人教版九年级物理第十八章-第4节-焦耳定律（提升版）辅导教学案

第十八章第4节焦耳定律

辅导科目物理年级九年级教材版本人教版

讲义类型提升版（适用于考试得分率在60%——80%以内的学员）

1.知道电流的热效应。

教学目的2.知道焦耳定律，能够利用焦耳定律进行简单的计算。

3.知道电热器发热的原理，并能列举出利用和防止电热的实例。

重点：能理解焦耳定律的内容、公式、单位；并会进行简单的计算

重、难点

难点：用实验探究焦耳定律

授课时长建议授课时长2小时

教学内容

【课程导入】

星期天，小东的妈妈出门前嘱咐小东别看电视，得先完成作业,可是小东等妈妈一走，就看

起了电视，直到妈妈回来前才开始做作业，妈妈问小东为何没有做完作业，小东说作业太难，可

是小东妈妈只用了一招就知道小东说了谎，请问，他妈妈是怎样做的？

她摸了摸电视机的的散热窗，发现那儿还热着呢！

启示：电视机工作，电流在做功，主要是电能转化为光能。同时，电视机发热，说明一部

分的电能转化为内能。说明，电流具有热效应。

【新知讲解】

※知识点一：焦耳定律

一、电流的热效应

生活中，很多用电器是利用电来获得热量的，比如以下四种用电器：电炉子、电熨斗、电暖

气、电饭煲，你能找出这四用电器的共同点吗？

生：这四种电器都是用电来获得热的。

师:这四种都是利用一种现象来工作的--电流的热效应。

1.电流的热效应：电流通过导体时发热的现象，叫做电流的热效应。

2.实质：电能转化成内能。

小结：电热的实质是电能转化为内能的过程，同时也是电流做功的过程.电炉子、电饭锅、电

烙铁等用电器的目的就是把电能转化为内能，从而供人们利用，这类电器叫电热器；但是对

于像电风扇、电冰箱、电视机、洗衣机等用电器，它们的主要目的不是将电能转化为内能，

而是转化为其他形式的能量，所以此时消耗的电能中，只有很少一部分电能转化成了内能.

电流的热效应是一种普遍现象。一切导体中有电流通过时。都会有电流的热效应。

3.电热器的工作原理：电流的热效应

思考：导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线几乎不热？说明什么？

提出问题：电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？

4.探究：电流产生的热跟哪些因素有关

(1)猜想

①可能与电压有关，因为电压越大，电炉中产生的热越多；

②可能与电阻有关，因为电炉丝发热，而跟电炉丝相连的铜导线却不太热；

③可能跟电流有关，因为常听说，电流大容易引发火灾。

(2)讨论:

①当大家猜想电热与多个因素有关，实验研究时应用什么方法去探究?

②实验时产生那个热量的多少怎样来反映和比较

方案一方案二

方案一：电阻丝加热密封容器中的空气，u形管中液面形成高度差；液面差越大，产生的热

量越多。

方案二：烧瓶内装有煤油，电阻丝产生热量会使温度升高，用温度计测量温度；温度越高，

产生热量的越多。

实验中，将不易观察到的现象通过其它直观形象显示出来，我们称之为转换法。以上两种方

案中，加热空气快？还是加热煤油速度快？

(3)设计实验

①采用控制变量法

②采用转换法：方案一中空气受热体积变化大，效果明显。

原理：给密闭容器内的电阻丝通电，电阻丝通电后放出的被量热器内的空气吸收,空气吸收热后

膨胀，压强变大，哪个电阻丝放出的热量越多，量热器内空气的温度升高得越高，压强越大，

U形管中的液面就越低。所以比较，U形管中的液面的高度差，就可以比较电流通过电阻丝做

功放出的热量的多少.

