2021年中考物理34焦耳定律（解析版）

考點(diǎn)搶分秘籍34焦耳定律

4/搶分點(diǎn)1.焦耳定律

(1)熱效應(yīng)：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象。

(2)焦耳定律：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)

間成正比。表達(dá)式為：Q=/Rt(Q-熱量，單位：J；I-電流，單位：A；t-時(shí)間，單位：s)。

(3)探究“影響電流熱效應(yīng)的因素”實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用了控制變量法：將兩個(gè)加熱裝置串聯(lián)，使其加熱時(shí)

間與通過(guò)電流相等，探究電阻對(duì)電熱的影響；使用同一電阻，配合滑動(dòng)變阻器，使其電阻和時(shí)間不變,

電流改變。還運(yùn)用了轉(zhuǎn)換法，將電熱器放熱的幾轉(zhuǎn)化為液體溫度的變化量或者液柱上升的大小。

乜例題精選

1.(2021鄂州24)如圖是探究電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的幾跟什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。甲、乙是

完全一樣的密閉容器，里面密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，

閉合開(kāi)關(guān)前，A、B兩U形管內(nèi)液面相平。

(1)實(shí)驗(yàn)中，乙容器外部的電阻的作用是為了使左右容器內(nèi)導(dǎo)體的不相等;

(2)由于電流產(chǎn)生的熱量不易直接測(cè)量，因此在實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)觀察U形管中液面高度的變化來(lái)顯示甲、

乙容器內(nèi)空氣溫度的變化，這里采納的物理研究方法是；

(3)通過(guò)對(duì)比觀察，(選填“甲”或“乙”)容器中導(dǎo)體的電阻產(chǎn)生的熱量較多。由此可知，

在電阻和通電時(shí)間一樣時(shí)，電流越導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。

【答案解析】(1)電流⑵轉(zhuǎn)換法(3)甲越大

【試題解答】(1)乙容器外部的電阻的作用是為了使左右容器內(nèi)導(dǎo)體的電流不相等，因?yàn)樽笥胰萜?/p>

內(nèi)兩導(dǎo)體的阻值相等，必須讓兩電阻的電流不同才能探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系。

(2)甲乙兩容器內(nèi)空氣溫度的變化不能直接測(cè)出，而是通過(guò)U形管液面高度變化來(lái)顯示，這是物理研

究中的轉(zhuǎn)換法。

(3)在電阻和通電時(shí)間一樣時(shí)，甲容器內(nèi)液面高度差較大，說(shuō)明甲容器內(nèi)的電阻產(chǎn)生較多的熱量，

而甲容器內(nèi)電阻通過(guò)的電流較大，由此可知，在電阻和通電時(shí)間一樣時(shí)，電流越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的

熱量越多。

【提分秘訣】本探究實(shí)驗(yàn)控制變量法與轉(zhuǎn)換法都用得較多，巧妙的利用串路等流，是控制電流相等很

好的方法。

二搶分秘練

1.(2021青島6)甲、乙兩個(gè)電熱器的電阻之比為5:4,通電一樣時(shí)間產(chǎn)生的熱量之比為5:1,則

通過(guò)甲、乙的電流之比為()

A.4:1B.1:4C.2:1D.1:2

【答案解析】c

【試題解答】甲、乙兩個(gè)電熱器通電一樣時(shí)間產(chǎn)生的熱量之比為5:1,根據(jù)Q=「Rt有：=磊?二

Q乙?乙R乙吆

[2]

Y,已知甲、乙兩個(gè)電熱器的電阻之比為5;4,則送=[,即通過(guò)甲、乙的電流之比為：j=：,

ABD錯(cuò)誤，C正確。選C。

2.(2021北京26)某同學(xué)想探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻通電時(shí)間是否有關(guān)。他連接了

如圖所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中兩個(gè)完全一樣的燒瓶?jī)?nèi)分別裝有質(zhì)量和初溫都一樣的煤油，以及阻

值為凡和凡的電阻絲(4</?2)。

(1)該實(shí)驗(yàn)探究的問(wèn)題是電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與是否有關(guān)；

