备考2024年中考物理重难点精讲精练：34-热点18 焦耳定律及相关计算（精讲）

中考物理热点复习精讲精练

热点18 焦耳定律及相关计算（精讲）

知识梳理

温馨提示：

应用公式Q=I2Rt时应注意的问题：(1)公式中的成正比结论是在其他两个因素不变的条件下成立的 (2)公式中的各物理量对应同一段电路或同一导体;(3)当用电器消耗的电能全部转化为内能时有 Q=W=Pt=UIt=I2Rt=,否则电热小于用电器消耗的电能，即Q＜W.

典例讲解

例1．在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（　　）

①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的

②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系

③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω

④用图甲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”的现象

A．①② B．②③ C．②④ D．③④

【分析】（1）电流通过电阻丝产生热量，加热容器内的气体，气体受热膨胀，从而引起U形管内液面高度变化，由此可得出结论；

（2）探究电流产生热量与电阻关系时，控制电流和通电时间不变；

（3）探究电流产生的热量与电流的关系，控制电阻和通电时间不变；

（4）根据公式Q＝I2Rt可知，当电流一定时，电阻越大，产生热量越多。

【解答】①、U形管内液面高度变化是由容器内气体受热膨胀引起的，故①错误；

②、由图甲可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流相同，探究的电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关，故②正确；

③、乙实验是研究电流产生的热量与电流的关系，通过它们的电流不同、通电时间都相同和电阻要相同，右边容器中的电阻要等于左边容器中的电阻5Ω，故③错误；

④、图甲中两电阻串联，电阻不同，通过两电阻的电流相同，10Ω电阻产生的热量更多，电炉丝与和它相连的导线也是电阻不同，电流相同，电炉丝电阻更大，产生的热量更多，故④正确；

故选：C。

例2．一台电动机正常工作时，加在线圈两端的电压为220V，流过线圈的电流是5A，线圈的电阻是10Ω。这台电动机正常运转5分钟产生的热量是（　　）

A．3.3×105J B．1.1×103J C．7.5×104J D．250J

【分析】知道电动机通过的电流、通电时间、线圈的电阻，根据Q＝I2Rt求出产生的热量。

【解答】电动机正常运转5分钟产生的热量是：Q＝I2Rt＝（5A）2×10Ω×5×60s＝7.5×104J。

故选：C。

此题需要注意的是电动机电能主要转化成机械能，只有少部分用来产生热量，Q与W不相等，根据Q=W=UIt来计算产生的热量是错误的。

例3．如图所示，当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，电压表示数之比为5：3；当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，电流表示数之比为 　   　，相同时间内电流通过电阻R1、R2产生的热量之比为 　   　。

【分析】（1）当开关S和S1都闭合，甲、乙两表为电压表时，R1与R2串联，甲电压表测电源的电压，乙电压表测R1两端的电压，根据串联电路的电压特点求出两电阻两端的电压之比，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出两电阻的阻值之比；

（2）当开关S闭合，S1断开，甲、乙两表为电流表时，R1与R2并联，甲电流表测R1支路的电流，乙电流表测干路电流，根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出通过两电阻的电流之比，根据并联电路的电流特点求出两电流表的示数之比，根据Q＝W＝UIt求出相同时间内电流通过电阻R1、R2产生的热量之比。

【解答】解：当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，R1与R2串联，甲电压表测电源的电压，乙电压表测R1两端的电压，

因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，两电阻两端的电压之比：＝＝＝，

串联电路中各处的电流相等，由I＝可得，两电阻的阻值之比：＝＝＝，

当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，R1与R2并联，甲电流表测R1支路的电流，乙电流表测干路电流，

因并联电路中各支路两端的电压相等，所以通过两电阻的电流之比：＝＝＝，

因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以两电流表的示数之比：＝＝＝＝2：5；

根据Q＝W＝UIt可知，相同时间内电流通过电阻R1、R2产生的热量之比：＝＝＝＝2：3。

故答案为：2：5；2：3。

例4．天气变冷，小亮妈妈给小亮买了块暖桌垫如图甲所示，小亮把手放在桌垫上感到特别暖和，通过观察和研究，他了解到该桌垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为72W，“低温”挡功率为36W。该桌垫的电路简图如图乙所示，电源电压为24V，S为挡位切换开关，R1和R2为电热丝。

（1）当桌垫处于“高温”挡加热时，通过桌垫的电流是多少安？

（2）电热丝R2的阻值是多少欧？

（3）该桌垫在高温挡工作10min产生的热量是多少焦？

【分析】（1）已知电源电压和高温挡功率，根据P＝UI计算处于高温挡加热时通过座椅垫的电流；

（2）由图知，开关S接高温挡位时，电路为R1的简单电路，根据欧姆定律计算电热丝R1的阻值；低温时，根据R总＝求出串联电路的总电阻，根据串联电路的电阻关系求出R2的阻值；

（3）根据Q＝W＝Pt计算座椅垫工作10min产生的热量。

【解答】解：（1）由P＝UI可得，处于“高温”挡加热时通过座椅垫的电流为：I＝＝＝3A；

（2）由电路图知，开关S接高温挡位时，电路为R1的简单电路，根据I＝可得，电热丝R1的阻值为：R1＝＝＝8Ω；

开关S接低温挡位时，两个电阻串联，此时电路的总电阻为：R总＝＝＝16Ω；

根据串联电路的电阻关系可知，R2的阻值为；R2＝R总﹣R1＝16Ω﹣8Ω＝8Ω；

（3）座椅垫工作5min产生的热量：Q＝W＝P高温t＝72W×10×60s＝4.32×104J。

答：（1）通过座椅垫的电流是3A；

（2）电热丝R1的阻值是8Ω；

（3）座椅垫工作10min产生的热量是4.32×104J。

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