資源簡介

物理講義
課題 15.4 探究焦耳定律 九年級
必須掌握的知識點： ①電流的熱效應及其在生活、生產中的應用 ②焦耳定律，運用焦耳定律進行簡單計算 ③區別電熱、電功 姓 名 ________
教學內容 1.通電導體放出的熱量跟哪些因素有關 電流通過導體時，導體會發熱，這叫做電流的_______。 在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各裝一根電阻絲(R甲＞R乙)，串聯起來，通電后電流通過電阻絲產生的熱量使煤油的溫度升高。電流產生的熱量越多，溫度計示數越大。 ①兩個電阻串聯它們的電流相等，加熱的時間相同，甲瓶的溫度計示數________。 ②調節滑動變阻器，增大電流，重做實驗，讓通電的時間與前次相同，兩次實驗比較甲瓶前后兩次溫度計示數的大小，第二次溫度計示數________。 ③如果加長通電的時間，瓶中溫度計示數________。 [總結]： ①在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越長，電流產生的熱量越______； ②在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產生的熱量越_____，進一步的研究表明產生的熱量與____________成正比； ③在通電電流和電阻相同的條件下，通電時間越長，電流產生的熱量越______。 2.焦耳定律 英國物理學家焦耳做了大量的實驗，于1840年最先精確地確定了：電流通過導體產生的熱量跟_____________成正比，跟導體的_________成正比，跟___________成正比。這個規律叫做焦耳定律，即：Q=__________ (Q—熱量—J，I—電流—A，R—電阻—Ω，t—時間—s) ①在純電阻電路中(電阻、白熾燈、電爐等)，電能全部轉化為______能，電功等于電熱，即電熱：Q＝W＝_______＝_______＝_______＝_______。 串聯電路中：＝_______ 并聯電路中：＝_______ ②在非純電阻電路中(如電動機等)，電能大部分轉化為機械能，但不可避免的一小部分轉化為熱能，即W＝_______+_______。 3.電熱的利用與防止 電熱利用(純電阻電路)： 人們利用電流的熱效應來作加熱的電熱器有很多，例如：電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤爐都是電熱器，還有電褥、電烘箱；家禽電熱孵卵器，引發炸藥的電熱裝置；電熱器清潔衛生，沒有環境污染，熱效率高。 電熱防害(非純電阻電路)： 在電動機里，電流主要用來做機械功，但電流通過電動機里的電阻也會產生熱量，溫度升高，絕緣材料會迅速老化甚至可能燒壞。這就需要考慮散熱，還要加快散熱，有的電動機里裝有風扇，同時把外殼做成特殊的形狀，都是為了迅速散熱；收音機、電視機等用電器也都要考慮散熱，它們的機殼上都有散熱孔。 4.電熱器的“多檔”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，高溫擋總電阻較____，低溫擋總電阻較____。 (2)“雙檔”的控制開關 模式①短路式②單刀雙擲式③并聯式經典 電路高溫檔開關________開關________閉合開關________低溫檔開關________開關________閉合開關________
(3)“三檔”的控制開關 經典 電路高溫檔開關S2 ________ 開關S1接_______只閉合開關________中溫檔開關S2 ________ 開關S1接_______只閉合開關________或________低溫檔開關S2 ________ 開關S1接_______只閉合開關________
