專題18 焦耳定律 專題學(xué)啥 1.內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。2.公式：Q=I2Rt3.當(dāng)發(fā)電廠電功率一定，送電電壓與送電電流成反比，輸電時(shí)電壓越高，電流就越小。此時(shí)因?yàn)檩旊娋€路上有電阻，根據(jù)P=I2R可知，電流越小時(shí)，在電線上消耗的電能就會(huì)越少。所以電廠在輸電時(shí)增大送電電壓，減少電能在輸電線路上的損失。專題考法 【例題1】（2019吉林）電爐絲通過(guò)導(dǎo)線接到電路里，通過(guò)電爐絲和導(dǎo)線的電流大小________，由于電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻大，導(dǎo)致電爐絲產(chǎn)生的熱量比導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量________。 【答案】 相等；多 【解析】電爐絲通過(guò)導(dǎo)線接到電路里，電爐絲和導(dǎo)線串聯(lián)，那么通過(guò)電爐絲和導(dǎo)線的電流大小相等；由于電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻大，根據(jù)Q=I2Rt可知可知，電爐絲產(chǎn)生的熱量比導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量多。【例題2】（2019北京）如圖所示的電路中，電源兩端電壓保持不變，電阻絲R1的阻值為10當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為0.4A求：（1）通電10s電阻絲R1產(chǎn)生的熱量；（2）電源兩端的電壓。【答案】（1）通電10s電阻絲R1產(chǎn)生的熱量為16J；（2）電源兩端的電壓為6V。【解析】（1）通電10s電阻絲R1產(chǎn)生的熱量：QI2R1t（0.4A）21010s16J。（2）由I得，R1兩端的電壓：U1IR10.4A104V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律可知，電源電壓：UU1+U24V+2V6V。一、選擇題1（2018成都）一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)線圈兩端的電壓為380V，線圈的電阻為2，線圈中通過(guò)的電流為10A這臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作1s消耗的電能為W，產(chǎn)生的熱量為Q，則（）AW=3800J，Q=200JBW=3800J，Q=3800JCW=7200J，Q=200JDW=7200J，Q=3800J【答案】A【解析】本題考查的知識(shí)點(diǎn)是焦耳定律；電功的計(jì)算已知電壓、電流與通電時(shí)間，由W=UIt可以求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能，由焦耳定律可以求出其產(chǎn)生的熱量電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W=UIt=380V10A1s=3800J；產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=（10A）221s=200J2.（2018河南）圖甲是小燈泡的電壓電流圖像。將此燈泡L與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)在電壓為4.5V的電路中（如圖乙），閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P，當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時(shí)，（ ）A電流表的示數(shù)為0.2A B滑動(dòng)變阻器R接入電路中的電阻為15C電路消耗的總功率為1.35W。 D10s內(nèi)滑動(dòng)變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J【答案】C【解析】當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時(shí)，根據(jù)圖甲，可知，燈泡L兩端的電壓為2.5V，通過(guò)燈泡的電流為0.3A，電路中的等效電阻15.電路消耗的總功率P=IU總=4.5V0.3A=1.35W。變阻器R在10s產(chǎn)生的熱量Q=W=UIt=2V0.3A10s=6J。A電流表的示數(shù)為0.2A ，錯(cuò)誤。 B滑動(dòng)變阻器R接入電路中的電阻為15，錯(cuò)誤。C電路消耗的總功率為1.35W，正確。D10s內(nèi)滑動(dòng)變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J，錯(cuò)誤。二、填空題3.（2019福建）一臺(tái)標(biāo)有“5V 2.5W”的帶有USB接口的小電風(fēng)扇，線圈電阻為1，正常丁作1min，產(chǎn)生的熱量是 Jo工作一段時(shí)間后的風(fēng)扇葉片黏有不少灰塵，這屬于 現(xiàn)象。