18.4焦耳定律（解析版）本節學習目標1.通過生活實例，認識電流的熱效應；2.舉例說出生活中利用電熱的實例，了解電熱的危害和防止方法；3.通過實驗探究，總結出焦耳定律，并會用焦耳定律進行計算；4.理解焦耳定律；5.會利用焦耳定律解釋一些生活中簡單現象。要點一電流的熱效應知識點一、電流的熱效應1．定義：電流通過導體時電能轉化成內能，這個現象叫做電流的熱效應。2．影響電流的熱效應大小的因素：導體通電時，產生熱的多少與電流的大小、導體電阻的大小和通電時間有關。通電時間越長，電流越大，電阻越大，產生的熱量越多。

要點詮釋：電流通過導體時，電流的熱效應總是存在的。這是因為導體都有電阻。導體通電時，由于要克服導體對電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時電能轉化成內能。如果導體的電阻為零，電流通過導體時，不需要把電能轉化成內能，這時電能在導體中傳輸時也不會因發熱而損失。3.探究影響電流通過導體產生的熱量的因素（1）電流產生的熱量與電阻的關系如圖所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。兩容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時間后，比較兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什么?實驗表明：在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。（2）電流產生的熱量與電流大小的關系如圖所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，將一個電阻和這個容器內的電阻并聯，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什么?實驗表明：在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越多。【例】（2023·無錫）如圖所示，是超市常用的塑料袋封口夾電路原理圖，電源電壓為，電熱絲R阻值為。閉合開關S，電熱絲溫度升高，利用電流的_______________效應實現高溫封口，內產生的熱量為_______________J，若使用時總把塑料袋燙壞，可以_______________（選填“增大”或“減小”）電熱絲的阻值。【答案】①.熱；②.75；③.增大。【解析】[1]塑料袋封口夾是當電熱絲有電流通過時，電熱絲能發出熱量，所以利用電流的熱效應實現高溫封口的。[2]電源電壓為5V，電熱絲R阻值為1Ω，則3s內產生的熱量[3]使用時總把塑料袋燙壞，即產生熱量過多，則需要減小電熱絲的功率，由可知，電壓一定時，增大電阻，可以減小電熱絲的功率。【變式1】（2023·泰州）小華將電阻絲和分別浸沒在質量和初溫均相同煤油中，按如圖所示接入電路，開關閉合后，通過兩電阻絲的______相等，根據溫度計示數的變化可比較電阻絲產生______的多少，通電一段時間，發現甲瓶中溫度計的示數上升______。【答案】①.電流；②.熱量；③.高。【解析】[1]如圖所示，兩電阻絲串聯，通過的電流相等。[2]電阻絲通電后產生熱量，熱量被煤油吸收，導致煤油溫度升高，所以可根據溫度計示數的變化可比較電阻絲產生熱量的多少。[3]如圖所示，兩電阻絲串聯，通過的電流相等，通電時間相同，且R1>R2，通電一段時間后，根據焦耳定律可知，電阻絲R1產生的熱量多，由于瓶內的煤油質量、初溫相同，不考慮熱量損失，甲瓶中溫度計的示數上升高。【變式2】（2023·本溪、遼陽、葫蘆島）小明為了探究電流產生的熱量與電流大小的關系，利用阻值相等的電阻絲R1、R2、R3，設計了如圖甲所示電路，將電阻絲R3和________（填“R1”或“R2”）分別放在如圖乙所示的兩個相同裝置中，實驗通過U形管中________反映電阻絲產生熱量的多少；通過實驗分析可知，當電阻和通電時間相同時，通過電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越________。【答案】①.R1；②.液面高度差；③.多。【解析】[1]為了探究電流產生的熱量與電流大小的關系，應采用控制變量法，控制電阻和通電時間相同，電流不同，故應選用R3和R1進行實驗，因為在電路中R2起到給R3分流的作用，使R3和R1的電流不同。