重難突破課件：第19講 焦耳定律

2023年中考物理重難點突破第19講焦耳定律一、焦耳定律1.電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。2.焦耳定律：電流通過導(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，跟通電時間成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：Q=I2Rt。Q-熱量，單位：J。I—電流，單位：A。R—電阻，單位：?。t—時間，單位：s?！局仉y點與突破】3.電熱的利用與防止（1）有很多家用電器是利用電熱在工作的，如電烤爐、電烤箱、電飯鍋；工業(yè)上的煉鋼等。（2）很多用電器工作時不希望用電器溫度過高，如電腦、電視機(jī)等，常加裝有散熱裝置。電路起火引起的火災(zāi)也是重要的火災(zāi)隱患。【例1】（2022丹東）如圖所示，電源電壓保持不變，燈泡標(biāo)有“12V12W”字樣（忽略燈絲電阻的變化）。閉合開關(guān)是S1，斷開S2，燈泡正常發(fā)光；閉合開關(guān)S1、S2，電流表示數(shù)為1.5A，則電源電壓為

V；閉合開關(guān)S1，斷開S2，通電30s定值電阻產(chǎn)生的熱量是

J?！痉治觥块]合開關(guān)S1，斷開S2，燈泡和定值電阻串聯(lián)，燈泡L正常發(fā)光，根據(jù)P=UI可知：電路電流I=PL/UL=12W/12V=1A，根據(jù)歐姆定律可知定值電阻兩端的電壓UR=IR=1A×R，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點可知電源電壓：①U=UL+UR=12V+1A×R；閉合開關(guān)S1、S2，電路為定值電阻的簡單電路，電流表示數(shù)為1.5A，則電源電壓：②U=I′R=1.5A×R；聯(lián)立①②解得：U=24V,R=16Ω。閉合開關(guān)S1，斷開S2，燈泡和定值電阻串聯(lián)，通電30s定值電阻產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt=（1A）2×16Ω×30s=480J。【答案】24480【突破】根據(jù)焦耳定律計算，一定要注意，電流需要進(jìn)行平方。各單位必須統(tǒng)一為國際單位，結(jié)果才是J?！纠?】（2022湘潭）如圖所示，燒瓶里裝有質(zhì)量和初溫都相同的煤油，兩電阻絲的阻值不同。閉合開關(guān)，通過兩電阻絲的電流

，兩電阻絲產(chǎn)生的熱量

（均填“相等”或“不相等”）。如果將某一燒瓶里的煤油換成0.2kg的水，溫度升高5℃，水吸收的熱量是

J?！痉治觥坑蓤D可知，該電路為串聯(lián)電路，兩電阻絲串聯(lián)接入電路中。因為在串聯(lián)電路中電流處處相等，所以通過兩電阻絲的電流是相等的。在通電時間、電流相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多，所以電流通過兩電阻絲產(chǎn)生的熱量是不相等的。水吸收的熱量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×0.2kg×5℃＝4.2×103J。【答案】相等

不相等

4.2×103【突破】

在探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)”的實驗中，主要的實驗方法是控制變量法和轉(zhuǎn)化法。影響因素較多，所以需要運用控制變量法。這里通過將兩個電阻串聯(lián)后加熱，保證了電流和加熱時間相同。電阻產(chǎn)生熱量的多少或者快慢無法直觀感受，我們將其加熱相同質(zhì)量的同種液體，比較溫度改變的多少或快慢來判斷電阻產(chǎn)生的熱量的多少或快慢，這里運用了轉(zhuǎn)化法。二、電熱器的檔位1.串聯(lián)式加熱模型：

如圖所示，對于兩個電阻串聯(lián)后組成的加熱裝置，都可以等效為這種模型。當(dāng)S閉合時，R1被短路，只有R2工作，這時處于加熱狀態(tài)，R2為一個阻值較小的電阻。當(dāng)S斷開后，R1、R2串聯(lián)，電路處于“保溫”狀態(tài)，R1是一個阻值較大的電阻。對這類問題涉及的主要計算公式為：（1）R2=U2/P加熱

