資源簡介

3.6 電能（二）
目錄
模塊一 知己知彼 1
模塊二 知識掌握 2
知識點一、電功率的實驗探究 2
知識點二、電熱器與焦耳定律 10
知識點三、電熱( Q )和電功( W )的區別 16
模塊三 鞏固提高 20
模塊一 知己知彼
學習目標 目標解讀
1.會使用電流表和電壓表測定小燈泡的電功率，能區分用電器的額定電壓和實際電壓，額定功率和實際功率。 2.熟悉常用電熱器，知道電流通過導體產生的熱量跟哪些因素有關。 3.理解焦耳定律，能利用焦耳定律進行簡單計算。 解讀1:能說明伏安法測量小燈泡的電功率的實驗原理，繪制實驗電路圖，并通過實驗測定小燈泡的額定功率和實際功率，收集和整理實驗數據得出實驗結論，常見題型為實驗探究題，難度稍大。 解讀2:知道電流具有熱效應、影響電流熱效應的因素,應用焦耳定律解決簡單的問題，常見題型為選擇題、實驗探究題、解答題，難度較大。
模塊二 知識掌握
知識點一、電功率的實驗探究
（一）影響電功率大小的因素
(1)研究電功率與電流的關系
實驗方案:如圖所示，將兩只小燈泡并聯，目的是控制兩者兩端的電壓相同，比較通過兩只小燈泡的電流大小和亮度(亮度反映實際功率的大小)。觀察兩只小燈泡的亮暗，并記錄兩只電流表的示數，把觀察結果記錄在下表中。
燈L1 燈L2
條件控制(電壓關系)
亮度(亮暗)
電流(安)
實驗結果:在電壓相等的情況下，通過小燈泡的電流越大，小燈泡的電功率越大。
(2)研究電功率與電壓的關系
實驗方案:如圖所示，將兩只小燈泡串聯，目的是控制通過兩者的電流相同，比較兩只小燈泡兩端的電壓大小和亮度(亮度反映實際功率的大小)。觀察兩只小燈泡的亮暗，并記錄兩只電壓表的示數，把觀察結果記錄在下表中。
燈L1 燈L2
條件控制(電流關系)
亮度(亮暗)
電壓(安)
實驗結果:在電流相等的情況下，小燈泡兩端的電壓越高，小燈泡的電功率越大。
（二）電功率的計算公式
(1)實驗表明，用電器的電功率等于用電器兩端的電壓與通過用電器的電流的乘積。
(2)電功率的公式可表示為P=UI (電功率的基本公式，適用于所有電路的計算)，由公式得出，電功率的單位瓦特也可表示為1瓦=1伏.安。
(3)電功率的推導公式:將公式I=U/R代入上述公式，可推導出:P=I2R或P= U2/R(只適用于純電阻電路的計算)。
(4)無論用電器串聯或并聯，電路的總功率都等于各用電器的實際功率之和，關系式為P=P1+P2+..+Pn。
（三）電功的計算
(1)根據功率和功的關系P=W/t可以得到電功的計算式，即W=Pt=UIt。這就是說，電流在某段電路上做的功，等于這段電路兩端的電壓與通過這段電路的電流，以及通電時間的乘積。
(2)根據公式W=UIt,電功的單位焦耳也可表示為1焦=1伏.安.秒。
(3)將公式I=U/R代入電功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同樣的，這兩個公式只能運用于純電阻電路中。
（四）電功率的測量
(1)伏安法測量電功率:用電壓表測量用電器兩端的電壓，用電流表測量通過用電器的電流，再根據公式P=UI間接求出用電器的電功率，這種方法叫做伏安法。
(2 )實驗器材:常用的小燈泡1只(標明額定電壓，未標明額定功率)，電流表、電壓表各1只，滑動變阻器1只,開關1只，電池組(總電壓高于小燈泡的額定電壓)1只，導線若干。
(3)過程和步驟:
①按正確的電路圖連接電路。
②調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓恰好等于小燈泡的額定電壓。讀出此時兩只電表的示數，并記錄在下表中。
③調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的1.2倍。觀察小燈泡的亮度變化(相對于額定電壓下的亮度)，讀出兩只電表的示數，并記錄在下表中。
④調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的0.8。觀察小燈泡的亮度變化(相對于額定電壓下的亮度)，讀出兩只電表的示數，并記錄在下表中。
⑤計算出三種情況下小燈泡的電功率;分析小燈泡的亮度和實際功率的關系。
序號 電壓 電流 電功率 小燈泡的亮度變化
1
2
3
【能力拓展】
（1）研究電功率與電流、電壓的關系，應用控制變量法。在研究電功率與電流的關系時，應控制電壓不變，比較電功率(小燈泡亮暗)與電流的關系，實驗中采取將兩只小燈泡并聯來控制電壓不變。在研究電功率與電壓的關系時，應控制電流不變,比較電功率(小燈泡亮暗)與電壓的關系，實驗中采取將兩只小燈泡串聯來控制電流不變。
（2）對于同一用電器而言,用電器的阻值常認為是不變的，電功率之比等于它相應的電壓的平方之比，故可利用P實/P額=U實2/U額2解題。如標有“220伏40瓦”字樣的燈泡，若接在電路中的實際電壓是110伏，則燈泡的實際功率是10瓦。
（3）根據公式P=I2R得，串聯電路中各用電器電功率與電阻成正比，即P1/P2=R1/R2
（4）根據公式P=U2/R得，并聯電路中各用電器電功率與電阻成反比，即P1/P2=R2/R1
（2023 海曙區一模）為了測量一只額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，某同學設計了如圖所示的電路，實驗中電源電壓保持3V不變，閉合開關，調節滑動變阻器，得到的實驗數據如表。下列說法正確的是（　　）
實驗次數 1 2 3 4 5
發光情況 熄滅 微光 暗 較暗 明亮
電壓U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
電流1/A 0.10 0.14 0.16 0.24 0.28
A．多次實驗的目的是為了減小誤差
B．小燈泡的額定功率為0.48W
C．實驗前未閉合開關時，小燈泡的電阻可能為6Ω
D．第1、2兩次實驗，滑動變阻器電阻的改變量大于小燈泡電阻的改變量
【解答】解：A、在測量小燈泡電功率實驗中，多次測量的目的是為了尋找普遍規律，故A錯誤；
B、小燈泡的電壓為額定電壓2.5V時，流過的電流為0.28A，
則小燈泡的額定功率為P＝UI＝2.5V×0.28A＝0.7W，故B錯誤；
C、由表中數據可知，燈泡不亮時，電壓為0.5V，電流為0.1A，此時燈泡的電阻為：
R15Ω，故C錯誤；
D、當燈泡兩端的電壓為0.5V時，通過電路的電流約為0.10A，
滑動變阻器兩端的電壓為：UH1＝U﹣UL1＝3V﹣0.5V＝2.5V，
滑動變阻器此時接入電路的電阻：RH125Ω，
此時燈泡的電阻為：
R15Ω；
當燈泡兩端的電壓為1V時，通過電路的電流約為0.14A，
滑動變阻器兩端的電壓為：UH＝U﹣UL2＝3V﹣1V＝2V，
此時滑動變阻器接入電路的電阻：RH214.3Ω，
此時燈泡的電阻為：
R27.1Ω；
通過電路的電流由0.1A變為0.14A，滑動變阻器的電阻由25Ω變為14.3Ω，電阻變化量為25Ω﹣14.3Ω＝10.7Ω；
燈泡的電阻由5Ω變為7.1Ω，電阻的變化量為7.1Ω﹣5Ω＝2.1Ω，故小燈泡電阻的變化量ΔR2小于滑動變阻器電阻的變化量ΔR1，故D正確。
故選：D。
（2022秋 西湖區期末）小金利用如圖甲所示電路（未連接全），測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，下列說法錯誤的是（　　）
A．將圖中EC接線柱用導線相連后該電路能測量小燈泡額定功率
B．閉合開關后，電壓表的讀數如圖乙，則滑動變阻器滑片應向B端移動
C．當電壓表示數為2.5V時，電流表示數如圖丙，則小燈泡額定功率為0.75W
D．實驗還可得知，小燈泡的實際功率越大，小燈泡越亮
【解答】解：A、在測小燈泡的額定功率實驗中，燈泡、滑動變阻器和電流表串聯，電壓表并聯在燈泡兩端，將圖中EC接線柱用導線相連后，此時電壓表并聯在燈泡兩端，所以該電路能測量小燈泡額定功率，故A正確；
B、閉合開關后，電壓表的讀數如圖乙，電壓表選用小量程，分度值0.1V，其示數為2V，小于燈泡額定電壓，要測小燈泡的額定功率，應增大燈泡兩端的電壓，根據串聯電路電壓規律，應減小滑動變阻器兩端的電壓，根據分壓原理，應減小滑動變阻器接入電路的阻值，所以應將滑動變阻器滑片應向A端移動，故B錯誤；
C、當電壓表示數為2.5V時，電流表示數如圖丙，電流表選用小量程，分度值0.02A，其示數為0.3A，則小燈泡額定功率為：
P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W，故C正確；
D、燈泡的亮度由燈泡的實際功率決定的，實際功率越大，燈泡亮度越亮，故D正確。
故選：B。
（2023 淳安縣一模）小金同學在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源為三節干電池，小燈泡額定電壓為2.5V。
