精品初三物理九年级焦耳定律.docx
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精品初三物理九年级焦耳定律
焦耳定律
知识集结
知识元
电热的利用与防止
知识讲解
1．电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
初中阶段，电流一共有三大效应。
磁效应在人教版教材第20章会学到。
化学效应在化学里可以学到，比如电解水的反应。
2．电热的必然性
除了目前还不容易应用于实际的超导体（电阻为零），其他任何导体都有电阻，即R≠0，根据焦耳定律，只要有电流通过，就必然会产生电热。
例题精讲
电热的利用与防止
例1.
关于电热，下列说法正确的是（ ）
A．电热都是有害的
B．电热器是根据电流的热效应制成的
C．电饭锅、电风扇、电熨斗都是电热器
D．电能转化成电热时的功率跟导体的电阻成正比
【答案】B
【解析】
题干解析:
A、电热有时是有益的，如各种电热器；有时也是有害的，如电视机、电脑等工作时产生的热量，故A错误；
B、电热器是根据电流的热效应制成的，即利用了电流可以产生热量的原理，故B正确；
C、电饭锅、电熨斗可把电能转化为内能，都是电热器，而电风扇主要将电能转化为机械能，不属于电热器，故C错误；
D、由电功率的变形公式P
t可知，电能转化成电热时的功率跟导体的电阻成反比，故D错误。
例2.
功率相同的下列四种用电器，分别接入家庭电路中，在相同的时间内，通过它们的电流产生的热量最多的是（ ）
A．电视机
B．电风扇
C．白炽灯
D．节能灯
【答案】C
【解析】
题干解析:
四种用电器的功率相同，工作时间相等，由W=Pt可知它们消耗的电能相等；
A、电视机工作时主要把电能转化为光能与声能，很少一部分转化为热量；
B、电风扇工作时主要把电能转化为机械能，很少一部分转化为热量；
C、白炽灯工作时把电能转化为内能使灯丝温度升高到达白炽状态而发光；
D、节能灯消耗的电能主要转化为光能，很少一部分转化为热量；
在消耗电能相等的情况下，白炽灯产生的热量最多；
例3.
为保护天安门广场新栽热带植物抗寒越冬，15棵丝葵、棕榈等棕榈科树木的根周围，被埋入了电加热线圈，好像穿上了“电热靴”。
这是将___能转化成___能。
为了不烤坏植物，要在加热电缆的另一端连接_______，让温度控制在15℃～18℃。
【答案】
电；内；滑动变阻器
【解析】
题干解析:
电热线圈在工作时产生热量，将电能转化成内能；为了控制产生的热量不致过大，应该控制电路中的电流，因此需要串联上滑动变阻器。
例4.
电热既有有利的一面，也有有弊的一面。
利用电热：
家里的______、_____、_____以及_____等都是利用电热的例子；而电视机后盖有很多孔，这是为了____；电动机的外壳有很多翼状散热片，使用时与轴相连的扇叶还向散热片吹风，这是为了____。
【答案】
电热水器；电饭锅；电熨斗；电热毯；散热；散热
【解析】
题干解析:
（1）电热水器、电饭锅、电熨斗和电热毯都是利用电热的例子，是利用电流的热效应进行工作的；
（2）电视机后盖上的小孔以及电动机外壳上的翼状散热片都是为了散热。
例5.
家用电器（如电视机等）连续使用时间较长时，要停一会儿再用，特别是在夏天，相反家用电器长时间不用时，要定期让其工作一段时间，尤其在潮湿的天气里，你知道这是为什么吗？
【答案】
（1）家用电器在使用时，由于电流的热效应会产生热量，如果长时间工作，产生的热量会由于过多而影响用电器的性能及使用寿命，为了防止电热给用电器带来的危害，我们应该停用一会，以便用电器散热。
（2）这些用电器若长期不用，潮湿的空气会使电器元件生锈而损坏用电器，为了驱潮，给电器通电，此时电流产生的热量对我们是有用的，这是利用电流的热效应
【解析】
题干解析:
略
焦耳定律
知识讲解
2．焦耳定律
探究电热与哪些因素有关的实验，通过控制变量法，可以发现电热与哪些因素有关。
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：
Q=I2Rt。
这就是焦耳定律的表达式。
例题精讲
焦耳定律
例1.
