保溫情況下，電飯鍋消耗的電功率是多少？14、如下圖所示，標(biāo)有“6V、3W”字樣的小燈泡與最大阻值為10Ω的滑動變阻器串聯(lián)在電路中。當(dāng)變阻器連入電路中的電阻為6Ω時燈正常發(fā)光。（不考慮燈泡電阻受溫度影響，電源電壓不變）求：（1）燈泡電阻、電源電壓；

（2）燈泡正常發(fā)光1min，變阻器產(chǎn)生的熱量。15、如圖所示是小明探究影響電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路連接情況，開關(guān)閉合一段時間后，他發(fā)現(xiàn)兩瓶煤油中的液面都沒有改變，小明斷定電路中出現(xiàn)了斷路，于是他用電壓表開始檢查斷路位置。請回答有關(guān)他檢查斷路故障的問題：（說明：電源完好，電路只有一處斷路故障。）

（1）你認(rèn)為他應(yīng)依次檢查哪些位置？

（2）請把檢查某一位置是否斷路時電壓表接入的位置，以及可能觀察到的現(xiàn)象和相應(yīng)的結(jié)論填入下面記錄表格中。電壓表接入位置可能觀察到的現(xiàn)象結(jié)論

（3）若不用電壓表，用其他器材也能檢查電路故障。你選用的其他檢驗(yàn)器材是：________________________。請把用其他器材檢查某一位置是否斷路時接入的位置，以及可能觀察到的現(xiàn)象和相應(yīng)的結(jié)論填入下面記錄表格中。接入位置可能觀察到的現(xiàn)象結(jié)論

16、下面是小宇同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中研究電流產(chǎn)生的熱量和哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)過程記錄，有不完整的地方，請你幫他填寫完整。（1）課題：研究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)裝置及原理。我們組的同學(xué)組裝了如圖29所示的實(shí)驗(yàn)裝置，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大。通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量使煤油的溫度升高，體積膨脹，煤油上升的高度越

。實(shí)驗(yàn)過程：①接通電路一段時間，比較兩瓶中的煤油哪個上升得高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：

瓶中的煤油上升得高。這表明，串聯(lián)時的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越

。②在兩玻璃管中的液柱降回原來的高度后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，加大電流，重做上述實(shí)驗(yàn)，通電時間與前次相同。在兩次實(shí)驗(yàn)中，比較甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在第二次實(shí)驗(yàn)中，瓶中煤油上升得較第一次的

。這表明，同一電阻，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越

。③實(shí)驗(yàn)表明：通電時間越長，瓶中煤油上升得越高，電流產(chǎn)生的熱量越

。我們小組的同學(xué)一起對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行歸納分析，找到了電流產(chǎn)生熱量的多少和

因素有關(guān)。（2）應(yīng)用：有許多家用電器的工作原理即為焦耳定律，請舉兩個例子。17、與小功率用電器相比，大功率用電器在使用時插頭發(fā)熱比較厲害，而連接的導(dǎo)線卻不怎么熱。這一現(xiàn)象激發(fā)小明同學(xué)要探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的問題。

現(xiàn)有如圖10所示的器材：裝有相等質(zhì)量煤油的A、B、C三個相同的燒瓶、溫度計(jì)三支、兩根電阻相同的錳銅合金線、一根鎳鉻合金絲、電源一個、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干。（1）

在探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻有關(guān)”時：①

將B、C兩燒瓶的錳銅合金絲和鎳鉻合金絲串聯(lián)接入電路，其目的是

。②

隨著時間增加，兩瓶中煤油溫度都逐漸上升，說明通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與

有關(guān)。③

已知鎳鉻合金絲比錳銅合金絲的電阻大，通電一段時間后，燒瓶

中的煤油溫度上升快。由此，小明得出結(jié)論：通電時間一定，電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。④

另一個同學(xué)指出小明的結(jié)論不嚴(yán)密，請你將小明的結(jié)論補(bǔ)充完整：

。（2）在探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系”時：①

小明猜想：時間與電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流越大，該導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量就越

。②

在原來電路的基礎(chǔ)上，請你將A燒瓶中錳銅合金絲接入圖10的電路中，使該電路能用來探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的大小的關(guān)系”這一問題。

18、某電器廠欲設(shè)計(jì)一種高、中、低溫三檔的家用電飯鍋，要求高溫發(fā)熱功率1000W，其發(fā)熱體電阻絲如圖所示，A、B、C為三個接線柱，B是電阻絲的中點(diǎn)（電源電壓保持不變）.⑴

