專題18 焦耳定律 專題學啥 1.內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。2.公式：Q=I2Rt3.當發電廠電功率一定，送電電壓與送電電流成反比，輸電時電壓越高，電流就越小。此時因為輸電線路上有電阻，根據P=I2R可知，電流越小時，在電線上消耗的電能就會越少。所以電廠在輸電時增大送電電壓，減少電能在輸電線路上的損失。專題考法 【例題1】（2019吉林）電爐絲通過導線接到電路里，通過電爐絲和導線的電流大小________，由于電爐絲的電阻比導線的電阻大，導致電爐絲產生的熱量比導線產生的熱量________。 【答案】 相等；多 【解析】電爐絲通過導線接到電路里，電爐絲和導線串聯，那么通過電爐絲和導線的電流大小相等；由于電爐絲的電阻比導線的電阻大，根據Q=I2Rt可知可知，電爐絲產生的熱量比導線產生的熱量多。【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當開關S閉合后，電壓表的示數為2V，電流表的示數為0.4A求：（1）通電10s電阻絲R1產生的熱量；（2）電源兩端的電壓。【答案】（1）通電10s電阻絲R1產生的熱量為16J；（2）電源兩端的電壓為6V。【解析】（1）通電10s電阻絲R1產生的熱量：QI2R1t（0.4A）21010s16J。（2）由I得，R1兩端的電壓：U1IR10.4A104V，根據串聯電路電壓規律可知，電源電壓：UU1+U24V+2V6V。一、選擇題1（2018成都）一臺電動機正常工作時線圈兩端的電壓為380V，線圈的電阻為2，線圈中通過的電流為10A這臺電動機工作1s消耗的電能為W，產生的熱量為Q，則（）AW=3800J，Q=200JBW=3800J，Q=3800JCW=7200J，Q=200JDW=7200J，Q=3800J【答案】A【解析】本題考查的知識點是焦耳定律；電功的計算已知電壓、電流與通電時間，由W=UIt可以求出電動機消耗的電能，由焦耳定律可以求出其產生的熱量電動機消耗的電能：W=UIt=380V10A1s=3800J；產生的熱量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與滑動變阻器R串聯在電壓為4.5V的電路中（如圖乙），閉合開關，移動滑片P，當小燈泡的功率為0.75W時，（ ）A電流表的示數為0.2A B滑動變阻器R接入電路中的電阻為15C電路消耗的總功率為1.35W。 D10s內滑動變阻器R產生的熱量為13.5J【答案】C【解析】當小燈泡的功率為0.75W時，根據圖甲，可知，燈泡L兩端的電壓為2.5V，通過燈泡的電流為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產生的熱量Q=W=UIt=2V0.3A10s=6J。A電流表的示數為0.2A ，錯誤。 B滑動變阻器R接入電路中的電阻為15，錯誤。C電路消耗的總功率為1.35W，正確。D10s內滑動變阻器R產生的熱量為13.5J，錯誤。二、填空題3.（2019福建）一臺標有“5V 2.5W”的帶有USB接口的小電風扇，線圈電阻為1，正常丁作1min，產生的熱量是 Jo工作一段時間后的風扇葉片黏有不少灰塵，這屬于 現象。【答案】15；靜電（摩擦起電）。【解析】工作時間t1min60s，由PUI得，線圈中的電流：I0.5A，則線圈產生的熱量：QI2Rt（0.5A）2160s15J。風扇的葉片在轉動過程中與空氣摩擦帶上了電荷，可以吸引輕小物體，所以灰塵會附著在扇葉上，這屬于靜電（摩擦起電）現象。4（2019長沙）如圖，兩個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起來接到電源兩端，小海用此電路來探究電流通過導體時產生的熱量跟什么因素有關。由圖可知，在電流大小和通電時間相等的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越 ；若通過電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10的電阻產生的熱量是 J。【答案】多；25。