（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整。

（2）小金連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，電壓表的示數如圖乙，若要測量小燈泡的額定功率，接下來的操作是 　移動滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數為額定電壓2.5V　；小金同學測量了六組且記下對應的電壓表（0.5V、1.0V、……、3.0V）和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的I—U圖像，可計算出小燈泡的額定功率是 　1　W。
（3）根據圖丙分析，為完成上述整個實驗，最合理的滑動變阻器應選 　C　。
A.“0.5A 10Ω”
B.“1A 20Ω”
C.“1A 60Ω”
D.“0.2A 200Ω”
【解答】解：（1）測定“小燈泡電功率”的實驗中，電壓表并聯在小燈泡兩端，小燈泡額定電壓為2.5V，則電壓表選擇小量程；滑動變阻器“一上一下”串聯接入電路；如圖所示：
（2）燈在額定電壓下正常發光，電壓表選用0～3V量程，分度值為0.1V，由圖乙知，燈泡兩端電壓等于1.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應增大燈泡的電壓，根據串聯電路電壓的規律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理應減小變阻器連入電路中的阻值，故移動滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數為額定電壓2.5V；
由圖丙所示的I﹣U圖象，燈的電壓為2.5V時，通過的電流為0.4A，所以小燈泡的額定功率是
P＝UI＝2.5V×0.4A＝1W；
（3）電源由三節干電池，所以電源電壓4.5V；
小金同學測量的六組實驗中，燈泡兩端電壓最小0.5V，由分壓原理知，此時變阻器連入電路的阻值最大，由圖象知，此時電路中電流約為0.1A，
則此時變阻器連入電路的阻值為：
R40Ω，
由圖象知，燈泡電壓為3V時的電流大于0.4A，所以應選擇“1A 60Ω”的變阻器，故選：C。
故答案為：（1）見解答圖；（2）移動滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數為額定電壓2.5V；1；（3）C。
（2022秋 平湖市期末）小明同學用圖甲中的器材測量一只標有“2.5V0.3A“字樣的小燈泡的額定功率。
（1）小明所連的電路中有一處錯誤或不妥，請改正（在要去掉的線上打“×”，并添加相應的導線），再將圖甲的電路連接完整，要求滑動變阻器滑片向右移動時，小燈泡變亮。
（2）閉合開關后，小明發現小燈泡不亮，電壓表的示數為2.9V，電流表示數為0，則出現的故障可能是 　燈泡斷路　。
（3）故障排除后，小明移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數為2.5V，這時電流表指針如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為 　0.65　W.
【解答】解：（1）甲圖中，電流表的“0.6”接線柱與變阻器的滑片相連是不對的，根據滑動變阻器滑片向右移動時，小燈泡變亮可知，電路的電流變小，變阻器連入電路的電阻變小，故將變阻器右下接線柱連入電路中，電流表“0.6”接線柱與變阻器左上接線柱連接，如下所示：
（2）閉合開關后，小明發現小燈泡不亮，電流表示數為0，電路可能斷路，電壓表的示數為2.9V，則電壓表與電源連通，則出現的故障可能是燈泡斷路；
（3）故障排除后，小明移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數為2.5V，這時電流表指針如圖乙所示，電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流為0.26A，則小燈泡的額定功率為：
P＝UI＝2.5V×0.26A＝0.65W。
故答案為：（1）見解析中的圖；（2）燈泡斷路；（3）0.65。
（2023 紹興模擬）如圖所示，在測定“小燈泡電功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為8Ω。
（1）圖甲中有一根導線連接錯誤，請你把它找出來并打上“×”（表示不要），并用筆重新畫一根正確連接的導線。
（2）改正電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，發現小燈泡始終不亮。電壓表和電流表均無示數，原因可能是下列選項中的 　D　（填字母）。
A．燈泡短路
B．燈泡斷路
C．滑動變阻器短路
D．滑動變阻器斷路
（3）排除上述故障后，閉合開關，調節滑動變阻器使電壓表的示數為2.5V，此時電流表的示數如圖乙所示，由此可知小燈泡的額定功率為 　0.85　W。
（4）現有兩個額定電壓均為15V的燈泡L1和L2，它們的電壓U與電流I的關系曲線如圖丙所示，將L1和L2串聯后接在15V的電源上時，電路總功率為 　3　W。
【解答】解：
（1）燈泡應和電流表串聯和電壓表并聯，據此可知燈泡右端接線柱與電流表“0.6”的接線柱之間的這根導線錯誤，應將燈泡右端的接線柱與電壓表的“﹣”接線柱相連，據此改正并畫圖如下：
（2）A、若燈泡短路，電流表有示數，電壓表沒有示數，故A不符合題意；
B、若燈泡斷路，電流表沒有示數，電壓表串聯在電路中測電源電壓，有示數，故B不符合題意；
C、若滑動變阻器短路，電流表有示數，電壓表也有示數，故C不符合題意；
D、若滑動變阻器斷路，整個電路斷路，移動滑動變阻器的滑片P，發現小燈泡始終不亮，兩表沒有示數，故D符合題意；
故選：D；
（3）根據圖乙可知，電流表選用小量程，分度值為0.02A，圖乙中電流表的示數為0.34A，
小燈泡的額定功率為：P＝UI＝2.5V×0.34A＝0.85W；
（4）兩燈泡串聯時，流過兩燈泡的電流相等，而總電壓應為15V，
由電流與電壓的關系曲線可知，只有串聯電流為0.2A時，此時L1對應的電壓為10V，L2對應的電壓為5V，符合串聯電路電壓的電壓特點（15V＝10V+5V），所以此時L1的功率為：P1＝U1I′＝10V×0.2A＝2W，
L2的功率為：P2＝U2I′＝5V×0.2A＝1W，
兩燈消耗的總功率為：P'＝P1+P2＝2W+1W＝3W。
故答案為：（1）見解析；（2）D；（3）0.85；（4）3。
知識點二、電熱器與焦耳定律
（一）電流的熱效應
(1)定義:電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。
(2)實質:電流通過導體發熱的過程實際上是電能轉化為內能的過程。
(3)應用:各種各樣的電熱器都是利用電流的熱效應工作的，如電熨斗、電熱毯、電熱壺、電飯煲等。電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體一般是由電阻大、熔點高的金屬導體制成的。
（二）探究影響電熱的因素
提出問題:電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關呢
猜想與假設:結合生活經驗，可能與導體的電阻有關，可能與電流的大小有關，還可能與通電時間有關。
設計實驗:如圖(注意控制變量法的運用)
控制t、I相同，研究熱效應與電阻的關系。
控制t、R相同，研究熱效應與電流的關系。
控制I、R相同，研究熱效應與時間的關系。
進行實驗:
①將兩根電阻絲串聯，通電加熱一段時間后，觀察兩玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
②當兩玻璃管中的液面降到原來的高度后，減小滑動變阻器接人電路的阻值使電流增大，在與①相同的時間內，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
③保持②電流大小不變，延長通電加熱時間，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
④比較玻璃管中煤油上升高度的變化，得出結論。
獲得結論:
①當通電時間、電流相等時，電阻越大，電流產生的熱量越多。
②當通電時間、電阻相等時，電流越大，電流產生的熱量越多。
③當通電電流和電阻相等時，通電時間越長,電流產生的熱量越多。
（三）焦耳定律
(1)焦耳定律的內容: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。焦耳定律是由英國科學家焦耳最先發現的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)對焦耳定律的計算公式Q rPRt的理解要注意以下幾點:
