18.4焦耳定律（原卷版）-1

18.4焦耳定律（原卷版）考點直擊考點直擊典例分析＋變式訓練典例分析＋變式訓練考點1電熱的利用與防止（1）電流的效應：電流通過導體時電能轉化成熱，這個現象叫做電流的熱效應。（2）電流熱效應的實質：是電流通過導體時，由電能轉化為內能。（3）電熱器：電流通過導體時將電能全部轉化為內能的用電器。其優(yōu)點是清潔、無污染、熱效率高，且便于控制和調節(jié)電流。（4）有時人們利用電熱，如電飯鍋、電熨斗等；有時人們防止電熱產生的危害，如散熱孔、散熱片、散熱風扇等。

方法點撥：（1）電流有三大效應：熱效應、磁效應、化學效應。（2）任何用電器，只要有電阻存在，電流通過時就會有熱效應；電流流過超導體不會有熱效應?！镜淅?】（2021秋?涵江區(qū)校級期末）下列情況中不屬于防止電熱危害的是（）A．電視機的后蓋有許多孔 B．家電長時間停用，隔一段時間應通電一次 C．電動機外殼有許多散熱片 D．電腦機箱內有小風扇【典例2】（2021秋?焦作期末）電流的熱效應在生產和生活中有廣泛的應用，但有時也會帶來危害。應用電熱的例子，如用電熨斗熨衣服；防止電熱危害的例子，如電腦主機裝小風扇給CPU散熱。請你結合自己生活經驗，再寫一例，應用電熱：；防止電熱危害：?！咀兪接柧?】（2022?麒麟區(qū)校級模擬）下列實例中，為了防止電熱產生危害的是（）A．用電熨斗熨衣服 B．高空飛行員所穿衣服里有電熱保溫裝置 C．電視機的機殼上有許多小孔 D．孵化家禽的電熱孵卵機【變式訓練2】（2022?寶雞模擬）小明家有額定功率均為40W的電風扇和白熾燈。正常工作相同的時間，產生的熱量多。小明將家里一個電熱水器單獨連接在電路中，發(fā)現電能表（如圖所示）上的鋁盤120s內轉了125轉，電熱水器消耗了的電能，該熱水器的實際功率為W考點2焦耳定律及其在實際中的應用1、焦耳定律（1）內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比，這個規(guī)律叫焦耳定律；

（2）公式：Q=I2Rt，公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆（Ω），通過的時間t的單位要用秒（s）這樣，熱量Q的單位就是焦耳（J）；

（3）變形公式：，Q=UIt。（3）在純電阻電路中，電能全部轉化為熱能，電功等于電熱，即W=Q；在非純電阻電路中，電能大部分轉化為其他能，已小部分轉化為熱能，電功大于電熱，W=Q+W其他；

（4）探究電熱與哪些因素有關：

①怎樣用轉換法體現電熱：用溫度計升高的度數；用細管內液柱升高的高度；用氣球膨脹的大??；

②怎樣用控制變量法研究與電阻的關系：串聯時控制電流和通電時間一定，并聯時控制電壓與通電時間一定。2、焦耳定律在實際中的應用（1）純電阻電路：

純電阻電路就是除電源外，只有電阻元件的電路，或有電感和電容元件，但它們對電路的影響可忽略．電壓與電流同頻且同相位．電阻將從電源獲得的能量全部轉變成內能，這種電路就叫做純電阻電路．基本上，只要電能除了轉化為熱能以外沒有其他能的轉化，此電路為純電阻電路；（2）焦耳定律的推導公式：，Q=UIt，適用范圍，純電阻電路；

（3）電熱器的“雙擋”問題：

1．“雙擋”中的電阻：電熱器通常設計有“高溫擋”和“低溫擋”．根據可知，當U一定時，電阻越大，電功率越??；電阻越小，電功率越大，所以高溫擋總電阻最小，低溫擋總電阻最大；