(4)演示实验

实验一：探究产生热量Q与电阻R的关系

①把两个大小不同的电阻串联，放在两个密闭充满空气的容器中，电流和通电时间相等，比

较U形管中液面的高度变化，来判断产生热量的多少。

电路图实物图

②实验数据

电流UA相等

RiR2

电阻/C510

液柱高度差小大

产生热量（多/少）少多

③实验结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。

实验二：探究产生热量Q与电流I的关系

①把两个大小相同的电阻放在两个密闭充满空气的容器中，在右瓶外并联一个等大的电阻

的目的是:干路和支路上的电流不相等。等大的电阻，通电时间相等，比较U形管中液面的高

度变化，来判断产生热量的多少。

R3=5O■

r-X_J~■・

4一

R1=5OR-'11

_1i_______、_11■

7=2//435。归U

ill5Q

电路图实物图

②实验数据

电阻相同R1=R2=5Q

电阻R/QRIR2

电流I/A2/1II

液柱高度差大小

产生热量(多/少)多少

③实验结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越■多。

实验三：探究产生热量Q与通电时间t的关系

当探究产生热量Q与通电时间t的关系时，我们可以让同一段导体，第一次通电5s,第二次

通电10s,比较液面的高度变化。通电时间越长，液柱上升得越高，说明通电时间越长，电流通过

电阻产生的热量越多.

(5)分析论证

①在探究电热与电阻关系的实验中，两个电阻串联电流相等，电阻大的密闭容器中的U形管中

液面高，说明容器内空气受热膨胀较大，温度更高，电流通过电阻产生热量多.即在电流和通电时

间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多.

②在探究电热与电流关系的实验中，在电阻R2两端再并联一个相同的电阻，并联分流，所以Ri

的电流就是干路照电流的一半.分析实验数据可知，电阻/?!所在容器液柱上升得较高，说明R1

放出热量较多.在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多.

总结以上实验：

电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关，电流越大、电阻越大、通电

时间越长，电流通过电阻产生热量越多。

实验得出的结论只是定性分析，那么这些物理量之间有没有更具体的定量关系呢？

英国物理学家焦耳通过大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电

阻和通电时间的关系：

二、焦耳定律

L内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时

间成正比。

果热量用Q表示，电流用/表示，电阻用R表示，时间用t表示，则焦耳定律为：

2.公式：Q=I2Rt

焦耳定律是从实验中总结出来的规律，适用于任何情况下的电热计算.

3.单位:/-安,R-欧，秒，。-焦.

4.理论推导：

根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律。

若电流做的功全部用来产生■热量即Q=W,又,；W=UIt,

根据欧姆定律U=IR,.-.Q=W=UIt=I2Rto

可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导

出来的结论与焦耳定律一致。

5.电功与电热的联系与区别

(1).纯电阻电路中：Q=W

(2).非纯电阻电路中：。〈卬

(3).一切导体中产生的电热：Q=I2Rt

应用公式电功电功率焦耳定律适用定律

基本公式IT=litP-UIQ=FRt普遍适用

Q=%=lh适用于纯电阻电器

导出公式甲=舄=/放

RW-Q

解释：为什么电炉丝热得发红，而与电热丝相连的导线几乎不发热？

电炉丝通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的

电流相等。导线的电阻很小，1m长的导线，电阻只有百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几

十欧姆到上百欧姆。根据Q=fRt可知，在I和t相等时，Q与R成正比，所以电流流过电

炉丝产生的热量要远远大于在导线中产生的热量，因此电炉丝很热而导线却不热。

【例题】一根60Q的电阻丝接在36V的电源上，在5min内共产生多少J热量？

解：通过电阻丝的电流为:

电流产生的热量为：Q=I2Rt=(0.6A)2X60QX5X60S=6480J

理清学生的解题思路，规范解题过程

想想议议

额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。

可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回

事？

这个问题并不矛盾，由R=u2/p可知，额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小；额定

功率越小，电阻越大。

在并联电路中，由Q=u2t/R可知，在通电时间相同时，电阻越小，产生的热量越多；

在串联电路中，由Q=「Rt可知，在通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。

前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说,

电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。

三、电热的利用和防止

任何用电器工作时都是产生电热。因为用电器都是由一定阻值的导体组成的，导体中或多或

少都有电阻，所以电流通过这些电阻时都会发热。

1.电热的利用：家里的电热水器、电饭锅、电熨斗、养鸡场的电热孵化器

电饭锅

电热取暖器电热水器电热水壶

2.电热的防止：很多情况下我们并不希望用电器的温度过高防止电热的有:电视机散热孔、电

脑主板风扇、笔记本散热孔等.

电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度

会升高，需要用微型风扇及时散热。过多的电热如果比及时散失，会产生许多安全隐患。

散热风扇散热窗(孔)主板上的散热片

本节课我们学习了电热产生的原因，影响电热产生多少的因素，焦耳定律，以及纯电阻电路

中电热的计算等知识.实验设计时我们一定要有控制变量的思想，在说明一个物理量与另一个

物理量之间关系时，一定要强调其条件，是在什么量不变的情况下才有这样的关系，使自己

的叙述更加严密.