（2019∙肥城市三模）小珠利用下图探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法正确的是（ ）
A．甲装置通电一段时间后，a容器内空气吸收热量多
B．乙装置通电一段时间后，d容器内空气吸收热量多
C．利用乙装置探究的是当电压、通电时间一定时，通电导体产生的热量与电流的关系
D．若将甲、乙装置同时串联在电路中，通电一段时间后，b容器内空气吸收热量最多
【答案】D
【解析】
题干解析:
A、甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，闭合开关后，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，则右侧b管中液面上升得快，故A错误；
B、乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝串联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，右侧两电阻并联后和左侧电阻串联，所以左侧容器中电阻丝的电流大于右侧容器中电阻丝的电流，由焦耳定律Q=I2Rt可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，即左侧c管中液面上升得快，故B错误。
C、乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝并联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，电压不同，但通过电阻的电流不同，即控制电阻、通电时间一定时，探究电热与电流的关系，故C错误；
D、若将甲、乙装置同时串联在电路中，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，密闭容器中电阻丝的阻值不相等，b的电阻最大，d的电流最小，根据Q=I2Rt可得，所以通电一段时间后，b容器内空气吸收热量最多，故D正确；
例2.
（2019∙广西一模）小珠利用图探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法正确的是（ ）
A．甲装置通电一段时间后，a容器内空气吸收热量多
B．乙装置通电一段时间后，d容器内空气吸收热量多
C．利用乙装置探究的是当电压、通电时间一定时，通电导体产生的热量与电流的关系
D．若将甲、乙装置同时串联在电路中，通电一段时间后，b容器内空气吸收热量最多
【答案】D
【解析】
题干解析:
A、甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，闭合开关后，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，则右侧b管中液面上升得快，故A错误；
B、乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝串联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，右侧两电阻并联后和左侧电阻串联，所以左侧容器中电阻丝的电流大于右侧容器中电阻丝的电流，由焦耳定律Q=I2Rt可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，即左侧c管中液面上升得快，故B错误。
C、乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝并联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，即控制电阻、通电时间一定时，探究电热与电流的关系，故C错误；
D、若将甲、乙装置同时串联在电路中，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，密闭容器中电阻丝的阻值不相等，b的电阻最大，d的电流最小，根据Q=I2Rt可得，所以通电一段时间后，b容器内空气吸收热量最多，故D正确；
例3.
（2019∙诸城市模拟）如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析正确的是（ ）
A．甲、乙两次实验都应用了控制变量法
B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C．乙实验时为了研究电流产生的热量与电流的关系
D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小
【答案】ACD
【解析】
题干解析:
A、甲、乙两次实验中用到的研究物理问题的方法是控制变量法和转换法，故A正确；
B、甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，故B错误；
C、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系，故C正确；
D、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，由焦耳定律Q=I2Rt可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，即右侧U形管中液面的高度差比左侧的小，故D正确。
例4.