2．“雙擋”的控制開關

①短路式

兩個電阻串聯，把開關與其中一個電阻并聯，如下圖所示；

當閉合開關時，有一個電阻短路，只有一個電阻工作，此時為高溫擋；當斷開開關時，兩電阻串聯，電阻大一些，電熱器的功率小一些，此時為低溫擋；

②單刀雙擲式

主要工作電阻放在干路上，一條支路用導線，一條支路連接在附加電阻上，如下圖所示；

當開關擲向附加電阻的支路時，兩電阻串聯，為低溫擋；當開關擲向導線支路時，只有主要工作電阻工作，此時為高溫擋。※注意：電流通過電動機做功消耗的電能，一部分轉化為機械能，另一部分是轉化為內能，也就是W≠Q．那么，用來計算電功的公式W=UIt不能用來計算電熱，電熱智能用焦耳定律Q=I2Rt來計算?！镜淅?】（2022?杭州模擬）為了研究電熱跟哪些因素有關，小明將阻值不同的電阻絲R1、R2分別密封在兩個完全相同的燒瓶中，并設計了如圖所示的甲、乙兩套裝置。已知電源電壓相等且保持不變，R1＜R2，裝入燒瓶的煤油質量相等，下列有關此研究的各種表述，正確的是（）A．因為水的比熱大，若將煤油換成水，實驗效果更明顯 B．乙裝置可探究電熱與電阻是否有關 C．在相同的通電時間內，d溫度計所在燒瓶中的電阻絲產生的熱量最多 D．比較相同通電時間內a、c溫度計示數變化，可探究電流產生熱量與電流是否有關【典例4】（2022?南海區(qū)二模）電爐中的電阻絲通電一段時間后熱得發(fā)紅，而連接電爐的導線卻不怎么熱，原因是（）A．電阻絲容易導電，銅導線不容易導電 B．通過導線的電流小于通過電阻絲的電流 C．導線的電阻遠小于電阻絲的電阻，導線上產生的熱量較少 D．制成電阻絲的材料能發(fā)熱，制成導線的材料不能發(fā)熱【典例5】（2022?順城區(qū)模擬）如圖是探究電流通過導體產生熱量的多少跟什么因素有關的實驗裝置，通電一段時間后，盒內空氣的內能是通過的方式增加的，圖中（填“左”或“右”）側容器連接的U形管液面高度差較大。若要研究電流通過導體產生的熱量跟電阻的關系，可以將圖中的電阻R3（填“拆掉”或“放入右側盒中”）?！镜淅?】（2022?皇姑區(qū)校級模擬）如圖所示，物理實驗小組探究“電流通過導體產生熱量的多少與什么因素有關”的實驗裝置。兩個透明容器中封閉著等量的空氣，且都有一段電阻絲，將透明容器與U形管相連，接入電路。（1）此透明密閉容器和U形管（填“是”或“不是”）連通器。（2）在甲裝置中，A、B透明容器中相同時間產生熱量較多的是容器。（3）小明同學將乙圖中左側燒杯中煤油換成等質量的水，又將右側燒杯中的R2換成（填“大于”“小于”或“等于”）R1的電阻，由此用來探究不同物質的吸熱能力，通過實驗描制成如丙圖所示圖象，由圖象可知煤油的比熱容為J/（kg?