說明各檔位的連接方式（文字表述、畫圖說明均可）.⑵

分別計(jì)算出中、低兩檔的發(fā)熱功率.19、某學(xué)校生物小組的同學(xué)為了探索一項(xiàng)技術(shù)，使一種名貴的花在寒冷的冬季也能正常生長，決定搭建一個微型溫室。溫室內(nèi)需要安裝一個電發(fā)熱體。根據(jù)設(shè)計(jì)，該發(fā)熱體用36V電壓供電，發(fā)熱功率為200W(設(shè)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)。(1)電發(fā)熱體不采用220V電壓而用36V電壓供電的考慮是什么?(2)同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)室里用2節(jié)于電池、電流表、電壓表等器材，測出一段鎳鉻合金絲的阻值等于計(jì)算結(jié)果。用它制成發(fā)熱體后，實(shí)際功率卻小于設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)檢查，電壓正常請你猜想產(chǎn)生這種情況的原因可能是什么?20、一電熱水器裝有2kg的水，通電加熱過程中，水溫隨時間變化情況如圖所示。求：

⑴加熱2min水的溫度升高了多少？⑵加熱2min水吸收了多少熱量？⑶如果電熱水器功率為1000W，則此電熱水器的效率η是多少？（η為水吸收的熱量與電熱水器放出熱量的比值）答案1、（1）能；（2）使它們通過的電流相等；（3）電爐絲的電阻比銅導(dǎo)線的電阻大，電能轉(zhuǎn)化成熱能時的功率跟導(dǎo)體的電阻成正比。2、3、(1)

變亮

；

變大

(2)主要的原因是：（要點(diǎn)）①風(fēng)扇停轉(zhuǎn)后，電動機(jī)線圈的電阻不變；

②但電流增大；

③根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt，相同時間內(nèi)發(fā)熱大幅增加，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

4、(先求出Q水=189000J，再求W=Pt=550W×6×6s=198000J,則η＝95%)(要先判斷出加熱時是S閉合，則有：P1=U2/R2;保溫時是S斷開，則有：P2=(U/R1+R2)2R2,

依題意，有：P2=1/2P1,代入數(shù)值，即可求出解。答案：－1）5、(1)

甲丙或乙丙

；

相等

(2)

甲乙

(3)電飯鍋；電熱毯；電暖爐等等6、（1）電阻箱電壓

U1=U-

U2=9V-3V=6V通過電阻箱電流為

I1=

U1/R1=6V/6Ω=1A

R2阻值為

R2=

U2

/I2=U2

/I1=3V/1A=3Ω

電流在R2上產(chǎn)生的熱量是

Q=I22

R2

t=（1A）2×3Ω×60s=180J

（2）因燈正常發(fā)光，故燈的額定電壓為

U燈=U-U2′=9V-6V=3V

I2′

=U2′/R2=6V/3Ω=2A

燈的額定功率為

P燈=U燈I2′=3V×2A=6W7、（1）紅，黃（2）132Ω8、答案1：探究電熱鋸的切割能力與電熱絲的材料的關(guān)系；

取粗細(xì)相同材料不同的電熱絲，分別接在電壓相同的電路中，同時切割相同的泡沫塑料，比較切斷泡沫塑料的快慢。

答案2：探究電熱鋸的切割能力與電源電壓的關(guān)系。取兩根相同的電熱絲，分別接在電壓不同的電路中，同時切割相同的泡沫塑料，比較切斷泡沫塑料的快慢。

答案3：探究電熱鋸的切割能力與電熱絲的粗細(xì)的關(guān)系；

取粗細(xì)不同材料相同的電熱絲，分別接在電壓相同的電路中，同時切割相同的泡沫塑料，比較切斷泡沫塑料的快慢。

（2）實(shí)行分類回收9、（1）S1、S2都斷開，R2與R3串聯(lián)R串＝＝120歐

R2＝R串-R3＝120歐-20歐＝100歐

（2）S1、S2都閉合，R1與R2并聯(lián)，R3被短路

R并＝＝80歐

I并＝安

（3）Q＝R并t＝（安）2×80歐×10秒＝18焦.10、（1）圖略。（2）控制電流和通電時間相同。（3）在電流和通電時間相同時，電阻越大電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。11、不相等

時間12、⑴、①使B、C電流相等

②通過時間

③C④電流和通電時間一定，電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。

(2)①多②如圖，兩種答案均可13、(1)不能，因?yàn)楫?dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃時，S2自動斷開，電飯鍋進(jìn)入保溫狀態(tài)。(2)因?yàn)樵谝粋€標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，達(dá)不到103℃，所以S1不會自動斷開。

(3)Ω

(4)14、（1）燈正常發(fā)光時的電流

I===

(1分)燈泡電阻為RL===12Ω

(1分)電源電壓U=UL+IR

(1分)

=6V+×6Ω=9v

(1分)(2)變阻器產(chǎn)生的熱量Q=W=URIt=I2Rt