【答案】15；靜電（摩擦起電）。【解析】工作時(shí)間t1min60s，由PUI得，線圈中的電流：I0.5A，則線圈產(chǎn)生的熱量：QI2Rt（0.5A）2160s15J。風(fēng)扇的葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與空氣摩擦帶上了電荷，可以吸引輕小物體，所以灰塵會(huì)附著在扇葉上，這屬于靜電（摩擦起電）現(xiàn)象。4（2019長(zhǎng)沙）如圖，兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)接到電源兩端，小海用此電路來(lái)探究電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟什么因素有關(guān)。由圖可知，在電流大小和通電時(shí)間相等的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越 ；若通過(guò)電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10的電阻產(chǎn)生的熱量是 J。【答案】多；25。【解析】（1）由圖可知，兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，右側(cè)U型管中液面高度的變化較大，在通電時(shí)間相同，電流一定的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多；（2）通過(guò)電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10的電阻產(chǎn)生的熱量：QI2Rt（0.5A）21010s25J。5.（2019安徽）如圖電路中，U12V，R16，R23，R34當(dāng)S2斷開(kāi)，S1閉合時(shí)，電阻R1消耗的電功率為_(kāi)_______W；當(dāng)S1、S2都閉合時(shí)，6s內(nèi)電流通過(guò)R2產(chǎn)生的熱量是________J。 【答案】 8.64；32 【解析】（1）當(dāng)S2斷開(kāi)，S1閉合時(shí)，電阻R1和R3串聯(lián)， 電路的電流：I 1.2A，電阻R1消耗的電功率：PI2R1（1.2A）268.64W；（2）當(dāng)S1、S2都閉合時(shí)，電阻R1和R2先并聯(lián)，再和R3串聯(lián)，R1和R2并聯(lián)的總電阻：R 2，干路中的電流：I 2A，則電阻R2兩端的電壓：U2IR2A24V，6s內(nèi)電流通過(guò)R2產(chǎn)生的熱量：QW t 6s32J。6.（2018山西大同）兩個(gè)發(fā)熱電阻R1：R2=1：4，當(dāng)它們串聯(lián)在電路中時(shí)，R1、R2兩端的電壓之比U1：U2=；已知R1=10，那它們并聯(lián)在4V電路中后，兩個(gè)電阻在100s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是J。【答案】1：4；200。【解析】本題考查了串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)以及歐姆定律、電熱公式的靈活應(yīng)用，是一道較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用題。兩電阻串聯(lián)時(shí)通過(guò)的電流相等，根據(jù)歐姆定律求出兩電阻兩端的電壓之比；兩電阻并聯(lián)時(shí)它們兩端的電壓相等，根據(jù)Q=W=t求出兩個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量。（1）當(dāng)兩電阻串聯(lián)在電路中時(shí)，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以，由I=可得，R1、R2兩端的電壓之比：=；（2）已知R1=10，R1：R2=1：4，所以R2=4R1=410=40，當(dāng)兩電阻并聯(lián)在電路中時(shí)，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，兩個(gè)電阻在100s內(nèi)產(chǎn)生的熱量：Q總=W總=W1+W2=t+t=100s+100s=200J。7.（2018新疆）如圖所示，電熱水壺上標(biāo)有“220V 1800W”，小明發(fā)現(xiàn)燒水過(guò)程中熱水壺的發(fā)熱體部分很快變熱，但連接的電線卻不怎么熱，是因?yàn)閷?dǎo)線的電阻比發(fā)熱體的電阻 。在額定電壓下，燒開(kāi)一壺水用時(shí)3min20s，這段時(shí)間內(nèi)電熱水壺發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量為 J。【答案】小；3.6104。