第30講 電能-焦耳定律與電能計算（原卷版）

第30講電能--焦耳定律與電能計算焦耳定律的計算電能的計算一.焦耳定律及電熱1．焦耳定律：(1)1841年，英國物理學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量Q（稱為焦耳熱）與電流I的平方、導(dǎo)體的電阻R、通電時間t成正比，這個規(guī)律叫焦耳定律。焦耳定律是一個實驗定律。它的適用范圍很廣，純電阻電路、非純電阻電路在計算電熱時都用到它。(2)熱功率：單位時間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱功率叫做熱功率．熱功率等于通電導(dǎo)體中電流I的二次方與導(dǎo)體電阻R的乘積．(3)電功率與熱功率:對純電阻電路，電功率等于熱功率即：P=I*U=I2R=U2/R此時，可得U=IR,所以純電阻電路也可以說是歐姆定律成立的電路對非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除熱能外其他形式的功率之和．2.電熱（1）電熱：由于導(dǎo)體的電阻，使電流通過導(dǎo)體時消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分能量叫電熱。（2）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量等于電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時間的乘積。（3）公式：Q=I2Rt.（4）適用對象:凡是要計算電熱，都應(yīng)首選Q=I2Rt，可求任何電路中電流I通過電阻R時所產(chǎn)生的熱量。3．熱功率的意義及計算（1）熱功率：單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率叫作熱功率。熱功率即電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率，即：P=Q/t=I2R（2）熱功率計算:當(dāng)電路不是純電阻電路時，電功用W=UIt來計算，電熱Q只能用Q=I2Rt進行計算，電功率用P=IU計算，熱功率只能用P熱=I2R計算。4.電熱的檔位問題：如圖所示R1>R2根據(jù)P=U2/R可得出高溫檔：R2單獨工作中溫檔：R1單獨工作低溫檔：R1,R2同時工作如圖所示R1>R2根據(jù)P=U2/R可得出高溫檔：R1,R2同時工作中溫檔：R2單獨工作低溫檔：R1單獨工作考點一：焦耳定律【例1】焦耳24歲時，首先把電阻絲放入玻璃管內(nèi)，做成一個電熱器，然后把電熱器放入一個玻璃瓶中，瓶中裝有已知質(zhì)量的水。給電熱器通電并開始計時，從插在水中的溫度計可隨時觀察到水溫的變化，同時，他用電流計測出電流的大小，焦耳把實驗做了一次又一次，獲取大量數(shù)據(jù)歸納得出焦耳定律。下列有關(guān)說法不正確的是（）A．焦耳定律只適用于電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路B．焦耳通過實驗得到電流產(chǎn)生的熱量與電流的二次方、電阻、通電時間成正比C．焦耳實驗時用水吸收的熱量來替代電阻絲產(chǎn)生的熱量，是用了轉(zhuǎn)換法D．科學(xué)教材上研究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)的實驗與焦耳所做實驗很大的不同是沒有獲取大量的數(shù)據(jù)得到關(guān)系式【例2】如圖所示，兩個透明容器中密閉著等量的空氣，A，B兩U形管內(nèi)的液面相平，電阻絲的電阻，小明用圖示裝置進行實驗，探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量Q跟什么因素有關(guān)，下列說法正確的是（）