（2）R=R1+R2=U2/P保溫

（3）P=PR1+PR2（4）W=Pt（5）Q=I2Rt（6）Q=cmΔt2.并聯(lián)式加熱模型：

如圖所示，對于將電阻并聯(lián)后的加熱裝置原理，都可以等效為這個模式。當(dāng)S閉合時，只有R2工作，處于低溫檔（或保溫檔），當(dāng)S、S0同時閉合時，處于加熱狀態(tài)，或者“高溫檔”。這里R2的阻值一般比R1大，用作保溫加熱。

【例3】（2022成都）小玥在媽媽指導(dǎo)下用電熨斗熨燙衣服，她首先閱讀說明書，知道電熨斗有“低溫”、“高溫”兩個檔位，其簡化電路如圖所示，R1、R2是電熱絲，R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，S為旋轉(zhuǎn)式開關(guān)。當(dāng)她旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點1和2時，電熨斗為

檔位，該檔位通電1min，電流產(chǎn)生的熱量為

J?！痉治觥慨?dāng)她旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點1和2時，電路中只有R1工作，為低溫檔位；當(dāng)她旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點2和3時，R1和R2并聯(lián)，處于高溫檔。處于低溫檔時，電路中的電流為：I=U/R1=220V/48.4Ω=50/11A。該檔位通電1min，電流產(chǎn)生的熱量為：Q=I2R1t=（50/11A）2×48.4Ω×1×60s=6×104J?！敬鸢浮康蜏?6×104

【例4】（2022阜新）電熱水壺發(fā)熱電阻阻值不變，其主要參數(shù)如表所示，[水的比熱容c＝4.2×103J/（kg?℃）]，求：

（1）電熱水壺保溫狀態(tài)下電路中的電流是多少？

（2）在加熱狀態(tài)下，電熱水壺正常工作100s，消耗的電能是多少？

（3）用此電熱水壺，將質(zhì)量為1kg的水從50℃加熱到100℃，吸收的熱量是多少？額定電壓220V容量1.5L加熱功率1210W保溫功率88W【分析】

（1）由P＝UI可得，電熱水壺保溫狀態(tài)下電路中的電流：I＝P保溫/U=88W/220V＝0.4A。

（2）由P＝W/t可得，消耗的電能：W＝P加熱t(yī)＝1210W×100s＝1.21×105J。

（3）吸收的熱量Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃﹣50℃）＝2.1×105J。【答案】（1）電熱水壺保溫狀態(tài)下電路中的電流是0.4A；（2）在加熱狀態(tài)下，電熱水壺正常工作100s，消耗的電能是1.21×105J；（3）用此電熱水壺，將質(zhì)量為1kg的水從50℃加熱到100℃，吸收的熱量是2.1×105J?！就黄啤坷媒苟傻囊话阌嬎阒饕抢肣=I2Rt計算電阻產(chǎn)生的熱量；利用Q=cmΔt計算吸收或放出的熱量。計算時注意結(jié)合電功、電功率的相關(guān)公式的應(yīng)用。1.（2022阜新）下列用電器利用電流熱效應(yīng)工作的是（）A.電風(fēng)扇

B.電視機(jī)

C.吸塵器

D.電飯鍋D【針對練習(xí)精編】2.（2022德陽）如圖所示為電烤爐的簡化電路圖，小張查看說明書后得知：R1、R2均為電熱絲，R1＝44Ω，R2＝66Ω。當(dāng)開關(guān)S1閉合，S2處于不同狀態(tài)時，電烤爐處于不同擋位，忽略溫度對電熱絲電阻的影響。下列說法正確的是（）A.閉合S1、S2時，電烤爐處于低溫?fù)鯛顟B(tài)

B.電烤爐處于高溫?fù)跖c低溫?fù)鯛顟B(tài)時，R1兩端的電壓之比為5：2 C.電烤爐處于高溫?fù)跖c低溫?fù)鯛顟B(tài)時，電路在相同時間內(nèi)所消耗的電能之比為3：2D.電烤爐處于低溫?fù)鯛顟B(tài)時，R1、R2所消耗的電功率之比為3：2B3.（2022德陽）如圖所示，電源電壓恒為10V，滑動變阻器R的最大阻值為20Ω，直流電動機(jī)M的額定電壓為6V，線圈電阻為2Ω。當(dāng)閉合開關(guān)S，滑片P移到中點時，電動機(jī)剛好正常工作，電動機(jī)主要將電能轉(zhuǎn)化為