【練習】 (多選)下列用電器工作時，消耗的電能主要轉化為熱的是(　　) A．電飯鍋 B．電風扇 C．電爐 D．電熱水壺 (多選)下列用電器工作時，要防止電流熱效應帶來的危害的是(　　) A．電燈 B．電視機 C．電動機 D．電熨斗 某學習小組在老師的指導下，探究電流通過導體時產生熱量的多少跟什么因素有關。他們用的實驗器材如圖所示，兩個透明容器中密封著等量空氣，U形管中液面最初相平，兩個密閉容器中都有一段電阻絲。 (1)透明容器中密封一定量空氣的優點是__________________________；實驗中通過觀察______________________，可以比較電流通過導體產生熱量的多少，這種方法叫___________。 (2)圖甲中將兩段阻值不同的電阻絲_______(選填“串聯”或“并聯”)，是為了研究電流產生的熱量與________的大小的關系，這種研究方法叫__________法。 (3)將圖甲閉合開關，通電一段時間后，______(選填“左”或“右”)側U形管中液面高度變化大；通電一段時間后，若發現圖甲中的U形管的液面高度幾乎不變，出現該現象的原因可能是_______________________。 (4)讓兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部將一個相同阻值的電阻和這個容器內的電阻并聯(如圖乙所示)，重新做這個實驗。此時通過兩容器中電阻的電流不同，在通電時間相同的情況下，觀察U形管中液面高度變化，由此得到的結論是__________________________ __________________________________________________。 一臺電風扇，內阻為20Ω，接上220 V電壓后，消耗功率66 W，求： (1)電風扇正常工作時通過電動機的電流； (2)電風扇正常工作時電動機的效率； (3)如果接上電源后，電風扇的風葉被卡住，不能轉動，這時通過電動機的電流以及電動機的發熱功率。 “創新”小組的同學們調查發現，雨雪天氣里汽車后視鏡會變模糊，影響行車安全。同學們設計了給后視鏡除霧、除霜的加熱電路。如圖是加熱電路原理圖，電源電壓100V，加熱電阻R1與R2阻值均為100Ω，電路低溫擋除霧，高溫擋除霜。同學們對電路進行模擬測試，開啟除霜模式加熱后視鏡1min，用溫度傳感器測得其溫度升高了6℃。求： (1)除霜模式下，電路中的電流； (2)除霜模式下，電路的加熱效率。[查資料得：后視鏡玻璃質量約0.5kg，玻璃的比熱容約0.8×103J/(kg ℃)] 課堂筆記
課堂練習
人們生活所需的用品中涉及到很多物理知識，下列對應關系正確的是(　　)
A．移動電話——超聲波 B．驗鈔機——紅外線
C．電熱水器——電流的熱效應 D．筷子——省力杠桿
甲乙兩電阻串聯在電路中，閉合開關后，發現甲產生的焦耳熱比乙產生的焦耳熱多，則以下說法錯誤的是(　　)
A．通過甲的電流大 B．加在甲兩端的電壓大
C．通過兩電阻的電流一樣大 D．甲的電阻比乙的電阻大
電爐通電一段時間后，電爐絲熱得發紅，而與電爐絲相連的導線卻幾乎不發熱，這主要是因為(　　)
A．導線的電阻遠大于電爐絲的電阻 B．通過導線的電流大于通過電爐絲的電流
C．導線的電阻遠小于電爐絲的電阻 D．通過導線的電流小于通過電爐絲的電流
如圖所示，在左、右兩個相同容器中分別裝有初溫均為20℃的等量的煤油，通電一段時間后，左、右溫度計溫度分別上升到80℃和40℃，由此可知(　　)
A．R1=2R2 B．R1=4R2
C．R1=3R2 D．R1=9R2
兩根阻值均為R的電阻絲，串聯后接到電源上，燒開一壺水需時間t1，并聯后再接到同一電源上，相同條件下燒開同一壺水需要時間t2，則t1和t2的大小有(　　)
A．t1=t2/2 B．t1=2t2 C．t1=t2/4 D．t1=4t2
(多選)下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是(　　)
A．電功率越大，電流做功越快，電路中產生的焦耳熱一定越多
B．適用于任何電路，而只適用于純電阻的電路
C．在不是純電阻的電路中，UI＞I2R
D．焦耳定律Q=I2Rt適用于任何電路
某實驗裝置如圖。甲、乙兩燒瓶中液體質量相同但電阻絲的阻值不同。利用此裝置和秒表可以探究哪些物理問題呢 下列相關說法中不正確的是( )
