1、焦耳定律知识点一：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】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
2、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=I2Rt3.当发电厂电功率一定，送
3、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】一台标有“5V 2.5W”的带有USB接口的小电风扇，线圈电阻为1，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t1min60s，由PUI得，线圈中的电流：I0.5A，则线圈产生的热量：QI2Rt（0.5A）2160s15J。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
4、在扇叶上，这属于静电（摩擦起电）现象。一、选择题1.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
5、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.如图所示，
6、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
7、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2，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（）AW=3800J，Q=200JBW=3800J，Q=3800JCW=7200J，Q=200JDW=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=380V10A1s=3800J；产生的热量Q=I2Rt=（10A）221s=200J；5.图甲是小
8、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15C电路消耗的总功率为1.35W。 D10s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15.电路消耗的总功率P=IU总=4.5V0.3A=1.35W。变阻器R在10s产生的热量Q=W=UIt=2V0.3A10s=6J。A电流表的示数为0.2A ，错误。 B滑动变阻器R接
9、入电路中的电阻为15，错误。C电路消耗的总功率为1.35W，正确。D10s内滑动变阻器R产生的热量为13.5J，错误。二、填空题6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10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
10、，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10的电阻产生的热量：QI2Rt（0.5A）21010s25J。7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、
11、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5），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0.1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0.1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
12、，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QW。（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WPt；计算电热的公式QI2Rt。消耗的电能为WPt3W60s180J；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QI2Rt（0.5A）20.160s1.5J。9.如图电路中，U12V，R16，R23，R34当S2断开，S1闭合时，电阻R1
13、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：PI2R1（1.2A）268.64W；（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 2，干路中的电流：I 2A，则电阻R2两端的电压：U2IR2A24V，6s内电流通过R2产生的热量：QW t 6s32J。10.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
14、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；3.6104。【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（360s+20s）=3.6104J。11.两个发热电阻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=；已知R1=1
15、0，那它们并联在4V电路中后，两个电阻在100s内产生的热量是J。【答案】1：4；200。【解析】本题考查了串联电路的电流特点和并联电路的电压特点以及欧姆定律、电热公式的灵活应用，是一道较为简单的应用题。两电阻串联时通过的电流相等，根据欧姆定律求出两电阻两端的电压之比；两电阻并联时它们两端的电压相等，根据Q=W=t求出两个电阻产生的热量。（1）当两电阻串联在电路中时，因串联电路中各处的电流相等，所以，由I=可得，R1、R2两端的电压之比：=；（2）已知R1=10，R1：R2=1：4，所以R2=4R1=410=40，当两电阻并联在电路中时，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，两个电阻在100
16、s内产生的热量：Q总=W总=W1+W2=t+t=100s+100s=200J。三、实验探究题12如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，接入电路。（1）组装之前，U形管内注入适量红墨水，U形管 （选填“属于”或“不属于”）连通器。（2）图甲是探究在通电时间相同和 相同的情况下，导体产生的热量与 大小是否有关的装置。（3）实验中通过观察 的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是 。 A探究电流与电压、电阻的关系B用铁屑显
17、示磁体周围磁场分布 C研究光的传播时，引入“光线”D扩散现象表明分子在不停地做无规则运动（4）由图乙，电流表的示数为 A，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是 J。（5）某实验小组发现通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是 。【答案】（1）属于；（2）电流；电阻；（3）U形管液面高度；BD；（4）2；400；（5）透明容器密闭性不好（透明容器漏气、对应电阻丝短路）。【解析】（1）由图知，U形管内注入适量红墨水，上端开口，下端相连通，所以属于连通器；（2）由图知，阻值不同的电热丝串联在两个密闭容器中，通过的电流和通电时间都相同，所以探究的是电
18、流产生热量与电阻的关系；（3）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映。采用的是转换法；A.探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；B.用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；C.研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；D.扩散现象表明分子在不停地做无规则运动，采用的是转换法。故选BD；（4）由图知，电流表选择的是3A量程，对应的分度值是0.1A，电流表示数为2A；右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是QI2Rt（2A）2510s200J；（5）由QI2Rt可知，电阻丝R1和R2在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现
19、液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有可能漏气，也可能是对应的容器内的电热丝短路。五、计算题13.如图所示的电路中，定值电阻R1=150、R2=300闭合开关S后，电流表A2的示数为5mA求：（1）电阻R1两端的电压为多少（2）电流表A1的示数为多少（3）电路工作5min，R1产生的焦耳热是多少【答案】（1）电阻R1两端的电压为1.5V；（2）电流表A1的示数为15mA；（3）电路工作5min，R1产生的焦耳热是4.5J【解析】由电路图可知，R1与R2并联，电流表A1测干路电流，电流表A2测R2支路的电流（1）因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由I=可
20、得，电阻R1两端的电压：U1=U2=I2R2=5103A300=1.5V；（2）通过R1的电流：I1=0.01A=10mA，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，电流表A1的示数：I=I1+I2=10mA+5mA=15mA；（3）电路工作5min，R1产生的焦耳热：Q1=I12R1t=（0.01A）2150560s=4.5J14如图甲所示。电源电压保持不变，R0为定值电阻。闭合开关S，将滑动变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中，电压表示数U与电流表示数I间的关系图象如图乙所示。求：（1）电源电压、R0的阻值、滑动变阻器的最大阻值。（2）当滑片在a端时，通电1min电阻R0产生的热量。【答
21、案】（1）电源电压为12V，R0的阻值为10，滑动变阻器的最大阻值为20；（2）当滑片在a端时，通电1min电阻R0产生的热量为96J。【解析】（1）当滑片位于b端时，电路为R0的简单电路，电压表测电源的电压，电流表测电路中的电流，此时电路中的电流最大，由图乙可知，电源的电压U=12V，电路中的最大电流I大=1.2A，由I=可得，R0的阻值：R0=10；当滑片位于a端时，R0与R串联，电流表测电路中的电流，电压表测R0两端的电压，此时电路中电流最小，由图乙可知，电路中的电流I小=0.4A，U0=4V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，滑动变阻器两端的电压：U滑=UU0=12V4V=8V
22、，则滑动变阻器的最大阻值：R=20；（2）当滑片在a端时，通电1min电阻R0产生的热量：Q0=I小2R0t=（0.4A）21060s=96J。15如图所示电路中，灯泡L标有“12V 3W”字样，R为定值电阻，闭合开关S后，灯泡L恰好正常发光，电流表的示数为0.45A，通过计算回答：（1）灯泡L的额定电流是多少安？（2）定值电阻R的阻值是多少欧？（3）该电路工作5min，定值电阻R产生的热量是多少焦？【答案】（1）灯泡L的额定电流是0.25A；（2）定值电阻R的阻值是60；（3）R在5min内产生的热量是720J。【解析】由电路图可知，电阻R与灯泡并联，电流表测干路的电流。（1）由P=UI可得，灯泡L的额定电流：IL=0.25A；（2）因并联电路中各支路两端的电压相等，且灯泡正常发光，根据并联电路的电流规律可知，通过电阻的电流为：IR=IIL=0.45A0.25A=0.2A；所以，电源的电压U=UL=12V，由I=可得，R的阻值：R=60；（3）电阻在5min内消耗的电能：W=UIt=12V0.2A560s=720J。
