184焦耳定律-2023-2024學(xué)年九年級(jí)物理全冊(cè)舉一反三（人教版）

18.4焦耳定律（解析版）本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)生活實(shí)例，認(rèn)識(shí)電流的熱效應(yīng)；2.舉例說(shuō)出生活中利用電熱的實(shí)例，了解電熱的危害和防止方法；3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)出焦耳定律，并會(huì)用焦耳定律進(jìn)行計(jì)算；4.理解焦耳定律；5.會(huì)利用焦耳定律解釋一些生活中簡(jiǎn)單現(xiàn)象。要點(diǎn)一電流的熱效應(yīng)知識(shí)點(diǎn)一、電流的熱效應(yīng)1．定義：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。2．影響電流的熱效應(yīng)大小的因素：導(dǎo)體通電時(shí)，產(chǎn)生熱的多少與電流的大小、導(dǎo)體電阻的大小和通電時(shí)間有關(guān)。通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流越大，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。

要點(diǎn)詮釋?zhuān)弘娏魍ㄟ^(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流的熱效應(yīng)總是存在的。這是因?yàn)閷?dǎo)體都有電阻。導(dǎo)體通電時(shí)，由于要克服導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。如果導(dǎo)體的電阻為零，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，不需要把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這時(shí)電能在導(dǎo)體中傳輸時(shí)也不會(huì)因發(fā)熱而損失。3.探究影響電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的因素（1）電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系如圖所示，兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個(gè)密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)接到電源兩端，通過(guò)兩段電阻絲的電流相同。通電一定時(shí)間后，比較兩個(gè)U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說(shuō)明了什么?實(shí)驗(yàn)表明：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。（2）電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系如圖所示，兩個(gè)密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個(gè)容器的外部，將一個(gè)電阻和這個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，因此通過(guò)兩容器中電阻的電流不同。在通電時(shí)間相同的情況下，觀察兩個(gè)U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說(shuō)明了什么?實(shí)驗(yàn)表明：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過(guò)一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多?！纠浚?023·無(wú)錫）如圖所示，是超市常用的塑料袋封口夾電路原理圖，電源電壓為，電熱絲R阻值為。閉合開(kāi)關(guān)S，電熱絲溫度升高，利用電流的_______________效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高溫封口，內(nèi)產(chǎn)生的熱量為_(kāi)______________J，若使用時(shí)總把塑料袋燙壞，可以_______________（選填“增大”或“減小”）電熱絲的阻值?！敬鸢浮竣?熱；②.75；③.增大?！窘馕觥縖1]塑料袋封口夾是當(dāng)電熱絲有電流通過(guò)時(shí)，電熱絲能發(fā)出熱量，所以利用電流的熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高溫封口的。[2]電源電壓為5V，電熱絲R阻值為1Ω，則3s內(nèi)產(chǎn)生的熱量[3]使用時(shí)總把塑料袋燙壞，即產(chǎn)生熱量過(guò)多，則需要減小電熱絲的功率，由可知，電壓一定時(shí)，增大電阻，可以減小電熱絲的功率?！咀兪?】（2023·泰州）小華將電阻絲和分別浸沒(méi)在質(zhì)量和初溫均相同煤油中，按如圖所示接入電路，開(kāi)關(guān)閉合后，通過(guò)兩電阻絲的______相等，根據(jù)溫度計(jì)示數(shù)的變化可比較電阻絲產(chǎn)生______的多少，通電一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)甲瓶中溫度計(jì)的示數(shù)上升______?！