A．此實驗在探究電熱Q與電阻R是否有關(guān)B．通過的電流和通過的電流大小之比為2∶1C．電阻兩端的電壓和兩端的電壓相等D．通電后，A管的液面將會比B管的液面低考點二：電熱的計算【例1】某電飯鍋內(nèi)有R0=44Ω、R=2156Ω的兩根電熱絲，它的工作簡化電路如圖所示，當(dāng)S置于“2”擋時，下列分析正確的是（）A．R0和R并聯(lián)B．處于加熱狀態(tài)，加熱功率為1100WC．處于保溫狀態(tài)，保溫功率為22WD．整個電路10min產(chǎn)生的熱量為1.32×104J【例2】某型號電飯煲有加熱和保溫功能，圖甲所示為其內(nèi)部電路原理圖，圖乙是該電飯煲工作時電功率與時間的關(guān)系圖像，關(guān)于電飯煲工作時下列說法中正確的是（）A．開關(guān)S接觸點2時，電飯煲處于加熱狀態(tài)B．0~20min，該電飯煲產(chǎn)生的熱量為6×105JC．電飯煲處于加熱狀態(tài)時的功率是1000WD．R1的電阻為181.5Ω1．甲、乙兩段實心鐵導(dǎo)體的電阻值相等，將它們?nèi)鐖D所示串聯(lián)在電路中，通電一段時間后，比較甲、乙導(dǎo)體產(chǎn)熱的多少，正確的是（）A．甲導(dǎo)體的產(chǎn)熱比乙導(dǎo)體多B．乙導(dǎo)體的產(chǎn)熱比甲導(dǎo)體多C．甲、乙導(dǎo)體產(chǎn)熱相等D．條件不足，無法判斷2．要使電熱器在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量減小到原來的一半，則應(yīng)（）A．電阻不變，使通過電熱器的電流減小一半B．電阻不變，使電熱器兩端的電壓減小一半C．電壓不變，使電熱器的電阻變?yōu)樵瓉淼?倍D．電壓不變，使電熱器的電阻增大為原來的倍3．如圖所示是探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)的實驗裝置。兩個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。下列說法中都正確的選項是（）①U形管中液面高度發(fā)生變化是因為U形管中液體的熱脹冷縮造成②甲實驗主要是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系③甲實驗通過電流做功使容器內(nèi)空氣內(nèi)能增大④圖甲中右側(cè)盒外連接10Ω的電阻，它的作用是使通過容器中電阻絲的電流不相等⑤通電后，甲圖中左右容器中的電阻產(chǎn)生的熱量之比為9：4⑥實驗中觀察到甲圖左側(cè)U形管中液面很快出現(xiàn)高度差，右側(cè)U形管中液面高度差為零，原因可能是10Ω的電阻斷路⑦乙實驗通電一段時間后，右側(cè)U形管中液面的高度差比左側(cè)的大⑧“電爐絲熱得發(fā)紅，而與它相連的導(dǎo)線卻不怎么熱”，這一現(xiàn)象可用圖乙解釋⑨通電后，乙圖中左右容器中的電阻產(chǎn)生的熱量之比為1：4⑩甲乙實驗都只用到控制變量法A．②③④⑤⑦⑧ B．①②③④⑤⑦⑧ C．②③④⑥⑦⑧⑨ D．②③④⑤⑦⑩4．小明家某型號電熱加濕器的原理如圖所示，R1、R2都是發(fā)熱電阻絲，S為旋轉(zhuǎn)型開關(guān)，1、2、3、4為觸點，有快速加濕和慢速加濕兩種狀態(tài)。下列分析正確的是（）A．加濕器是利用電流的熱效應(yīng)工作的B．加濕器工作時使水溫度升高，加快水的液化C．當(dāng)S轉(zhuǎn)到3、4兩觸點之間時，兩根發(fā)熱電阻絲處于并聯(lián)狀態(tài)D．當(dāng)S轉(zhuǎn)到2、3兩觸點之間時，加濕器處于快速加濕狀態(tài)5．電風(fēng)扇、電烙鐵、日光燈三個用電器上都標(biāo)有“220V，60W”字樣，正常工作時，相同的時間內(nèi)（）A．電風(fēng)扇產(chǎn)生的熱量最多B．電烙鐵產(chǎn)生的熱量最多C．日光燈產(chǎn)生的熱量最多D．三者產(chǎn)生的熱量一樣多6．額定電壓相同的電熱水壺、電烤箱和電飯鍋正常工作過程中消耗的電能W和通電時間t的關(guān)系如圖所示。關(guān)于這三個用電器，下列判斷正確的是（）A．正常工作時，電熱水壺比電烤箱產(chǎn)生的熱量少B．正常工作時，電熱水壺比電飯鍋的功率大C．正常工作時，通過電飯鍋的電流最大D．在一個月內(nèi)，電熱水壺消耗的電能一定最多7.如圖為某個品牌暖手寶及其主要參數(shù)，暖手寶內(nèi)有水及電加熱元件等，使用前要先給暖手寶通電加熱，假設(shè)暖手寶加熱效率是60%，在額定電壓下，水由室溫10℃加熱至自動斷電[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。