①講到影響電流通過導體產生熱量的因素時要控制好變量，要同時考慮到通過導體的電流、導體電阻和通電時間。例如不能說導體通電時間越長，產生的熱量就越多。
②不能說導體產生的熱量跟電流成正比，只能說跟電流的二次方成正比。
③公式中的各個物理量都是對同一導體或電路而言的，計算時不能張冠李戴。
④電熱和電功的單位是相同的，都是焦(J)。
【能力拓展】
(1)電阻絲產生的熱看不見，可對電阻絲產生的熱量使玻璃管內煤油上升的高度進行比較，這是采用了轉換法。
(2)電流產生的熱量與電阻、電流和通電時間均有關系，在研究熱量與其中一個因素的關系時，要控制另外兩個因素不變，這是采用了控制變量法。
（2022秋 舟山期末）小芳猜想電流產生的熱量與電阻大小有關，下列能支持她猜想的現象是（　　）
A．接線板上接入的用電器越多，導線越容易發熱
B．正常工作時，“36V 54W”的燈泡比“12V 6W”的燈泡亮
C．電熨斗工作時發熱明顯，而與之相連的導線卻不怎么熱
D．電熱水壺加熱水時，水沸騰前，加熱時間越長，溫度越高
【解答】解：電流通過導體產生的熱量與通過的電流、導體的電阻和通電時間有關，研究與其中一個因素的關系時，要控制另外兩個因素不變。
A．接線板上接入的用電器越多，總功率越大，根據I可知導線中的電流越大，說明電流產生的熱量與電流大小有關，故A不符合題意；
B．正常工作時，“36V 54W”的燈泡比“12V 6W”的燈泡亮，兩燈的實際功率分別為54W和6W，根據P＝UI有I可知，此時兩個燈泡的電流是不同的，說明電流產生的熱量與電流大小有關，故B不符合題意；
C．電熨斗與導線串聯，此時通過電熨斗和導線的電流及通電時間相同，而電熨斗的電阻遠大于導線的電阻，工作時電熨斗發熱明顯，故C符合題意；
D．電熱水壺加熱水時，水沸騰前，加熱時間越長，溫度越高，說明電流產生的熱量與時間長短有關，故D不符合題意。
故選：C。
（2022秋 鎮海區期末）小科想要利用風扇、發熱電阻等元件，制作一個有低溫擋和高溫擋的暖風機。他設計了發熱部分的兩種電路，分別如圖甲、乙所示。下列說法錯誤的是（　　）
A．圖甲中，當開關S閉合、S1斷開時，此時處于低溫擋工作狀態
B．圖甲中，當開關S閉合、S1閉合時，此時處于高溫擋工作狀態
C．圖乙中，若電源電壓為24伏，要實現電阻R3的發熱電功率為120瓦，則R3阻值為5歐
D．圖乙中，暖風機高溫擋總功率為200瓦，在高溫擋工作1分鐘，暖風機消耗電能1.2×104焦
【解答】解：AB\甲方案中，開關S、S1均閉合時，電路為R1的簡單電路，電路的總功率P甲1；
開關S閉合、S1斷開時，R1與R2串聯，由串聯電路中總電阻等于各分電阻之和可知，電路的總功率P甲2，
因P甲1＞P甲2，
所以，開關S、S1均閉合時，電熱器處于高溫擋；開關S閉合、S1斷開時，電熱器處于低溫擋；故AB正確；
C、乙圖中兩電阻R3和R4并聯，電阻兩端的電壓都等于電源電壓，
由P可得：
R3的阻值應為：R34.8Ω；故C錯誤；
（3）暖風機所消耗的電能：W＝Pt＝200W×60s＝1.2×104J。故D正確。
故選：C。
（2023 鎮海區一模）如圖所示電路，電源電壓為12V且保持不變。閉合開關S，當滑片P置于變阻器的中點時，電壓表的示數為4V；當滑片P置于變阻器的b端時，電壓表的示數變了2V，在10s內定值電阻R1產生的熱量為36J。則下列結果正確的是（　　）
A．電路中的最大電流為1A
B．滑片P在中點時，10s內滑動變阻器R消耗的電能為60J
C．R1先后兩次消耗的電功率之比為16：9
D．滑動變阻器R先后兩次消耗的電功率之比為8：1
【解答】解：由電路圖可知，閉合開關S，R1與R串聯，電壓表測R兩端的電壓。
A.當滑片P置于變阻器的中點時電壓表的示數為4V，當滑片P置于變阻器的b端時電壓表的示數變化了2V，
由串聯電路的分壓特點可知，滑片P置于變阻器的b端時，接入電路中的電阻最大，電壓表的示數最大，
則此時電壓表的示數：UR′＝UR+ΔU＝4V+2V＝6V，此時電路中的電流最小，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，此時R1兩端的電壓：U1＝U﹣UR′＝12V﹣6V＝6V，
因串聯電路中各處的電流相等，且在10s內定值電阻R1產生的熱量為36J，
所以，由Q＝I2Rt＝UIt可得，電路中的最小電流：Ib0.6A，
由I可得，R1的阻值：R110Ω，
當滑片位于a端時，接入電路中的電阻為零，此時電路中的電流最大，
則電路中的最大電流：Ia1.2A，故A錯誤；
B.滑片P在中點時，電壓表的示數為4V，此時R1兩端的電壓：U1′＝U﹣UR＝12V﹣4V＝8V，
此時電路中的電流：I中0.8A，
10s內滑動變阻器R消耗的電能：WR＝URI中t＝4V×0.8A×10s＝32J，故B錯誤；
C.R1先后兩次消耗的電功率之比P1：P1′＝U1′I中：U1Ib＝8V×0.8A：6V×0.6A＝16：9，故C正確；
D.滑動變阻器R先后兩次消耗的電功率之比：PR：PR′＝URI中：UR′Ib＝4V×0.8A：6V×0.6A＝8：9，故D錯誤。
故選：C。
（2022秋 嘉興期末）如圖是研究電熱與哪些因素有關的裝置，兩只燒瓶內裝有煤油，瓶塞上各插一根玻璃管，瓶內各裝一根阻值不同的電阻絲R甲和有R乙，將兩根電阻絲串聯在電路中。
（1）燒瓶內裝的是比熱小的煤油而不是水，優點是 　煤油的比熱容小，吸收相同的熱量，溫度變化大或玻璃管內液面上升高，實驗效果明顯　。
（2）閉合開關，一段時間后甲燒瓶內玻璃管中的液面要升得更高，則兩電阻絲的大小關系R甲　＞　R乙（選填“＞”，“＜”或“＝”）。
【解答】解：（1）燒瓶內裝的是比熱小的煤油而不是水，優點是：煤油的比熱容小，吸收相同的熱量，煤油的溫度變化大或玻璃管內液面上升高，實驗效果明顯。
（2）閉合開關，一段時間后甲燒瓶內玻璃管中的液面升得更高，說明甲電阻絲產生的熱量多。甲和乙兩個電阻絲串聯，通過它們的電流大小和通電時間相同，根據Q＝I2Rt可知，電阻R甲＞R乙。
故答案為：（1）煤油的比熱容小，吸收相同的熱量，溫度變化大或玻璃管內液面上升高，實驗效果明顯；（2）＞。
（2023 杭州模擬）商業街移動攤位使用可顯示電費的新型插座（如圖甲所示）計費，某攤位使用空氣炸鍋（如圖乙所示）烹制食物，如圖丙所示是該空氣炸鍋加熱部分的簡化電路圖，其額定電壓為220V，定值電阻R1和R2為發熱體，其中R1＝44Ω。開關S1、S2、S3的通斷可實現高、中、低三個擋位的調節（S1、S2不會同時閉合），只閉合S3時為中溫擋，額定功率為550W。求：
（1）R2的電阻。
（2）高溫擋正常工作100s，電流通過R1產生的電熱。
（3）只有空氣炸鍋單獨工作，表盤示數使用前后如圖甲、丁所示，通過表盤顯示的數據估算該空氣炸鍋消耗的電功率（已知商用電費單價為0.6元/kW h）。
【解答】解：（1）當開關S1、S3閉合、S2斷開時，兩電阻并聯，總電阻最小，根據＝UI可知，此時總功率最大，為高溫擋；只閉合S3時，電路為R2的簡單電路，總電阻較小，根據＝UI可知，此時總功率較大，為中溫擋；當開關S1、S3斷開、S2閉合時，兩電阻串聯，總電阻最大，根據＝UI可知此時總功率最小，為低溫擋。則R2的電阻R288Ω；
（2）高溫擋時R1功率為，
電流通過R1產生的電熱Q1＝W1＝P1t1＝1100W×100s＝1.1×105J；
（3）空氣炸鍋消耗的電能W0.1kW h，
空氣炸鍋工作的時間t＝9：25﹣9：10＝15min＝0.25h，
空氣炸鍋的電功率P0.4kW＝400W。
答：（1）R2的電阻為88Ω；
（2）高溫擋正常工作100s，電流通過 R1 產生的電熱為1.1×105J；
（3）空氣炸鍋消耗的電功率為400W。
知識點三、電熱( Q )和電功( W )的區別
電熱是指電流通過導體時產生的熱量，這部分熱量是由電能轉化而來的，電功是指電流通過導體時所做的功。當電流通過導體時，如果電能全部轉化成內能(純電阻電路)，此時電功等于電熱(W=Q);如果電能部分轉化成內能(非純電阻電路)，此時電功大于電熱。舉例說明:當電流通過電飯煲(純電阻電路)時，電能全部轉化成內能，此時電功等于電熱(W=Q);電流通過電風扇(非純電阻電路)時，電流做的功(電功)只有一小部分轉化為電熱，另-部分轉化成機械能使電風扇轉動起來，此時電功大于電熱，故選用熱量計算公式時分兩種情況:
①電功全部轉化成電熱: Q=W=I2Rt=UIt= U2t/R=Pt (適用于純電阻電路)
②電功全部或部分轉化成電熱: Q=I2Rt(適用于任何電路)
