物理人教版第4节 焦耳定律精品导学案

第十八章 电功率

第4节 焦耳定律

教材考点梳理

一、电流的热效应

1.定义：电流通过导体时，把电能转化为内能的现象。

2.电热器：利用电流热效应工作的设备。

3.实验：电流产生热量与什么因素有关？

（1）原理：根据温度计升高的温度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。（或者细玻璃管中液面上升的高度）

（2）方法：控制变量法、转换法。

（3）实验采用煤油的原因：

A.煤油比热容小，在相同条件下吸热，温度升高的快。

B.是绝缘体 。

（4）实验结论：

A.图甲说明：在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多。

B.图乙说明：在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流产生的热量越多。

C.另外，在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流产生热量越多。

二、焦耳定律

1.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。

2.公式：Q=I2Rt (适用于所有电路)

（1）单位：J、A、 Ω、S。

（2）变形公式：已知其中3个物理量，就可以求第4个量。

3.对于纯电阻电路可推导出：

Q=W=UIt；   Q=W= U2t/R；   Q=W=Pt。

（▲敲桌子：电能必须全部转化为内能才能用）

4.发热功率：

P热=Q/t=I2Rt/t=I2R

三、电热的利用和防止

1.电热器：

（1）定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。

（2）组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。

（3）优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。

2.电热的防止：用电器开散热窗、电脑装电风扇等。

重难点突破

1．（2023四川南充）如图所示为电阻R1和R2的I—U图像，下列说法正确的是（　　）

A．R2的阻值为10Ω

B．两电阻串联与并联的总阻值之比为9∶4

C．将两电阻串联接入电路，通电后，R1两端电压与R2两端电压之比为1∶2

D．将两电阻并联接入电路，通电1分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比为1∶2

2．（2023湖北潜江、天门、仙桃、江汉）某款电热杯有高、中、低三档，简化电路如图所示，S1、S2不能同时闭合，R1的阻值为2.5Ω。只闭合S3时，电路中的电流为2A。下列说法正确的是（   ）

A．电源电压为10V

B．只闭合S1、S3时，电热杯处于低温档

C．只闭合S3时，电热杯工作1min产生的热量为600J

D．加热100g水，水温由25°C升高到35°C，水吸收的热量为420J

3．（多选）（2023四川南充）有一台家用电水壶，如下图所示是其内部电路的简图，R1、R2均为加热电阻，通过旋转旋钮开关可以实现加热和保温两种功能的切换。电水壶加热功率为1000W，保温功率为44W。用此水壶加热初温20℃，体积为1L的水400秒刚好沸腾【忽略温度对电阻阻值的影响，大气压为一个标准大气压，c水=4.2×103J/（kg℃），ρ水=1.0×103kg/m3】，则下面说法正确的是（    ）

A．旋转旋钮开关到“1”时，水壶处于保温档

B．水吸收的热量为3.36×105J

C．此热水器加热档的热效率为84%

D．在保温时，接入电路电阻的阻值为48.4Ω

4．（2023安徽）在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为________J。

5．（2023新疆）如图所示，电路中电源电压为3V，闭合开关S后，电流表A的示数为，电流表的示数为。求：

（1）通过电阻的电流；

（2）电阻 的阻值；

（3）整个电路在1min内产生的热量。

参考答案

1.【答案】D

【解析】A．由图像可知，R2两端电压为1V时，电流为0.2A，则R2的阻值，R1两端电压为2V时，电流为0.2A，则R1的阻值，故A错误；

B．两电阻串联的总阻值，两电阻并联的总阻值，则两电阻串联与并联的总阻值之比为9∶2，故B错误；

C．将两电阻串联接入电路，通电后，由串联分压特点可得，R1两端电压与R2两端电压之比，故C错误；

D．将两电阻并联接入电路，各支路电压等于电源电压，通电1分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比，故D正确。

故选D。

2.【答案】C

【解析】A．如图所示，只闭合S3时，电路中只有R1，已知此时电路中的电流为2A，R1的阻值为2.5Ω，则电源电压为U=I1R1=2A×2.5Ω=5V，故A错误；

B．根据公式可知，电源电压不变，电路中的总电阻越大，功率越小，当只闭合开关S2时，定值电阻R1和R2串联，电路中的总电阻最大，功率最小，为低温档；当只闭合S1和S3时，定值电阻R1和R2并联，电路中的总电阻最小，功率最大，为高温档；当只闭合S2时，电路中只有R1，小于两电阻的串联，大于两电阻的并联，大于最小功率，小于最大功率，为中温档，故B错误；

C．只闭合S3时，电路中只有R1，已知此时电路中的电流为2A，R1的阻值为2.5Ω，则电热杯工作1min产生的热量为Q=I12R1t=(2A)2×2.5Ω×60s=600J，故C正确；

D．加热100g水，水温由25°C升高到35°C，水吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg℃)×0.1kg×(35℃-25℃)=4.2×103J，故D错误。

故选C。

3.【答案】ABC

【解析】AD．当旋转旋钮开关到“1”时，电阻R1、R2串联，当旋转旋钮开关到“2”时，电路中R2工作；根据可知，当旋转旋钮开关到“1”时，水壶处于保温档，此时接入的阻值为，故A正确，D错误；

B．水的体积为V=1L=10-3m3，水的质量为m水=ρV=1.0×103kg/m3×10-3m3=1kg，水吸收的热量为Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J，故B正确；

C．消耗的电能为W=Pt=1000W×400s=4×105J，热水器加热档的热效率为，故C正确。

故选ABC。

4.【答案】3600

【解析】由于5条电阻丝并联，所以每根电阻丝两端的电压都为12V，每根电阻丝流过的电流是，电路中总电流是，电加热除雾装置的加热功率，1min产生的热量为W＝Pt＝60W×1×60s＝3600J

5.【答案】（1）0.30A；（2）5Ω，10Ω；（3）162J

【解析】（1）两电阻并联，根据并联电路的电流规律可得，通过电阻的电流

（2）两电阻并联在电源两端，则电阻 两端的电压

由欧姆定律可得，的阻值

的阻值

（3）该电路为纯电阻电路，由焦耳定律可得，整个电路在1min内产生的热量