敬鸢浮竣?電流；②.熱量；③.高?！窘馕觥縖1]如圖所示，兩電阻絲串聯(lián)，通過(guò)的電流相等。[2]電阻絲通電后產(chǎn)生熱量，熱量被煤油吸收，導(dǎo)致煤油溫度升高，所以可根據(jù)溫度計(jì)示數(shù)的變化可比較電阻絲產(chǎn)生熱量的多少。[3]如圖所示，兩電阻絲串聯(lián)，通過(guò)的電流相等，通電時(shí)間相同，且R1>R2，通電一段時(shí)間后，根據(jù)焦耳定律可知，電阻絲R1產(chǎn)生的熱量多，由于瓶?jī)?nèi)的煤油質(zhì)量、初溫相同，不考慮熱量損失，甲瓶中溫度計(jì)的示數(shù)上升高。【變式2】（2023·本溪、遼陽(yáng)、葫蘆島）小明為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系，利用阻值相等的電阻絲R1、R2、R3，設(shè)計(jì)了如圖甲所示電路，將電阻絲R3和________（填“R1”或“R2”）分別放在如圖乙所示的兩個(gè)相同裝置中，實(shí)驗(yàn)通過(guò)U形管中________反映電阻絲產(chǎn)生熱量的多少；通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知，當(dāng)電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，通過(guò)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越________?！敬鸢浮竣?R1；②.液面高度差；③.多。【解析】[1]為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系，應(yīng)采用控制變量法，控制電阻和通電時(shí)間相同，電流不同，故應(yīng)選用R3和R1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵陔娐分蠷2起到給R3分流的作用，使R3和R1的電流不同。[2]實(shí)驗(yàn)中采用兩個(gè)相同的U型管，產(chǎn)生的熱量越多，U型管液面的高度差就越大，實(shí)驗(yàn)通過(guò)U形管中液面高度差來(lái)反映電阻絲產(chǎn)生熱量的多少。[3]電流的熱效應(yīng)與電阻有關(guān)，在電阻和通電時(shí)間一定時(shí)，流過(guò)電阻的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多?！咀兪?】（2023·棗莊）在探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少與什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中。某興趣小組猜想：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與通過(guò)導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間有關(guān)，于是他們利用甲、乙、丙三個(gè)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，如圖所示，三個(gè)裝置的透明容器中各有一段電阻絲，容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。（1）要探究電熱與電阻的關(guān)系。應(yīng)選用__________組合，并將它們__________接到電源兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）選用乙、丙組合，串聯(lián)接到電源兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在通電時(shí)間相同的情況下，發(fā)現(xiàn)乙裝置U型管中液面高度變化大，由此可得到的結(jié)論是：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，__________。（3）實(shí)驗(yàn)中通過(guò)觀察U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，在研究許多物理問(wèn)題時(shí)都會(huì)用到這種方法，下列實(shí)例采用研究方法與此相同的是__________。A．探究電流與電壓、電阻的關(guān)系B．用鐵屑顯示磁體周?chē)艌?chǎng)分布C．研究光的傳播時(shí)，引入“光線(xiàn)”D．探究平面鏡成像的特點(diǎn)【答案】①.甲、乙；②.串聯(lián)；③.通過(guò)導(dǎo)體的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多；④.B?！窘馕觥浚?）[1][2]要研究電熱與電阻的關(guān)系，需要控制通過(guò)電阻的電流與通電時(shí)間相同，而電阻的阻值不同，因此選用甲和乙組合，將它們串聯(lián)接到電源兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）[3]乙和丙，由于串聯(lián)在電路中，可知通過(guò)電路乙中5Ω電阻的電流大于通過(guò)丙中5Ω電阻的電流，當(dāng)在通電時(shí)間相同的情況下，發(fā)現(xiàn)乙裝置U型管中液面高度變化大，可知?dú)鈮翰钤酱?