【解析】（1）由圖可知，兩個透明容器中密封著等量的空氣，右側U型管中液面高度的變化較大，在通電時間相同，電流一定的情況下，電阻越大，電流產生的熱量越多；（2）通過電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10的電阻產生的熱量：QI2Rt（0.5A）21010s25J。5.（2019安徽）如圖電路中，U12V，R16，R23，R34當S2斷開，S1閉合時，電阻R1消耗的電功率為________W；當S1、S2都閉合時，6s內電流通過R2產生的熱量是________J。 【答案】 8.64；32 【解析】（1）當S2斷開，S1閉合時，電阻R1和R3串聯， 電路的電流：I 1.2A，電阻R1消耗的電功率：PI2R1（1.2A）268.64W；（2）當S1、S2都閉合時，電阻R1和R2先并聯，再和R3串聯，R1和R2并聯的總電阻：R 2，干路中的電流：I 2A，則電阻R2兩端的電壓：U2IR2A24V，6s內電流通過R2產生的熱量：QW t 6s32J。6.（2018山西大同）兩個發熱電阻R1：R2=1：4，當它們串聯在電路中時，R1、R2兩端的電壓之比U1：U2=；已知R1=10，那它們并聯在4V電路中后，兩個電阻在100s內產生的熱量是J。【答案】1：4；200。【解析】本題考查了串聯電路的電流特點和并聯電路的電壓特點以及歐姆定律、電熱公式的靈活應用，是一道較為簡單的應用題。兩電阻串聯時通過的電流相等，根據歐姆定律求出兩電阻兩端的電壓之比；兩電阻并聯時它們兩端的電壓相等，根據Q=W=t求出兩個電阻產生的熱量。（1）當兩電阻串聯在電路中時，因串聯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，當兩電阻并聯在電路中時，因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，所以，兩個電阻在100s內產生的熱量：Q總=W總=W1+W2=t+t=100s+100s=200J。7.（2018新疆）如圖所示，電熱水壺上標有“220V 1800W”，小明發現燒水過程中熱水壺的發熱體部分很快變熱，但連接的電線卻不怎么熱，是因為導線的電阻比發熱體的電阻 。在額定電壓下，燒開一壺水用時3min20s，這段時間內電熱水壺發熱體產生的熱量為 J。【答案】小；3.6104。【解析】熱水壺的發熱體與電線串聯，通過它們的電流及時間相等，但熱水壺的發熱體的電阻比電線的電阻大得多，由焦耳定律Q=I2Rt可知，熱水壺的發熱體比電線產生的熱量就多得多，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，燒開一壺水用時3min20s，這段時間內電熱水壺發熱體產生的熱量：Q=Pt=1800W（360s+20s）=3.6104J。8.（2018四川廣元）在家庭電路中，有時導線長度不夠，需要把兩根導線連接起來，連接處電阻比別處要（選填，大、小），在相等時間內，導線連接處發熱比別處更 （選填多、少）【答案】大；多【解析】由焦耳定律知道，電流通過導體產生的熱量跟電流的平方、電阻大小和通電時間成正比導線相互連接處因為接觸不良，易造成電阻變大，因為導線連接處與其他導線串聯在電路中，通電時間是相同的，由焦耳定律Q=I2Rt，可知電阻大的產生的熱量越多，據此分析9.（2018蘇州）一只標有”8V 0.4A”的小燈泡，接在電源電壓為12V的電路中，為使其正常發光，應串聯一個的電阻；該電阻通電10s所產生的熱量是J。【答案】10；16。【解析】根據串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，則串聯電阻R兩端電壓：UR=UUL=12V8V=4V，因串聯電路中各處的電流相等，所以燈泡正常工作時電路中的電流：I=0.4A，由I=U/R可得，串聯電阻R的阻值：R=UR/I=10；此時該電阻通電10s產生的熱量為：QR=I2Rt=（0.4A）21010s=16J。10.（2018大慶）有一臺電動機，額定電壓3V，額定電流1A，電動機線圈電阻0.5這臺電動機正常工作1min，消耗的電能為J產生的熱量為J，輸出的機械能為J。【答案】180；30；150。【解析】本題考查了電動機產生熱量、電功、輸出機械能的計算，關鍵是知道只有在純電阻電路中電能才完全轉化成內能。這臺電動機正常工作1min=60s，電動機消耗的電能：W=UIt=3V1A60s=180J，產生的電熱：Q=I2Rt=（1A）20.560s=30J，輸出的機械能：W機械=WQ=180J30J=150J。