2023学年九年级物理全册第十八章电功率18.4焦耳定律精讲精练含解析新版（人教版）.docx

专题18.4 焦耳定律 课前预习 1．焦耳定律的内容是电流通过导体产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。 2．焦耳定律公式为Q=I2Rt ，（式中单位Q→焦、I→安(A)、R→欧(Ω)、t→秒） 3．当电流通过导体做的功(W)全部用来产生热量(Q)，则有W=Q，可用电功公式来计算Q。（如电热器，电阻就是这样的） 知识点解读与例题突破 知识点一：电流的热效应 （1） 电流通过导体时电能转化成热量的现象叫电流的热效应。 （2） 电流和通电时间相同时，电阻越大，导体产生的热量越多。 （3）电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。 【例题1】（2023年北京）下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．计算器 B．电热水壶 C．收音机 D．电冰箱 【答案】D 【解析】（1）电流的热效应：电流通过导体要发热，这叫做电流的热效应，如电灯、电炉、电烙铁、电焊等都是电流的热效应的例子； （2）电流的化学效应：电流通过导电的液体会使液体发生化学变化，产生新的物质，电流的这种效果叫做电流的化学效应，如电解，电镀，电离等就属于电流的化学效应的例子； （3）电流的磁效应：给绕在软铁芯周围的导体通电，软铁芯就产生磁性，这种现象就是电流的磁效应，如电铃、蜂鸣器、电磁扬声器等都是利用电流的磁效应制成的。 A.计算器工作时主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应工作的，故A错误。 B.电热水壶工作时主要是把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故B正确。 C计算器工作时主要是把电能转化为声能，不是利用电流的热效应工作的，故C错误。 D.电冰箱工作时主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的磁效应工作的，故D错误。 知识点二：焦耳定律 1.内容：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。 2.公式：Q=I2Rt 3.当发电厂电功率一定，送电电压与送电电流成反比，输电时电压越高，电流就越小。此时因为输电线路上有电阻，根据P=I2R可知，电流越小时，在电线上消耗的电能就会越少。所以电厂在输电时增大送电电压，减少电能在输电线路上的损失。 【例题2】（2023年福建）一台标有“5V 2.5W”的带有USB接口的小电风扇，线圈电阻为1Ω，正常丁作1min， 产生的热量是　 　Jo工作一段时间后的风扇叶片黏有不少灰尘，这属于　 　现象。 【答案】15；静电（摩擦起电）。 【解析】工作时间t＝1min＝60s， 由P＝UI得，线圈中的电流： I＝＝＝0.5A， 则线圈产生的热量： Q＝I2Rt＝（0.5A）2×1Ω×60s＝15J。 风扇的叶片在转动过程中与空气摩擦带上了电荷，可以吸引轻小物体，所以灰尘会附着在扇叶上，这属于静电（摩擦起电）现象。 习题精练 一、选择题 1.（2023年内蒙古通辽）对下列四幅图的分析正确的是（　　） A．图中蓝牙耳机是通过超声波与手机进行信号传输的 B．如图装置可用来探究电流产生的热量与通电时间的关系 C．图中电路能探究电磁铁磁性强弱与电流大小关系 D．图中电路可以探究导体电阻与导体材料的关系 【答案】B 【解析】（1）通信设备是利用电磁波传递信息的； （2）电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，实验探究时应采用控制变量法； （3）电磁铁的磁性的强弱与电流大小的关系，实验探究时应采用控制变量法； （4）影响导体电阻大小的因素：导体的材料、长度和横截面积，在研究电阻与其中某个因素的关系时，要采用控制变量法的思想，要研究导体的电阻大小与一个量之间的关系，需要保持其它量不变。 A.蓝牙耳机是通过电磁波与手机进行信号传输的，故A错误； B.如图装置中两电阻丝串联，电源电压不变时，电路中电流不变，若只比较其中一个容器内电阻丝产生热量的多少，该电阻丝的阻值不变，改变通电时间，可用探究电流产生的热量与通电时间的关系，故B正确； C.两个电磁铁串联，通过的电流相同，线圈匝数不同，所以能探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少的关系，但不能探究电磁铁磁性强弱与电流大小关系，故C错误； D.图中导线的材料相同、长度相同，只是横截面积不同，所以此实验可以探究导体电阻与跟导体的横截面积是否有关，但不能探究导体电阻与导体材料的关系，故D错误。 2.（2023年武汉）如图所示，最先确定电流产生的热量与哪些因素有关的物理学家是（ ） 【答案】D 【解析】焦耳研究了电流通过导体产生的热量与电流平方成正比、与电阻成正比、与通电时间成正比，这个结论叫做焦耳定律。最先确定电流产生的热量与哪些因素有关的物理学家就是焦耳。 3．（2023年海南）下列用电器属于利用电流热效应工作的是（　　） A．电饭锅 B．电风扇 C．计算机 D．电视机 【答案】A． 【解析】当电流通过电阻时，电流作功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应． A．电饭锅将电能转化为内能，利用了电流的热效应，符合题意； B．电风扇主要是把电能转化为机械能，是利用了电流的磁效应，不合题意； C．计算机主要将电能转化为光能和声能，不是利用电流的热效应，不合题意； D．电视机主要将电能转化为光能和声能，不是利用电流的热效应，不合题意． 4．（2023年四川成都模拟题）一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A．这台电动机工作1s消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（　　） A．W=3800J，Q=200J B．W=3800J，Q=3800J C．W=7200J，Q=200J D．W=7200J，Q=3800J 【答案】A． 