2022学年九年级物理抢分秘籍：焦耳定律（含解析）

1、抢分点1.焦耳定律（1）热效应：电能转化为内能的现象。（2）焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。表达式为：Q=I2Rt（Q-热量，单位：J；I-电流，单位：A；t-时间，单位：s）。（3）探究“影响电流热效应的因素”实验中，运用了控制变量法：将两个加热装置串联，使其加热时间与通过电流相等，探究电阻对电热的影响；使用同一电阻，配合滑动变阻器，使其电阻和时间不变，电流改变。还运用了转换法，将电热器放热的多少转化为液体温度的变化量或者液柱上升的大小。例题精选1.(2020鄂州24)如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置。甲

2、、乙是完全相同的密闭容器，里面密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平。(1)实验中，乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的_不相等；(2)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的物理研究方法是_；(3)通过对比观察，_（选填“甲”或“乙”）容器中导体的电阻产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越_导体产生的热量越多。【答案】(1)电流 (2)转换法 (3)甲 越大【解析】(1)乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的电流不相

3、等，因为左右容器内两导体的阻值相等，必须让两电阻的电流不同才能探究电流产生的热量与电流的关系。(2)甲乙两容器内空气温度的变化不能直接测出，而是通过U形管液面高度变化来显示，这是物理研究中的转换法。(3)在电阻和通电时间相同时，甲容器内液面高度差较大，说明甲容器内的电阻产生较多的热量，而甲容器内电阻通过的电流较大，由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。【提分秘诀】本探究实验控制变量法与转换法都用得较多，巧妙的利用串路等流，是控制电流相等很好的方法。抢分秘练1.(2020青岛6)甲、乙两个电热器的电阻之比为，通电相同时间产生的热量之比为，则通过甲、乙的电流之比为（）A.

4、 B. C. D. 【答案】C【解析】甲、乙两个电热器通电相同时间产生的热量之比为5:1，根据Q=I2Rt有：Q甲Q乙 = I甲2R甲t甲I乙2R乙t乙 = 51 ，已知甲、乙两个电热器的电阻之比为5;4，则I甲2I乙2 = 41 ，即通过甲、乙的电流之比为：I甲I乙 = 21 ，ABD错误，C正确。选C。2. (2020北京26)某同学想探究电流通过导体产生的热量与电流、电阻通电时间是否有关。他连接了如图所示的电路进行实验，其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量和初温都相同的煤油，以及阻值为R1和R2的电阻丝（R1<R2）。(1)该实验探究的问题是电流通过导体产生的热量与_是否有关；(2

5、)该实验中，电流通过导体产生热量的多少用_来反映。【答案】(1)电阻 (2)温度计示数的变化量【解析】(1)该实验两段电阻丝串联，通过电流、通电时间相同，电阻丝的阻值不同，所以探究的是电流通过导体产生的热量与电阻是否有关。(2)在探究电流通过导体产生的热量与电流、电阻通电时间是否有关的实验中，利用转换法，将电流通过导体产生热量的多少用温度计示数的变化量来反映。3.(2020成都22) 小彬用图所示的实验装置探究“电流的热效应跟电阻大小的关系”，电源电压为3V，电阻丝R1=10，R2=20，两气球相同。闭合开关后，密闭烧瓶内的空气被加热，他观察到_气球先鼓起来。甲气球乙气球通电1min，R2产生

6、的热量为_J。【答案】 乙12【解析】从图中可以看到：加热时间相同，通过的电流也相同，根据焦耳定律Q=I2Rt可知：R2的电阻较大，那么R2所在的密闭烧瓶产生的热量较大，乙气球先鼓起来。甲气球乙气球通电1min，电路中的电流大小：I= UR1+R2 = 3V10+20 =0.1A，R2产生的热量：Q=I2Rt=（0.1A）2×20×60s=12J。4. (2020泰州21)如图所示是小明“探究影响电流热效应的因素”的实验装置，在甲、乙两瓶中装入质量和初温均相同的煤油，R1、R2采用如图连接方式的目的是_。闭合开关一段时间后，乙瓶中温度计的示数较高，由此说明通电导体产生的热量

7、与_有关。小华用相同装置（煤油质量也相等）同时进行实验，细心的小红看到小明和小华两组电阻丝阻值相等的烧瓶中，小华这一组的煤油升温比小明的快，比较发现：小华的滑动变阻器接入电路的阻值较小，根据这一现象，小红_（选填“能”或“不能”）初步判断出通电导体产生的热量与通过导体的电流有关。【答案】控制电流和通电时间相同电阻能【解析】由图可知：两电阻串联，目的是控制R1和R2中的电流相同，而且还可以控制通电时间相同。乙瓶中温度计的示数较高，可知在电流与通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多；说明通电导体产生的热量与电阻的大小有关。由题意可知：小华和小明用相同的装置做实验，可知加热的电阻阻值相同；但

