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第第十十八八章章 电电功功率率（（原原卷卷版版））
课课时时1188..44 焦焦耳耳定定律律
2022年课程标准 物理素养
物理观念：会利用焦耳定律解释一些生活中简单现象；
科学思维：理解焦耳定律；
3.4.6通过实验，了解焦耳定
科学探究：通过实验探究，总结出焦耳定律，并会用焦耳定律进行计
律。能用焦耳定律说明生产生活
算；
中的有关现象。
科学态度与责任：通过生活实例，认识电流的热效应；举例说出生活
中利用电热的实例，了解电热的危害和防止方法。
知知识识点点一一、、电电流流的的热热效效应应
1.电流的热效应：由于导体有电阻，所以当有电流通过导体时，导体总会发热，将电能转化为内
能，这种现象叫做电流的热效应。
2.探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关
电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发
提出问题
热？换句话说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生的热量多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大
猜想与假设
小以及通电时间有关。
（1）如图甲所示，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（转换法：产生的热量多少，通过U型管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有
一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时
间后，发现右边U型管中的液面高度变化大于左边的。
（2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻
设计并进行 丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，
实验 我们发现左边的U型管中的液面高度变化大于右边的。
（1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电
流、通电时间；变化量：电阻），右边的U型管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电
分析论证
阻丝的热量多。
这表明：在电流相同、通电时间相同情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。（2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路电流的规律可知，通过左边容器的电阻
丝大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：
电流），左边U型管中的液面高度变化大于右边的，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。
（3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。
电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导
实验结论
体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。
【典例1】（23-24九年级下·湖北武汉·阶段练习）如图所示，在探究电流通过导体时产生热量的
多少跟什么因素有关的实验中，两个透明容器中分别接入了电阻丝 和 ，且密封着等量的空气。将导
线a和b接入电路进行实验，下列说法正确的是（ ）。
A．实验时若U形管中液面的高度没有变化，一定是电路中某处断路
B．通电一段时间，两个透明容器中空气内能增大是通过做功的方式改变的
C．若 和 阻值相等，则能探究电流通过导体产生的热量与电流的关系
D．若 和 阻值不相等，则能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
培优拓展：电流的三种效应
（1）电流的热效应：电流通过导体时，电能转化为内能。电热器就是根据这一原理（电流的热效
应）工作的。
（2）电流的磁效应：任何通电导体，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应。变压