（2015 杭州）某同學根據如圖所示電路進行實驗，先用夾子夾住電動機轉軸使其不能轉動，閉合開關S，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數；后松開夾子，使電動機轉軸轉動，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數。數據記錄如表：
/ U（V） I（A） W（J） Q（J）
不轉動 0.2 0.2 W1 Q1
轉動 3.0 1.2 W2 Q2
利用如表數據計算和分析：
（1）電動機不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W1和所產生的熱量Q1。
（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W2和所產生的熱量Q2。
（3）試比較W1和Q1的大小關系以及W2和Q2的大小關系，并分析其原因。
【解答】解：（1）電動機不轉動時，電能全部轉化為內能，所以W1＝U1I1t＝0.2V×0.2A×10s＝0.4J；
因為I，所以電動機不轉動時電阻R1Ω，
電動機所產生的熱量Q1＝I12Rt＝（0.2A）2×1Ω×10s＝0.4J；
（2）因為I，通電10s，電動機所做的電功W2＝U2I2t＝3.0V×1.2A×10s＝36J，
電動機轉動時電阻R與電動機不轉動時的電阻相等，
電動機所產生的熱量Q2＝I22Rt＝（1.2A）2×1Ω×10s＝14.4J；
（3）通過上述計算可得，W1＝Q1，W2＞Q2，電動機未轉動時，電流經線圈時電能全部轉化為熱能，因此W1＝Q1；電動機轉動時，電流流經線圈時電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為熱能，因此W2＞Q2。
答：（1）電動機所做的電功為0.4J，所產生的熱量Q1是0.4J；
（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功率W2是36J，所產生的熱量Q2是14.4J；
（3）W1＝Q1，W2＞Q2，電動機未轉動時，電流經線圈時電能全部轉化為熱能，因此W1＝Q1；電動機轉動時，電流流經線圈時電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為熱能，因此W2＞Q2。
（2022秋 鎮海區期末）如圖是小科研究電動機轉動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖。小科先抓住轉軸（防止電動機轉動），合上開關，觀察小燈泡的亮度；接著放開轉軸讓電動機轉動，繼續觀察小燈泡亮度的變化（已知：小燈泡的電阻為R，電動機線圈電阻為r，電源電壓為U）。請你回答：
（1）電動機未轉動時，t時間內電流在電路中產生的熱量為 　t　（用符號表達）。
（2）電動機轉動時，電路中電流做的功 　大于　電路中產生的熱量（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）電動機轉動后小燈泡的亮度會變 　暗　（填“暗”或“亮”）。
【解答】解：（1）由圖知，燈泡與電動機串聯，電動機不轉時，電流通過電動機將電能全部轉化為內能，
所以t時間內電流在電路中產生的熱量：Q＝Wt；
（2）燈泡工作時，將電能轉化內能，即電流通過燈泡做的功等于燈絲產生的熱量；
在電動機轉動時，電動機將電能轉化為機械能和內能，即電流通過電動機做的功大于電動機線圈產生的熱量，所以整個電路中，電流做的功大于電路中產生的熱量；
（3）電動機轉動后，電動機將電能轉化為內能和機械能，使得電能轉化成的內能減小，
所以未轉時，Q（R+r）t，
電動轉動時，Q'（R+r）t，
則：（R+r）t（R+r）t，
所以I1＞I2，
即：電動機轉動時，通過燈泡電流較小，故燈泡會更暗。
故答案為：（1）t；做功；（2）大于；（3）暗。
（2022秋 溫州月考）學習了焦耳定律表達式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，電流流過導體產生的熱量真的與導體兩端電壓無關嗎？在老師的指導下，平平完成了以下實驗：
①取兩只同型號的直流電動機（不計工作過程中電刷與換向器摩擦產生的熱量），按如圖方式連接，并且在每只電動機金屬外殼相同位置上固定一個電子溫度計（如圖2），同時記錄兩支電子溫度計的初始溫度值；
②閉合開關，發現兩支電壓表示數相同，然后對電動機M1施加一個阻力，使其轉動速度變慢，發現電壓表V1示數變小，V2變大；
③維持V1、V2示數不變（U1＜U2），每隔30秒記錄一次溫度計示數，記錄數據T1、T2見表；
④換用兩個其他同型號的直流電動機重復上述實驗。
表：t表示時間，T表示溫度
t/min 0 0.2 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
T1/℃ 17.8 18.4 19.0 19.5 20.0 20.7 21.2 21.6 21.9 22.2 22.4
T2/℃ 17.8 18.5 19.1 19.6 20.0 20.7 21.2 21.7 22 22.4 22.6
（1）實驗中需要用到的測量儀器有 　電子溫度計、電壓表　。
（2）兩個電動機采用串聯連接方式的目的是 　控制電動機通過的電流和通電時間相等　。
（3）通過實驗，小東認定電流通過導體產生的熱量與導體兩端電壓無關，其理由是 　同型號的兩只電動機，當電流相等、電壓不等時，相同時間內產生的熱量相等　。
【解答】解：（1）根據題意，實驗中需要用到的測量儀器有電子溫度計、電壓表；
（2）兩個電動機采用串聯連接方式，根據串聯電流相等可知，控制了電動機通過的電流和通電時間相等；
（3）表格中同一時間，兩個電動機金屬外殼相同位置上固定的電子溫度計的示數變化在誤差范圍內是相同的，說明同型號的兩只電動機，當電流相等、電壓不等時，相同時間內產生的熱量相等；
故答案為：（1）電子溫度計、電壓表；（2）控制電動機通過的電流和通電時間相等；（3）同型號的兩只電動機，當電流相等、電壓不等時，相同時間內產生的熱量相等。
模塊三 鞏固提高
（2022秋 濱江區期末）一只燈泡的額定電壓為220V，為了確定該燈泡的額定功率，下述方案中最佳的是（　　）
A．接入220V電路中使之正常發光，再與有標記的燈泡比較亮度進行判斷
B．在實驗室里用伏安法測出燈絲電阻，再用公式P進行計算
C．接入220V電路中，測出通過燈泡的電流強度I，再用公式P＝UI進行計算
D．直接與其它標有220V的燈泡從外觀上比較確定
【解答】解：A、D用肉眼觀察比較，誤差較大。都不是最佳方案。
B、因為燈絲的電阻與溫度有關，所以在實驗室用伏安法測出燈絲的電阻與燈泡正常發光時的電阻不同，算出的功率也不是燈泡正常發光時的額定功率。本方案不是最佳方案。
C、燈泡的額定電壓是220V，將燈泡接入220V的電路中，測出燈泡的電流，再用電功率公式求出其功率，即為燈泡的額定功率。
故選：C。
（2021秋 西湖區期末）小金用如圖裝置完成科學書上“測定小燈泡電功率”的實驗。下列說法正確的是（　　）
A．閉合開關滑片在B端時，燈泡的亮度最大
B．實驗中調節滑動變阻器的目的是改變電路的總功率
C．電流表和電壓表讀數的比值始終保持不變
D．該實驗多次測量的目的是尋找普遍規律
【解答】解：（1）由圖知，閉合開關滑片在B端時，滑動變阻器接入電路的電阻最大，電路中的總電阻最大，根據I知電路中的電流最小，燈泡的亮度最小，故A錯誤；
B、實驗中調節滑動變阻器的目的是改變燈泡兩端的電壓和電流，從而改變小燈泡的實際功率，故B錯誤；
C、由于燈泡的電阻的電阻是變化的，所以電流表和電壓表讀數的比值是變化的，故C錯誤；
D、該實驗是測量不同電壓下小燈泡的電功率，多次測量的目的是尋找小燈泡的功率與電流、電壓的關系，故D正確。
故選：D。
（2021秋 義烏市月考）如圖所示的四個電路中，電源電壓已知，電阻R的阻值已知，根據電壓表或電流表的示數，無論直接還是間接均不能求出燈泡電功率的電路是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：A、圖中定值電阻和小燈泡串聯，電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓，示數計為U根據歐姆定律和串聯電路電壓和電流的特點，通過小燈泡的電流表達式為I，則小燈泡電功率的表達式是P＝U1I；
B、圖中定值電阻和小燈泡并聯，電流表測量干路的總電流I，小燈泡兩端的電壓等于電源電壓U．根據歐姆定律和并聯電路電流的特點，通過小燈泡的電流表達式為I1＝I，則小燈泡電功率的表達式是P＝UI1＝U（I）；
C、圖中定值電阻和小燈泡并聯，電壓表測量電源電壓，電源電壓已知，電壓表的測量是多余的，無法求出通過小燈泡的電流，因此無法測出小燈泡的功率；