[2]實驗中采用兩個相同的U型管，產生的熱量越多，U型管液面的高度差就越大，實驗通過U形管中液面高度差來反映電阻絲產生熱量的多少。[3]電流的熱效應與電阻有關，在電阻和通電時間一定時，流過電阻的電流越大，產生的熱量越多。【變式3】（2023·棗莊）在探究電流通過導體產生熱量的多少與什么因素有關的實驗中。某興趣小組猜想：電流通過導體產生的熱量可能與通過導體的電流、導體的電阻和通電時間有關，于是他們利用甲、乙、丙三個裝置進行實驗探究，如圖所示，三個裝置的透明容器中各有一段電阻絲，容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。（1）要探究電熱與電阻的關系。應選用__________組合，并將它們__________接到電源兩端進行實驗。（2）選用乙、丙組合，串聯接到電源兩端進行實驗，在通電時間相同的情況下，發現乙裝置U型管中液面高度變化大，由此可得到的結論是：在電阻相同、通電時間相同的情況下，__________。（3）實驗中通過觀察U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，在研究許多物理問題時都會用到這種方法，下列實例采用研究方法與此相同的是__________。A．探究電流與電壓、電阻的關系B．用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布C．研究光的傳播時，引入“光線”D．探究平面鏡成像的特點【答案】①.甲、乙；②.串聯；③.通過導體的電流越大，產生的熱量越多；④.B。【解析】（1）[1][2]要研究電熱與電阻的關系，需要控制通過電阻的電流與通電時間相同，而電阻的阻值不同，因此選用甲和乙組合，將它們串聯接到電源兩端進行實驗。（2）[3]乙和丙，由于串聯在電路中，可知通過電路乙中5Ω電阻的電流大于通過丙中5Ω電阻的電流，當在通電時間相同的情況下，發現乙裝置U型管中液面高度變化大，可知氣壓差越大，溫度差越大，熱量越多，可以得出的結論是：通過導體的電流越大，產生的熱量越多。（3）[4]A．實驗中通過觀察U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，這用到了轉化法，而探究電流與電壓、電阻的關系時，用到的方法是控制變量法，故A不符合題意；B．用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布時，磁體周圍磁場的強弱轉化為吸引鐵屑的多少，故B符合題意；C．研究光的傳播時，引入“光線”，這是模型法，故C不符合題意；D．探究平面鏡成像的特點，用到的是替代法，故D不符合題意。故選B。要點二焦耳定律知識點二、焦耳定律1．內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規律叫焦耳定律。

2．公式：Q=I2Rt。要點詮釋：焦耳定律的另外兩個表達式:。1.從公式我們能看出，電流通過導體產生的熱量受電流的影響最大。2.在應用焦耳定律的表達式來解決問題時，應該根據具體情況進行分析選用，例如，當幾個導體串聯起來時，由于通過導體的電流相等，通電時間也相等，應用表達式分析，此時導體產生的熱量與電阻R成正比；當幾個導體并聯起來時，由于加在導體兩端的電壓相等，通電時間也相等，應用表達式分析，此時導體產生的熱量與電阻成反比。3.幾個公式的比較電功電功率焦耳定律適用范圍基本公式W=UIt普遍適用導出公式純電阻電路W=Q4.只有在純電阻電路中可以用電功公式計算電熱。因為在純電阻電路中，電流做的功全部用來產生熱量，此時電功等于電熱，即W=Q。而在非純電阻電路中，電流所做的功只有一部分用來產生熱量，如電動機工作時，既產生熱量又產生機械能，電功等于熱量與機械能之和，即W>Q，故此時就不能用電功的公式來計算電熱了。知識點三、電熱的利用和防止1.電熱的利用:日常生產、生活中會經常用到電熱，如家用的熱水器、電飯煲等，這些都是用電來加熱的設備，叫電熱器。要點詮釋：這些用電器的共同特點就是利用電流做功，將電能轉化成內能，使我們獲得需要的熱量。有些電器通電時也能產生熱量，但是由于不是用電來加熱的，所以不能叫電熱器(如電視機、電腦等)。2.電熱的危害:很多情況下，電流通過導體時產生的熱量，并不是我們需要的，這時電能白白消耗掉了，有時還會引起事故甚至災害，所以要想辦法阻止電熱的產生。