（2019∙济宁一模）小明用如图所示装置做“比较不同物质的吸热能力”实验，在两个相同的烧瓶中分别装入质量、初温都相同的A、B两种液体，两烧瓶中的电阻丝相同。
（1）实验中，使两烧瓶中的电阻丝相同的目的是_____________________。
（2）实验中，用______间接反映液体吸收热量的多少；
（3）小田根据实验测得的数据分别描绘出了A、B两种液体的温度随加热时间变化的图象如图乙，分析图乙可知___（填“A”或“B”）的吸热能力更强。
若加热过程中无热量损失，已知A的比热容为4.2×103J/（kg∙℃），则B的比热容为_________J/（kg∙℃）。
（4）若在图甲中甲、乙两瓶中是质量相同的同种液体，电阻丝的阻值不同，则该装置可用来探究电流产生的热量与____的关系。
【答案】
（1）使两种液体在相同的时间内吸收相同的热量；
（2）加热时间；
（3）A；2.1×103；%%（4）电阻
【解析】
题干解析:
（1）实验选择相同规格的电阻丝的目的是使两种液体在相同的时间内吸收相同的热量；
（2）实验时两烧瓶中的电阻丝相同，在相等时间内液体吸收的热量相等，加热时间越长，液体吸收的热量越多，可以用加热时间长短表示吸收热量的多少。
（3）由图乙可知，相同质量的A、B液体，被加热相同的时间（吸收相同的热量），A液体升温慢，B液体升温快，说明A液体的吸热本领强；根据图乙可知，A、B都加热5min，A温度变化量为30℃-10℃=20℃，B温度变化量为50℃-10℃=40℃；由QA=QB=cm△t可得：
cAm△tA=cBm△tB4.2×103J/（kg∙℃）×20℃=cB×40℃cB=2.1×103J/（kg∙℃）。
（4）若在甲、乙两瓶中，电阻丝串联，通过的电流和时间相等，液体是质量相同的同种液体，电阻丝的阻值不同，则该装置可用来探究电流产生的热量与电阻的关系。
焦耳定律的计算公式
知识讲解
1．纯电阻电路
电的做功形式多种多样，电能可以转化成多种多样的能。
而根据焦耳定律，任何电器在把电能转化为其他能时，都或多或少会有一部电能转化为电热。
而有些电路是完全把电能转化为电热，这种电路就叫做纯电阻电路。
不完全转化为电热的电路则为非纯电阻电路。
当电路中用电器都是电阻器
或白炽灯
时，就是纯电阻电路。
当电路中出现了发光二极管
或电动机
时，即为非纯电阻电路。
2．公式的选取
纯电阻电路中，电功等于电热，即W=Q，各公式可以混用：
W=Q=UIt=I2Rt=
t，P=P热=UI=I2R=
。
非纯电阻电路中，电功大于电热，即W>Q，电功只能用W=UIt，电热只能用Q=I2Rt，总功率只能用P=UI，热功率只能用P热=I2R。
例题精讲
焦耳定律的计算公式
例1.
（2018∙青岛一模）甲、乙两个电热器的电阻之比为1：
3，产生的热量之比为4：
1，通电时间之比为3：
1，则通过甲、乙两个电热器的电流之比为（ ）
A．3：
2
B．4：
1
C．2：
3
D．2：
1
【答案】D
【解析】
题干解析:
由题意可知，R甲：
R乙=1：
3，Q甲：
Q乙=4：
1，t甲：
t乙=3：
1，
由Q=I2Rt可得，通过甲、乙两个电热器的电流之比：
2：
1，故D正确。
例2.
（2018秋∙廉江市月考）通过电阻R的电流为I，在t秒内产生的热量为Q；当电阻增大为原来的二倍，电流减小为原来的一半时，在相同时间内，电阻产生的热量为（ ）
A．4Q
B．2Q；
C．
D．
【答案】C
【解析】
题干解析:
根据Q=I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的一半，时间不变，则热量变为原来的Q
2R×t
IRt，即在相同时间内，电阻产生的热量变为原来的
，故C正确。
例3.
（2018春∙夏津县校级月考）小明发现当给家中的电灯通电后，灯丝热得发光，而与灯泡串联的导线温度几乎感觉不到变化，对这一现象的解释，正确的是（ ）
A．通过灯丝的电流大些
B．电流在导线中不发生热效应
C．制成灯丝的材料电阻较小
D．导线和灯丝中的电流相同，但灯丝电阻更大
【答案】D
【解析】
题干解析:
因为灯丝和导线串联，所以通过灯丝和导线的电流、通电时间都相同，根据焦耳定律Q=I2Rt，灯丝电阻大，产生热量多，而导线电阻非常小，产生的热量就很小，所以电灯通电后，灯丝热得发光，而与灯泡串联的导线温度几乎感觉不到变化。
故选项A、B、C都不正确，D选项正确。
例4.
（2018春∙淮南月考）在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来，连接处电阻比别处电阻大，在相等时间内，连接处放出热量比别处更___（填“多”或“少”）。
【答案】
多
【解析】
题干解析:
导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，因为导线连接处与其它导线部分是串联的，所以通过的电流相等、通电时间相等，由Q=I2Rt可知，连接处产生的热量较多。
例5.
（2018秋∙南平月考）冬天取暖时，小宇发现：
电暖器的电热丝热得发红，而与电热丝相连的导线却不怎么热，为什么？
【答案】
电暖器在使用时，电暖器的电热丝和铜导线串联，I电热丝=I导线，通电时间t相同，根据焦耳定律的公式Q=I2Rt及R电热丝>R导线可知，电流产生的热量：
Q电热丝>Q导线，从而出现电热丝热得发红而导线却不怎么热的现象
【解析】
题干解析:
略
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