℃）?！咀兪接柧?】（2022?陸良縣模擬）如圖所示是探究電流通過導體時產生熱量的多少與哪些因素有關的實驗裝置，兩個透明容器中封閉著等量的空氣，下列說法錯誤的是（）A．圖中的U形管不屬于連通器 B．實驗中是通過觀察U形管中液面高度差的變化來反映容器內產生熱量的多少的 C．若圖甲中裝置兩端的電壓為3V，則通電10min左邊電阻絲產生的熱量為240J D．圖乙所示的裝置可以用來探究電流通過導體產生的熱量多少跟電流大小的關系【變式訓練2】（2021秋?西華縣期末）如圖所示是探究“影響電流熱效應與哪些因素有關”的實驗裝置，將R1、R2兩電阻絲密封在兩只完全相同的燒瓶內，且R1＞R2，瓶內裝入等質量的煤油，下列說法錯誤的是（）A．燒瓶內選用比熱容較小的液體，可以使實驗現象更明顯 B．電阻R1產生的熱量大于R2產生的熱量 C．該電路可以探究電流產生的熱量與電流大小的關系 D．電路串聯使通過R1、R2電流相同，實驗中運用了控制變量法【變式訓練3】（2021秋?霍邱縣期末）如果電視機、電烙鐵和電風扇上都標有“220V60W”的字樣，它們都在額定電壓下工作相同的時間，三個用電器產生的熱量（）A．一樣多 B．電烙鐵最多 C．電視機最多 D．電風扇最多【變式訓練4】（2021秋?灣里區(qū)校級期末）在家庭電路中，導線相互連接處（接頭）往往比別處更容易發(fā)熱出現故障，甚至引起火災。如圖所示，原因是裝修施工時，技術人員水平低，不按規(guī)程操作，造成電阻比別處，產生的熱量?！咀兪接柧?】（2022?泰興市一模）如圖所示，是小明同學探究焦耳定律的部分實驗裝置。已知R甲＝5Ω，R乙＝10Ω，在探究電流通過導體產生的熱量與電阻大小的關系時，應將兩電阻絲聯在電路。若電路中的電流為0.7A，則甲電阻絲在2min內產生的熱量為J。小明還想用該實驗裝置探究“水和煤油吸熱升溫的特點”，除了將其中一瓶中的煤油換成等質量的水，還需要進行的調整是?！咀兪接柧?】（2022?信州區(qū)校級模擬）如圖是探究電流通過導體產生熱的多少跟什么因素有關的實驗裝置，將四段電阻絲a、b、c、d分別密封在完全相同的盒內，盒內封閉一定量的空氣，其中圖乙中另取5Ω電阻在盒外與盒內電阻并聯。（1）盒內封閉一定量的空氣的優(yōu)點是，在實驗中電流通過電阻產生熱量的多少是通過來反映的。（2）圖甲可探究電流產生的熱量與的關系。（3）圖乙中右側盒外連接的5Ω電阻，它的作用是使c、d兩電阻絲的不相同；（4）物理研究方法有很多，本實驗運用了兩種方法；一是；二是。（5）若將乙圖中右側的兩根電阻絲全部放在空氣盒中，一段時間后，邊U形管中的液面高度差更大?？键c3焦耳定律的計算公式及其應用（1）公式：Q=I2Rt．