要點詮釋：我們說的電熱的危害是對于我們的需要來說的，如果產生的熱量是我們需要的，那對我們是有利的，反之就是有害的，如:電視機在工作時產生的熱量，在正常觀看時是有害的，但當電視機長時間不用時，我們可以利用電熱來驅潮，這時的電熱是有利的。電熱器在工作時產生的熱量如果過多，也會帶來危害，所以我們在正常使用電能產生的熱量時，也要注意安全。【例】（2023·宿遷）某型號電飯鍋有“高溫燒煮”和“保溫燜飯”兩擋，其電路如圖所示。當開關S置于1時，電流表示數為5A，此時電飯鍋處于_______擋，在此擋位下加熱2.2kg的水，使其溫度升高10℃，用時100s，電飯鍋的加熱效率為________；當開關S置于2時，電流表的示數為0.1A，R的阻值為_______Ω。若從做飯快的角度考慮，應選擇功率更________的電飯鍋。【c水=4.2×103J/（kg·℃）】【答案】①.高溫燒煮；②.84%；③.2156；④.高。【解析】[1]當開關S置于1擋時，電阻R短路，為R0的簡單電路，當開關S置于2擋時，兩電阻串聯，由串聯電阻總電阻大于其中任一電阻。根據可知，開關S置于1檔時，電路電阻最小，電功率最大，因此電飯鍋處于高溫燒煮檔。[2]高溫燒煮檔加熱100s，消耗電能加熱2.2kg的水，使其溫度升高10℃，吸收熱量為電飯鍋的加熱效率為[3]當開關S置于1擋時，電阻R短路，為R0的簡單電路，此時電流表示數為5A，那么當開關S置于“2”擋時，電路的為串聯電路，此時電路總電阻為那么R電阻為[4]若從做飯快的角度考慮，其他條件一定時，電飯鍋電功率大，做飯更快一些。【變式1】（2023·錦州）小明家一款新型電烤箱銘牌上的部分參數如圖甲所示，其簡化電路如圖乙所示，R1、R2均為電熱絲（阻值不隨溫度變化）。求：（1）該電烤箱在額定保溫功率下工作時的電流？（2）電熱絲R2的阻值？（3）傍晚用電高峰期，小明想測量電烤箱在工作時的實際電壓，于是他斷開了家中其他用電器，僅讓電烤箱在加熱狀態下工作，1min內如圖丙所示的電能表轉盤轉了50r．則電烤箱兩端的實際電壓是多少？【答案】（1）0.5A；（2）44Ω；（3）200V。【解析】（1）該電烤箱在額定保溫功率下工作時的電流（2）當S閉合，S1接右邊接線柱b時，R1單獨工作，電路中電阻最大，電源電壓一定，由可知，此時電功率最小，電路處于保溫擋位；當S閉合，S1接a時，電阻R1和R2并聯，電路中電阻最小，電源電壓一定，由可知電功率最大，處于加熱檔，此時R1的電功率P1=P保溫=110WR2的電功率電熱絲R2的阻值（3）S閉合、S2接左邊接線柱a時，電阻R1和R2并聯，處于加熱擋位，P加熱=1210W，總電阻電能表轉盤轉了50r，電烤箱消耗的電能電烤箱的實際功率電路的實際電壓答：（1）該電烤箱在額定保溫功率下工作時的電流為0.5A；（2）電熱絲R2的阻值為44Ω；（3）電烤箱兩端的實際電壓是220V。【變式2】（2023·蘇州）如圖甲，R1阻值為20Ω，圖乙為小燈泡L的U～I圖像。閉合開關S、，斷開，電流表示數為0.4A，再閉合開關，電流表示數變為0.6A。求：（1）電源電壓；（2）的阻值；（3）若只閉合S，1min內電阻產生的熱量。【答案】（1）8V；（2）；（3）108J。【解析】（1）閉合開關S、S1，只有R1接入電路，則電源電壓（2）再閉合開關S2，R1與R2并聯，則通過R2的電流R2的阻值（3）若只閉合S，R1與L串聯，由于電源電壓為8V，利用圖乙分析可知，通過R1的電流為0.3A，則1min內電阻R1產生的熱量。答：（1）電源電壓為8V；（2）R2的阻值是40Ω；（3）若只閉合S，1min內電阻R1產生的熱量為108J。【變式3】（2023·南京）圖甲所示是一款全自動豆漿機。其主要結構有兩部分：一是有一個帶動刀頭的電動機，用來將原料粉碎打漿；二是有一個電熱器，用來對液體加熱。如表是這款豆漿機的主要技術參數。圖乙是豆漿機正常工作做一次豆漿過程中電熱器和電動機交替工作的圖像。型號額定電壓額定頻率電機功率加熱功率容量×××220V50Hz100W1210W1000mL（1）豆漿機正常工作做一次豆漿的過程中，電熱器與電動機工作的時間之比為______；（2）豆漿機正常工作時的最大電流為______A；（3）某次豆漿機正常工作過程中，將其它用電器都關閉，觀察到標有3600imp/（kW·h）字樣的電能表指示燈在2min內閃爍了123次，此2