焦耳定律学案-人教版九年级全册

人教版2024九年级全一册《18.4焦耳定律》学案

【学习目标】

1.掌握电热与电阻的关系

2.掌握电热与电流的关系

3.掌握焦耳定律的公式表达以及能结合欧姆定律的前提条件

4.掌握电动机涉及的电热与做功的问题

5.掌握加热的挡位问题

6.知道生活中电热的利用与防止

【自主学习】

一、电流的热效应

电热与电阻的关系：如图1，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变

化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，石边容器中电阻丝的电阻比较大。两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，

通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化°哪边液面高，那边的气压就大,

对应容器内的气体温度高，说明该电阻丝产生的热量就大。

电热与电流的关系：如图2,两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将另一段电阻丝与容

器内的电阻丝并联，因此通过两个容器中电阻丝的电流不同,闭合开关，在通电时间相同的情况下，比较两个U形管

中液面高度的变化。哪边液面高，那边的气压就大，对应容器内的气体温度高，说明该电阻丝产生的热量就大。

图1图2

实验表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的越大，这段电阻丝产生的热量越多。这

两个实验方法都是用的控制变量法和转换法（用液面的高低情况来间接反映热量的一个）。

二、焦耳定律

英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系:

电流通过导体产生的跟电流的二次方成，跟导体的成正比，跟通电时间成正比。

这个规律叫作焦耳定律。如果热量用Q表示，电流用/表示，电阻用R表示，通电时间用/表示，那么焦耳定律

为：。

电流通过导体时，如果电能,转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q

就等于消耗的电能W,即Q=W=U〃。

再根据欧姆定律得出U=/R,就得到心。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。

如果用导线把电炉接到电路中，通过导线的电流全部通过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前

面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，常见1m长的导线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻为几十欧姆。

所以，尽管通过的电流相等，电炉丝很热，而导线却不热。

若电流通过用电器，电能没有全部用于产生热量，例加电动机转动时消耗的电能大部分转化为机械能，则消耗的

电能大于电流所产生的热量。如图可以知道：W^MW叱+QIOM-R^J）

三、挡位问题

U

这类问题主要是要能根据功率公式的变形公式P（其中U家庭电路的电压，一般都是220V,让求实际电压

R

的话，就参考18.2的消单位方法即可）可知，当R越小功率越大，一般的用电器用功率的大小表示对应挡位，功率大

代表加热挡位（高温档），功率低代表保温档位（有时候还有中温挡，功率再小点才是低温挡）。

是两个挡位还是三个挡位就得取决于对应的电路图，以下是列出的几个电路图，提供观察判断其通过开关的开闭

来改变对应挡位:

&

220Vo

【例1】某同学用如图所示的实验装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关，两个透明容器中封闭着等量的空

气。下列说法正确的是（）

A.通电后透明容器中电阻丝的内能增大是通过做功方式改变的

B.观察图甲中的A、B管，发现B管液面上升得更高，表明电流通过导体产生的热量与电流有关

C.采用图乙装置探究“电流产生的热量跟电流是否有关“时，右边容器中电阻丝R应为10Q

D.用图乙中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”

【例2】组所示的电路中，甲、乙两个烧瓶完全相同，甲、乙瓶内分别装有质量和初温都相同的水和煤油，相同的温度

计A、B,阻值不变的电阻丝Q和闭合开关，通电一段时间，电阻丝幻和&上产生的热量分别为Q和。2,记录

温度计A和B的示数分别为刀和乃。已知cQc不考虑热损失且全过程未达到液体沸点。下列说法正确的是（)

A.若A尸七，则

B.若R尸R2,则7>乃

C.若丁尸丁2,则Q/=Q2

D.若「=72,则R/>R2

【例3】如图甲是家用电吹风的工作原理图电吹风工作时可以吹出热风也可以吹出凉风。图乙某次用该电吹风将头发吹

干的过程中，电吹风的功率随时间的变化关系。则要让电吹风工作时吹出热风，它的开关应置于题图甲中（选

填2“、””或“CD位置，在该次将头发吹干的过程中，电热丝产生的热量为Jo

【例4】小鸣同学按如图所示的电路，研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系图中两只烧瓶内盛有