三、簡答題11（2018遼寧營口）據生活報訊，2017年4月14日起，插線板新國家標準正式實施，要求插線板的插孔須設置“保護門”，“保護門”可有效防止兒童將手指插入插孔而造成觸電事故，同時可避免灰塵長期沉積而造成的內部（選填“斷路”或“短路”）在線材方面要求：如果最大工作電流16A的延長線插座，導線的最小橫截面積由原來的1mm2增加到1.5mm2請你根據所學物理知識解釋增加導線橫截面積的好處【答案】短路；材料、長度相同的導線，橫截面積越大，電阻越小，由焦耳定律Q=I2Rt可知，電流和通電時間相同時，電阻越小，產生的熱量越少，采用橫截面積更大的導線可以避免外部絕緣皮過熱，引起火災【解析】（1）處處連通的電路為通路；某處斷開的電路為斷路；電源短路是指電源兩極不經過用電器直接連通的電路；（2）根據影響電阻大小的因素分析導線的橫截面積變大時其電阻的變化，根據焦耳定律可知電流和通電時間相等時產生的熱量關系，從而得出答案四、實驗探究題12.（2018安徽）已知電流通過導體產生的熱量跟電流、電阻和通電時間有關在探究“電流通過導體產生的熱量跟電流的關系”時，可供選擇的器材有：8V穩壓電源一個；20和50的滑動變阻器各一個；停表和開關各一個；塑料盒與U形管相連的實驗裝置一個，盒內密封著空氣，盒內電阻絲的阻值為20；導線若干（1）該實驗選用 的滑動變阻器更好（2）連接好的實驗圖如圖所示每次實驗（即獲得一組數據）后，都要斷開開關，打開盒蓋上的通氣孔，U形管內兩液面迅速回到原位，等片刻后，關閉通氣孔，再進行下一次實驗請畫出實驗用的表格，表中要有必要的信息（3）某同學對實驗方案進行了重新設計：第一次實驗記錄高度差后，立即移動滑片增大電流做第二次實驗，每次實驗加熱時間相同，記錄的U形管內兩液面高度差依次為h1、h2在處理數據時，該同學想用h2來間接反映第二次實驗電流通過導體產生的熱量，他這樣處理數據是否正確？ 理由是 【答案】（1）50 （2）記錄的實驗數據如下表（3）不正確 h2間接反映了第一次和第二次實驗電流通過導體產生的熱量的和不是第二次實驗電流通過導體產生的熱量【解析】（1）盒內電阻絲的阻值為20為定值電阻，選滑動變阻器的電阻要大得好，因為這樣通過改變滑動變阻器電阻，電路電流能有效控制，不會太大，保護電源。（2）所畫表格要體現每次實驗電阻絲電阻為20為定值電阻。時間一定。要體現U形管液面高度差，電流大小，熱量。（3）該同學想用h2來間接反映第二次實驗電流通過導體產生的熱量實錯誤的。因為h2間接反映了第一次和第二次實驗電流通過導體產生的熱量的和不是第二次實驗電流通過導體產生的熱量該同學在設計方案就是錯誤的。五、綜合計算題13（2019新疆）如圖所示電路中，電阻Rl的阻值為2 ，當開關閉合后，電壓表V1的示數為1 V，V2的示數為2 V。求：（1）電源兩端的電壓；（2）迪過R1的電流和R2的阻值；（3）R2在1 min內產生的熱量。【答案】（1）3V （2）0.5A ，4 （3）60J【解析】（1）電路為R1R2串聯，二者兩端電壓之和為電源兩端的電壓，U=U1+U2=1V+2V=3V；（2）根據歐姆定律，I1=U1R1=1V2=0.5A。 因為R1R2串聯，所以I2=I1=0.5A，根據歐姆定律，R2=U2I2=2V0.5A=4。（3）根據焦耳定律，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閉合開關S后，電流表A2的示數為5mA求：（1）電阻R1兩端的電壓為多少（2）電流表A1的示數為多少（3）電路工作5min，R1產生的焦耳熱是多少【答案】（1）電阻R1兩端的電壓為1.5V；（2）電流表A1的示數為15mA；（3）電路工作5min，R1產生的焦耳熱是4.5J【解析】由電路圖可知，R1與R2并聯，電流表A1測干路電流，電流表A2測R2支路的電流（1）因并聯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R1的電流：I1=0.01A=10mA，因并聯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：I=I1+I2=10mA+5mA=15mA；（3）電路工作5min，R1產生的焦耳熱：Q1=I12R1t=（0.01A）2150560s=4.5J10