(2)該實(shí)驗(yàn)中，電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的幾用來(lái)反映。

【答案解析】⑴電阻(2)溫度計(jì)示數(shù)的變化量

【試題解答】(1)該實(shí)驗(yàn)兩段電阻絲串聯(lián)，通過(guò)電流、通電時(shí)間一樣，電阻絲的阻值不同，所以探究

的是電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻是否有關(guān)。

(2)在探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻通電時(shí)間是否有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，利用轉(zhuǎn)換法，將電

流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的幾用溫度計(jì)示數(shù)的變化量來(lái)反映。

3.(2021成都22)小彬用圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“電流的熱效應(yīng)跟電阻大小的關(guān)系”，電源電壓為

3V,電阻絲用=10。，金=20。，兩氣球一樣。閉合開(kāi)關(guān)后，密閉燒瓶?jī)?nèi)的空氣被加熱，他觀察到

.氣球先鼓起來(lái)。甲氣球乙氣球通電lmin,此產(chǎn)生的熱量為J。

【答案解析】乙12

【試題解答】從圖中可以看到：加熱時(shí)間一樣，通過(guò)的電流也一樣，根據(jù)焦耳定律Q=『Rt可知：%的電

阻較大，那么R?所在的密閉燒瓶產(chǎn)生的熱量較大,乙氣球先鼓起來(lái)。甲氣球乙氣球通電Imin,電路

中的電流大小:

V

1==d?,nn=0.1A,理產(chǎn)生的熱量：Q=『Rt=（o.IA）2X20QX60s=12J?

4.（2021泰州21）如圖所示是小明“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”的實(shí)驗(yàn)裝置，在甲、乙兩瓶中裝

入質(zhì)量和初溫均一樣的煤油，R、R2采納如圖連接方式的目的是。閉合開(kāi)關(guān)一段時(shí)間后,

乙瓶中溫度計(jì)的示數(shù)較高，由此說(shuō)明通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與有關(guān).小華用一樣裝置（煤油

質(zhì)量也相等）同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，細(xì)心的小紅看到小明和小華兩組電阻絲阻值相等的燒瓶中，小華這一

組的煤油升溫比小明的快，比較發(fā)現(xiàn)：小華的滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值較小，根據(jù)這一現(xiàn)象，

小紅（選填“能”或“不能”）初步判斷出通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過(guò)導(dǎo)體的電流有關(guān)。

【答案解析】控制電流和通電時(shí)間一樣電阻能

【試題解答】由圖可知：兩電阻串聯(lián)，目的是控制R和&中的電流一樣，而且還可以控制通電時(shí)間

一樣。乙瓶中溫度計(jì)的示數(shù)較高，可知在電流與通電時(shí)間一樣的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量

越多；說(shuō)明通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的大小有關(guān)。由題意可知：小華和小明用一樣的裝置做實(shí)驗(yàn),

可知加熱的電阻阻值一樣；但小華的滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值較小，由歐姆定律可知，小華做實(shí)驗(yàn)

時(shí)電路中的電流較大，此時(shí)小華這一組的煤油升溫比小明的快，說(shuō)明在通電時(shí)間和電阻大小一樣的

情況下，通過(guò)導(dǎo)體的電流越大，產(chǎn)生的熱量越大，即小紅可以初步判斷出通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通

過(guò)導(dǎo)體的電流有關(guān)。

5.(2021河南21)在家電博覽會(huì)上，小亮家買了一款標(biāo)有“220V3000W”的電熱水器。

(1)電熱水器中的電熱管工作時(shí)利用的是電流的效應(yīng)。智能化遙控器通過(guò)紅外線對(duì)熱水器進(jìn)行溫

度控制，紅外線是(選填“可見(jiàn)”或“不可見(jiàn)”)光；

(2)大功率家用電器需要使用專用插座，插座的常用規(guī)格有10A和16A兩種，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明該電熱水器

