資源簡介

焦耳定律和電熱計算
一、知識點
1.電流的熱效應
1、定義：電流通過導體時電能轉化成內能，這種現象叫做電流的熱效應。
2、電熱器：利用電流的熱效應來工作的設備叫電熱器，所有電熱器都是把電能轉化為內能的裝置。如：電烙鐵、電熨斗、電爐子、電飯鍋、電暖氣、電烤箱、電熱水器等。
2.電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關。
猜想：產生熱的多少可能跟電阻的大小有關；通電時間越長，電流產生的熱也會越多。
設計并進行實驗：
（1）探究電流產生熱量與電阻的關系
如圖所示，在兩個透明容器中封閉著等量的空氣，容器分別連著U形管的一端；沒有加熱時，U形管中液面是相平的。兩密閉容器中各有一段電阻絲，且右邊容器中的電阻比較大。當通電時，電阻絲發熱，加熱容器中的空氣，空氣受熱膨脹，U形管中液面高度會發生變化，U形管中液面高度的變化反映了密閉空氣溫度的變化。
將兩容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過兩電阻絲的電流相等。通電一段時間后，比較兩個U形管中液面高度的變化。發現與右邊容器相通的U形管中液面高度的變化更大些。
結論：在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。
（2）探究電流產生的熱量與電流的關系
如圖所示，兩個密閉容器中的電阻絲阻值均是5Ω，在右側容器的外部，將一個5Ω的電阻與這個容器中的電阻并聯，因此通過左側容器中電阻絲的電流大于通過右側容器中電阻絲的電流。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化，發現左側U形管中液面高度的變化更大一些。
結論：在電阻、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越多。
（3）探究電流產生的熱量與通電時間的關系
將套裝置接到電源兩端，在通電過程中，只觀察左側U形管中液面高度的變化，發現隨著通電時間的增加，U形管中液面高度的變化逐漸變大。
結論：在電流、電阻相同的情況下，通電時間越長，這個電阻產生的熱量越多。
2.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。這個規律叫做焦耳定律。
2、公式：；在國際單位制中，熱量Q的單位是焦耳，符號“J”。
3、電流通過導體時，如果電能全部轉化為內能，而沒有轉化為其他形式的能量，那么，電流產生的熱量Q就等于消耗的電能（或電功）W，即。
注意：對焦耳定律的進一步理解
（1）焦耳定律是一個實驗定律，當電流做的功全部轉化為熱時，可根據電功公式和歐姆定律，從理論上證明該定律的正確性。在純電阻電路中：，由于，，所以。
（2）該定律適合于任何用電器產生的熱量計算。對于純電阻電路也可用：，，進行計算。
（3）在非純電阻電路中，電流做功，只有一部分電能轉化成內能，所以消耗的電能大于電熱，即W＞Q，例如：電流通過電動機，一少部分電能轉化成內能，還有一大部分轉化成機械能，此時。在非純電阻電路中，計算消耗的電能（電功）只能用，計算電熱只能用。
二、考點
1.探究焦耳定律
1.為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關，某同學設計了如圖所示的裝置。將兩段阻值不同的電阻絲分別密封在兩個完全相同的小塑料盒中，塑料盒內分別插著相同的溫度計，電源電壓不變。閉合開關，相同時間內A的溫度計溫度上升快，則下列說法不正確的是(??? )B
A .相同時間內電阻R1產熱量多 B .電阻R1>R2
C .R1兩端電壓大于R2兩端的電壓
D .該實驗為探究電流產生的熱量與電流大小是否有關
2.如圖為“探究焦耳定律”的實驗裝置。兩個相同燒瓶內置電阻絲，密封有初溫和質量相同的煤油，兩玻璃管中液面高度相同。通電一段時間后，右側玻璃管中液面比左側高。下列說法正確的是(??? )A
A .右側燒瓶中電阻絲的阻值比左側燒瓶中電阻絲的阻值大
B .該裝置用于探究電流通過導體產生的熱量多少與電流大小的關系
C .通過觀察玻璃管中液面高度的變化來判斷電流產生熱量的多少，這種方法是控制變量法
D .若用水替換該裝置中的煤油進行實驗，由于水的比熱容大，相同時間內溫度變化更為明顯
3.圖實驗裝置可用于探究“電流通過導體產生熱量的多少與電阻大小的關系”。實驗裝置中，兩根電阻絲R1（5Ω）、R2(10Ω）串聯后分別放入兩個相同的封閉空氣盒中；兩個空氣盒各自連接一個相同的U形管，兩U形管裝有同種液體并封閉等量的空氣，且兩U形管內的各液面相平。下列說法正確的是（?? ）B