A．若兩燒瓶中液體種類相同，可以探究電流產生的熱量與電流大小的關系
B．若兩燒瓶中液體種類相同，可以探究電流產生的熱量與電阻大小的關系
C．若兩燒瓶中液體種類不同，可以探究電流產生的熱量與電流大小的關系
D．若兩燒瓶中液體種類不同，可以探究不同物質吸熱升溫現象
如圖所示，將三個相同空燒瓶口分別用完全相同的氣球密封，將多個阻值相同的電阻R以不同的連接方式接入電路中，通電一段時間后體積變化最大的氣球是(　　)
A．a B．b C．c D．三個相同
一個直流電動機所加電壓為U，電流為 I，線圈內阻為 R，當它正常工作時，下述錯誤的是(　　)
A．電動機的輸出功率為U2/R B．電動機的發熱功率為I2R
C．電動機的輸出功率為UI-I2R D．電動機的功率可寫作UI=I2R=U2/R
電風扇正常工作的同時要產生小部分熱量，這是電流的______效應，一臺標有“220V、110W”的電風扇，線圈電阻是20Ω，工作1min消耗的電能是________J，產生的熱量是________J。
小紅家買了一臺電烤箱，有高、中、低三個檔位的發熱功率。如圖是其內部簡化電路圖，Rl=60.5Ω，R2=121Ω，電源電壓保持不變，開關S1可分別與觸點a、b接觸．當開關S1置于a端，S2閉合時，電烤箱處于______檔位，電烤箱消耗的電功率是______W；當開關S1置于b端，S2閉合時，電烤箱處于______檔位，電烤箱消耗的電功率是______W。
一臺直流電動機線圈電阻r =1Ω，與一阻值R=10Ω的電阻串聯，當所加電壓U=150V，電動機正常工作時電壓表示數100V，求電動機消耗的總功率及輸出的機械功率。
家用電器的使用日益廣泛，好學的瑞瑞突發奇想，想檢驗電熱水壺和電飯煲誰的熱效率高.如圖所示是瑞瑞家兩種電器及其銘牌，下表是瑞瑞在使用這兩種電器(正常工作)燒水時所記錄的數據。
電熱水壺 電飯煲
裝水體積/L 1.8 1.8
水的初溫/℃ 20 20
水燒開時間/s 480 840
(1)在1標準大氣壓下，把電熱水壺中的水燒開，水需要吸收的熱量；
(2)試通過計算比較電熱水壺和電飯煲的熱效率。
飲水機是一種常見的家用電器，其工作電路可簡化為如右圖所示的電路，其中S是溫度控制開關，當水溫升高到一定溫度時，它會自動切換，使飲水機處于保溫狀態；R1是飲水機加熱管的電阻，R2是與加熱管串聯的電阻，下表是從其說明書中摘錄下的一些技術數據(不考慮R1、R2的阻值受溫度的影響)。
額定電壓 220V (
S
)
頻率 50Hz
加熱功率 880W
保溫時整機耗電量 0.48kW·h/24h
(1)溫控開關S斷開時，飲水機處于________(選填“加熱”或“保溫”)狀態。
(2)在額定電壓下，飲水機處于加熱狀態時，工作1min飲水機產生的電熱是多大？加熱管R1的阻值多大？
(3)在額定電壓下，飲水機處于保溫狀態時，整機的功率多大？電阻R2的阻值多大？
課后作業
下列說法正確的是(　　)
A．電飯煲是利用電流的磁效應工作的
B．城市中建設人工湖可以調節氣溫，利用了水的比熱容大的原理
C．飛機在天空飛行時，機翼上方的壓強大于下方的壓強
D．在微觀粒子中，空間尺度從大到小的排列是：電子、原子核、原子、分子
將規格都是“220V　180W”的電冰箱、電腦和電烙鐵，分別接入同一家庭電路中，若通電時間相同，則下列說法正確的是(　　)
A．電冰箱產生的熱量最多 B．電腦產生的熱量最多
C．電烙鐵產生的熱量最多 D．三者產生的熱量一樣多
如圖所示，兩透明容器中密封著等質量的空氣，通電t秒后(兩容器都不向外放熱)，下列說法正確的是(　　)
A．兩容器中電阻產生的熱量相同
B．右邊容器中空氣的溫度是左邊容器中空氣溫度的兩倍
C．右邊容器中空氣溫度的變化量是左邊容器中空氣溫度變化量的兩倍
D．右邊容器中空氣溫度的變化量是左邊容器中空氣溫度變化量的四倍
對如圖所示實驗描述正確的是(　　)
A．甲圖可測出大氣壓的值
B．乙圖可研究電流產生熱量與電阻大小有關(甲乙電阻不同)
C．丙圖可以得出牛頓第一定律
D．丁圖可探究摩檫力與接觸面粗糙程度的關系