器、电磁铁等都是利用电流磁效应工作的。电流的磁效应会在下面章节讲到。
（3）电流的化学效应：当电流通过某种物质时，这种物质便会发生化学反应，这种现象称为电流的
化学效应。电解、电镀等都是利于电流的化学效应来工作的。
知知识识点点二二、、焦焦耳耳定定律律
1.焦耳定律：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，从而得到了焦耳定律。
内容 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟它的时间成正比。
计算公式 Q=I2Rt（普遍适用）
公式中，Q—表示热量，单位是J；I—表示电流，单位是A；R—表示电阻，单位Ω；t—表示它的时
单位
间，单位s。
2.焦耳定律公式的理论推导：焦耳定律可通过理论推导得出。假设当电流通过导体时，电能全部转
化为内能，则有电流产生的热量（Q）=电流做的功（W），结合欧姆定律可得：Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。
可见，当消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出来的电流发热规律与焦
耳定律实验得出的焦耳定律是一致的。
3.理解和应用焦耳定律时应注意的几个问题
（1）焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算导体所产生的热量。
（2）公式中各物理量都是对同一导体或同一段电路而言的。
（3）运用公式时，各物理量要转换成国际单位中的单位后再代入公式进行计算。
培优拓展：纯纯电电阻阻串串、、并并联联电电路路中中电电热热与与电电阻阻的的关关系系
（1）在串联电路中，根据Q=I2Rt可知，电热与电阻成正比，即 。
（2）在并联电路中，根据 可知，电热与电阻成反比，即 。
【典例2】（23-24九年级上·河北保定·期末）如图甲是小灯泡L和电阻R的 图像。将小灯泡
L和电阻R接入图乙所示的电路中，只闭合 时，电流表的示数为0.5A。电源两端电压保持不变，下列说
法中正确的是（ ）。
A．只闭合 时，小灯泡L两端的电压为4V
B．只闭合 时，小灯泡L的功率为8W
C．同时闭合 、 ，电流表的示数为0.8A
D．同时闭合 、 ，在10min内电阻R产生的热量为480J
特别提醒：电电功功和和电电热热的的包包含含关关系系
电功时电流通过用电器做的功，W=UIt；电热是电流通过导体时产生的热量，Q=I2Rt。在纯电阻电路
和非纯电阻电路中，电功和电热的关系见下图：
归纳总结：
电功 电功率 焦耳定律 适用范围
W=UIt 普遍适用
基本公式
适用于纯电阻电路
导出公式
【典例3】（2022·湖南怀化·九年级期末）如图所示的家用电器中，不是利用电流的机械效应工作的是（ ）。
A． 抽油烟机 B． 电风扇
C． 电饭煲 D． 洗衣机
知知识识点点三三、、电电热热的的利利用用与与防防止止
1.电热的利用：电热器是利用电流的热效应来工作的设备。电热器的主要工作部分是发热体，发热
体是由电阻大、熔点高的金属导体制作的。如图所示的电热器，都是将电能转化为内能来工作的。
电热毯 电饭锅 电烙铁 电熨斗
培优拓展：为什么白炽灯是纯电阻器件而节能灯不是
白炽灯需要先将灯丝通电加热到白炽状态后再发光，即电能先转化为内能，再转化为光能；节能灯是
将电能直接转化为光能，在转化过程中有少量电能转化为内能，因此节能灯属于非纯电阻器件。这也是
在相同照明亮度下白炽灯远比节能灯耗电的原因。
2.电热的防止：在很多情况下，我们并不希望用电器的温度过高。像电视机、计算机、电动机等用
电器在工作时，将电能转化其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能，过多的电热如果不能及
时散发，会产生安全隐患。因此，许多用电器采用散热孔、散热片或在发热体安装风扇等方式进行散
热，如图所示。
散热风扇 散热孔 散热片
【典例4】（2022秋·河南焦作·九年级统考期末）电流的热效应在生产和生活中有广泛的应用，
但有时也会带来危害。应用电热的例子，如用电熨斗熨衣服；防止电热危害的例子，如电脑主机装小风
扇给CPU散热。请你结合自己生活经验，再写一例，应用电热： ；防止电热危害： 。
知知识识点点四四、、知知识识导导图图问问题题一一：：探探究究电电流流产产生生的的热热量量与与哪哪些些因因素素有有关关
对于该实验，需要重点掌握两种物理实验方法的应用：
（1）控制变量法：①探究电流产生的热量跟电流的关系时，控制电阻和通电时间相同；②探究电流