Q表示電熱，單位是焦耳J；

I表示電流，單位是安培A；

R表示電阻，單位是歐姆Ω；

t表示時間，單位是秒s。

（2）推導式：和Q=UIt。（僅適用于純電阻電路）

（3）電熱與電能的關系：純電阻電路時Q=W；非純電阻電路時Q＜W；（4）電熱與電功的關系：應用公式電功電功率焦耳定律適用范圍基本公式W=UItP=UIQ=I2Rt普遍適用導出公式=I2Rt

=I2R=UIt

純電阻電路W=Q（5）公式Q=I2Rt是電流產生熱效應的公式，與W=UIt不能通用．W=UIt是電流做功的計算公式，如果電流做功時，只有熱效應，則兩公式是等效的；如果電流做功時，同時有其他能量轉化，像電動機工作時，電能既轉化為熱能，也轉化為動能，則Q=I2Rt只是轉化為電熱的部分，W=UIt則是總的電功，只有對純電阻電路才有W=Q，對非純電阻電路Q＜W?！镜淅?】（2022?來賓模擬）如圖所示的甲、乙兩個電熱器，其電源電壓相同，電阻絲R1、R2的阻值不變，相同的托盤上放有相同的石蠟。當閉合開關S時，下列說法正確的是（）A．甲中的石蠟熔化比乙中的石蠟熔化快 B．甲中通過R1的電流等于乙中通過R1的電流 C．甲中R2兩端的電壓小于乙中R2兩端的電壓 D．若使兩塊石蠟均完全熔化，則甲電路通電時間更長【典例8】（2022?無錫模擬）小力利用如圖甲所示裝置探究電阻產生的熱量與的關系。小力家有一款具有加熱功能的電動按摩椅，它的電路簡圖如圖乙所示。已知電熱絲的電阻為1210Ω，則電熱絲通電5min所產生的熱量應為J。當單刀多擲選擇開關接（選填“AB”或“BC”）處時，電動按摩椅只具有按摩功能?！镜淅?】（2022?船營區(qū)校級開學）如圖所示的電路中，電源兩端電壓保持不變，電阻絲R1的阻值為10Ω。當開關S閉合后，電壓表的示數為2V，電流表的示數為0.4A。求：（1）通電10s電阻絲R1產生的熱量；（2）R2消耗的電功率?！咀兪接柧?】（2022?濟寧一模）如圖為遠距離輸電示意圖，I為輸電電流，r為輸電線總電阻，U為用戶端的電壓，則因輸電線發(fā)熱而損耗的電能為（t為通電時間）（）A．I2rt B． C．UIt D．UIt﹣I2rt【變式訓練2】（2022?北海一模）R1、R2分別連接成如圖所示的甲、乙兩種電路，R1＝2R2，電源電壓均為U，圖甲電路中R1、R2在相同時間內產生的熱量為Q甲1、Q甲2；圖乙電路中R1、R2在相同時間內產生的熱量分別為Q乙1、Q乙2，則Q甲1：Q甲2和Q乙1：Q乙2分別為（）A．2：11：2 B．1：22：1 C．1：11：2 D．2：11：1【變式訓練3】（2022?滑縣模擬）某電飯鍋內部電加熱器原理電路如圖所示，它有燒煮和保溫兩擋。開關S斷開時，電飯鍋處于擋，已知R1＝605Ω，電飯鍋燒煮時的功率是保溫時的11倍，則R2＝Ω；該電飯鍋燒煮20min產生的電熱是J。（不計熱量損失）【變式訓練4】（2022春?重慶期中）某手工興趣小組的同學們，在老師的帶領下自制了一臺電烤箱，設計的簡化電路圖如圖所示，R1、R2均為電熱絲，當開關S2通斷時，電烤箱的擋位不同。其中部分參數如表所示。額定電壓220V高溫擋電路功率1100W低溫擋電路電流2A（1）電烤箱在高溫擋正常工作100s產生的熱量是多少？（2）電烤箱在低溫擋正常工作時，R2的功率是多少？（3）在用電高峰：同學們關閉其它用電器，只讓電烤箱處于高溫擋工作400s，參數為3000r/kW?h的電能表轉盤轉了297轉，則此時的實際電壓為多少？考點4電功與熱量的綜合計算【典例10】（2022?漳州模擬）如表是小濱家中兩擋位電飯鍋銘牌，圖甲是其簡化電路圖。R1和R2都是電阻絲，不計溫度對電阻的影響，產生的熱量全部被水吸收，水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），通過斷開其他用電器，只接通電飯鍋且處于加熱狀態(tài)，來測量電飯鍋的功率，觀察圖乙所示的電能表的轉盤1min內轉了40轉，下面說法正確的是（）額定電壓220V頻率50Hz額定功率加熱880W保溫44WA．