【解析】本题考查的知识点是焦耳定律；电功的计算． 已知电压、电流与通电时间，由W=UIt可以求出电动机消耗的电能，由焦耳定律可以求出其产生的热量． 电动机消耗的电能： W=UIt=380V×10A×1s=3800J； 产生的热量Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J； 5.（2023年湖北黄石）图甲是小灯泡的电压——电流图像。将此灯泡L与滑动变阻器R串联在电压为4.5V的电路中（如图乙），闭合开关，移动滑片P，当小灯泡的功率为0.75W时，（ ） A．电流表的示数为0.2A B．滑动变阻器R接入电路中的电阻为15Ω C．电路消耗的总功率为1.35W。 D．10s内滑动变阻器R产生的热量为13.5J 【答案】C 【解析】当小灯泡的功率为0.75W时，根据图甲，可知，灯泡L两端的电压为2.5V，通过灯泡的电流为0.3A，电路中的等效电阻15Ω. 电路消耗的总功率P=IU总=4.5V╳0.3A=1.35W。 变阻器R在10s产生的热量Q=W=UIt=2V╳0.3A╳10s=6J。 A．电流表的示数为0.2A ，错误。 B．滑动变阻器R接入电路中的电阻为15Ω，错误。 C．电路消耗的总功率为1.35W，正确。 D．10s内滑动变阻器R产生的热量为13.5J，错误。 二、填空题 6．（2023年湖南长沙）如图，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，小海用此电路来探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关。由图可知，在电流大小和通电时间相等的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越　 　；若通过电阻的电流为0.5A，通电10s，阻值为10Ω的电阻产生的热量是　 　J。 【答案】多；25。 【解析】（1）由图可知，两个透明容器中密封着等量的空气，右侧U型管中液面高度的变化较大，在通电时间相同，电流一定的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多； （2）通过电阻的电流为0.5A，通电10s，阻值为10Ω的电阻产生的热量： Q＝I2Rt＝（0.5A）2×10Ω×10s＝25J。 7．（2023年湖南株洲）用图示装置探究“影响电热的因素”，A、B、C为三根相同的电阻丝。以A、B为研究对象，该实验探究的是在　 　不变时电热与　 　的关系；若将C也置于右侧容器中，这时B、C并联后可等效为一根电阻丝，那么，该装置还可探究在　 　不变时电热与　 　的关系。（填“电流”或“电阻”） 【答案】电阻；电流；电流；电阻。 【解析】（1）由图知，电阻丝B、C并联后与A串联，根据并联电路的电流特点可知，通过A的电流与通过B、C的电流之和相同，所以通过A的电流大于通过B的电流，已知容器内A、B的电阻相同，在通电时间相同时，该实验探究的是电流产生热量与电流大小的关系； （2）若将C也置于右侧容器中，这时B、C并联后可等效为一根电阻丝（等效电阻为5Ω），其等效电阻是A电阻丝的一半，此时通过A的电流与通过右侧“一根”电阻丝的电流相同，所以探究的是：电流相同时，相同时间内电流产生热量与电阻大小的关系。 8．（2023年•德州）从产品说明书得知，一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω．则小风扇正常工作1min消耗的电能为　　J；电动机线圈1min产生的热量为　　J。 【答案】180；1.5。 【解析】（1）一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω．首先，要明确小风扇的所消耗的电能W一部分转化为机械能，另一部分转化为内能Q．所以，产生的热量Q＜消耗的电能W．千万不要误以为产生的热量就是消耗的电能，即对于风扇、空调、电动机之类的用电器，其电热Q≠W。 （2）解题过程中需要注意所有哦物理量的单位都要用到国际单位，所以先要把1min化成60s来进行计算。 （3）通过“6V 3W”可以根据公式：I=PU可以求得。 （4）计算消耗电能的公W＝Pt；计算电热的公式Q＝I2Rt。 消耗的电能为W＝Pt＝3W×60s＝180J； 电路中线圈的电流为I=PU=3W6V=0.5A； 电路中通过线圈的电流为产生的热量为Q＝I2Rt＝（0.5A）2×0.1Ω×60s＝1.5J。 9.（2023年安徽省）如图电路中，U＝12V，R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω．当S2断开，S1闭合时，电阻R1消耗的电功率为________W；当S1、S2都闭合时，6s内电流通过R2产生的热量是________J。 【答案】 8.64；32 【解析】（1）当S2断开，S1闭合时，电阻R1和R3串联， 电路的电流： I＝ ＝ ＝1.2A， 电阻R1消耗的电功率：P＝I2R1＝（1.2A）2×6Ω＝8.64W；（2）当S1、S2都闭合时，电阻R1和R2先并联，再和R3串联， R1和R2并联的总电阻： R＝ ＝ ＝2Ω， 干路中的电流： I′＝ ＝ ＝2A， 则电阻R2两端的电压：U2＝I′R＝2A×2Ω＝4V， 6s内电流通过R2产生的热量： Q＝W＝ t＝ ×6s＝32J。 10.（经典题）如图所示，电热水壶上标有“220V 1800W”，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，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为　 　J。 【答案】小；3.6×104。 【解析】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=I2Rt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； 在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量： Q=Pt=1800W×（3×60s+20s）=3.6×104J。 11.（经典题）两个发热电阻R1：R2=1：4，当它们串联在电路中时，R1、R2两端的电压之比U1：U2