◎例题

【例11家用电吹风的简化电路如图5所示，主要技术参数如下表。则该电吹风正常工作吹

热风时，电热丝的阻值是C,正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是Jo

热风温度50-75r

热风时：1000W

醺定功率

冷风时：120W

裁定电压220V

质量0.5kg

【答案】48.4;3xl05

【解析】由表知，电热丝吹热风时，电热丝的额定功率为P=1000W,额定电压为U=220V,

22

故电热丝的阻值为R=±I]=土(77竺0V)&=48.4。；正常工作吹热风5min电热丝产生的热量为:

P1000W

Q=Pt=1000Wx5x60s=3xl05J。

□练习

1、电热水壶上标有“220V800W”，小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热，但连

接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻；在额定电压下，热水壶烧

水210s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量为J,若发热体产生的热量全部被水

吸收，能将kg的水从20℃升高至100℃.[C,=4.2X1()3J/(kg・℃)]

【答案】小；1.68X105；0.5o

【解析】(1)热水壶的发热体与电线串联，通过它们的电流及时间相等，但热水壶的发热体

的电阻比电线的电阻大得多，由焦耳定律Q=FRt可知，热水壶的发热体比电线产生的热量

就多得多，所以电热丝很热，但与之相连的电线却不怎么热；

(2)在额定电压下，烧开一壶水用时210s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量：Q=W

=Pt=800WX210S=1.68X105J；

(3)根据公式Q=cm(t-to)得，加热水的质量：

m=.__Q_=__________L68X105J___________=0.5kgo

3

cd"4.2X10J/(kg-lC)X(1001C-201C)

2、两个带有橡皮塞的粗细均匀的相同温度计，四根不同阻值(R|>R2R3=R4)的电阻丝，以

及相同的滑动变阻器、开关、导线、电源等。两个实验小组根据提供的实验器材，分别设计

了如图甲、乙所示的两个方案。

(1)甲方案可探究电流和通电时间一定时，电流产生的热量跟电阻关系。

(2)乙方案可探究电阻和通电时间一定时,电流产生的热量跟电流关系。

(3)电阻在一定时间内产生的热量是通过烧瓶中煤油温度升高的多少反映出来的。

(4)本实验用到的物理方法有转换法和控制变量法。

心

甲Z,

【答案】：（1）电阻；（2）电阻；电流；（3）温度升高；（4）转换法；控制变量法。

【解析】：（1）由图甲知，两电阻丝串联，通过的电流相同、通电时间相同，探究的问题是在

通过的电流一定时，电热与电阻的关系；

（2）由图乙知，两电阻丝并联，并且两电阻的阻值相同，通电时间相同，探究的问题是在电

阻和通电时间一定时，电热与电流的关系；

（3）电流通过导体产生热量的多少，我们通过肉眼直接观察看不到其多少，但可以通过煤油

的温度升高把电流通过导体产生热量的多少体现出来。

（4）实验中通过煤油升高的温度反应电阻丝放出热量的多少，由Q^=cm^t可知，应控制

两烧瓶中煤油的质量相等，应用了控制变量法。

§知识小结

【课堂检测】

1.（2019无锡市）如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜丝。接通电源,

闭合开关S,依次闭合各小灯泡支路的开关，可以看到电流表的示数逐渐增大；再闭合电炉

丝支路的开关时，会发现熔丝被熔断。下列说法正确的是（）

①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故

②实验中通过熔丝的电流大于铜丝

③通电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝

④随着支路开关依次闭合，熔丝最终熔断说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关

A.只有①②B.只有①③④C.只有②③④D.①②③④都正确

2.（2019广西北海市）如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A,B两U形管内的

液面相平，电阻丝的电阻R1=R2=R3.小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生

的热量Q跟什么因素有关，下列说法正确的是（）

A.此实验在探究电热Q与电阻R是否有关B.通过Ri的电流和通过R2的电流大小相等

C.电阻Ri两端的电压和R2两端的电压相等D.通电后，A管的液面将会比B管的液面

高

3.（2019安徽省）图示电路中,U=12V.,R/=6QR2=3Q,R3=4Q当S2断开,Si闭合时，电阻R/消耗

的电功率为W;当S］、S2都闭合时,6s内电流通过&产生的热量是J.