8、小华的滑动变阻器接入电路的阻值较小，由欧姆定律可知，小华做实验时电路中的电流较大，此时小华这一组的煤油升温比小明的快，说明在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越大，即小红可以初步判断出通电导体产生的热量与通过导体的电流有关。5.（2020河南21）在家电博览会上，小亮家买了一款标有“220V 3000W”的电热水器。(1)电热水器中的电热管工作时利用的是电流的_效应。智能化遥控器通过红外线对热水器进行温度控制，红外线是_（选填“可见”或“不可见”）光；(2)大功率家用电器需要使用专用插座，插座的常用规格有10A和16A两种，通过计算说明该电热水器应选用哪种规格的插座

9、_；(3)已知该电热水器的加热效率为 90% ，求它正常工作时把 30 L 水从 20 加热到 47 需要的时间_。（水=1.0×103 kg/m3，c水=4.2×103 J/（kg）。【答案】(1)热效应 不可见 (2)16A (3)1260s【解析】(1)电热水器中的电热管工作时，消耗电能，转化为内能，利用了电流的热效应来工作。红外线是在红光之外的看不见的光，故红外线是不可见光。(2)由P=UI得：I= PU = 3000W220V13.64A，应选择16A的插座。(3)电热水器中水的质量：m=V水=30×10-3m3×103kg/m3=30kg，水

10、吸收的热量：Q吸=cmt=4.2×103 J/（kg×30kg×27=3.402×106J,需要放出的热量：Q放= Q吸 = 3.402×106J90% = 3.78×106J。需要的时间：t= Q放P = 3.78×106J3000W = 1260s。6.(2020广东12)如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟_的关系”的实验装置。实验中用U形管内液面高度差的大小来反映电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫_（选填“控制变量”或“转换”）法。通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量比右侧的_（选填“多”或“少”）。【答

11、案】电阻转换少【解析】由图知：两电阻的阻值不同，串联于电路中，通过两电阻的电流相等，通过时间相等，故探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系。在实验中无法直接测量电流通过导体产生热量，通过U形管内液面高度差的大小来判断电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫做转换法。通电一段时间后，左侧的电阻小于右侧的电阻，通过两电阻的电流相等，由焦耳定律Q=I2Rt知，左侧容器内空气吸收的热量比右侧的少。抢分点2.电热计算电热计算的常用公式（1）焦耳定律：Q=I2Rt（Q-热量，单位：J；I-电流，单位：A；R-电阻，单位：；t-时间，单位：s）。（2）对于纯电阻电路：Q=W=UIt；Q= U2tR（U-电压，

12、单位：V）。（3）效率公式：= Q吸Q放 ×100%。（4）Q吸=cmt（5）W=Pt例题精选(2020达州24)九年级科技小组的同学在学校科技室自制了一只具有高低两档功率的电开水壶（开水壶隔热性能好），开水壶的简化电路图如图所示，。现壶内盛有质量为2kg、初温为20的水。加热过程中壶内气压始终为一标准大气压，J（kg·）。问：(1)烧开这壶水，水吸收的热量是多少？(2)同学们发现，让自制的开水壶高功率档正常工作，烧开这壶水用时太长。请你利用图中的所有元件重新设计具有高低两档功率的开水壶的电路，使改进后的开水壶高功率档正常工作，烧开这壶水较改进前能缩短较长时间。请在上边方框

13、中画出你设计的电路图；(3)若消耗的电能全部转化为水的内能，利用正常工作的新开水壶烧开同样的一壶水，至少需要多少秒？（结果保留整数）【答案】(1)6.72×105 J(2)(3)764s【解析】(1) 烧开这壶水，水吸收的热量是：Q吸=cmt=4.2×103 J/（kg×2kg×（100-20）=6.72×106J,(2)要想使烧水时间更短，电路中的烧水功率要更大，两个定值电阻的阻值一定，根据P= U2R，就需要电路中的总电阻最小，也就是让两个电阻并联，电路设计如答案图所示。(3)新开水壶烧开同样的一壶水的总电阻为：R= R1R2R1+R2 =

14、 110×110110+110=55，消耗的电能全部转化为水的内能，利用正常工作的新开水壶烧开同样的一壶水，至少需要：t= Q吸RU2 = 6.72×105J×55（220V）2764s。答：(1)烧开这壶水，水吸收的热量是6.72×105J；(3)若消耗的电能全部转化为水的内能，利用正常工作的新开水壶烧开同样的一壶水，至少需要764s。【提分秘诀】电热计算，通用公式是焦耳定律的表达式，只有当电能全部转化为电热时，才能运用Q=W=UIt；Q= U2tR计算电热。注意有热效率的时候，对效率公式的变形与计算。抢分秘练1.(2020广东25)某款电热饮水机具有