D、圖中定值電阻和小燈泡串聯，電壓表測量的是定值兩端的電壓，示數計為U根據歐姆定律和串聯電路電壓和電流的特點，小燈泡兩端的電壓為U1＝U﹣U2，通過小燈泡的電流表達式為I，則小燈泡電功率的表達式是P＝U1I。
故選：C。
（2020秋 余杭區校級期中）某同學利用如圖所示電路，測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，下列說法錯誤的是（　　）
A．閉合開關前，滑片P應滑到B端
B．閉合開關后，小燈泡不發光，一定是小燈泡燈絲斷了
C．當電壓表示數為2.5V時，測出通過小燈泡的電流，可算出小燈泡的額定功率了
D．實驗還可得知，小燈泡的額定功率越大，小燈泡越亮
【解答】解：A、為了保護電路，閉合開關前，滑片P應滑到阻值最大處，即B端，故A正確；
B、閉合開關后，小燈泡不發光的原因有很多（可能是小燈泡短路或其它部分斷路等），并不一定是小燈泡燈絲斷了，故B錯誤；
C、燈泡的額定電壓為2.5V，當電壓表示數為2.5V時，測出通過小燈泡的電流，利用P＝UI可算出小燈泡的額定功率，故C正確；
D、小燈泡的亮度就是看小燈泡的實際功率不是額定功率，實際功率越大，小燈泡越亮，故D錯誤。
故選：BD。
（2022秋 余姚市校級月考）甲、乙兩個電熱器的電阻之比為5：4，通電相同時間產生的熱量之比為5：1，則通過甲、乙的電流之比為（　　）
A．4：1 B．1：4 C．2：1 D．1：2
【解答】解：
由題意可知，R甲：R乙＝5：4，產生的熱量之比Q甲：Q乙＝5：1，通電時間之比t甲：t乙＝1：1，
由Q＝I2Rt可得通過甲、乙兩個電熱器的電流之比：
I甲：I乙：：1：2：1，故C正確、ABD錯誤。
故選：C。
（2022 桐鄉市模擬）科學興趣小組的同學按如圖裝置進行實驗，他們在探究電流通過導體產生的熱的多少與什么因素有關（　　）
A．電阻大小 B．電流大小 C．液面高低 D．通電時間
【解答】解：
由圖知，甲圖中右側是兩個5Ω的電阻并聯，然后與左側5Ω的電阻串聯，根據串聯電路的特點可知，左右兩部分的電流雖然相等，但右側對氣體加熱的電阻絲上的電流只有左側電流的一半；所以，左右兩側加熱電阻的阻值雖然相等，但流過電阻的電流不同，所以實驗裝置是為了探究電流產生熱的多少與電流大小的關系，故B正確。
故選：B。
（2022 杭州模擬）如圖所示，甲、乙兩個相同的燒杯裝有等質量的水，分別加入加熱器1和加熱器2進行加熱，不計熱量損失，得到了溫度隨時間變化的關系圖，下列說法正確的是（　　）
A．R1＞R2，I1＝I2 B．R1＞R2，I1＜I2
C．R1＜R2，I1＝I2 D．R1＜R2，I1＞I2
【解答】解：由溫度﹣時間圖像知，在加熱時間相同時，甲杯水升高的溫度多，說明甲杯水吸熱多，則加熱器1釋放的熱量多，根據功率公式P可知加熱器1的實際功率大于加熱器2的實際功率；
由左圖可知，電源電壓相同，根據P可知，加熱器1的電阻小于加熱器2的電阻，即R1＜R2；
根據P＝UI可知，通過加熱器1的電流大于通過加熱器2的電流，即I1＞I2；
故ABC錯誤、D正確。
故選：D。
（2021秋 鹿城區期末）如圖是探究電流通過導體產生的熱量與什么因素有關的實驗裝置，將兩根阻值不等的電阻絲R1、R2串聯后分別放入兩個透明容器中，并封閉等量的空氣，通電前，A、B兩U形管內的液面相平，接通電源一分鐘后，通過R1、R2的電流分別為I1、I2，則（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面較高
B．I1＜I2，A管中的液面較低
C．I1＝I2，A管中的液面較高
D．I1＝I2，A管中的液面較低
【解答】解：因串聯電路中各處的電流相等，
所以，兩電阻絲串聯時通過它們的電流相等，故AB不正確；
由Q＝I2Rt可知，在電路和通電時間相同時，右側電阻較大，產生的熱量較多，
密閉空氣吸收熱量后，體積不變，壓強變大，右側容器內氣體的壓強與大氣壓的差值較大，B測玻璃管液面較高，故C不正確，D正確。
故選：D。
（2023 柯橋區模擬）如圖所示，是探究“電流通過導體時產生的熱量跟哪些因素有關”的實驗裝置。甲、乙兩圖中的電源電壓是相同的，圖乙中R1＝R2＝R3＝5Ω。通電相同時間后，下列說法正確的是（　　）

A．甲圖中，左右兩電阻發熱量之比為2：1
B．甲圖中，兩電阻串聯主要是為了通電時間相同
C．乙圖中，R1R2發熱量之比為4：1
D．本實驗利用了液體熱脹冷縮的性質使液面升高
【解答】解：AB、由圖甲可知，兩個電阻串聯接入電路中，根據串聯電路的特點可知通過兩個電阻的電流是相同的，通電時間也相同；根據Q＝I2Rt可知在電流和通電時間相同時，電流產生的熱量與電阻成正比，電阻之比為5Ω：10Ω＝1：2，所以左右兩電阻發熱量之比為1：2，故AB錯誤；
C、乙圖中，電阻相同，通電時間相同，根據串并聯電路電流規律結合歐姆定律可知通過R1的電流電流是通過R2電流的2倍，根據Q＝I2Rt可知左右兩電阻發熱量之比為4：1，故C正確；
D、本實驗利用了氣體熱脹冷縮的性質使U形管的液面高度差發生變化，故D錯誤。
故選：C。
（2020秋 柯橋區期末）如圖所示，當開關閉合時，電路中的電流為1A，電壓表V2的示數是10V，定值電阻R的阻值為4Ω，電動機的線圈電阻為1Ω，不計摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．電壓表V1的示數為10V
B．電路消耗的總功率是6W
C．通電1分鐘電流通過電動機產生的熱量是240J
D．通電1分鐘電動機產生的機械能是300J
【解答】解：A、由圖知，定值電阻R與電動機串聯，電壓表V1測量電動機的電壓，電壓表V2測量電源的電壓，電路中的電流為1A，定值電阻R的阻值為4Ω，根據I得，定值電阻R的電壓為：UR＝IR＝1A×4Ω＝4V，
電壓表V2的示數是10V，則電源的電壓為10V，根據串聯電路的電壓規律得，電動機兩端的電壓為：UM＝U﹣UR＝10V﹣4V＝6V，電壓表V1與電動機并聯，則電壓表V1的示數為6V，故A錯誤；
B、電路中總功率為：P＝UI＝10V×1A＝10W，故B錯誤；
C、由題知，電動機的線圈電阻為1Ω，則通電1分鐘電流通過電動機產生的熱量為：Q＝I2RMt＝（1A）2×1Ω×60s＝60J，故C錯誤；
D、通電1分鐘電動機消耗的總電能為：W＝UMIt＝6V×1A×60s＝360J，根據能量守恒定律知，則通電1分鐘電動機產生的機械能為：W機械＝W﹣Q＝360J﹣60J＝300J，故D正確。
故選：D。
（2022秋 江北區期末）小寧用一個88Ω的電阻R1、開關和導線等器材制作了一個電烤箱，將電烤箱接入電壓為220V的家庭電路，簡化電路如圖甲所示。
（1）求通過R1的電流和R1消耗的電功率。
（2）小寧發現用圖甲的方式烘烤蛋糕耗時過長，找來一個與R1相同規格的電阻R2進行改裝，改裝后電路如圖乙。閉合開關S后，通電10min，求改裝后電烤箱產生的熱量。
【解答】解：（1）由圖甲知，電路為R1的簡單電路，
由歐姆定律可得通過R1的電流：
I12.5A；
R1消耗的電功率：
P1＝UI1＝220V×2.5A＝550W；
（2）由圖乙知，閉合開關S后，兩電阻并聯，
并聯電路中各支路間互不影響，所以R1消耗的電功率不變，仍550W；
R2與R1是規格相同的電阻，電壓相等，由P知，P2＝P1＝550W，
通電10min，改裝后電烤箱產生的熱量：
Q＝W＝（P2+P1）t＝2P1t＝2×550W×10×60s＝6.6×105J。
答：（1）通過R1的電流為2.5A，R1消耗的電功率為550W；
（2）閉合開關S后，通電10min，改裝后電烤箱產生的熱量為6.6×105J。
（2022秋 永康市期末）如圖所示，取口香糖錫紙，剪成條狀，將錫紙條帶錫的一端接在電池的正極，另一端接在電池的負極很快發現紙條中間開始冒煙起火，請從物理學的角度解釋其原因。
【解答】答：因為錫屬于金屬，因此具有導電性，將錫紙條帶錫的一端接在電池的正極，另一端接在電池的負極，形成了電源短路，電路中的電流較大，由Q＝I2Rt可知，電路中迅速產生大量熱量使溫度達到錫紙的著火點而使之燃燒。
（2022 婺城區一模）隨著生活條件的改善，人們更加重視家居環境的美化，如圖甲是帶有水溫調節功能的家庭水族箱，其工作原理如圖乙所示，R1為阻值可調的電熱絲，R2為阻值400Ω的定值電熱絲，開關S2為單刀雙擲開關，不考慮溫度對電阻的影響。請分析回答：
（1）當開關S1閉合，S2接 　a　（填“a”或“b”）時，電路處于保溫狀態。
（2）當電路處于加熱狀態時，通電10分鐘消耗的電能是多少焦？
（3）當電路處于保溫狀態時，若電路消耗的功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為多少？
【解答】解：（1）當開關S1閉合，S2接b時，電路為R1的簡單電路，總電阻較小，電源電壓不變，根據P可知總功率較大，電路處于加熱狀態；