A .該實驗裝置是利用U形管中液體的熱脹冷縮來反映電阻絲產生熱量的多少
B .通電一段時間后，會發現左側U形管的液面高度差小于右側U形管
C .兩側空氣盒與U形管中裝等量的煤油也可以完成探究任務，且更節省時間
D .利用該實驗裝置無法探究“電流通過導體產生熱量的多少與通電時間長短的關系”
4.如圖所示，為“探究電流通過導體時產生的熱量與什么因素有關”的實驗電路，以下說法正確的是（　　）C
A .閉合開關S1、S2?， 通過三根電阻絲的電流相同
B .先閉合開關S1?， 再閉合開關S2?， 電流表示數保持不變
C .先閉合開關S1?， 再閉合開關S2?， 通過右容器中電阻絲的電流變小
D .閉合開關S1、S2一段時間后，右邊U形管內的液面比左邊U形管內的液面高
電熱計算
命題角度1：“電熱水器型”，此類題目應用公式：消耗的電能W=UIt 或W=Pt 被水吸收的熱量Q=cm（t-t0）若不計能量損失，則W=Q，若考慮轉化效率W=Q+W損失
例題：某品牌電磁爐銘牌部分參數如圖所示，現將其接入220 V電路中給鍋內25 ℃的水加熱5 min，鍋內的水溫度升高到88 ℃，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，求：
(1)電磁爐在5 min內消耗的電能；
(2)假設電磁爐工作時產生的熱量全部被水吸收，那么鍋內水的質量是多少？
變式訓練：某款電熱水壺的相關信息如表所示，現在該水壺內裝入質量為1kg、初溫為20℃的水，放置在水平桌面上接通電源使其正常工作，在標準大氣壓下將水燒開(不計熱量損失)求：
(1)裝入水后水壺對桌面的壓強p；750Pa
(2)水吸收的熱量Q；3.36X105J
(3)將水燒開所需時間t；(c=4.2×103J/(kg·℃),g=10N/kg) 336S
命題角度2：“保溫、加熱”型
此類題目一般分為三種電路原理圖，分“高、中、低三檔位” 和“保溫、加熱兩檔位”。應用公式為
一、如果是兩檔位型，該電路原理圖是一個單開關控制型，可分為并聯型和串聯型
a.若是并聯型：則兩電阻并聯一起工作是高功率（加熱）檔位；其中一個電阻工作為低功率（保溫）檔位
例題：圖甲為某款新型電飯煲，額定電壓為220 V，它采用了“聰明火”技術，智能化地控制不同時間段的烹飪溫度，以得到食物最佳的營養和口感。圖乙為其電路原理圖，R1和R2為電阻不變的電熱絲，S1是自動控制開關。將電飯煲接入220 V電路中，在電飯煲工作的30 min內，它消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖丙所示。求：
（1）0～10 min，電飯煲產生的總熱量；
（2）S和S1均閉合，電路中的總電流；
（3）電阻絲R2的阻值。
(1)3.96X105J
(2)3A
（3）220Ω
變式訓練：圖甲是小明家安裝的即熱式熱水器，其具有高、低溫兩檔加熱功能，低溫檔功率為5500W，內部等效電路如圖乙所示，R1和R2是兩個電熱絲。某次小眀用高溫檔淋浴時，水的初溫是20℃，淋浴頭的出水溫度為40°C，淋浴20min共用水100L．假設熱水器電熱絲正常工作且產生的熱量全部被水吸收【c水=4.2×103J/（kg?°C）】求：
（1）電熱絲R1的阻值。8.8Ω
（2）該熱水器高溫檔功率。7000w
b.若是串聯型：則其中一個電阻工作是高功率（加熱）檔位；兩個電阻串聯一起工作為低功率（保溫）檔位
例題（2019湘西州，27）下圖是普通家用兩檔電取暖器內部簡化電路圖，R1、R2為電熱絲，且電阻不變，高溫檔位功率為1100W，低溫檔位功率為440W，家庭電路電壓U=220V，求：
（1）電取暖器處于高溫檔位時電路中的電流強度；5A
（2）電路中R1的阻值；44Ω
（3）如果普通家庭生活用電的電費價格為每度0.55元，試計算用該電取暖器的低溫檔位取暖4小時需要繳納的電費。
變式訓練（2019孝感）家用電飯鍋中自動開一般由感溫鐵氧體組成，將電飯鍋的自動開關S按下，電飯鍋處于別熱狀態，，當感溫鐵氧體溫度達到103℃時失去磁性，被吸鐵塊由彈簧彈開使電飯鍋進入保溫狀態。某家用電飯鍋內部電路簡化示意圖如圖甲，某次使用該電飯鍋在220V的電壓下煮飯過程中，通過的電流隨時間變化的圖象如圖乙。
(1)當鍋內溫度為100℃時，自動開關S與________(選填“1”或“2”)連接，此時電飯鍋處于________(選填“加熱“或“保溫”)狀態。
(2)該電飯鍋此次工作30分鐘消耗的電能為多少?