15、加热和保温两挡，额定电压为220V。如图甲是其电路原理图，S0为温控开关，R1、R2为电热丝（阻值不变）。某次饮水机在额定电压下工作的电功率P与时间t的关系图象如图乙所示，求：(1)饮水机处于加热挡阶段消耗的电能：(2)饮水机处于保温挡时，通过R1的电流；(3) R2的阻值。【答案】(1)1.452×105J(2)0.2A(3) 110【解析】由图乙可得：饮水机加热时，加热功率P1 =484 W ，加热时间t1 = 300s，故饮水机处于加热档阶段消耗的电能：W1=P1t1=484 W×300s=1.452×105J。(2)只闭合S时，R1接入电路，此时饮水机处于

16、保温档。由图乙可知，保温功率为P2 =44 W，流过R1的电流：I2= P2U = 44W220V =0.2A。(3)当开关S、S0闭合时，R1与R2并联，处于加热档，那R2的功率P=P1-P2=484 W-44 W=440 W，由P= U2R得R2的阻值：R2= U2P = （220V）2440W = 110。答： (1) 饮水机处于加热挡阶段消耗的电能为1.452×105J；(2)饮水机处于保温挡时，通过R1的电流为0.2 A；(3) R2的阻值为110。2. (2020宜昌27)现在很多家庭和办公室采用新型管线饮水机，这种饮水机没有水仓，打开出水开关立即给水加热，出水口随即流出

17、热水，停止出水时，加热就会停止。如下图甲是某品牌新型管线饮水机，其额定电压220V，额定功率为2100W。市面上还有另一种传统管线饮水机，如下图乙，它有水仓，把水仓内的水加热到设定温度后供人饮用，若无人饮用时水仓的水温降到一定程度后重新加热，功率为800W左右。(1)甲饮水机正常工作时电流有多大（结果保留一位小数）？假如产生的热量全部被水吸收，设流入水温为18，流出水温为98，它每分钟流出多少千克热水？c水=4.2´103J/（kg×）(2)小明家准备购置饮水机时，妈妈认为甲饮水机功率太大，浪费电，而且可能导致空气开关经常跳闸。请你判断哪一种饮水机更浪费电，并简要说明理由。

18、你怎么解决甲饮水机导致空气开关跳闸的问题？【答案】(1)9.5A0.375kg(2) 乙饮水机换用额定电流更大的空气开关或使甲饮水机时先关闭其他功率用电器【解析】(1)根据功率计算公式，可知额定状态下甲饮水机的工作电流为：I= PU = 2100W220V =9.5A，由题可知：电热全部被水吸收，根据吸热公式W电=Q吸，即Pt=cmt。每分钟流出的热水质量为：m= Ptct = 2100W×60s4200J/（kg.）×80 = 0.375kg。(2)乙饮水机更浪费电，因为乙饮水机设置有水仓，存储在水仓中的热水会向空气中放热，降低到一定温度后又要重复加热，浪费了电。空气开关

19、经常跳闸说明负载功率偏大，通过的电流偏高，故可换用额定电流更大的空气开关或使甲饮水机时先关闭其他功率用电器，解决甲饮水机导致空气开关跳闸的问题。3.(2020江西22)冬天打出来的果汁太凉，不宜直接饮用如图所示，是小丽制作的“能加热的榨汁杯”及其内部电路简化结构示意图，该榨汁杯的部分参数如表所示，求：榨汁杯部分参数表额定电压220V加热功率300W保温功率80W榨汁功率66W容量300mL (1)仅榨汁时的正常工作电流；(2)R2的阻值；(3)已知该榨汁杯正常工作时的加热效率为90%，给杯子盛满果汁并加热，使其温度升高30，要加热多长时间，【答案】(1)0.3A(2)220(3)160s【解析

20、】(1)仅榨汁时的正常工作电流：I= P榨U = 66W220V =0.3A。 (2)仅闭合开关S2和S3时，R1和R2并联，电路的总电阻较小，由P= U2R可知:电功率较大，榨汁杯处于加热挡，仅闭合开关S2时，只有R1的简单电路，电路的电阻较大，由P= U2R可知:可知电功率较小，处于保温挡，R2的功率P2=P-P1=300W-80W=220W,R2的阻值R2=U2P2 = （220V）2220V=220。(3)果汁的质量m=果汁V=1.2×103kg/m3×300×10-6m3=0.36kg，果汁吸收的热量：Q吸=c果汁mt=4×103J/(kg·)×0.36kg×30=4.32×104J，消耗的电能：W= Q吸 = 4.32×104J90% = 4.8×104J，加热时间：t= WP = 4.8×104J300W =160s。答：(1)仅榨汁时的正常工作电流是0.3A；(2)R2的阻值是220；(3)要加热时间是160s。4.(2020青岛28)某家用电热水壶有加热和保温两档，内部电路简化示意图如图甲所示，其中R1和R2均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中，消耗的电功