當開關S1閉合，S2接a時，R1、R2串聯，總電阻較大，電源電壓不變，根據P可知總功率較小，電路處于保溫狀態；
（2）當電路處于加熱狀態時，通電10分鐘消耗的電能：
Wt10×60s＝72600J；
（3）當電路處于保溫狀態時，若電路消耗的功率P＝48.4W，根據P可知總電阻：
R串1000Ω，
根據電阻串聯的特點可知則電熱絲R1連入電路的阻值：
R1＝R串﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω。
答：（1）a；
（2）通電10分鐘消耗的電能是72600J；
（3）電熱絲R1連入電路的阻值應為600Ω。3.6 電能（二）
目錄
模塊一 知己知彼 1
模塊二 知識掌握 2
知識點一、電功率的實驗探究 2
知識點二、電熱器與焦耳定律 7
知識點三、電熱( Q )和電功( W )的區別 10
模塊三 鞏固提高 13
模塊一 知己知彼
學習目標 目標解讀
1.會使用電流表和電壓表測定小燈泡的電功率，能區分用電器的額定電壓和實際電壓，額定功率和實際功率。 2.熟悉常用電熱器，知道電流通過導體產生的熱量跟哪些因素有關。 3.理解焦耳定律，能利用焦耳定律進行簡單計算。 解讀1:能說明伏安法測量小燈泡的電功率的實驗原理，繪制實驗電路圖，并通過實驗測定小燈泡的額定功率和實際功率，收集和整理實驗數據得出實驗結論，常見題型為實驗探究題，難度稍大。 解讀2:知道電流具有熱效應、影響電流熱效應的因素,應用焦耳定律解決簡單的問題，常見題型為選擇題、實驗探究題、解答題，難度較大。
模塊二 知識掌握
知識點一、電功率的實驗探究
（一）影響電功率大小的因素
(1)研究電功率與電流的關系
實驗方案:如圖所示，將兩只小燈泡并聯，目的是控制兩者兩端的電壓相同，比較通過兩只小燈泡的電流大小和亮度(亮度反映實際功率的大小)。觀察兩只小燈泡的亮暗，并記錄兩只電流表的示數，把觀察結果記錄在下表中。
燈L1 燈L2
條件控制(電壓關系)
亮度(亮暗)
電流(安)
實驗結果:在電壓相等的情況下，通過小燈泡的電流越大，小燈泡的電功率越大。
(2)研究電功率與電壓的關系
實驗方案:如圖所示，將兩只小燈泡串聯，目的是控制通過兩者的電流相同，比較兩只小燈泡兩端的電壓大小和亮度(亮度反映實際功率的大小)。觀察兩只小燈泡的亮暗，并記錄兩只電壓表的示數，把觀察結果記錄在下表中。
燈L1 燈L2
條件控制(電流關系)
亮度(亮暗)
電壓(安)
實驗結果:在電流相等的情況下，小燈泡兩端的電壓越高，小燈泡的電功率越大。
（二）電功率的計算公式
(1)實驗表明，用電器的電功率等于用電器兩端的電壓與通過用電器的電流的乘積。
(2)電功率的公式可表示為P=UI (電功率的基本公式，適用于所有電路的計算)，由公式得出，電功率的單位瓦特也可表示為1瓦=1伏.安。
(3)電功率的推導公式:將公式I=U/R代入上述公式，可推導出:P=I2R或P= U2/R(只適用于純電阻電路的計算)。
(4)無論用電器串聯或并聯，電路的總功率都等于各用電器的實際功率之和，關系式為P=P1+P2+..+Pn。
（三）電功的計算
(1)根據功率和功的關系P=W/t可以得到電功的計算式，即W=Pt=UIt。這就是說，電流在某段電路上做的功，等于這段電路兩端的電壓與通過這段電路的電流，以及通電時間的乘積。
(2)根據公式W=UIt,電功的單位焦耳也可表示為1焦=1伏.安.秒。
(3)將公式I=U/R代入電功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同樣的，這兩個公式只能運用于純電阻電路中。
（四）電功率的測量
(1)伏安法測量電功率:用電壓表測量用電器兩端的電壓，用電流表測量通過用電器的電流，再根據公式P=UI間接求出用電器的電功率，這種方法叫做伏安法。
(2 )實驗器材:常用的小燈泡1只(標明額定電壓，未標明額定功率)，電流表、電壓表各1只，滑動變阻器1只,開關1只，電池組(總電壓高于小燈泡的額定電壓)1只，導線若干。
(3)過程和步驟:
①按正確的電路圖連接電路。
②調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓恰好等于小燈泡的額定電壓。讀出此時兩只電表的示數，并記錄在下表中。
③調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的1.2倍。觀察小燈泡的亮度變化(相對于額定電壓下的亮度)，讀出兩只電表的示數，并記錄在下表中。
④調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的0.8。觀察小燈泡的亮度變化(相對于額定電壓下的亮度)，讀出兩只電表的示數，并記錄在下表中。
⑤計算出三種情況下小燈泡的電功率;分析小燈泡的亮度和實際功率的關系。
序號 電壓 電流 電功率 小燈泡的亮度變化
1
2
3
【能力拓展】
（1）研究電功率與電流、電壓的關系，應用控制變量法。在研究電功率與電流的關系時，應控制電壓不變，比較電功率(小燈泡亮暗)與電流的關系，實驗中采取將兩只小燈泡并聯來控制電壓不變。在研究電功率與電壓的關系時，應控制電流不變,比較電功率(小燈泡亮暗)與電壓的關系，實驗中采取將兩只小燈泡串聯來控制電流不變。
（2）對于同一用電器而言,用電器的阻值常認為是不變的，電功率之比等于它相應的電壓的平方之比，故可利用P實/P額=U實2/U額2解題。如標有“220伏40瓦”字樣的燈泡，若接在電路中的實際電壓是110伏，則燈泡的實際功率是10瓦。
（3）根據公式P=I2R得，串聯電路中各用電器電功率與電阻成正比，即P1/P2=R1/R2
（4）根據公式P=U2/R得，并聯電路中各用電器電功率與電阻成反比，即P1/P2=R2/R1
（2023 海曙區一模）為了測量一只額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，某同學設計了如圖所示的電路，實驗中電源電壓保持3V不變，閉合開關，調節滑動變阻器，得到的實驗數據如表。下列說法正確的是（　　）
實驗次數 1 2 3 4 5
發光情況 熄滅 微光 暗 較暗 明亮
電壓U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
電流1/A 0.10 0.14 0.16 0.24 0.28
A．多次實驗的目的是為了減小誤差
B．小燈泡的額定功率為0.48W
C．實驗前未閉合開關時，小燈泡的電阻可能為6Ω
D．第1、2兩次實驗，滑動變阻器電阻的改變量大于小燈泡電阻的改變量
（2022秋 西湖區期末）小金利用如圖甲所示電路（未連接全），測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，下列說法錯誤的是（　　）
A．將圖中EC接線柱用導線相連后該電路能測量小燈泡額定功率
B．閉合開關后，電壓表的讀數如圖乙，則滑動變阻器滑片應向B端移動
C．當電壓表示數為2.5V時，電流表示數如圖丙，則小燈泡額定功率為0.75W
D．實驗還可得知，小燈泡的實際功率越大，小燈泡越亮
（2023 淳安縣一模）小金同學在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源為三節干電池，小燈泡額定電壓為2.5V。
（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整。

（2）小金連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，電壓表的示數如圖乙，若要測量小燈泡的額定功率，接下來的操作是 ；小金同學測量了六組且記下對應的電壓表（0.5V、1.0V、……、3.0V）和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的I—U圖像，可計算出小燈泡的額定功率是 W。
（3）根據圖丙分析，為完成上述整個實驗，最合理的滑動變阻器應選 。
A.“0.5A 10Ω”
B.“1A 20Ω”
C.“1A 60Ω”
D.“0.2A 200Ω”
（2022秋 平湖市期末）小明同學用圖甲中的器材測量一只標有“2.5V0.3A“字樣的小燈泡的額定功率。
（1）小明所連的電路中有一處錯誤或不妥，請改正（在要去掉的線上打“×”，并添加相應的導線），再將圖甲的電路連接完整，要求滑動變阻器滑片向右移動時，小燈泡變亮。
（2）閉合開關后，小明發現小燈泡不亮，電壓表的示數為2.9V，電流表示數為0，則出現的故障可能是 。
（3）故障排除后，小明移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數為2.5V，這時電流表指針如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為 W.