應(yīng)選用哪種規(guī)格的插座_____；

(3)已知該電熱水器的加熱效率為90%,求它正常工作時(shí)把30L水從20℃加熱到47℃需要的時(shí)間

?(p木=1.0xl()3kg/nP,c木=4.2xl()3j/(kg一℃)。

【答案解析】(D熱效應(yīng)不可見(jiàn)(2)16A(3)1260s

【試題解答】(1)電熱水器中的電熱管工作時(shí)，消耗電能，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，利用了電流的熱效應(yīng)來(lái)工

作。紅外線是在紅光之外的看不見(jiàn)的光，故紅外線是不可見(jiàn)光。

⑵由P=UI得：1=(=號(hào)翳^13.64A,應(yīng)挑選16A的插座。

(3)電熱水器中水的質(zhì)量：m=Vp^30X10WX103kg/m3=30kg,水吸收的熱量:

Q吸=。田&t=4.2xl()3j/(kg-＜，Cx30kgX27℃=3.402X106J,需要放出的熱量：Q%=—=34o2xioj_3.78

r|90%

X106Jo需要的時(shí)間：t=%=3-78xiaj=1260s?

P3000W

6.（2021廣東12）如圖所示為“探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟______的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)

中用U形管內(nèi)液面高度差的大小來(lái)反映電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的幾，這種方法叫______（選填“控制

變量"或''轉(zhuǎn)換”）法。通電一段時(shí)間后，左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量比右側(cè)的______（選填“多”

或“少”）。

【答案解析】電阻轉(zhuǎn)換少

【試題解答】由圖知：兩電阻的阻值不同，串聯(lián)于電路中，通過(guò)兩電阻的電流相等，通過(guò)時(shí)間相等,

故探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中無(wú)法直接測(cè)量電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量，通過(guò)

U形管內(nèi)液面高度差的大小來(lái)判斷電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的幾，這種方法叫做轉(zhuǎn)換法。通電一段時(shí)間

后，左側(cè)的電阻小于右側(cè)的電阻，通過(guò)兩電阻的電流相等，由焦耳定律Q=fRt知，左側(cè)容器內(nèi)空

氣吸收的熱量比右側(cè)的少。

急/搶分點(diǎn)2.電熱計(jì)算

電熱計(jì)算的常用公式

（1）焦耳定律：Q=『Rt（Q-熱量，單位：J；『電流，單位：A；R-電阻，單位：Q；t-時(shí)間，單位：s）

（2）對(duì)于純電阻電路：Q=W=UIt；Q=g（U-電壓，單位：V）。

R

（3）效率公式：n=xioo%o

Q放

（4）Q吸=cmAt

（5）W=Pt

奄例題精選

（2021達(dá)州24）九年級(jí)科技小組的同學(xué)在學(xué)校科技室自制了一只具有高低兩檔功率的電開(kāi)水壺（開(kāi)水壺

隔熱性能好），開(kāi)水壺的簡(jiǎn)化電路圖如圖所示，現(xiàn)壺內(nèi)盛有質(zhì)量為2kg、初溫為

/?,=/?2=110QO

20c的水。加熱過(guò)程中壺內(nèi)氣壓始終為一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，c,水=4.2x103j（kg.c）。問(wèn)：（1）燒開(kāi)這

壺水，水吸收的熱量是兒？（2）同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，讓自制的開(kāi)水壺高功率檔正常工作，燒開(kāi)這壺水用

時(shí)太長(zhǎng)。請(qǐng)你利用圖中的所有元件重新設(shè)計(jì)具有高低兩檔功率的開(kāi)水壺的電路，使改進(jìn)后的開(kāi)水壺

高功率檔正常工作，燒開(kāi)這壺水較改進(jìn)前能縮短較長(zhǎng)時(shí)間?請(qǐng)?jiān)谏线叿娇蛑挟?huà)出你設(shè)計(jì)的電路圖；（3）

若消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，利用正常工作的新開(kāi)水壺?zé)_(kāi)同樣的一壺水，至少需要幾秒？

（結(jié)果保留整數(shù)）

【答案解析】(1)6.72X105J

(3)764s

【試題解答】⑴燒開(kāi)這壺水，水吸收的熱量是：Q]cmAt=4.2xl03j/(kg-℃x2kgX(100℃-20℃)=6.