♦--t♦

4.（2019广西贵港市）家用电吹风的简化电路如图5所示，主要技术参数如下表。则该电吹风

正常工作吹热风时，电热丝的阻值是C,正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是

________Jo

热风温度

热风时：1000W

额定功率

冷风时：120W

额定电压220V

质量0.5kg

图5

5.（2019成都市）如图甲是一种家用电暖器，图乙是其简化的电路图，已知RI<R2,电暖器的部

分参数如表中所示。闭合开关S,要让电暖器处于第二档工作，则应再将开关闭合;

若电暖器在第二档正常

工作lOmin.则产生的热量是Jo

甲乙

额定电压220V

一档950W

功率选择二挡1150W

三挡2100W

6.（2019四川绵阳）某一天晚上睡觉前，小文同学用有预约功能的电饭煲为家人第二天早餐

煲粥。小文将大米等食材放入电饭煲内，接通220V家庭电路，经过了待机、加热、保温三

个过程，早餐前断开电源，电饭煲消耗的电功率随时间变化的图像如图甲所示，电饭煲加热

过程消耗的电能是kW.ho已知小文家电饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所

示,S是接通家庭电路的开关，Si是自动开关，尺和&为电阻不变的电热丝，则R2=Q。

7.（2019云南昆明）如图是一个家用电热水龙头。打开龙头开关，几秒就可以流出热水，这

种加热水的过程很短，俗称“过水热某品牌电热水龙头的额定功率是3000W,额定电压是

220V,则该电热水龙头正常工作时的电阻是Q（计算结果精确到0.1）。某次使用

该龙头加热水时，测得实际电压为235V,水的初温为21C,加热14s,得到0.5L、末温

42℃的热水，则加热水的功率是Wo[c水=4.2X103J/（kg.℃）]

8.（2019四川南充）如图是电热饮水机电路原理图，已知R=100C,&=20。，当开关$、

S2闭合时，饮水机处于状态（填“保温”或“加热”），饮水机的保温功率与加热功

率之比为。

9.（2019四川攀枝花）如图是探究电流通过导体时产生热量的实验，甲、乙两套装置中各有

两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝(阻值在图中已标出)，U形管中

装有等量的液体，接通电源，观察现象。

0JJ茴

ABCD

甲

(1)实验中通过观察的变化来比较导体所产生热量的多少；这运用了

(填“转换法”或“等效替代法”)的物理思想；

(2)用甲装置进行实验时，通过控制通电时间和电路中的不变，来研究导体产生热量

与电阻的关系；

(3)在乙装置中，C、D透明容器中产生热量较多的是容器。

10.(2019山东临沂)图甲是小明家安装的即热式热水器，其具有高、低温两档加热功能，

低温档功率为5500W,内部等效电路如图乙所示，R和&是两个电热丝。某次小明用高温

档淋浴时，水的初温是20℃,淋浴头的出水

温度为40℃,淋浴20min共用水100L。假:♦厂］--------匚口--------

设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部------CZI------L

被水吸收[C水=4.2xlO3J/(kg.℃)],求:

(1)电热丝R的阻值。

(2)该热水器高温档功率。

【答案】

【解析】①由图可知，小灯泡和电炉丝是并联的，并联电路干路电流等于各支路电流之和，

所以同时工作的用电器越多，干路电流越大，干路导线产生的热量越多，达到一定程度，会

引起熔丝熔断，甚至引发安全事故，故①正确；

②串联电路电流处处相等，熔丝和铜丝是串联在干路中的，所以通过熔丝的电流等于通过铜

丝的电流，故②错误；

③已知熔丝电阻大于铜丝，通过的电流相同，由焦耳定律。=尸用可知，在相同时间，熔丝产

生的热量多，故③正确；

④并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，随着支路开关依次闭合，干路电流逐渐增大,

熔丝最终熔断，说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关，故④正确。

2.B

【解析】由题知，电阻丝的电阻RI=R2=R3；

A、装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R1的电流I|=l2+l3,而12=13,所以右边容器中