质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，煤油中都浸着一段横截面积相同、长度不同的银辂合金丝，甲瓶中

的银络合金丝比乙瓶中的长。

温度计

(1)实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察反映出来的。

(2)实验中，可观察到(填“甲”或“乙”)瓶中温度计的示数升高得更快。

(3)小华想改装实验装置用来“测量煤油的比热容大小”，则他们应将烧瓶甲中煤油换成与其相等的水，并将

电热丝《换成的电热丝。测量时，水和煤油的初温均为。通电一段时间后，水和煤油的末温分别为/次、t

煤渝，请压提供的符号写出煤油比热容的表达式：C*后o(已知水的比热容为C次)

【例5】如图甲是某茶具上煮茶器的电路原理图，Q是加热电阻，R2是保温时的分压电阻，S为电源开关，S1为自动温

控开关。S、Si都闭合时，煮茶器处于加热状态；当水沸腾后，Si会自动断开，转为保温状态。煮茶器工作过程中的P

一图像如图乙所示，不计电阻值随温度的变化。求；F/W

(1)电阻用的阻值;

(2)当煮茶器处于保温状态时，R/的电功率；

10//min

(3)当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能。

【例6】小明购置了一款多功能电煮锅如图甲所示，图乙为该电煮锅的内部简化电路，Q和&都是用于加热的电阻,

如表所示是电煮锅的部分参数。(R/和&的电阻值不随温度变化而变化)

(1)电煮锅处于中温挡正常工作时，电路中的电流为多大？

(2)高温挡的功率P心为多大？

（3）若电煮锅中加入2kg、初温为30c的水，在高温挡正常工作5min将水烧开（标准大气压下），则该锅高温挡的热效

率是多大?[。产4.2X18J/（kg。结果保留至1%]

☆☆多功能电煮锅

额定电压/V220

低温挡功率/W605

中温挡功率/W1210

高温挡功率/W

【课后巩固】

基础练习

1.下列电器中，利用电流热效应工作的是（）

A.电风扇B.电暖气C.电视机D.电动汽车

2.下列有关物理图像的描述中，正确的是（）

A.同种物质质量和体积关系B.同种液体压强和深度关系

C.电阻一定，电流和电压的关系D.电阻通电时间一定，电热和电流平方的关系

3.如图，是一只既能吹冷风，又能吹热风的电吹风机的简化电路示意图。现将插头插入插座（相当于电源），下列说

法正确的是（）

A.只闭合Si,电吹风机吹热风

B.只闭合S2,电吹风机吹冷风

C.电动机和电热丝是并联的

D.使用过程中发现电吹风机始终吹冷风不吹热风，故障可能是电热丝短路

4.如图为我国科研人员设计的一种带电源的智能控温加热手套，下列与加热手套工作原理相同的用电器是（)

A.电饭煲

B.洗衣机

C.电冰箱

D.电视机

5.额定电压相同的甲、乙两只电加热器（俗称“热得快”）的铭牌如图所示，若不考虑温度对电阻的影响，下列说法正

确的是（）

A.相同时间内，甲比乙消耗的电能多

B.正常工作时，通过甲的电流比乙小

C.正常工作时，甲比乙产生的热量多

D.正常工作时，电流通过甲做功较快甲

6.图甲所示的电路中，电源电压恒为6V,灯泡L标有“6V3W”，超导部件用与流过它的电流/的关系如图乙所示。

电路通电10so以下判断错误的是（）

R/Q

——

A.L的实际功率为3W超导部件与L

7.5-

B.4产生的电热为0J

Ti__<_

C.若凡被短接，L会变亮00.6//A

甲乙

D.若灯被短接，电源不会被短路

7.一款电吹风机，如图甲所示，有两个工作挡位，一个是冷风挡，兄一个是热风挡。图乙为它的内部电路简化图，图

中M是弓动机。电源电压为U,通过电动机的电流为/,电热丝的电阻为心，时间内电吹风机的电热丝产生的热量为

。，则计算。的表达式正确的是（）

A.

B.Q=I2Rt

C.Q=Uit-PRt

D.