則（）A．暖手寶加熱時電加熱元件是利用熱傳遞增加了內(nèi)能B．暖手寶電加熱時間為770sC．暖手寶電加熱時消耗的電功率一定是500WD．暖手寶暖手時放出的熱量是3.85×105J8．甲、乙兩段導(dǎo)體通電時間相同，甲的電阻是乙的3倍，甲、乙產(chǎn)生的熱量之比是4∶3，則通過甲、乙兩導(dǎo)體的電流之比是（）A．2∶3 B．2∶1 C．4∶9 D．3∶29．甲、乙兩電熱絲電阻之比為2∶3，通過的電流之比為3∶1，則相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（）A．2∶3 B．6∶1 C．4∶1 D．1∶610．如圖所示，阻值為R的電阻絲，用四種方法分別接在電壓為U或2U的電源上。閉合開關(guān)后，在相同時間內(nèi)虛線框里的電阻絲產(chǎn)生的總熱量最多的是（）A．B．C．D．11．把標(biāo)有“220V50W”的A燈和“220V100W”的B燈串聯(lián)起來，接在電壓恒為220V的電源兩端，燈泡電阻不變，則下列判斷中正確的是（）A．兩燈的電阻之比RA∶RB=2∶1B．兩燈的實際電壓之比UA∶UB=1∶2C．兩燈實際消耗的功率之比PA∶PB=1∶2D．相同時間內(nèi)，兩燈實際發(fā)熱之比QA∶QB=1∶212．將阻值為40Ω的電阻絲接在電源兩端，通電10min，電流產(chǎn)生的熱量是1.5×103J，若將阻值20Ω的電阻絲接入同一電源的兩端，通電20min，電流產(chǎn)生的熱量是（）A．6×104J B．3×103J C．6×103J D．12×104J13．關(guān)于電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量，以下說法正確的是（）A．根據(jù)Q=I2Rt可知，電阻越大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多B．根據(jù)Q=I2Rt可知，在電流一定時，電阻越大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多C．根據(jù)Q=UIt可知，相同時間內(nèi)，電流產(chǎn)生的熱量與電阻無關(guān)D．根據(jù)可知，電阻越大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越少14．如圖所示為電阻R1和R2的I—U圖像，下列說法正確的是（）A．R2的阻值為10ΩB．兩電阻串聯(lián)與并聯(lián)的總阻值之比為9∶4C．將兩電阻串聯(lián)接入電路，通電后，R1兩端電壓與R2兩端電壓之比為1∶2D．將兩電阻并聯(lián)接入電路，通電1分鐘，電流通過R1產(chǎn)生的熱量與電流通過R2產(chǎn)生的熱量之比為1∶215．家用電熱鍋有加熱和保溫兩擋，內(nèi)部電路簡化圖如圖甲所示，S是單刀雙擲開關(guān)，R1和R2均為阻值不變的電熱絲，使用該電熱鍋在額定電壓工作，其消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖乙所示。已知水的比熱容為，下列說法中正確的是（）A．開關(guān)S打到1時電熱鍋處于保溫狀態(tài)B．電熱鍋利用電流的磁效應(yīng)工作C．整個工作過程中消耗電能為5.83×105JD．加熱過程使1kg的水溫度升高了70℃，則加熱效率約為81%16．2021年9月28日，我國首條自主研制的新型超導(dǎo)電纜在深圳投入使用，這是全球首個應(yīng)用于超大型城市中心區(qū)的高溫超導(dǎo)電纜。高溫超導(dǎo)是在接近﹣200℃的液氮環(huán)境下，使導(dǎo)電介質(zhì)的電阻接近于零。下列說法正確的是（）A．利用該電纜輸電，可以減少電能的損耗B．該電纜的發(fā)熱功率較大C．低溫液氮含有的熱量為零D．該電纜的材料可以用來制作電熱器的發(fā)熱體17．如圖甲所示，兩電熱絲R1與R2并聯(lián)，R1=20Ω，電源電壓保持不變，閉合開關(guān)S，電流表A1和電流表A2表盤指針均指在如圖乙所示的位置，則以下判斷不正確的是（）A．R1∶R2=5∶1 B．電源電壓是10VC．R2的電功率是20W D．R1工作2min所放出的熱量為600J18．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(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q甲1、Q甲2；圖乙電路中R1、R2在相同時間內(nèi)產(chǎn)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∶1