通过R3的电流b是左侧通过R1电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故A

错误；

B、由图知，通过R1的电流11=12+13,而l2=b，所以通过电阻R1和R2的电流不相等，故B

错误；

C、已知R产R2=R3,所以R2、R3并联后的总电阻是黑2=拓，由于串联电路中，用电器

两端电压与其阻值成正比，所以电阻Ri两端的电压大于R2两端的电压，故C错误；

D、左右两容器中的电阻相同，而通过电阻Ri的电流大于R2的电流，通电时间相同，由Q

=FRt可知，A容器中电阻R1产生的热量多，则A管的液面将会比B管的液面高，故D正

确。

3.(1).8.64；(2).32。

U12V

【解析】当S2断开，SI闭合时，电阻R/和R3串联，电路的电流：1=不一^=Q/c=L2A，

A।4-0124-412

22

电阻R消耗的电功率：P=IRt=(1.2A)X6Q=8.64W；当SI、S2都闭合时,电阻灯和心

先并联，再和心串联，R/和&并联的总电阻：A=/%=MWI=2Q，干路中的电流:

/<1+/<、0124-JL2

U12V

/'=6~丁=不s=2A,则电阻&两端的电压：U2=/'R=2AX2C=4V,6s内电流通过R2

/<+仆2£2+412

产生的热量：Q=W=〃^=0^-x6s=32J。

&3Q

4.48.4;3xl05

【解析】由表知，电热丝吹热风时，电热丝的额定功率为P=1000W,额定电压为U=220V,

故电热丝的阻值为R=9=上竺土=48.4。；正常工作吹热风5min电热丝产生的热量为：

P1000W

Q=Pt=1000Wx5x60s=3xl05J0

5.SI,6.9X105

【解析】加热器的高中低三个档位分别对应电路总功率的高中低，根据纯电阻电路电功

率计算公式可知，第二档应该选择R1单独接入电路，再由公式亚=口，即可计算出最

终答案。

6.0.88220

【解析】由甲图可知，0~5h功率为44W,此时间段为待机；5~6h功率为880W,此时间段

为加热；6~7h功率为220W,此时间段为保温。电饭煲加热过程时间为1h,则加热过程消

耗的电能为W=Pr=0.88kWxlh=0.88kW-h；由电路图可知，当开关S、S|同时闭合时，R和

&并联，电路总电阻最小，发热功率最大，为加热电路；当开关S闭合、Si断开时，尺断路

没有工作，电路中只有&工作，为保温电路。因保温功率为220W,即&功率为220W,则

U2_(220V)2

7?2=亡220W=220Qo

7.16.13150

【解析】由尸=已可得，该电热水龙头正常工作时的电阻尺=(=笑席引6.1。；由

RP额3000W

p=/可得，加热的水的质量m=0V=lxl03kg/m'xOSxlO-m3=0.5kg；水吸收的热量(有

用能量)e®=c^z!Z=4.2xlO3J/(kg-℃)x0.5kgx(42℃-21℃)=4.41xlO4J；则加热水的功

率：把33i5ow。

tt14s

8.加热1:6

【解析】当开关Si、S2都闭合时电路为R/的简单电路，当&闭合、S2断开时H/与&串联,

两电阻串联时总电阻最大，所以当开关Si、S2都闭合时，电路中的电阻最小，由尸=与可知,

电路中的总功率最大，饮水机处于加热状态；饮水机处于加热状态时，电路为R的简单电路,

rT2〃2

则电路的功率：为执=(；饮水机处于保温状态时，R/与&串联，电路的功率为：联温

.21

所以饮水机的保温功率与加热功率之比：抖=4萨=j。

F加热-----6

%100Q

9.(1)液面高度差转换法(2)电流(3)C

【解析】(1)电流通过电阻丝时做功产生热量，密封着的空气吸收热量，温度升高，压强增

大，U形管中的液面高度发生变化，所以实验中通过观察液面高度差的变化来比较导体所产

生热量的多少；这种研究问题的方法叫转换法；

(2)甲装置中，两个电阻丝串联，通过的电流相同，所以是通过控制通电时间和电路中的电

流不变，来研究导体产生热量与电阻的关系；

(3)在乙装置中，D容器中电阻丝并联，再跟C容器中的电阻丝串联，所以C中电阻丝的

电流大于D中电阻丝的电流，根据焦耳定律，C中产生热量较多。

10.(I)8.8Q(2)7xl03W

【解析】(1)当S闭合，S2断开时为低温档，仅电阻R|工作

„U2(220V)2