（2023 紹興模擬）如圖所示，在測定“小燈泡電功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為8Ω。
（1）圖甲中有一根導線連接錯誤，請你把它找出來并打上“×”（表示不要），并用筆重新畫一根正確連接的導線。
（2）改正電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，發現小燈泡始終不亮。電壓表和電流表均無示數，原因可能是下列選項中的 （填字母）。
A．燈泡短路
B．燈泡斷路
C．滑動變阻器短路
D．滑動變阻器斷路
（3）排除上述故障后，閉合開關，調節滑動變阻器使電壓表的示數為2.5V，此時電流表的示數如圖乙所示，由此可知小燈泡的額定功率為 W。
（4）現有兩個額定電壓均為15V的燈泡L1和L2，它們的電壓U與電流I的關系曲線如圖丙所示，將L1和L2串聯后接在15V的電源上時，電路總功率為 W。
知識點二、電熱器與焦耳定律
（一）電流的熱效應
(1)定義:電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。
(2)實質:電流通過導體發熱的過程實際上是 。
(3)應用:各種各樣的電熱器都是利用電流的 工作的，如電熨斗、電熱毯、電熱壺、電飯煲等。電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體一般是由 的金屬導體制成的。
（二）探究影響電熱的因素
提出問題:電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關呢
猜想與假設:結合生活經驗，可能與導體的電阻有關，可能與電流的大小有關，還可能與通電時間有關。
設計實驗:如圖(注意控制變量法的運用)
控制t、I相同，研究熱效應與電阻的關系。
控制t、R相同，研究熱效應與電流的關系。
控制I、R相同，研究熱效應與時間的關系。
進行實驗:
①將兩根電阻絲串聯，通電加熱一段時間后，觀察兩玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
②當兩玻璃管中的液面降到原來的高度后，減小滑動變阻器接人電路的阻值使電流增大，在與①相同的時間內，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
③保持②電流大小不變，延長通電加熱時間，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
④比較玻璃管中煤油上升高度的變化，得出結論。
獲得結論:
①當通電時間、電流相等時，電阻越大，電流產生的熱量越多。
②當通電時間、電阻相等時，電流越大，電流產生的熱量越多。
③當通電電流和電阻相等時，通電時間越長,電流產生的熱量越多。
（三）焦耳定律
(1)焦耳定律的內容: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。焦耳定律是由英國科學家焦耳最先發現的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)對焦耳定律的計算公式Q rPRt的理解要注意以下幾點:
①講到影響電流通過導體產生熱量的因素時要控制好變量，要同時考慮到通過導體的電流、導體電阻和通電時間。例如不能說導體通電時間越長，產生的熱量就越多。
②不能說導體產生的熱量跟電流成正比，只能說跟電流的二次方成正比。
③公式中的各個物理量都是對同一導體或電路而言的，計算時不能張冠李戴。
④電熱和電功的單位是相同的，都是焦(J)。
【能力拓展】
(1)電阻絲產生的熱看不見，可對電阻絲產生的熱量使玻璃管內煤油上升的高度進行比較，這是采用了轉換法。
(2)電流產生的熱量與電阻、電流和通電時間均有關系，在研究熱量與其中一個因素的關系時，要控制另外兩個因素不變，這是采用了控制變量法。
（2022秋 舟山期末）小芳猜想電流產生的熱量與電阻大小有關，下列能支持她猜想的現象是（　　）
A．接線板上接入的用電器越多，導線越容易發熱
B．正常工作時，“36V 54W”的燈泡比“12V 6W”的燈泡亮
C．電熨斗工作時發熱明顯，而與之相連的導線卻不怎么熱
D．電熱水壺加熱水時，水沸騰前，加熱時間越長，溫度越高
（2022秋 鎮海區期末）小科想要利用風扇、發熱電阻等元件，制作一個有低溫擋和高溫擋的暖風機。他設計了發熱部分的兩種電路，分別如圖甲、乙所示。下列說法錯誤的是（　　）
A．圖甲中，當開關S閉合、S1斷開時，此時處于低溫擋工作狀態
B．圖甲中，當開關S閉合、S1閉合時，此時處于高溫擋工作狀態
C．圖乙中，若電源電壓為24伏，要實現電阻R3的發熱電功率為120瓦，則R3阻值為5歐
D．圖乙中，暖風機高溫擋總功率為200瓦，在高溫擋工作1分鐘，暖風機消耗電能1.2×104焦
（2023 鎮海區一模）如圖所示電路，電源電壓為12V且保持不變。閉合開關S，當滑片P置于變阻器的中點時，電壓表的示數為4V；當滑片P置于變阻器的b端時，電壓表的示數變了2V，在10s內定值電阻R1產生的熱量為36J。則下列結果正確的是（　　）
A．電路中的最大電流為1A
B．滑片P在中點時，10s內滑動變阻器R消耗的電能為60J
C．R1先后兩次消耗的電功率之比為16：9
D．滑動變阻器R先后兩次消耗的電功率之比為8：1
（2022秋 嘉興期末）如圖是研究電熱與哪些因素有關的裝置，兩只燒瓶內裝有煤油，瓶塞上各插一根玻璃管，瓶內各裝一根阻值不同的電阻絲R甲和有R乙，將兩根電阻絲串聯在電路中。
（1）燒瓶內裝的是比熱小的煤油而不是水，優點是 。
（2）閉合開關，一段時間后甲燒瓶內玻璃管中的液面要升得更高，則兩電阻絲的大小關系R甲 R乙（選填“＞”，“＜”或“＝”）。
（2023 杭州模擬）商業街移動攤位使用可顯示電費的新型插座（如圖甲所示）計費，某攤位使用空氣炸鍋（如圖乙所示）烹制食物，如圖丙所示是該空氣炸鍋加熱部分的簡化電路圖，其額定電壓為220V，定值電阻R1和R2為發熱體，其中R1＝44Ω。開關S1、S2、S3的通斷可實現高、中、低三個擋位的調節（S1、S2不會同時閉合），只閉合S3時為中溫擋，額定功率為550W。求：
（1）R2的電阻。
（2）高溫擋正常工作100s，電流通過R1產生的電熱。
（3）只有空氣炸鍋單獨工作，表盤示數使用前后如圖甲、丁所示，通過表盤顯示的數據估算該空氣炸鍋消耗的電功率（已知商用電費單價為0.6元/kW h）。
知識點三、電熱( Q )和電功( W )的區別
電熱是指電流通過導體時產生的熱量，這部分熱量是由電能轉化而來的，電功是指電流通過導體時所做的功。當電流通過導體時，如果電能全部轉化成內能(純電阻電路)，此時電功等于電熱(W=Q);如果電能部分轉化成內能(非純電阻電路)，此時電功大于電熱。舉例說明:當電流通過電飯煲(純電阻電路)時，電能全部轉化成內能，此時電功等于電熱(W=Q);電流通過電風扇(非純電阻電路)時，電流做的功(電功)只有一小部分轉化為電熱，另-部分轉化成機械能使電風扇轉動起來，此時電功大于電熱，故選用熱量計算公式時分兩種情況:
①電功全部轉化成電熱: Q=W=I2Rt=UIt= U2t/R=Pt (適用于純電阻電路)
②電功全部或部分轉化成電熱: Q=I2Rt(適用于任何電路)
（2015 杭州）某同學根據如圖所示電路進行實驗，先用夾子夾住電動機轉軸使其不能轉動，閉合開關S，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數；后松開夾子，使電動機轉軸轉動，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數。數據記錄如表：
/ U（V） I（A） W（J） Q（J）
不轉動 0.2 0.2 W1 Q1