，此時電路中的電流為

A，整個電路通電100秒產(chǎn)生的內(nèi)能為

J。機(jī)械能

0.41924.（2022黔西南）下表是某型號電熱水壺銘牌。向壺中倒入滿容量的水，在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下正常工作，經(jīng)過16min將20℃的水燒開。此過程中，水吸收的熱量為

J，電熱水壺正常工作時的電流為

A。日常生活中必須做到安全用電，如圖所示的電源線，其三腳插頭插入三孔插座，將電熱水壺跟電源連接的同時，能確保電熱水壺外殼接

（填“火線”“零線”或“地線”）。MD電熱水壺型號MK﹣15S02K容量1.5L額定電壓220V額定加熱功率550W5.04×105

2.5地線5.（2022蘇州）某型號的電水壺有加熱和保溫兩個擋位，其電路如圖所示。當(dāng)S閉合，S1斷開時，電水壺處于

擋，加熱和保溫的功率分別為1200W和44W。用它把質(zhì)量為1kg、初溫為20℃的水加熱到100℃，用時400s，則水吸收的熱量是

J，此過程中電水壺的效率η=

%。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]

保溫3.36×105

706.（2022鎮(zhèn)江）即熱式飲水機(jī)工作原理如圖1所示，水箱中的水被水泵抽出后，流經(jīng)電阻絲時被加熱，實現(xiàn)邊加熱邊出熱水的即熱功能，電阻絲最大加熱功率為2000W。用戶可根據(jù)需要調(diào)節(jié)出水溫度和出水量。小軍對該飲水機(jī)進(jìn)行了探究。

實驗次數(shù)出水溫度/℃出水時間/s加熱功率/W14016.00

24516.05137435015.95171246018.90200058532.04199969537.291999

（1）小軍探究過程如下（設(shè)電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被流經(jīng)的水吸收且無熱量損失）：

①將出水量設(shè)置為250mL，出水質(zhì)量為

kg。

②用溫度計測出水箱內(nèi)水的初溫如圖2所示，示數(shù)為

℃。

③保持水的初溫和出水量不變，改變出水溫度，測量出水時間并記錄在表1中。

④根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算出加熱功率，第1次實驗時的加熱功率為

W。0.25241050（2）小軍采用的實驗方法是

。小軍由表數(shù)據(jù)得出結(jié)論：飲水機(jī)可根據(jù)出水溫度自動選擇不同的控制方式。當(dāng)出水溫度低于85℃時，僅通過改變

來調(diào)節(jié)出水溫度。若上述實驗中將出水溫度設(shè)定為88℃，可估算出水時間約為

s?？刂谱兞糠?/p>

加熱功率33.6

（3）小軍對實驗進(jìn)行了反思：上述結(jié)論在冬季還適用嗎？為得到精準(zhǔn)的結(jié)論，小軍將表1設(shè)計優(yōu)化如下并重新實驗，你認(rèn)為①、②處應(yīng)分別填寫的是

和

。實驗次數(shù)①出水溫度/℃②出水時間/s加熱功率/W1......水的初溫/℃

水升高的溫度/℃7.（2022畢節(jié)）如圖甲是某茶具上煮茶器的電路原理圖，R1是加熱電阻，R2是保溫時的分壓電阻，S為電源開關(guān)，S1為自動溫控開關(guān)。S、S1都閉合時，煮茶器處于加熱狀態(tài)；當(dāng)水沸騰后，S1會自動斷開，轉(zhuǎn)為保溫狀態(tài)。煮茶器工作過程中的P﹣t圖像如圖乙所示，不計電阻值隨溫度的變化。求：（1）電阻R1的阻值。（2）當(dāng)煮茶器處于保溫狀態(tài)時，R1的電功率。（3）當(dāng)煮茶器處于保溫狀態(tài)時，電阻R2在100s內(nèi)消耗的電能?！敬鸢?/p>