l\i=----=-------------=8.8Q

P5500W

(2)V=100L=0.1m3m==lxl03kg/m3x0.1m3=100kg

Az=40℃-20℃=20℃t-20min=1.2x103s

Q*=cmN=4.2xlO3J/(kg•©x100kgx20°O8.4xlO6J

由于热量全部被水吸收，则W=Q及=8.4X106J

8.4xl06J

=7xl03W

1.2X103S

【课堂总结】

【家庭作业】

一.选择题（共10小题）

1、把一个标有“10V3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示）,

小灯泡恰能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（）

10V3W区

A.60JB.36JC.30JD.6J

2、如图实验装置可用于探究“电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系”。实验装置中,

两根电阻丝Ri（5Q）、R2（10Q）串联后分别放入两个相同的封闭空气盒中；两个空气盒各

自连接一个相同的U形管，两U形管装有同种液体并封闭等量的空气，且两U形管内的各

液面相平。下列说法正确的是（）

A.该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝产生热量的多少

B.通电一段时间后，会发现左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管

C.两侧空气盒与U形管中装等量的煤油也可以完成探究任务，且更节省时间

D.利用该实验装置无法探究“电流通过导体产生热量的多少与通电时间长短的关系”

3、如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A,B两U形管内的液面相平，电阻丝的

电阻R|=R2=R3.小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素

有关，下列说法正确的是（）

A.此实验在探究电热Q与电阻R是否有关

B.通过Ri的电流和通过R2的电流大小相等

C.电阻Ri两端的电压和R2两端的电压相等

D.通电后，A管的液面将会比B管的液面高

4、如图所示是探究电流产生热量与电阻的大小是否有关的实验装置。烧瓶内装有质量和初温

均相同的煤油，且小于Rz.下列分析不合理的是（）

A.加热相同的时间，乙装置中温度计的示数上升得更高

B.用温度计便于直观比较两者产生热量的多少

C.在此实验中，去掉电流表也能完成实验

D.烧瓶内的液体选用煤油而不是水，是因为水更容易导电

5、如图所示为一种新型电器--无叶空气净化暖风器，兼具风扇、制暖和空气净化的功能，

其制暖功率为2kW.如果要将一个普通卧室的温度从5c提升到20C,请估算该电器至少需

要工作多长时间（不计热量损失，已知空气的密度约为1.3kg/m3,比热容约为1.0xl03J/（kg-℃）

（）

0

A.2minB.7minC.15minD.20min

6、1840年英国物理学家最先确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，

可用公式Q=FRt表示。由公式可知道，当电流和时间一定时，电流通过导体产生的热量与

电阻成（选填“正比”或“反比”）

7、如图是探究电流通过导体产生热量跟什么因素有关的实验装置，图甲所示的装置是用来探

究电流产生的热量与（填“电阻”或“电流”）的关系，该装置中电阻R、R2两端电压

之比为;若通过Ri的电流为0.5A,则Imin内电流通过R2产生的热量为J；

装置乙中电阻R3、&产生的热量之比为o

8、某型号电热水器有加热和保温两档，如图所示为其内部电路原理图，当开关S接触点1

时，该电热水器处于（填“保温”或“加热”）状态。若电热水器的加热功率为2100W,

要将50kg的水从20C加热到60℃,需要加热s.［不计能量的损失，c水=4.2xl（）3j/

（kg・℃）］

9、如图所示，2个烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根完全相同的玻璃管，瓶内各装1根阻值