電飯鍋在加熱狀態(tài)下正常工作時的總電流為4A B．電阻R2的阻值是1100Ω C．測量時電飯鍋的實際加熱功率是800W D．電飯鍋在加熱狀態(tài)下正常工作7min，可將2.2kg水的溫度升高2℃【典例11】（2022?河南模擬）某品牌電熱飲水機的簡化電路如圖所示，其部分銘牌參數見表格，當開關S1、S2均閉合時，飲水機處于（選填“保溫”或“加熱”）狀態(tài)，此時電路中的電流是A。用飲水機給2kg的冷水加熱，若水溫升高50℃，則水吸收的熱量為J。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]額定電壓220V加熱功率440W保溫功率44W【典例12】（2022?南昌模擬）浴霸是安裝在浴室可供取暖和照明的家用電器，某浴霸的銘牌和簡化電路圖如圖所示，圖中燈L為照明燈，其他燈為規(guī)格完全相同的紅外線取暖燈。為節(jié)約用電，取暖燈工作時照明燈開關一定斷開。型號LWLZ20﹣19額定電壓220V取暖燈660W/個照明燈50W（1）照明燈正常工作時電阻為多少Ω？（2）取暖燈正常工作時，干路中的電流最小是多少？（3）若不計熱量損失，使質量為30kg的浴室空氣溫度升高20℃，最短大約需要多長時間？[c空氣＝1.0×103J/（kg?℃），結果保留一位小數]【變式訓練1】（2021秋?文峰區(qū)月考）如表是小濱家中兩擋位電飯鍋銘牌，圖甲是其簡化電路。R1和R2都是電阻絲，不計溫度對電阻的影響，產生的熱量全部被水吸收，水的比熱容4.2×103J/（kg?℃），通過斷開其它用電器，只接通電飯鍋且處于加熱狀態(tài)，來測量電飯鍋的功率，觀察圖乙所示的電能表的轉盤1min內轉了40轉，下面說法正確的是（）額定電壓220V頻率50Hz額定功率加熱880W保溫44WA．電飯鍋在加熱狀態(tài)下正常工作時的總電流0.2A B．電阻R2的阻值是1100Ω C．測量時電飯鍋的實際加熱功率是800W D．電飯鍋在加熱狀態(tài)下正常工作7min，可將2.2kg水的溫度升高2℃【變式訓練2】（2022?皇姑區(qū)校級模擬）如圖為某電腦的CPU，它的額定功率為100W，其中發(fā)熱功率占8%，它由銅質散熱器（一種由銅制成的散熱元件）進行散熱，已知銅質散熱器的質量是0.8kg。該電腦CPU正常工作0.5h，CPU消耗電能J。假設這段時間內CPU產生的熱量全部被銅質散熱器吸收，則可使散熱器溫度升高℃【銅的比熱容為0.39×103J/（kg?℃），結果保留整數】。【變式訓練3】（2022?濱江區(qū)一模）北京冬奧會期間所有運動場館全部使用綠色電能，這是奧運歷史上首次實現全部場館100%綠電供應。如表是一臺某型號風車在不同風速下獲得能量情況：平均風速（m/s）510152025301s內獲得的能量（104J）4812162024（1）風力發(fā)電機發(fā)電時的能量轉化是：能轉化為電能。（2）若該地年平均風速為15m/s，則1臺這樣的風車10min獲得的能量是多少？（3）若將這些能量全部輸送給一臺規(guī)格為“380V30kW”的造雪機，可正常工作多長時間？（4）若這些能量中有42%被120kg、初溫為20℃的水吸收，水溫可達到多少℃？課堂鞏固訓練課堂鞏固訓練一、選擇題。1．（2022?南平模擬）某同學仔細觀察家中的四種電器，發(fā)現它們上面都標有“220V150W”的字樣，若它們都在額定電壓下工作相同的時間，則產生熱量最多的是（）A．暖手寶 B．電視機 C．電冰箱 D．抽油煙機2．（2021秋?包河區(qū)期末）如圖是探究“電流通過導體時產生熱量的多少跟什么因素有關”的實驗裝置，容器內盛有液體，下列說法正確的是（）A．甲、乙、丙三個容器內應盛有質量相同的不同種液體 B．利用甲、丙可以研究電流通過導體產生熱量的多少與電流的關系 C．溫度計示數的變化反映了電流通過液體內導體時產生熱量的多少 D．