72X106J,

(2)要想使燒水時(shí)間更短，電路中的燒水功率要更大，兩個(gè)定值電阻的阻值一定，根據(jù)P=半，就

R

需要電路中的總電阻最小，也就是讓兩個(gè)電阻并聯(lián)，電路設(shè)計(jì)如答案圖所示。

(3)新開(kāi)水壺?zé)_(kāi)同樣的一壺水的總電阻為：R=(去=霽磊黑=55。，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為

水的內(nèi)能，利用正常工作的新開(kāi)水壺?zé)_(kāi)同樣的一壺水，至少需要：t=導(dǎo)=67至也要心764so

U2(220V)

答：(1)燒開(kāi)這壺水，水吸收的熱量是6.72X10。；(3)若消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，利

用正常工作的新開(kāi)水壺?zé)_(kāi)同樣的一壺水，至少需要764s。

【提分秘訣】電熱計(jì)算，通用公式是焦耳定律的表達(dá)式，只有當(dāng)電能全部轉(zhuǎn)化為電熱時(shí)，才能運(yùn)用

Q=W=UIt；

Q=咯計(jì)算電熱。注意有熱效率的時(shí)候，對(duì)效率公式的變形與計(jì)算。

-二搶分秘練

1.（2021廣東25）某款電熱飲水機(jī)具有加熱和保溫兩擋，額定電壓為220V。如圖甲是其電路原理圖，

S。為溫控開(kāi)關(guān)，石、金為電熱絲（阻值不變）。某次飲水機(jī)在額定電壓下工作的電功率夕與時(shí)間t

的關(guān)系圖象如圖乙所示，求：（1）飲水機(jī)處于加熱擋階段消耗的電能：（2）飲水機(jī)處于保溫?fù)鯐r(shí)，通

過(guò)用的電流；（3）用的阻值。

【答案解析】⑴1.452X105J(2)0.2A(3)110。

【試題解答】由圖乙可得：飲水機(jī)加熱時(shí)，加熱功率A=484W,加熱時(shí)間3=300s,故飲水機(jī)處于

加熱檔階段消耗的電能：W1=P,t1=484WX300s=l.452X104。

（2）只閉合S時(shí)，用接入電路，此時(shí)飲水機(jī)處于保溫檔。由圖乙可知，保溫功率為2=44W,流過(guò)石

的電流：

⑶當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S。閉合時(shí)，舟與此并聯(lián)，處于加熱檔，那尼的功率P=P「R=484W-44W=440W,由P=

上得尼的阻值：R2=-=，220V）2=ngQ。

RP44OW

答：（D飲水機(jī)處于加熱擋階段消耗的電能為1.452X107;（2）飲水機(jī)處于保溫?fù)鯐r(shí)，通過(guò)用的電

流為0.2A；（3）用的阻值為110。。

2.(2021宜昌27)現(xiàn)在無(wú)數(shù)家庭和辦公室采納新型管線飲水機(jī)，這種飲水機(jī)沒(méi)有水倉(cāng)，打開(kāi)出水開(kāi)關(guān)

立即給水加熱，出水口隨即流出熱水，停止出水時(shí)，加熱就會(huì)停止。如下圖甲是某品牌新型管線飲水

機(jī)，其額定電壓220V,額定功率為2100W。市面上還有另一種傳統(tǒng)管線飲水機(jī)，如下圖乙，它有水

倉(cāng)，把水倉(cāng)內(nèi)的水加熱到設(shè)定溫度后供人飲用，若無(wú)人飲用時(shí)水倉(cāng)的水溫降到一定程度后重新加熱，

功率為800W左右。

乙

(1)甲飲水機(jī)正常工作時(shí)電流有多大(結(jié)果保留一位小數(shù))？倘若產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，設(shè)流入水

溫為18℃,流出水溫為98℃,它每分鐘流出幾千克熱水？[c水=4.2xl(Pj/(kg.℃)J

(2)小明家準(zhǔn)備購(gòu)置飲水機(jī)時(shí)，媽媽認(rèn)為甲飲水機(jī)功率太大，浪費(fèi)電，而且可能導(dǎo)致空氣開(kāi)關(guān)經(jīng)常跳