分别为Ra和Rb（已知Ra>Rb）的电阻丝，将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内

液面的位置。

（1）要比较2根电阻丝放出热量的多少，只要比较o

（2）闭合开关，记下电流表的读数。经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。可以

看到，烧瓶甲中玻璃管内液面上升得较多。由上述实验现象，可得出什么结论？。

（3）当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，将滑动变阻器的滑片向左移动一段距离，

闭合开关，记下电流表的读数。经过与第一次相同时间的通电后，标出2根玻璃管内液面的

位置。发现2根玻璃管内液面上升的高度都比前一次实验中上升的高度要高。由上述实验现

象，可得出什么结论？

10、如图所示，在研究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”时，将电阻丝R1、R2、

R3分别装在甲、乙、丙三个相同的透明容器中，容器中密封着等量的空气，橡胶管将密闭容

器和装有红色液体的U形玻璃管相连，容器内电阻丝的电阻R1=10C、R2=R3=5Q；另有一

个阻值为5c的电阻丝在容器外部，与R3电阻丝并联。

(1)若要探究导体产生的热量的多少与电流大小是否有关，则应选用两容器及其相

连的U形管比较，正确结论是：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的越大,

产生的热量越多。

(2)若要探究导体产生的热量的多少与电阻大小是否有关，则应选用两容器及其相

连的U形管比较，正确的结论是：在电流和通电时间相同的情况下，导体的越大，

产生的热量越多。

(3)通电一段时间后，容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。

11、如图甲是某学校使用的电开水器铭牌，图乙是其电路原理图(Ri、R2都是加热电阻)，开

关S连接a、b处实现加热和保温功能。水箱装满20C的水后连续正常加热21min,水的温度

3

由20℃升高到50℃.已知p水=1.0xl()3kg/m3,C*=4.2X10J/(kg«℃)o求：

电阳播触型号XXX

龌电£220V»$55OOW

魁解KXXW郤5QL

C

(1)加热过程中水吸收的热量；

(2)此过程电开水器的热效率;

（小数点后保留一位小数）

（3）Ri和R2的阻值。

12、如图是安装在武汉某地铁站内的一种即热式节能饮水机的原理图。烧开的水很烫不能立

即饮用，即热式节能饮水机中的热交换套管很好地解决了这一问题，它的奥秘在于将进水管

与出水管贴在一起，利用进水管中的冷水给出水管中的开水降温，同时，进水管中的冷水被

预热后送到加热腔中用电加热器烧开。如图所示，当节能饮水机的出水流量为L8L/min时20C

的自来水经热交换套管后被预热成80℃的热水流进加热腔，同时有相同质量的100℃的开水

从加热腔流进热交换套管变成可供直接饮用的温开水流出。

（1）可供直接饮用的温开水的温度是多少℃?（不计热交换套管中的热损失）

（2）若电加热器的效率为90%,则电加热器每分钟释放的热量为多少J?

西士^普

TI1慈水热交换套管自来水

4220vl

13、某品牌电热水器有高温、中温和低温三挡，简化电路如图所示Ri、R?均为加热电阻（温

度对电阻的影响忽略不计），热水器中温档功率为1000W,低温档功率500W.若电热水器中

己装满质量为40kg、温度为25℃的水，它能够把水加热到的最高温度为75C,已知水的比

热容c=4.2xl（）3j/（kg・c）,电源电压为220V.求：

（1）用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度需要吸收的热量。

（2）Ri、R2的电阻值。

（3）高温档的电功率。

（4）若加热电阻产的热量有84%被水吸收，用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温

度，用高温档需加热多长时间？

【答案】

一.选择题（共10小题）

1.Do

【解析】（1）由P=UI可得，灯泡正常发光时的电流:

PL_3W

IL==0.3A；

lov

（2）因串联电路中总电压等于各分电压之和，且小灯泡正常发光,

所以，R两端的电压：

UR=U-UL=12V-10V=2V,

因串联电路中各处的电流相等，该电路工作10s定值电阻产生的热量：

Q=W=URIt=2Vx0.3Axl0s=6Jo

2、Bo

【解析】A、电热丝对空气盒内的空气加热，空气受热膨胀，会推动U型管内的液柱变化，

通过液柱的变化可以判定电阻产生热量的多少，故A错误；

B、由Q=I2Rt可知，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，左侧U

形管的液面高度差小于右侧U形管，故B正确；

C、煤油的比热容远远高于空气的比热容，在吸收相同的热量时，温度变化较小，体积变化

较小，U型管内的液柱变化不明显，利用煤油更浪费时间，故C错误；

D、实验中可以通过开关来控制加热的时间，能探究电流通过导体产生热量的多少与通电时

间长短的关系，故D错误。

3、Do

【解析】由题知，电阻丝的电阻R]=R2=R3；

A、装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R|的电流L=12+13,而l2=b，所以右边容器中