【解析】熱水壺的發(fā)熱體與電線串聯(lián)，通過(guò)它們的電流及時(shí)間相等，但熱水壺的發(fā)熱體的電阻比電線的電阻大得多，由焦耳定律Q=I2Rt可知，熱水壺的發(fā)熱體比電線產(chǎn)生的熱量就多得多，所以電熱絲很熱，但與之相連的電線卻不怎么熱；在額定電壓下，燒開(kāi)一壺水用時(shí)3min20s，這段時(shí)間內(nèi)電熱水壺發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量：Q=Pt=1800W（360s+20s）=3.6104J。8.（2018四川廣元）在家庭電路中，有時(shí)導(dǎo)線長(zhǎng)度不夠，需要把兩根導(dǎo)線連接起來(lái)，連接處電阻比別處要（選填，大、小），在相等時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線連接處發(fā)熱比別處更 （選填多、少）【答案】大；多【解析】由焦耳定律知道，電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方、電阻大小和通電時(shí)間成正比導(dǎo)線相互連接處因?yàn)榻佑|不良，易造成電阻變大，因?yàn)閷?dǎo)線連接處與其他導(dǎo)線串聯(lián)在電路中，通電時(shí)間是相同的，由焦耳定律Q=I2Rt，可知電阻大的產(chǎn)生的熱量越多，據(jù)此分析9.（2018蘇州）一只標(biāo)有”8V 0.4A”的小燈泡，接在電源電壓為12V的電路中，為使其正常發(fā)光，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)的電阻；該電阻通電10s所產(chǎn)生的熱量是J。【答案】10；16。【解析】根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，則串聯(lián)電阻R兩端電壓：UR=UUL=12V8V=4V，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以燈泡正常工作時(shí)電路中的電流：I=0.4A，由I=U/R可得，串聯(lián)電阻R的阻值：R=UR/I=10；此時(shí)該電阻通電10s產(chǎn)生的熱量為：QR=I2Rt=（0.4A）21010s=16J。10.（2018大慶）有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，額定電壓3V，額定電流1A，電動(dòng)機(jī)線圈電阻0.5這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作1min，消耗的電能為J產(chǎn)生的熱量為J，輸出的機(jī)械能為J。【答案】180；30；150。【解析】本題考查了電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱量、電功、輸出機(jī)械能的計(jì)算，關(guān)鍵是知道只有在純電阻電路中電能才完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作1min=60s，電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W=UIt=3V1A60s=180J，產(chǎn)生的電熱：Q=I2Rt=（1A）20.560s=30J，輸出的機(jī)械能：W機(jī)械=WQ=180J30J=150J。三、簡(jiǎn)答題11（2018遼寧營(yíng)口）據(jù)生活報(bào)訊，2017年4月14日起，插線板新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，要求插線板的插孔須設(shè)置“保護(hù)門”，“保護(hù)門”可有效防止兒童將手指插入插孔而造成觸電事故，同時(shí)可避免灰塵長(zhǎng)期沉積而造成的內(nèi)部（選填“斷路”或“短路”）在線材方面要求：如果最大工作電流16A的延長(zhǎng)線插座，導(dǎo)線的最小橫截面積由原來(lái)的1mm2增加到1.5mm2請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)解釋增加導(dǎo)線橫截面積的好處【答案】短路；材料、長(zhǎng)度相同的導(dǎo)線，橫截面積越大，電阻越小，由焦耳定律Q=I2Rt可知，電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越小，產(chǎn)生的熱量越少，采用橫截面積更大的導(dǎo)線可以避免外部絕緣皮過(guò)熱，引起火災(zāi)【解析】（1）處處連通的電路為通路；某處斷開(kāi)的電路為斷路；電源短路是指電源兩極不經(jīng)過(guò)用電器直接連通的電路；（2）根據(jù)影響電阻大小的因素分析導(dǎo)線的橫截面積變大時(shí)其電阻的變化，根據(jù)焦耳定律可知電流和通電時(shí)間相等時(shí)產(chǎn)生的熱量關(guān)系，從而得出答案四、實(shí)驗(yàn)探究題12.