兩根導線的電阻之比是3∶4，通過的電流之比是4∶3，在相同時間內兩根導線中產生的熱量之比為(　　)
A．1∶1 B．4∶3 C．3∶4 D．16∶9
如圖甲圖是小燈泡L和電阻R2的I-U圖象。將小燈泡L、電阻R1和R2接入乙圖所示電路中，電源電壓恒定不變，只閉合開關S1時，電流表示數為0.8A；只閉合開關S3時，小燈泡L的實際功率為1.2W。下列說法正確的是(　　)
A．只閉合開關S3時，小燈泡的電阻為5Ω
B．只閉合開關S1時，電路總功率為9.6W
C．R1的電阻為5Ω
D．所有開關都閉合，在15s內電路中產生的總熱量為3200J
第6題 第7題 第8題
如圖所示是探究電流熱效應跟什么因素有關的實驗裝置，電阻絲R1=2R2，接通電源后，R1、R2產生熱量之比為_________；若將兩瓶的電阻絲并聯后接入同一電路中，R1、R2產生熱量之比為_________。
如圖所示，當開關S斷開，甲、乙兩表均為電流表，若兩表示數之比I甲:I乙=1:4，R1:R2=______；當開關S閉合，甲、乙兩表均為電壓表時，則兩表示數之比U甲:U乙=______，相同時間內R1、R2產生的熱量之比Q1:Q2=______。
用“220V 800W”的電水壺燒水，若不考慮能量損失，當接在110V電源上時，用時32min可將一壺水燒開，如果接在220V電源上時，燒開同樣一壺水所用的時間是________min。
一臺直流電動機額定電壓為220V，其電阻為1Ω。正常工作時通過的電流為20A，則該電動機的額定功率是_______kW，電動機連續正常工作10min，電動機因本身有電阻而發熱損失的電能為_______J。
小菲冬天取暖時發現：電暖器的電熱絲熱得發紅，而與之相連的導線卻不熱。
(1)如圖是小菲進行實驗探究的部分電路，甲、乙燒瓶中裝有________相等初溫相同的煤油，金屬絲電阻R甲＜R乙。通電一段時間后，發現乙燒瓶中溫度計的示數大些。此現象說明：在________和________相同時，________越大，電流產生的熱量越多，要使兩燒瓶中煤油的溫度升高得更快，滑動變阻器的滑片應向______滑動。下面的探究實例中，也是采用這種研究方法的是______。
A．力是看不見的，可以通過力的作用效果認識它
B．探究電流與電壓、電阻的關系
C．用總電阻表示同一段電路中串聯的兩個電阻
(2)小菲想用此裝置探究水和煤油吸熱能力，電路中必須滿足的條件是___________
_____。用溫度計測量液體吸收熱量后升高的溫度值，并用鐘表記錄加熱時間如表。
物質 質量/g 初始溫度/℃ 加熱時間/min 最后溫度/℃
水 60 20 6 45
煤油 60 20 6 68
在此實驗中，如果要使水和煤油的最后溫度相同，就要給________加熱更長的時間，此時水吸收的熱量________(選填“大于”或“小于”或“等于”)食用油吸收的熱量。通過實驗可以得到不同的物質吸熱能力不同，物質的這種特性用________這個物理量來描述。
近來網上熱賣的空氣炸鍋，可以不用或少用油制作炸制食品。實際就是利用風扇將電熱管產生的熱量吹向食品進行加熱，形象一點就是在鍋里放了一臺吹風機，用熱風吹食物。其內部電路原理如圖，相關參數如表。試求：
額定電壓 220V
電源頻率 50HZ
熱風功率 1210W
冷風功率 110W
(1)熱風加熱時電路中的總電流；
(2)正常工作時電熱管的電阻；
(3)圖中電動機線圈的電阻為10Ω，1min內電流通過電動機線圈產生的熱量。
如圖所示的電路中，只閉合S1時，通過R2的電流是1.5 A，R1＝30Ω，R2＝20Ω．求：
(1)電源電壓是多大；
(2)只閉合S2時，通電20s電流通過R1產生的電熱；
(3)使開關通斷情況發生變化，整個電路消耗的最小電功率P和最大電功率P′之比。
(2019東營，23)圖甲為新型風暖浴霸，因其安全性能好、發熱柔和，深受大家喜愛。它是利用電動機鼓動空氣流動，通過加熱元件加熱冷空氣帶動室內升溫。圖乙是某型號風暖浴霸的簡化電路圖，其發熱元件是兩根阻值不變的電熱絲R1、R2 。主要參數如下表。