通过R3的电流b是左侧通过Ri电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故A

错误；

B、由图知，通过R1的电流11=12+13，而l2=13，所以通过电阻R1和R2的电流不相等，故B

错误；

C、已知R|=R2=R3,所以R2、R,并联后的总电阻是LR2=LR”由于串联电路中，用电器

22

两端电压与其阻值成正比，所以电阻Ri两端的电压大于R2两端的电压，故C错误；

D、左右两容器中的电阻相同，而通过电阻Ri的电流大于R2的电流，通电时间相同，由Q

=I?Rt可知，A容器中电阻Ri产生的热量多，则A管的液面将会比B管的液面高，故D正

确。

4、Do

【解析】A、加热相同的时间，由于串联电路，电流也相同，电阻越大，产生的热量越多，

乙的电阻大，产生的热量多，加热相同的煤油，则乙装置中温度计的示数上升得更高，故A

正确；

B、实验中采用了转换法，用温度计便于直观比较两者产生热量的多少，故B正确；

C、在此实验中，去掉电流表后，由于该电路为串联电路，通过甲乙的电流是相同的，故也

能完成实验，故C正确；

D、烧瓶内的液体选用煤油而不是水，是因为煤油的比热容较小，在吸收相同热量时，煤油

的温度变化大，易于观察，故D错误。

5、Bo

【解析】一个普通卧室的空气体积约为V=6mx3mx3m=54n?,

空气质量m=p：^V=1.3kg/m3x54m3=70.2kg,

温度从5℃提升到20℃,吸收热量Q=cmAt=1.0xl()3j/(kg.-C)x70.2kgx(20℃-5℃)=

1.053X106J

不计热量损失，W=Q=1.053X106J,

6

由p=更可得，t=W=L°53义1°」=526.5s=8.775min,与B选项接近。

tP200OW

6、焦耳；正比。

【解析】英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电

流、电阻和通电时间的关系；

焦耳定律的内容为：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比,

跟通电时间成正比，即Q=FRt；

则当电流和时间一定时，电流通过导体产生的热量与电阻成正比。

7、电阻；1：2；150；4：10

【解析】由图甲可知，两个电阻串联，电流相同，通电时间也相同，电阻不同，故探究的是

电流产生的热量与电阻的关系；

电流相同，电阻不同，根据U=IR可知，电压之比等于电阻之比，故电压之比为1：2；

22

Imin内电流通过R2产生的热量：Q2=l2R2t=(0.5A)xl0Qx60s=150J；

图乙中，R4与Rs并联后，再与R3串联，由于R4与Rs的阻值相同，通过的电流相同，则通

过R3电流为通过R3电流的2倍，电阻相同，根据Q=fRt可知，电阻R3、R,产生的热量之

比为4：1；

3

8、加热；4X10O

【解析】(1)由甲图可知，开关S接触点1时，只有Ri连入电路中，S接触点2时，两电阻

串联，

所以，开关接触点1时，电路的电阻较小，电源电压一定，由P=(可知，功率较大，则此

时电饭煲处于加热状态；

(2)水吸收的热量Q=cmA=4.2x103J/(kg*℃)x50kgx(60℃-20℃)=8.4xlO6J,

不计能量的损失，W=Q=8.4X106J,

由P=W可得，需要加热时间t=W=8・4X1（）6j=4x1035,

tP2100W

9、（1）2根玻璃管内液面上升的高度；

（2）当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多；

（3）当通电时间和电阻相等时，电流产生的热量跟电流大小有关，电流越大，热量越多。

【解析】（1）液体吸收热量后会膨胀，吸收的热量越多，体积越大，电流产生的热量不能用

眼睛直接观察，可以通过2根玻璃管内液面上升的高度来反映，这是转换法；

（2）该电路为串联电路，电流和通电时间是相同的，电阻不同，Ra>Rb，烧瓶甲中玻璃管内

液面上升得较多，表明甲中电阻放出的热量多，故结论为：当通电时间和电流相等时，电流

产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多；

（3）将滑动变阻器的滑片向左移动一段距离，则滑动变阻器的电阻减小，根据欧姆定律可知，

电路中的电流变大，对于甲或乙，电阻不变，电流变大，液面升的高度高，表明电阻放出的

热量多，故结论为：当通电时间和电阻相等时，电流产生的热量跟电流大小有关，电流越大,

热量越多。

10、（1）乙丙；电流；（2）甲乙；电阻；（3）甲。

【解析】（1）要探究导体产生的热的多少与电流大小是否有关，应控制电阻和通电时间一定,

而电流不同；乙、丙两容器中的电阻相同，但通过的电流不同（电阻丝R3在支路上，其电流

小于通过R2的电流），所以应选用乙和丙两容器及其相连的U形管比较；

（2）要探究导体产生的热的多少与电阻大小是否有关，应控制电流和通电时间一定，而电阻

不同，由图可知应选用甲和乙两容器及其相连的U形管比较；由Q=胪Rt可知，在电流和通

电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多；

（3）电阻丝Ri在干路上，通过的电流大，且