（2018安徽）已知電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)在探究“電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系”時(shí)，可供選擇的器材有：8V穩(wěn)壓電源一個(gè)；20和50的滑動(dòng)變阻器各一個(gè)；停表和開(kāi)關(guān)各一個(gè)；塑料盒與U形管相連的實(shí)驗(yàn)裝置一個(gè)，盒內(nèi)密封著空氣，盒內(nèi)電阻絲的阻值為20；導(dǎo)線若干（1）該實(shí)驗(yàn)選用 的滑動(dòng)變阻器更好（2）連接好的實(shí)驗(yàn)圖如圖所示每次實(shí)驗(yàn)（即獲得一組數(shù)據(jù)）后，都要斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，打開(kāi)盒蓋上的通氣孔，U形管內(nèi)兩液面迅速回到原位，等片刻后，關(guān)閉通氣孔，再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)用的表格，表中要有必要的信息（3）某同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：第一次實(shí)驗(yàn)記錄高度差后，立即移動(dòng)滑片增大電流做第二次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)加熱時(shí)間相同，記錄的U形管內(nèi)兩液面高度差依次為h1、h2在處理數(shù)據(jù)時(shí)，該同學(xué)想用h2來(lái)間接反映第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，他這樣處理數(shù)據(jù)是否正確？ 理由是 【答案】（1）50 （2）記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表（3）不正確 h2間接反映了第一次和第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的和不是第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量【解析】（1）盒內(nèi)電阻絲的阻值為20為定值電阻，選滑動(dòng)變阻器的電阻要大得好，因?yàn)檫@樣通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器電阻，電路電流能有效控制，不會(huì)太大，保護(hù)電源。（2）所畫(huà)表格要體現(xiàn)每次實(shí)驗(yàn)電阻絲電阻為20為定值電阻。時(shí)間一定。要體現(xiàn)U形管液面高度差，電流大小，熱量。（3）該同學(xué)想用h2來(lái)間接反映第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量實(shí)錯(cuò)誤的。因?yàn)閔2間接反映了第一次和第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的和不是第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量該同學(xué)在設(shè)計(jì)方案就是錯(cuò)誤的。五、綜合計(jì)算題13（2019新疆）如圖所示電路中，電阻Rl的阻值為2 ，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，電壓表V1的示數(shù)為1 V，V2的示數(shù)為2 V。求：（1）電源兩端的電壓；（2）迪過(guò)R1的電流和R2的阻值；（3）R2在1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量。【答案】（1）3V （2）0.5A ，4 （3）60J【解析】（1）電路為R1R2串聯(lián)，二者兩端電壓之和為電源兩端的電壓，U=U1+U2=1V+2V=3V；（2）根據(jù)歐姆定律，I1=U1R1=1V2=0.5A。 因?yàn)镽1R2串聯(lián)，所以I2=I1=0.5A，根據(jù)歐姆定律，R2=U2I2=2V0.5A=4。（3）根據(jù)焦耳定律，Q=I22R2t=（0.5A）2460s=60J。14.（2018云南）如圖所示的電路中，定值電阻R1=150、R2=300閉合開(kāi)關(guān)S后，電流表A2的示數(shù)為5mA求：（1）電阻R1兩端的電壓為多少（2）電流表A1的示數(shù)為多少（3）電路工作5min，R1產(chǎn)生的焦耳熱是多少【答案】（1）電阻R1兩端的電壓為1.5V；（2）電流表A1的示數(shù)為15mA；（3）電路工作5min，R1產(chǎn)生的焦耳熱是4.5J【解析】由電路圖可知，R1與R2并聯(lián)，電流表A1測(cè)干路電流，電流表A2測(cè)R2支路的電流（1）因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，由I=可得，電阻R1兩端的電壓：U1=U2=I2R2=5103A300=1.5V；（2）通過(guò)R1的電流：I1=0.01A=10mA，因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，所以，電流表A1的示數(shù)：I=I1+I2=10mA+5mA=15mA；（3）電路工作5min，R1產(chǎn)生的焦耳熱：Q1=I12R1t=（0.01A）2150560s=4.5J10