利用甲、乙可以研究電流通過導體產生熱量的多少與導體電阻的關系3．（2021秋?興化市期末）家庭電路中，由于線路連接處接觸不良，造成局部過熱，也可能會引起火災。下列關于接觸不良處過熱的原因分析正確的是（）A．因電阻變大，使得通過此處電流比電路中其他部分電流小，但長時間通電造成的B．因電阻變小，使得通過此處電流變大，長時間通電造成的 C．因電阻變小，使得此處的發(fā)熱功率變大，長時間通電造成的 D．此處電流與電路中其他部分電流相等，因電阻變大，長時間通電造成的4．（2022?南安市模擬）如圖所示將兩根電熱絲R1和R2串聯在電路中，若R1＝10R2，請問哪根火柴會先被點燃（）A．在R2上的火柴B．在R1上的火柴C．同時點燃D．無法確定二、填空題。5．（2022?前郭縣校級模擬）如果家庭電路中導線相互連接處接觸不良，會造成此處的阻值（選填“減小”、“增大”或“不變”），由于電流的效應造成局部過熱，可能引發(fā)火災。6．（2022?溫州模擬）為了驗證通電導體產生的熱量和導體的電阻之間的關系，某興趣小組選擇5歐、10歐、15歐三個定值電阻，將電阻封閉在塑料盒中，通過溫度傳感器記錄塑料盒中空氣溫度值（塑料盒中空氣升高的溫度與電阻產生的熱量成正比）。興趣小組設計如下兩種方案：電阻塑料盒中溫度值（℃）01分鐘2分鐘3分鐘4分鐘5歐2626.527.127.728.410歐2627.128.229.630.815歐2627.529.331.533.2方案一：如圖甲，先接入R1，閉合開關，記錄4分鐘內溫度值，換用R2和R3，記錄溫度值。方案二：如圖乙，直接將三個電阻同時接入電路，閉合開關，記錄4分鐘內溫度值。（1）請從兩個方案中選出你認為合理的方案并說明理由。（2）選擇正確的方案后，興趣小組得到的實驗結果如上表。得出結論：當其他條件相同時，導體產生的熱量與電阻成正比。結合表中數據說明其證據是。（3）為了讓實驗結果更具有普遍性，你的做法有。（寫出一點）7．（2021秋?渝中區(qū)期末）在一次探險活動中，探險隊需要生火，在沒有打火機等取火工具的情況下，探險隊長將口香糖的錫箔紙剪成了類似圖所示的形狀，然后將M、N分別接在從手電筒中取出的干電池正負兩極上。根據你的判斷，溫度最高最適合點火的位置是，理由是。8．（2022?溫江區(qū)模擬）如圖所示，圖甲是某款即熱式電熱水龍頭，圖乙是它的電路原理圖，R1和R2是阻值分別為22Ω和44Ω的電熱絲。通過旋轉手柄改變與開關S接觸的兩個相鄰觸點，實現冷水、溫水、熱水擋的切換。則開關S接觸觸點時（選填“1、2”或“2、3”或“3、4”），水龍頭放出的溫水，水龍頭在熱水擋正常工作300s產生的熱量是J。9．（2022?羅平縣二模）如圖是燈L和定值電阻R的I﹣U圖像，當L和R串聯在電壓恒定的電源上時，L功率為0.3W；當L和R并聯在同一電源上時，干路電流是0.9A，此時，L阻值為Ω，定值電阻R工作1min產生的熱量是J。10．（2022?柳州模擬）某型號電熱水瓶具有加熱、保溫及干燒斷電功能，其簡化電路如圖所示，S1是壺底溫控開關，通常閉合，當壺底發(fā)熱盤的溫度達到120℃時自動斷開。S2是壺壁溫控開關，按下時對水加熱，水燒開后自動斷開，電熱水瓶處于保溫狀態(tài)；電熱水瓶保溫功率為50W，加熱功率為1000W。當電熱水瓶處于保溫狀態(tài)時，電路中的電阻為Ω；若水燒開后S2沒有自動斷開，則瓶里的水燒干后，經過s，S1才會斷開。已知發(fā)熱盤質量為0.5kg，比熱容為0.5×103J/（kg?℃）；設水燒開瞬間發(fā)熱盤的溫度為110℃，不計熱損失。三、實驗探究題。11．（2022?大連模擬）小亮同學想探究“電流通過導體產生的熱量與電流、電阻、通電時間是否有關”。他連接了如圖甲所示的電路。在圖甲、乙中有A、B、C三個相同的透明容器，其中密封著等量的空氣，三個容器中都有一根電阻絲，電阻絲的阻值分別為5Ω、10Ω和5Ω，電壓為6V的學生電源。在C容器的外部有一