1∶2 B．1∶2

2∶1 C．1∶1

1∶2 D．2∶1

1∶119．如圖所示，已知電阻R1=10Ω、R2=15Ω，當(dāng)開關(guān)閉合后，下列說法正確的是（）A．通過R1與R2的電流之比為2∶3 B．相同時間內(nèi)R1與R2產(chǎn)生的熱量之比為2∶3C．R1與R2兩端的電壓之比為3∶2 D．R1與R2消耗的電功率之比為1∶120.甲、乙兩只電熱杯及其銘牌如圖所示，若它們的電阻不隨溫度的變化而改變，則下列說法中正確的是（

）

A．甲的電阻小于乙的電阻B．乙電熱杯消耗的電能一定比甲電熱杯多C．若將乙接在電壓為110V的電路中，它的實際功率為250WD．若將兩電熱杯串聯(lián)后接在電壓為220V的電路中，相同時間內(nèi)甲產(chǎn)生的熱量較多21．空氣污染指數(shù)（API-AirPollutionIndex的英文縮寫）越高，空氣污染越嚴(yán)重。如圖甲是一個空氣污染指數(shù)檢測儀的原理圖。R為氣敏電阻，其電阻的倒數(shù)與KPI的關(guān)系如圖乙所示，已知電源電壓12V保持不變，R0=5Ω，下列說法不正確的是（）A．當(dāng)空氣污染加重時，氣敏電阻R的阻值將減小B．當(dāng)電壓表的示數(shù)為4V時，氣敏電阻R的阻值為10ΩC．當(dāng)電壓表的示數(shù)為4V時，2min內(nèi)R0產(chǎn)生的熱量是576JD．當(dāng)電路中電流是1.2A時，空氣污染指數(shù)是5022．如題圖所示裝置中，甲、乙、丙三個完全相同的燒瓶中分別裝有質(zhì)量、初溫都相同的液體，燒瓶中的電阻絲分別為、R乙、，且，瓶中溫度計都相同。以下說法正確的是（）A．對比甲、乙兩燒瓶可探究“電熱多少與電阻大小的關(guān)系”B．對比甲、丙兩燒瓶可探究不同物質(zhì)的吸熱能力C．若探究“不同物質(zhì)的吸熱能力”，則物質(zhì)吸熱的多少可用溫度計示數(shù)來表示D．若燒瓶內(nèi)選用比熱容較大的液體，可以使實驗現(xiàn)象更明顯。23．冬天快到了，強強發(fā)現(xiàn)家里的電爐絲通電后熱得發(fā)紅，而與電爐絲連接的銅導(dǎo)線卻不怎么熱，這是因為（）A．銅導(dǎo)線比電爐傳熱快，所以不容易熱B．銅導(dǎo)絲有絕緣層，所以不怎么熱C．通過電爐絲的電流比通過銅導(dǎo)線的電流大D．銅導(dǎo)線的電阻小，因而產(chǎn)生的熱量少，而電爐絲電阻大，產(chǎn)生熱量多24．如圖所示，某同學(xué)將一張細條狀鋁箔紙（鋁箔是一種金屬）的兩端分別壓在干電池的正負極，發(fā)現(xiàn)鋁箔紙發(fā)熱并燃燒，關(guān)于該實驗的分析錯誤的是（）A．干電池內(nèi)儲存的是化學(xué)能B．鋁箔紙發(fā)熱的過程是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程C．該實驗?zāi)苷f明短路帶來的危害D．該實驗用普通紙?zhí)娲X箔紙也能燃燒25．某品牌智能電熱毯能夠根據(jù)環(huán)境溫度自動實現(xiàn)多擋位加熱，以增強人體舒適度。其等效電路簡化圖如圖甲所示，R1、R2均為