产生的热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流相同。
（2）转化法：电阻丝放出热量的多少，转化为容器内气体温度的变化，转化为U型管中液面的高度
的变化。
【典例1】（2024·广西河池·二模）如图所示是“探究电流通过导体时产生热量跟什么因素有关”
的实验，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差比右侧的小。
下列说法正确的是（ ）。
A．通过左、右两边容器中电阻丝的电流不相同
B．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
C．右边容器中的电阻R比左边容器中的电阻R大
2 1
D．U形管中液面高度的差值等于电流产生热量的多少
【变式1-1】（2022秋·河南·九年级河南师大附中期末）如图所示是“探究电流通过导体时产生
热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法正确的是（
）。
A．U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故
B．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的
C．图甲可用于探究电热与电流的关系D．图乙可用于探究电热与电阻的关系
【变式1-2】（2022秋·河南郑州·九年级统考期末）如图所示，为某小组探究“电流通过导体产
生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。
（1）小明发现接线板上接入的用电器越多，接线板的导线越容易发热，由此他猜想电流产生的热量
与 有关；小芳猜想电流产生的热量可能与电阻大小有关，请写出一个能支持她猜想的生活现
象： ；
（2）小明为了验证自己的猜想，他选用了三个5Ω的电阻丝将甲图装置接入电路进行实验，由现象
可以得出的结论是 ；
（3）小芳为了验证自己的猜想，选用了5Ω和100Ω的电阻丝将乙图装置接入电路进行实验，闭合
开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是 ，请你提出改进办法：
；
（4）实验中通过观察U形管的高度差的变化反映产生的热量多少，在研究许多物理问题时都会用到
这种方法，下列实例也采用此方法的是 。
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．用铁屑显示磁体周围磁场分布
C．研究光的传播时，引入“光线”
问问题题二二：：简简单单电电路路中中电电功功、、电电热热的的计计算算
（1）在非纯电阻电路中，电能大部分对外做功，少量转化为内能。其能量转化关系为：W=W +Q。
对外
（2）在非纯电阻电路中，计算电功时只能用W=UIt，计算电热时只能用Q=I2Rt。
【典例2】（2022秋·河南郑州·九年级期末）甲图是小灯泡 L 和电阻 R 的 I ～U 图象。将小灯
泡 L 和电阻 R 接入乙图所示电路中，只闭合开关 S 时，小 灯泡 L 的实际功率为 1W ，下列说法正确
1
的是（ ）。
A．只闭合开关 S 时，小灯泡 L 的电阻为 40Ω
1B．再闭合开关 S 时，电流表示数增加 0.2A
2
C．再闭合开关 S 时，电路总功率为 1.4W
2
D．再闭合开关 S 后，在 1min 内电阻 R 产生的热量为 2.4J
2
【变式2-1】（2022秋·河南平顶山·九年级统考期末）如图甲所示，3D打印笔中装入塑料条，接
通电源，等待一段时间即可挤出热熔的塑料，塑料在空气中迅速冷却变成特定的形状。打印时有快慢两
挡（快挡工作时温度更高）。其内部电路如图乙所示，R、R是阻值相等的PTC发热电阻，单个PTC电阻
1 2
与温度的关系如图丙所示，以下说法正确的是（ ）。
A．快挡打印时，R两端的电压为110V
1
B．只闭合开关S，只有R接入电路，此时为慢挡打印
1
C．温度为120℃时，打印笔快挡通电5s产生的热量为605J
D．120℃～360℃内，PTC电阻发热功率随温度的升高而变大
【变式2-2】（23-24九年级上·河北石家庄·期末）如图是某款电热水龙头的电路原理图。R、R
1 2
为电热丝，通过旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，实现冷水、温水、热水挡之间的切
换。如图所示，此时水龙头放出的是 （填“冷”“温”或“热”）水。若R=121Ω，R=48.4Ω，