(3)電阻R與R2的阻值之比為多少?
(4)若要使該電飯鍋的加熱功率提高到1100W，可以給電阻R1并聯一個阻值為多大的電阻R3？
（1）1 加熱
（2）0.22Kwh
（3）1:3
（4）220Ω
二、如果是三檔位型，該電路原理圖是一個多開關控制型（電路中的電阻一般為兩個）通過投擲開關達到三檔條件
高功率（加熱）檔位：為兩電阻并聯連接 中檔位（文火）：其中一個電阻工作 低功率（保溫）檔位：兩電阻串聯連接
例題：小洋媽媽在國外旅游時買了一臺家用智能電熱馬桶蓋（如圖甲），圖乙是小洋設計的便座加熱電路，R1和R2是兩個定值電阻（表示兩個電熱絲），單刀雙擲開關S2可接a或b，該電路通過開關S1和S2的不同接法組合，實現“高溫擋、中溫擋、低溫擋”三種加熱功能（見下表）．
S1
斷開
斷開
閉合
閉合
S2
接b
接a
接a
接b
功率
P0=0
P1=22W
P2=44W
Px
（1）求R1和R2的阻值； （2）求出表中的“Px”；
（1）R1=R2=1100Ω Px=88w
變式訓練：電加熱眼罩對緩解眼疲勞有一定效果。如圖甲是一款市場上的產品，小敏查閱使用說明書，其相關參數如下表乙。
（1）當該款眼罩還剩10%的電池容量時，在額定電壓下充電，充滿電至少需要多少時間？
（2）圖丙是小敏設計的可以手動調節高、中、低三檔加熱的電熱眼罩原理圖。電源電壓U恒為4.8伏，已知電熱絲R1阻值為4歐，電熱絲R2阻值為6歐，開關S3只接a或b。
①丙圖電路中S1閉合，S2斷開，S3接a時，加熱電路為 （選填“高”、“中”或“低”）溫檔。
②中溫檔功率為多少瓦？
③高溫檔工作20分鐘，眼罩消耗的電能為多少焦？
2.某電器廠設計了一種具有高、中、低溫三擋的家用電火鍋，該火鍋產品銘牌和電路圖如圖所示：
（1）當開關S1斷開，S2接a時，該電火鍋選用______檔工作（選填“高溫”、“中溫“或“低溫”）。
（2）當電火鍋使用中溫檔正常工作時，電路中電流是多大？接入電路的電熱絲的阻值是多少？
（3）用電火鍋高溫檔在額定電壓下燒水7分鐘，電流做了多少功？若電熱絲產生的熱量全部被水吸收，在1個標準大氣壓下，能使1kg初溫為20℃的水升高多少℃（c水=4.2×103J/（kg?℃））？
命題角度3：“豆漿機、電吹風”型 （內有電動機）
此類題目在純電阻加熱的基礎上再增加一個電動機進行工作。簡單用公式表達為電路消耗的電能W=UIt 轉化為電阻發熱Q=I2Rt=和電動機的機械能。即W消耗=Q熱+W機械 在解這類題目時要小心使用公式。最后一小題求整個工作過程消耗掉的總電能一般使用公式W總=P電機t電機+P加熱t加熱計算。
例題：小華家買了一個家用電吹風，其簡化電路如圖所示，主要技術參數如下表。電吹風在額定電壓下工作，請解答如下問題：
熱風溫度
50﹣75℃
額定功率
熱風時：990W
冷風時：110W
額定電壓
220V
質量
0.5kg
（1）電吹風吹冷風時，通過電動機的電流是多大？
（2）電熱絲工作時的電阻是多大？