，溫度差越大，熱量越多，可以得出的結(jié)論是：通過(guò)導(dǎo)體的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。（3）[4]A．實(shí)驗(yàn)中通過(guò)觀察U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，這用到了轉(zhuǎn)化法，而探究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)，用到的方法是控制變量法，故A不符合題意；B．用鐵屑顯示磁體周?chē)艌?chǎng)分布時(shí)，磁體周?chē)艌?chǎng)的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為吸引鐵屑的多少，故B符合題意；C．研究光的傳播時(shí)，引入“光線(xiàn)”，這是模型法，故C不符合題意；D．探究平面鏡成像的特點(diǎn)，用到的是替代法，故D不符合題意。故選B。要點(diǎn)二焦耳定律知識(shí)點(diǎn)二、焦耳定律1．內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律叫焦耳定律。

2．公式：Q=I2Rt。要點(diǎn)詮釋?zhuān)航苟傻牧硗鈨蓚€(gè)表達(dá)式:。1.從公式我們能看出，電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量受電流的影響最大。2.在應(yīng)用焦耳定律的表達(dá)式來(lái)解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行分析選用，例如，當(dāng)幾個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)起來(lái)時(shí)，由于通過(guò)導(dǎo)體的電流相等，通電時(shí)間也相等，應(yīng)用表達(dá)式分析，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻R成正比；當(dāng)幾個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)起來(lái)時(shí)，由于加在導(dǎo)體兩端的電壓相等，通電時(shí)間也相等，應(yīng)用表達(dá)式分析，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻成反比。3.幾個(gè)公式的比較電功電功率焦耳定律適用范圍基本公式W=UIt普遍適用導(dǎo)出公式純電阻電路W=Q4.只有在純電阻電路中可以用電功公式計(jì)算電熱。因?yàn)樵诩冸娮桦娐分?，電流做的功全部用?lái)產(chǎn)生熱量，此時(shí)電功等于電熱，即W=Q。而在非純電阻電路中，電流所做的功只有一部分用來(lái)產(chǎn)生熱量，如電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，既產(chǎn)生熱量又產(chǎn)生機(jī)械能，電功等于熱量與機(jī)械能之和，即W>Q，故此時(shí)就不能用電功的公式來(lái)計(jì)算電熱了。知識(shí)點(diǎn)三、電熱的利用和防止1.電熱的利用:日常生產(chǎn)、生活中會(huì)經(jīng)常用到電熱，如家用的熱水器、電飯煲等，這些都是用電來(lái)加熱的設(shè)備，叫電熱器。要點(diǎn)詮釋?zhuān)哼@些用電器的共同特點(diǎn)就是利用電流做功，將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，使我們獲得需要的熱量。有些電器通電時(shí)也能產(chǎn)生熱量，但是由于不是用電來(lái)加熱的，所以不能叫電熱器(如電視機(jī)、電腦等)。2.電熱的危害:很多情況下，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量，并不是我們需要的，這時(shí)電能白白消耗掉了，有時(shí)還會(huì)引起事故甚至災(zāi)害，所以要想辦法阻止電熱的產(chǎn)生。要點(diǎn)詮釋?zhuān)何覀冋f(shuō)的電熱的危害是對(duì)于我們的需要來(lái)說(shuō)的，如果產(chǎn)生的熱量是我們需要的，那對(duì)我們是有利的，反之就是有害的，如:電視機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，在正常觀看時(shí)是有害的，但當(dāng)電視機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，我們可以利用電熱來(lái)驅(qū)潮，這時(shí)的電熱是有利的。電熱器在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量如果過(guò)多，也會(huì)帶來(lái)危害，所以我們?cè)谡Ｊ褂秒娔墚a(chǎn)生的熱量時(shí)，也要注意安全?！纠浚?023·宿遷）某型號(hào)電飯鍋有“高溫?zé)蟆焙汀氨貭F飯”兩擋，其電路如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于1時(shí)，電流表示數(shù)為5A，此時(shí)電飯鍋處于_______擋，在此擋位下加熱2.2kg的水，使其溫度升高10℃，用時(shí)100s，電飯鍋的加熱效率為_(kāi)_______；當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于2時(shí)，電流表的示數(shù)為0.1A，R的阻值為_(kāi)______Ω。