1 2
此水龙头出温水时的电功率是 W；当此水龙头出热水时，10min内消耗的电能是 J。
问问题题三三：：多多挡挡电电路路中中电电热热的的计计算算
解答多挡电路类试题时，要注意以下几点：
（1）多挡电路问题的实质，就是求解多挡电路的实际功率；
（2）电压一定时，根据 可知，当总电阻最小时，实际功率最大，发热最快，是高温挡；当
总电阻最大时，实际功率最小，发热最慢，是低温挡。
【典例3】（2024·甘肃武威·模拟预测）如图甲是一款家用饮水机，其工作电路可简化为如图乙所
示的电路。开关S，是温度控制开关，可根据水温的变化自动切换加热和保温两种状态，R₁、R₂是加热电
阻，某次使用时的P-t图像如图丙。
（1）当开关S闭合、S，接 M 时，时，饮水机处于 （选填“加热”或“保温”）挡，并写出判断依据；
（2）求电阻R₂ 的阻值；
（3）此次使用饮水机消耗的电能是多少？
（4）为了满足日常使用，需对该饮水机电路进行改装，使其具有高、中、保温三挡位调温功能，让
保温挡功率更低，其中中温挡与原保温挡功率相同。小明设计了如图丁所示的两种方案，你认为哪个方
案符合要求，并说明理由。
【变式3-1】（2022秋·河南许昌·九年级统考期末）如图甲所示是某一款家用电暖器，有“高
温”“低温”两挡，铭牌见表（高温挡功率未标出），图乙为其简化的电路原理图。已知R＝44Ω，开
2
关S可以控制高、低温挡的切换。请解决下列问题：
xx牌电暖器
额定电压 220V
高温
挡
额定功率
低温
220W
挡
频率 50Hz
（1）当开关S 时，电暖器处于高温挡；
（2）R的电阻是多少；
1
（3）用该电器的“高温”挡正常工作10min，可产生多少热量；
（4）通电后电暖器变得很烫，而连接的导线却不怎么热，请利用所学的物理知识加以解释。
【变式3-2】（2024·内蒙古通辽·二模）如图甲所示是小明抽奖抽到的多功能养生壶，图乙是该品
牌养生壶简化电路图，表是该电器的相关参数。求：
项目 参数低温挡功率
275
（W）
中温挡功率
550
（W）
高温挡功率
1210
（W）
容积（L） 1
（1）养生壶处于低温挡工作时，电路中的电流大小为多少？
（2）R的阻值为多少Ω？
1
（3）小明家的电能表上标有“3600revs/（kW•h）”的字样，他将家中的其它用电器都与电源断
开，仅让该养生壶在高温挡下工作，观察100s内电能表的转盘转了100revs。则当时的实际电压为多少
伏？
【【基基础础强强化化】】
1．（2022·湖南永州·九年级期末）下列各种用电器中利用电流的热效应工作的是（ ）。
A．数码照相机 B．抽油烟机 C．电饭锅 D．电视机
2．（2022·湖南常德·九年级期末）甲、乙两电热器的电阻之比为4∶3，通过的电流之比为
1∶2，则相同时间内产生的热量之比为（ ）。
A．1∶3 B．2∶3 C．3∶8 D．3∶2
3．（2022·湖南邵阳·九年级期末）图示，给电炉通电后，电炉丝热得发红，而用手触摸与之连接
的导线却不觉得烫手， 这是因为 （ ）。
A．电流通过导线时没有产生热效应B．通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多
C．电炉丝的电阻比导线的电阻小得多
D．电炉丝消耗的电功率比导线消耗的电功率大得多
4．（2022·湖南岳阳·九年级期末）如图所示为“探究焦耳定律”实验装置，甲、乙两个相同的玻
璃瓶中密封了初温相同、质量相同的煤油，串联接入电路通电一段时间后，测得甲玻璃瓶中温度比乙玻
璃瓶中温度高，下列说法正确的是（ ）。
A．通过温度计示数的变化来判断产生热量的多少，这种方法是控制变量法
B．该装置是为了探究电流通过导体时产生热量与电阻大小的关系
C．通过甲瓶中电阻丝的电流比通过乙瓶中的电流的大
D．如果电阻丝的材料、横截面积相同，则甲瓶中电阻丝比乙瓶中电阻丝短
5．（2022·湖南永州·九年级期末）有两只电阻，R=2Ω，R=6Ω，若把它们串联后接到电压为6V
1 2
的电源上，这两只电阻两端的电压之比为U∶U=______，若将它们并联后接到同一电源上，则它们在相
1 2
同时间内产生的热量之比为Q∶Q=______。
1 2
6．（2022·湖南衡阳·九年级期末）如图，是小明家电能表的铭牌，在断开其它用电器的情况下，
标有“220V 1000W”的电热水器和标有“220V 1500W”的空调_____（选填“能”或“不能”）同时使
用．电热水器是利用电流的_____效应工作的．小明只将“220V 1000W”的电热水器接入电路工作，2min
电能表转盘转过81转，则电热水器的实际电功率为_____W，这段时间内产生热量_____J．