T甲

8.为了挨究“电流产生的热量与哪些因素有关“，某物理小组设计了如图所示的电路，其中冗2=6=2%且阻值均不变。

关于该实验，下列说法正确的是（）

A.只闭合5时是探究电流产生热量的多少与电流的关系

B.S和邑都闭合时是探充电流产生热量的多少与电流的关系

C.S和邑都闭合时，凡和&中电流之比是2:1

D.S1和工都闭合时，％和&中产生热量之比为4:1

9.如图所示，甲、乙、丙、丁四个相向容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入问种材料绕成的导电线圈，其

电阻Q=R3,R2=&,&=24，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（）

A.甲、乙、丙、丁

B.丁、丙、乙、甲

C.丙、丁、乙、甲

D.甲、乙、丁、丙

10.电热水器是利用电流的效应工作的，小明利用电能表测量电热水器实际功率来判断家里的电压是否正常。它

观察到家中的电能表示数如图1所示为kW.h。现仅接通一台如图2所示的电热水器，观察到电能表指示灯Imin

内闪烁64次，则Imin内消耗电能为J,其两端电压______（高于/等于/低于）220Vo

电子式单用电度表

国可2同6|品名：电热水器

额定电压：

kWh>>220V.

220V10(40)A50Hz额定功率：1500W

32OOimp'(kWh)

图1图2

11.有两个定值电阻凡和与，己知凡=54。若将它们串联在电路中，保持电源电压不变，则飞和&两端的电压之比

是;若将它们并联该电路中，在相同时间内电流通过小和凡产生的热量之比是

12.如图是某款家用电饭煲的保温、加热两挡调节功能电路，&的阻值为121Q。电饭煲额定电压为220V,它在额定

电压下处于加热挡时功率为1400W,则R2的阻值为Q。只将电饭煲接入电路中，处于保温挡工作0.5h,使标

有“1000而仅（1<"/小）”字样的电能表指示灯闪烁162次［1000imp/（kW.h）指接在这个电能表上的用电器每消耗lkW.h的

电能，电能表的指示灯闪烁1000次］,比时电路的实际电压为Vo

13.如图所示，实验中可供选用的器材有：6V电源、5c发热电阻两只、10C发热电阻两只、量程适合的温度计两支、

规格相同的烧瓶两只、水、酒精、煤油、开关、导线若干。

乙

(1)要探究“比较不同物质的吸热能力”，应选择图(选填“甲”或“乙”)所示装置进行实验。

(2)家用电暧器发热管热的发红，而串联的电源线却不热，应选择图(选填“甲”或“乙”)所示装置进行实验。

(3)两电阻产生热量的多少可以通过观察来比较。

14.如图所示的电路，电源电压不变，电阻凡的阻值为5C。当开关S闭合时，电压表的示数为3V,电流表的示数为

0.2A。求：(1)电源电压。(2)通电3min,电阻用产生的热量。

15.如图甲是一款智能豆浆机，有磨豆浆、加热豆浆和保温功能。如型乙是它的电路结构简化原理图，图中R/、R2是

阻值不变的发热电阻，R/=44C,M是电动机，额定功率为150W,电源电压为220V,豆浆机的保温时额定功率为IOOW。

(1)该豆浆机加热时的功率是多大？(2)电阻R2的阻值是多大？

榨汁机部分参数表

额定电压220V

加热功率9

保温功率100W

甲

榨汁功率88W

容量400mL

16.如图甲是家用电吹风的工作原理图，圆弧形触片可置于A、8、C三处，电吹风工作时可以吹出热风也可以吹出凉

风。图乙某次用该电吹风将头发吹干的过程中，电吹风的功率随时间的变化关系。

(I)要让电吹风工作时吹出热风，它的开关应置于题图甲中位置；

(2)在该次将头发吹干的过程中，电热丝产生的热量为多少？(3)电热丝的电阻是多少？

PN

17.新型电饭锅采用“聪明火”技术，智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感。其简化电路

如图乙所示：昭和R2均为电热丝，Si是自动控制开关。某次煮饭时，电饭锅正常工作30min内，电路中总电流随时间

变化的图像如图丙所示。求：(1)电热丝后的阻值；电饭锅的高温烧煮功率;