轉動 3.0 1.2 W2 Q2
利用如表數據計算和分析：
（1）電動機不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W1和所產生的熱量Q1。
（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W2和所產生的熱量Q2。
（3）試比較W1和Q1的大小關系以及W2和Q2的大小關系，并分析其原因。
（2022秋 鎮海區期末）如圖是小科研究電動機轉動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖。小科先抓住轉軸（防止電動機轉動），合上開關，觀察小燈泡的亮度；接著放開轉軸讓電動機轉動，繼續觀察小燈泡亮度的變化（已知：小燈泡的電阻為R，電動機線圈電阻為r，電源電壓為U）。請你回答：
（1）電動機未轉動時，t時間內電流在電路中產生的熱量為 （用符號表達）。
（2）電動機轉動時，電路中電流做的功 電路中產生的熱量（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）電動機轉動后小燈泡的亮度會變 （填“暗”或“亮”）。
（2022秋 溫州月考）學習了焦耳定律表達式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，電流流過導體產生的熱量真的與導體兩端電壓無關嗎？在老師的指導下，平平完成了以下實驗：
①取兩只同型號的直流電動機（不計工作過程中電刷與換向器摩擦產生的熱量），按如圖方式連接，并且在每只電動機金屬外殼相同位置上固定一個電子溫度計（如圖2），同時記錄兩支電子溫度計的初始溫度值；
②閉合開關，發現兩支電壓表示數相同，然后對電動機M1施加一個阻力，使其轉動速度變慢，發現電壓表V1示數變小，V2變大；
③維持V1、V2示數不變（U1＜U2），每隔30秒記錄一次溫度計示數，記錄數據T1、T2見表；
④換用兩個其他同型號的直流電動機重復上述實驗。
表：t表示時間，T表示溫度
t/min 0 0.2 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
T1/℃ 17.8 18.4 19.0 19.5 20.0 20.7 21.2 21.6 21.9 22.2 22.4
T2/℃ 17.8 18.5 19.1 19.6 20.0 20.7 21.2 21.7 22 22.4 22.6
（1）實驗中需要用到的測量儀器有 。
（2）兩個電動機采用串聯連接方式的目的是 。
（3）通過實驗，小東認定電流通過導體產生的熱量與導體兩端電壓無關，其理由是 。
模塊三 鞏固提高
（2022秋 濱江區期末）一只燈泡的額定電壓為220V，為了確定該燈泡的額定功率，下述方案中最佳的是（　　）
A．接入220V電路中使之正常發光，再與有標記的燈泡比較亮度進行判斷
B．在實驗室里用伏安法測出燈絲電阻，再用公式P進行計算
C．接入220V電路中，測出通過燈泡的電流強度I，再用公式P＝UI進行計算
D．直接與其它標有220V的燈泡從外觀上比較確定
（2021秋 西湖區期末）小金用如圖裝置完成科學書上“測定小燈泡電功率”的實驗。下列說法正確的是（　　）
A．閉合開關滑片在B端時，燈泡的亮度最大
B．實驗中調節滑動變阻器的目的是改變電路的總功率
C．電流表和電壓表讀數的比值始終保持不變
D．該實驗多次測量的目的是尋找普遍規律
（2021秋 義烏市月考）如圖所示的四個電路中，電源電壓已知，電阻R的阻值已知，根據電壓表或電流表的示數，無論直接還是間接均不能求出燈泡電功率的電路是（　　）
A． B．
C． D．
（2020秋 余杭區校級期中）某同學利用如圖所示電路，測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，下列說法錯誤的是（　　）
A．閉合開關前，滑片P應滑到B端
B．閉合開關后，小燈泡不發光，一定是小燈泡燈絲斷了
C．當電壓表示數為2.5V時，測出通過小燈泡的電流，可算出小燈泡的額定功率了
D．實驗還可得知，小燈泡的額定功率越大，小燈泡越亮
（2022秋 余姚市校級月考）甲、乙兩個電熱器的電阻之比為5：4，通電相同時間產生的熱量之比為5：1，則通過甲、乙的電流之比為（　　）
A．4：1 B．1：4 C．2：1 D．1：2
（2022 桐鄉市模擬）科學興趣小組的同學按如圖裝置進行實驗，他們在探究電流通過導體產生的熱的多少與什么因素有關（　　）
A．電阻大小 B．電流大小 C．液面高低 D．通電時間
（2022 杭州模擬）如圖所示，甲、乙兩個相同的燒杯裝有等質量的水，分別加入加熱器1和加熱器2進行加熱，不計熱量損失，得到了溫度隨時間變化的關系圖，下列說法正確的是（　　）
A．R1＞R2，I1＝I2 B．R1＞R2，I1＜I2
C．R1＜R2，I1＝I2 D．R1＜R2，I1＞I2
（2021秋 鹿城區期末）如圖是探究電流通過導體產生的熱量與什么因素有關的實驗裝置，將兩根阻值不等的電阻絲R1、R2串聯后分別放入兩個透明容器中，并封閉等量的空氣，通電前，A、B兩U形管內的液面相平，接通電源一分鐘后，通過R1、R2的電流分別為I1、I2，則（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面較高
B．I1＜I2，A管中的液面較低
C．I1＝I2，A管中的液面較高
D．I1＝I2，A管中的液面較低
（2023 柯橋區模擬）如圖所示，是探究“電流通過導體時產生的熱量跟哪些因素有關”的實驗裝置。甲、乙兩圖中的電源電壓是相同的，圖乙中R1＝R2＝R3＝5Ω。通電相同時間后，下列說法正確的是（　　）

A．甲圖中，左右兩電阻發熱量之比為2：1
B．甲圖中，兩電阻串聯主要是為了通電時間相同
C．乙圖中，R1R2發熱量之比為4：1
D．本實驗利用了液體熱脹冷縮的性質使液面升高
（2020秋 柯橋區期末）如圖所示，當開關閉合時，電路中的電流為1A，電壓表V2的示數是10V，定值電阻R的阻值為4Ω，電動機的線圈電阻為1Ω，不計摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．電壓表V1的示數為10V
B．電路消耗的總功率是6W
C．通電1分鐘電流通過電動機產生的熱量是240J
D．通電1分鐘電動機產生的機械能是300J
（2022秋 江北區期末）小寧用一個88Ω的電阻R1、開關和導線等器材制作了一個電烤箱，將電烤箱接入電壓為220V的家庭電路，簡化電路如圖甲所示。
（1）求通過R1的電流和R1消耗的電功率。
（2）小寧發現用圖甲的方式烘烤蛋糕耗時過長，找來一個與R1相同規格的電阻R2進行改裝，改裝后電路如圖乙。閉合開關S后，通電10min，求改裝后電烤箱產生的熱量。
（2022秋 永康市期末）如圖所示，取口香糖錫紙，剪成條狀，將錫紙條帶錫的一端接在電池的正極，另一端接在電池的負極很快發現紙條中間開始冒煙起火，請從物理學的角度解釋其原因。
（2022 婺城區一模）隨著生活條件的改善，人們更加重視家居環境的美化，如圖甲是帶有水溫調節功能的家庭水族箱，其工作原理如圖乙所示，R1為阻值可調的電熱絲，R2為阻值400Ω的定值電熱絲，開關S2為單刀雙擲開關，不考慮溫度對電阻的影響。請分析回答：
（1）當開關S1閉合，S2接 （填“a”或“b”）時，電路處于保溫狀態。
（2）當電路處于加熱狀態時，通電10分鐘消耗的電能是多少焦？
（3）當電路處于保溫狀態時，若電路消耗的功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為多少？

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