7．（2022·湖南岳阳·九年级期末）用如图所示的实验器材探究“在电压一定时，电流的热效应与
电阻的关系”。装有煤油的瓶子内电阻丝的长度和粗细都相同，其中甲瓶内是铜丝，乙瓶内是镍铬合金
丝。（1）细心的小红发现还有一根导线没有连接，请你把电路连接完整。______
（2）电流产生热量的多少不易直接测量。因此，在这个实验中是通过观察 _____来显示电流产生热
量的多少，这种方法叫“转换法”。
（3）在这个实验中，除了控制电压一定外，还要控制甲、乙两瓶内煤油的 _____相同。
（4）闭合开关，把滑片移至某一位置进行实验，发现 _____（选填“甲”或“乙”）瓶内温度计的
示数升高快。
【【素素养养提提升升】】
8．（2022·湖南·新田县教研室九年级期末）下列情况中，属于防止电热危害的是（ ）。
A．白炽灯泡 B．用电饭锅煮饭
C．冬天用电暖气取暖 D．电脑机箱内有小风扇
9．（2022·湖南娄底·九年级期末）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．本次探究实验中没用到控制变量法。
B．通电后，甲图中A、B电阻产生的热量之比是1：2
C．为了探究电热与电阻的关系，应该选择乙实验
D．通电时间相同时，甲装置中左边U形管的高度差更大
10．（2022·湖南岳阳·九年级期末）如图所示，电源电压恒定，小灯泡L标有“6V 3W”的字样
（灯丝的电阻不随温度变化而变化）。当只闭合开关S 时，小灯泡恰好正常发光；当同时闭合S 和S
1 1 2
时，电流表的示数为0.8A。求：
(1)只闭合S 时，电流表的示数；
1
(2)R的阻值；
0
(3)同时闭合S 和S 时，通电1min电路产生的总热量。
1 2【【能能力力培培优优】】
11．（2022·湖南益阳·九年级期末）下面是小刚家电火锅铭牌的部分信息，小刚家电能表的示数
如图所示。把电火锅接在家庭电路中使用时，下列说法错误的是（ ）。
额定电压 220V
频率 50Hz
高温档 2000W
额定功率 中温档 1200W
低温档 800W
A．电火锅是利用电流的热效应工作的
B．若家中只接入电火锅在高温档正常工作30min，电能表示数将变成7326.6kW·h
C．电火锅在低温档正常工作时电热丝阻值比高温档正常工作时小
D．电火锅在中温档正常工作10min，消耗的电能为7.2×105J
12．（2022·湖南湘潭·九年级期末）在探究“影响电流热效应的因素”实验中：（三个烧瓶中均
装有质量相等的煤油）。
（1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小楚设计了甲图装置，在烧瓶内安装一根电
阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较______的变化，来判断相同时间内不同电流产生的热量多
少。（2）小楚先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温度的
升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小。重复上述操作，获得第二组数据（见表）。
通电时 温度升高
实验次数 电流/A 电阻/Ω
间/s 量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出：电阻和通电时间相等时，电流越______，其产生的热量越多。
（3）若要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，可选择乙图中______（填“A”或“B”）烧瓶
中的电阻与甲图中的烧瓶电阻______（填“串联”或“并联”）。
（4）小陈提议利用上述实验装置改做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则她应选择乙图中
______（填“A”或“B”）烧瓶与甲图中的烧瓶______（填“串联”、“并联”或“串联、并联均
可”）。并将其中一烧瓶中的煤油换成等______的水，水和煤油吸热的多少可以通过______（填“温度
升高量”或“加热时间”）来比较的。
13．（2024·江西吉安·模拟预测）图甲是一款紫砂电饭锅，其简化电路如乙图所示， 和 是电
热丝，且 ，通过单独或同时闭合开关实现低温和高温挡切换，已知粥的比热容
。求：
（1）当电饭锅正常使用时，处于低温挡时的电流？
（2）高温挡和低温挡的额定功率？
（3）正常使用高温挡将2kg的粥从20℃加热到86℃时需要800s，则该电饭锅的加热效率？