若從做飯快的角度考慮，應(yīng)選擇功率更________的電飯鍋。【c水=4.2×103J/（kg·℃）】【答案】①.高溫?zé)?；?84%；③.2156；④.高?！窘馕觥縖1]當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于1擋時(shí)，電阻R短路，為R0的簡(jiǎn)單電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于2擋時(shí)，兩電阻串聯(lián)，由串聯(lián)電阻總電阻大于其中任一電阻。根據(jù)可知，開(kāi)關(guān)S置于1檔時(shí)，電路電阻最小，電功率最大，因此電飯鍋處于高溫?zé)髾n。[2]高溫?zé)髾n加熱100s，消耗電能加熱2.2kg的水，使其溫度升高10℃，吸收熱量為電飯鍋的加熱效率為[3]當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于1擋時(shí)，電阻R短路，為R0的簡(jiǎn)單電路，此時(shí)電流表示數(shù)為5A，那么當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于“2”擋時(shí)，電路的為串聯(lián)電路，此時(shí)電路總電阻為那么R電阻為[4]若從做飯快的角度考慮，其他條件一定時(shí)，電飯鍋電功率大，做飯更快一些?！咀兪?】（2023·錦州）小明家一款新型電烤箱銘牌上的部分參數(shù)如圖甲所示，其簡(jiǎn)化電路如圖乙所示，R1、R2均為電熱絲（阻值不隨溫度變化）。求：（1）該電烤箱在額定保溫功率下工作時(shí)的電流？（2）電熱絲R2的阻值？（3）傍晚用電高峰期，小明想測(cè)量電烤箱在工作時(shí)的實(shí)際電壓，于是他斷開(kāi)了家中其他用電器，僅讓電烤箱在加熱狀態(tài)下工作，1min內(nèi)如圖丙所示的電能表轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)了50r．則電烤箱兩端的實(shí)際電壓是多少？【答案】（1）0.5A；（2）44Ω；（3）200V?！窘馕觥浚?）該電烤箱在額定保溫功率下工作時(shí)的電流（2）當(dāng)S閉合，S1接右邊接線(xiàn)柱b時(shí)，R1單獨(dú)工作，電路中電阻最大，電源電壓一定，由可知，此時(shí)電功率最小，電路處于保溫?fù)跷?；?dāng)S閉合，S1接a時(shí)，電阻R1和R2并聯(lián)，電路中電阻最小，電源電壓一定，由可知電功率最大，處于加熱檔，此時(shí)R1的電功率P1=P保溫=110WR2的電功率電熱絲R2的阻值（3）S閉合、S2接左邊接線(xiàn)柱a時(shí)，電阻R1和R2并聯(lián)，處于加熱擋位，P加熱=1210W，總電阻電能表轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)了50r，電烤箱消耗的電能電烤箱的實(shí)際功率電路的實(shí)際電壓答：（1）該電烤箱在額定保溫功率下工作時(shí)的電流為0.5A；（2）電熱絲R2的阻值為44Ω；（3）電烤箱兩端的實(shí)際電壓是220V?！咀兪?】（2023·蘇州）如圖甲，R1阻值為20Ω，圖乙為小燈泡L的U～I(xiàn)圖像。閉合開(kāi)關(guān)S、，斷開(kāi)，電流表示數(shù)為0.4A，再閉合開(kāi)關(guān)，電流表示數(shù)變?yōu)?.6A。求：（1）電源電壓；（2）的阻值；（3）若只閉合S，1min內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量?！敬鸢浮浚?）8V；（2）；（3）108J?！窘馕觥浚?）閉合開(kāi)關(guān)S、S1，只有R1接入電路，則電源電壓（2）再閉合開(kāi)關(guān)S2，R1與R2并聯(lián)，則通過(guò)R2的電流R2的阻值（3）若只閉合S，R1與L串聯(lián)，由于電源電壓為8V，利用圖乙分析可知，通過(guò)R1的電流為0.3A，則1min內(nèi)電阻R1產(chǎn)生的熱量。答：（1）電源電壓為8V；（2）R2的阻值是40Ω；（3）若只閉合S，1min內(nèi)電阻R1產(chǎn)生的熱量為108J。【變式3】（2023·南京）圖甲所示是一款全自動(dòng)豆?jié){機(jī)。其主要結(jié)構(gòu)有兩部分：一是有一個(gè)帶動(dòng)刀頭的電動(dòng)機(jī)，用來(lái)將原料粉碎打漿；二是有一個(gè)電熱器，用來(lái)對(duì)液體加熱。如表是這款豆?jié){機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。圖乙是豆?jié){機(jī)正常工作做一次豆?jié){過(guò)程中電熱器和電動(dòng)機(jī)交替工作的圖像。型號(hào)額定電壓額定頻率電機(jī)功率加熱功率容量×××220V50Hz100W1210W1000mL（1）豆?jié){機(jī)正常工作做一次豆?jié){的過(guò)程中，電熱器與電動(dòng)機(jī)工作的時(shí)間之比為_(kāi)_____；（2）豆?jié){機(jī)正常工作時(shí)的最大電流為_(kāi)_____A；（3）某次豆?jié){機(jī)正常工作過(guò)程中，將其它用電器都關(guān)閉，觀察到標(biāo)有3600imp/（kW·h）字樣的電能表指示燈在2min內(nèi)閃爍了123次，此2