閘。請(qǐng)你判斷哪一種飲水機(jī)更浪費(fèi)電，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。你怎么解決甲飲水機(jī)導(dǎo)致空氣開(kāi)關(guān)跳閘的問(wèn)

題？

【答案解析】(1)9.5A0.375kg(2)乙飲水機(jī)換用額定電流更大的空氣開(kāi)關(guān)或使甲飲水機(jī)

時(shí)先關(guān)閉其他功率用電器

【試題解答】(1)根據(jù)功率計(jì)算公式，可知額定狀態(tài)下甲飲水機(jī)的工作電流為：1=(=弓黑=9.5A,

由題可知：電熱全部被水吸收，根據(jù)吸熱公式即Pt=cmAt。每分鐘流出的熱水質(zhì)量為：

Pt______21OOWX60s______

加一五一42ooj/(kg.℃)x80℃"375kg。

(2)乙飲水機(jī)更浪費(fèi)電，因?yàn)橐绎嬎畽C(jī)設(shè)置有水倉(cāng)，存儲(chǔ)在水倉(cāng)中的熱水會(huì)向空氣中放熱，降低到

一定溫度后又要重復(fù)加熱，浪費(fèi)了電?？諝忾_(kāi)關(guān)經(jīng)常跳閘說(shuō)明負(fù)載功率偏大，通過(guò)的電流偏高，故可

換用額定電流更大的空氣開(kāi)關(guān)或使甲飲水機(jī)時(shí)先關(guān)閉其他功率用電器，解決甲飲水機(jī)導(dǎo)致空氣開(kāi)關(guān)跳閘

的問(wèn)題。

3.(2021江西22)冬天打出來(lái)的果汁太涼，不宜直接飲用如圖所示，是小麗制作的“能加熱的榨汁杯”

及其內(nèi)部電路簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖，該榨汁杯的部分參數(shù)如表所示,

榨汁杯部分參數(shù)表

額定電壓220V

加熱功率300W

保溫功率80W

榨汁功率66W

容量300mL

(1)僅榨汁時(shí)的正常工作電流；(2)&的阻值；(3)已知該榨汁杯正常工作時(shí)的加熱效率為90%,給杯

子盛滿果汁并加熱，使其溫度升高30c要加熱多長(zhǎng)時(shí)間」c果汁=4x1()3J/(kg.℃),

夕果汁=1.2X1()3kg/n?j

【答案解析】(1)0.3A(2)220Q(3)160s

【試題解答】(1)僅榨汁時(shí)的正常工作電流：1=1=翳=0.3A。

(2)僅閉合開(kāi)關(guān)S2和S3時(shí)，凡和R并聯(lián)，電路的總電阻較小，由P=＜可知：電功率較大，榨汁杯處

于加熱擋，僅閉合開(kāi)關(guān)S2時(shí)，只有吊的簡(jiǎn)單電路，電路的電阻較大，由P=＜可知:可知電功率較小,

R

處于保溫?fù)?，Q的功率P產(chǎn)P-P產(chǎn)300W-80W=220W,&的阻值R?=當(dāng)=⑵?！?2200

p2220V

(3)果汁的質(zhì)量m二PUJ；IV=l.2xl03kg/m3x300x10-6m3=0.36kg,果汁吸收的熱量：

Q^=c?；iwAr=4xlO3J/(kg℃)x0.36kgx30℃=4.32xlO4J,消耗的電能：W=%=經(jīng)且一=4.8x105加

n90%

熱時(shí)間：t=1="吧-=160s。

P300W

答：(1)僅榨汁時(shí)的正常工作電流是0.3A；(2)&的阻值是220C；(3)要加熱時(shí)間是160s。

4.(2021青島28)某家用電熱水壺有加熱和保溫兩檔，內(nèi)部電路簡(jiǎn)化示意圖如圖甲所示，其中昭和昭

均為阻值不變的發(fā)熱電阻。某次使用該電熱水壺?zé)^(guò)程中，消耗的電功率隨時(shí)間變化的圖象如圖

乙所示。求:

(1)該電熱水壺加熱和保溫時(shí)電流之比；(2)電