(1)開關均閉合，求浴霸正常工作時的干路電流是多少？
(2)正常工作時，求R1的阻值是多少？
(3)實際電壓為200V時，求R2的實際功率是多少？
(4)浴霸正常工作時，使容積為20m3的房間空氣溫度升高20℃，求室內空氣吸收的熱量是多少？(ρ空氣＝1.2kg/m3，c空氣＝1.0×103J/(kg ℃)，不考慮其他因素影響)
幾千年來中國的廚藝最講究的就是“火候”現在市場上流行如圖所示的新型電飯鍋，采用“聰明火”技術，電腦智能控溫、控壓，智能化地控制食物在不同時間段的溫度，以得到最佳的營養和口感，其簡化電路如圖甲所示。R1和R2均為電熱絲，S1是自動控制開關．把電飯鍋接入220V電路中，用電飯鍋的“聰明火”煮米飯，電飯鍋工作時的電流隨時間變化的圖象如圖乙所示。求：
(1)電熱絲R2的阻值(計算結果保留一位小數)；
(2)這個電飯鍋在0—15min內把質量為11的米飯由20℃加熱到100℃，求電飯鍋在這段時間內加熱的效率。[C米飯=4.2×103J/(kg ℃)]
當堂檢測(___月___日) 姓名：__________
將一臺“220V 100W”的電風扇、一個“110V　100W”的充電器、一把“36V　100W”的電烙鐵分別接到220V的電源上，在相同時間內，通電后產生熱量最多的是(　　)
A．電烙鐵 B．充電器 C．電風扇 D．一樣多
在相同時間內，電流通過電阻絲甲產生的熱量比通過電阻絲乙產生的熱量多，則下列說法正確的是(　　)
A．甲的電阻一定大于乙的電阻 B．甲兩端的電壓一定大于乙兩端的電壓
C．甲中的電流一定大于乙中的電流 D．甲的實際功率一定大于乙的實際功率
把兩個完全相同的電阻絲串聯后接在電壓為U的電源上，它們在時間t內產生的熱量為Q1；若把它們并聯起來接在同一電源上，在相同的時間內產生的熱量為Q2，則(　　)
A．Q1∶Q2＝1∶4 B．Q1∶Q2＝4∶1 C．Q1∶Q2＝1∶2 D．Q1∶Q2＝2∶1
為了使電熱器的功率變為原來的一半，下列辦法中正確的是(　　)
A．保持電壓不變，電阻變為原來的一半
B．保持電阻不變，電壓變為原來的一半
C．電壓和電阻都變為原來的一半
D．使電壓變為原來的1/4，電阻變為原來的一半
(
甲
乙
)如右圖所示，是研究電流熱效應的部分實驗電路，甲電阻絲的阻值小于乙電阻絲的阻值。比較通電后兩根電阻絲中各自的電流I甲、I乙以及它們在相同時間內分別產生的熱量Q甲、Q乙的大小，下面關系中正確的是(　　)
A．I甲=I乙，Q甲=Q乙 B．I甲＞I乙，Q甲＜Q乙
C．I甲＜I乙，Q甲＜Q乙 D．I甲＞I乙，Q甲＞Q乙
(
O
U
/V
I
/A
)有兩只標有“220V 1000W”的相同規格電加熱器，這種電加熱器在它兩端不超過額定電壓時，電流隨電壓的變化關系如圖2所示。將這兩個電加熱器串聯起來接到家庭電路中，消耗的總功率為P總，則(　　)
A．0C．500W加在某電動機上的電壓是U，電動機消耗的電功率為P，電動機線圈的電阻為r，則電動機線圈上消耗的電熱功率為(　　)
A．P B． C． D．P–
有兩根電熱絲R1和R2 ，其大小關系是R1∶R2=3∶1，若單獨用R2對一壺水加熱，則所需時間為t0 。若將這兩根電熱絲并聯連入電路，則燒開同一壺水所需的時間為(不計熱損失)(　　)
A． B． C． D．
利用圖中5個阻值相等的電阻完成“焦耳定律”的探究實驗，以下說法錯誤的是(　　)
A．本實驗采用的研究方法有“控制變量法”和“轉換法”
B．通電后會發現在相同時間內乙產生的熱量是丙產生熱量的2倍
C．若要探究導體的電阻對電熱的影響，應該選擇觀察甲、乙
D．圖丙中外接5Ω電阻的作用是改變流過電阻D的電流，使通過電阻A、D的電流不同
如圖所示的電路中，電源電壓U＝6V，電阻R1＝6 ，電阻R2＝4 ，求：
(1)只閉合S1，通過R1的電流是多大？
(2)只閉合S2，通電10s的時間內電流通過R2產生的電熱是多少？
(3)當三個開關處于何種狀態時，整個電路消耗的電功率最大？求出此時的最大電功率。

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