（3）電吹風內電動機的電阻是1Ω，電吹風吹冷風30min產生的熱量是多少？
0.5A 55Ω 450j
變式訓練1：如圖甲所示是一款超市用的透明玻璃門冷飲展示冰柜，該冰柜的玻璃門采用的是防霧玻璃，玻璃夾層中有電熱絲用來加熱玻璃，可以有效防止在玻璃上出現水霧，電熱絲與冰柜中的電動制冷壓縮機連接的簡化電路如圖乙所示，其相關參數如表所示。超市內溫度一般調節在 26℃左右。求：
額定電壓
220V
電動制冷壓縮機額定功率
220W
防霧電熱絲的額定功率
110W
（1） 其中防霧電熱絲的電阻為多少？
（2） 冰柜的電動制冷壓縮機和防霧電熱絲同時正常工作時干路上的電流為多少？
（3） 冰柜的電熱絲與電動制冷壓縮機同時正常工作 10 分鐘，消耗多少電能？


2.如圖甲是豆漿機的工作原理圖，其中電動機是用來帶動刀頭將原料進行粉碎打漿的，額定功率是200W。R是加熱電阻，加熱豆漿的，其額定功率是1100W。圖乙是此豆漿機做一次豆漿時的工作信息。求:
（1） 豆漿機正常工作，加熱豆漿時的工作電流是多少?
（2） 豆漿機正常工作做一次豆漿，總共消耗的電能是多少?
（3） 豆漿機中的加熱電阻因為氧化，導致其電阻變大，為保證加熱功率不變，下列改進方法合理的是(?? )
A .在AB間并聯一個加熱電阻 B .在CD間串聯一個加熱電阻 C .在DE間并聯一個加熱電阻
其他雙頭開關型
1.?(2019九上·新昌期末)?干燥的空氣讓人不舒服，電熱加濕器能改變空氣的濕度。如圖甲是小明家某型號電熱加濕器其原理如圖乙，R1、R2都是發熱電阻，不考慮溫度對電阻的影響，且R2=3R1 S為旋轉型開關，1、2、3、4為觸點，通過旋轉開關S可實現“關檔”、“低檔”、“高檔”之間的切換(低檔為小功率加熱，高檔為大功率加熱)。小明查閱使用說明書，其部分技術參數如表丙。
（1） 開關S處于3、4觸點時，電熱加濕器的狀態是 (選填“關檔”、“低檔”或“高檔”)
（2） 電熱加濕器中R1的阻值為歐。
（3）低檔功率為多少瓦？


2.?(2019·東陽模擬)?如圖是某款電熱水龍頭的電路原理圖。R1、R2為電熱絲，通過旋轉手柄可使扇形開關S同時接觸兩個相鄰觸點，實現冷水、溫水、熱水檔之間的切換。
（1） 當開關同時接觸2、3觸點時，水龍頭放出的是 （選填“冷”“溫”或“熱”）水。溫
（2） 若R2=2R1，水龍頭在溫水檔正常工作時電功率為2000W，則R1的阻值為多少？
（3） 它在熱水檔正常工作2min消耗的電能為多少？?
3.具有防霧、除露、化霜功能的汽車智能后視鏡能保障行車安全，車主可通過旋鈕開關實現功能切換。下圖是模擬加熱原理圖，其中測試電源的電壓為10V，四段電熱絲電阻均為10Ω，防霧、除露、化霜所需加熱功率依次增大。求：
⑴開關旋至“1”檔，開啟的功能是 。防霧
⑵開啟除露功能時，電路中電流的大小。1A
⑶開啟化霜功能1分鐘，電熱絲所產生的熱量。
1200J

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