(2)用该电饭锅设定在30min内煮好一锅米饭，所消耗的总电能;

(3)若上述过程中只有该电饭锅单独在家庭电路中工作，发现家中标有“1600imp/(kW・h)”的电能表的用电指示灯在这

lOmin内共闪烁了160次。则该电饭锅在高温烧煮时的实际功率是多少。

甲

额定电压220V

频率50Hz

如冬甲所示是小明家电饭锅电路简化图，它有加热

18.加热880W

挡和保温挡两个挡位,R/、R2均为加热电阻（阻值不变），额定功率

保温80W

其铭牌上的相关参数如表所示。图乙是小明家的电能表。

甲乙

（1）小明家允许接入电路用电器的总功率不能超过W。（2）加热电阻上的阻值是多少?

（3）某次只让电饭锅接入电路正常工作，将锅内2kg、20c的水加热至80℃的过程中，观察到图乙电能表指示灯闪烁280

次，则电饭锅的加热效率是多少?［。水=4.2xltfj/（kg℃）J

19.如悭甲所示为某电吹风的工作原理图。电吹风工作时，可分别吹出热风和凉风。为了防止温度过高，用一个PTC

电阻与电热丝R串联，电热丝阻值恒为50Q,&的阳值随温度的变化如图乙所示，电动机正常工作时的功率为120W,

家庭电路的电压为220V。求：（1）当开关S位于2位置时，电吹风连续工作5min消耗的电能;

（2）电吹风吹热风且温度为35c时，电热丝R工作15min产生的热量;

（3）电吹风吹热风且及达到最大值时，电路消耗的总电功率。

20.如图甲为新型电饭锅，它能智能化地控制食物在不同时间段的温发，以得到最佳的营养和口感。小明了解到电饭

锅的简化电路如图乙所示，R/和R2均为电热丝，Si和S2为温控开关，其中S2有A、8两个触点，可实现“高温”“中温”

和“低温”三挡的转换。当Si闭合,S2连接触点4时,处于高温挡,高温功率1I00W。已知R尸55Q,则:

(1)当与(选填“闭合”或“断开”)，S2连接触点B时，电饭锅处于低温挡；

(2)求电饭锅在高温挡正常工作时电路中的总电流；

⑶求电阻R2的阻值；

(4)如图丙是在一次煮饭过程中电饭锅收率与时间的关系图象，求电饭锅在中温挡正常工作过程消耗的电能。

P/W

挡

温

挡

温

温

挡

-I»

2530//min

丙

能力提升

1.“围炉煮茶”是近年人们喜爱的“国风”休闲方式之一，其中最离不开的就是土陶罐制作的小火炉(如图甲所示)，考

虑到安全性和环保性，不少顾客更愿意选择电陶炉(如图乙所示)。小娟同学发现其中工作的关键就是一条可拆卸的

发热电阻丝，在原包装盒内还找到了一条一模一样的备用电热丝(可剪短)，于是他想通过所学知识改装该电陶炉的

加热挡位。他查阅电陶炉铭牌得知电热丝电阻R为48.4。。小娟关闭其他用电器，将电陶炉单独接入220V的家庭电路

并计时工作1分钟，求：

(1)该过程中电热丝产生的电热Q为多少焦耳;

(2)1分钟之内电能表(如图丙所示)的指示灯闪烁了多少次:

(3)小娟同学想借助备用电阻丝串联或并联在原炉体内部或外部改装电陶炉的加热功率，设计了①©③④四种方案，考

虑到安全问题,改装后的方案和(填方案序号)不予考虑。另外两种方案为了使之与原功率成为不同挡

位，且高低挡位功率之比为9:4,请你通过计算说明另外两个改装方案是否可实现。

O220V058477

DDS425型

单相电子式电能表

•脉冲

220V10(40)A50Hz

电热炉腔

600imp/(kWh)

R：R：R

2.如图甲所示的滚筒洗衣机，具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度等优点，其简化等效电路如图乙所示。通过

旋转手根可使扇形开关同时接触两个相邻触点，使洗衣机处于空挡、力口热、保温洗涤不同状态。定值电阻Q和七均为

加热丝,R,=2