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第 23 课 焦耳定律
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课程标准 课标解读
1.通过生活实例，认识电流的热效应；
1.知道什么是电流热效应，认识生活中常见的利用电
2.举例说出生活中利用电热的实例，了解电热的 流热效应的现象；
危害和防止方法；
2.通过实验探究，理解影响电流热效应的因素；
3.通过实验探究，总结出焦耳定律，并会用焦耳
3.掌握焦耳定律内容；
定律进行计算；
4.能利用焦耳定律解答实际问题；
4.理解焦耳定律；
5.会进行电热的计算。
5.会利用焦耳定律解释一些生活中简单现象。
知识精讲
知识点01 电流热效应
1.电流的热效应：电流通过导体时电能转化为 ，这种现象叫做电流的热效应。
2.①电热的利用：电热毯、电熨斗、电烤箱等；②电热的防止：电视机后盖有很多孔是为了通风散热，
电脑运行时也需要风扇及时散热。
【重点解析】认识电流热效应
电流通过导体时会产生热量，这叫做电流的热效应。而电热器具是利用电流的热效应来加热的设备，
电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见电热器具。电热器具的主要组成部分是电流的热效应
发热体，发热体是电阻丝绕在绝缘材料上制成。
【知识扩展】电流的化学效应
1.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。2.原理：主要是电流中的带电粒子（电子或离子）参与而使得物质发生了化学变化。化学变化中往往
是这个物质得到了电子，那个物质失去了电子而产生了的变化。最典型的就是氧化还原反应。而电流的作
用使得某些原来需要更加苛刻的条件才发生的反应发生了，并使某些反应过程可逆了（比如说电镀、电极
化）。
【对点练习1】（2021·辽宁中考真题）如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3V的电源，接通
电路发热电阻温度升高，利用电流的______实现高温封口。阻值为1Ω的发热电阻10s内产生______J的
热量。封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更______（填“大”或“小”）的。
【对点练习2】（2021·内蒙古通辽市）如图为探究通电时间相同时，电流通过导体产生的热量与
______关系的实验装置，若把电路接在3V的电源上，工作 ，则电流通过电阻 产生的热量为
______J。
知识点02 焦耳定律
1.焦耳定律：电流通过导体产生的热量，与电流的 成正比，与导体的电阻成 ，与通电 成
正比。
2.焦耳定律公式：Q=I2Rt。式中单位Q→焦(J)；I→安(A)；R→欧(Ω)；t→秒。
3.当电流通过导体做的功(电功)全部用来产生热量(电热)，则有W=Q，可用电功公式来计算Q，如电热
器、纯电阻就是这样的。
4.电热和电能的关系：在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，Q=W。如电炉子。在非纯电阻电路中，
电能只有部分转化为内能，电热小于电能，即Q<W。【重点解析】焦耳定律
1.焦耳定律：电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比，和
通电时间成正比。
焦耳定律公式： 。其中Q指热量，单位是焦耳(J)，I指电流，单位是安培(A)，R指电阻，单
位是欧姆(Ω)，t指时间，单位是秒(s)，以上单位全部用国际单位制中的单位。
从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟
通电时间成正比。若电流做的功全部用来产生热量。即W=UIt。根据欧姆定律，有W=I²Rt。
2.需要说明的是 是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条
件下才成立(纯电阻电路)。例如对电炉、电烙铁这类用电器，这两公式和焦耳定律才是等效的。
使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用
时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。
注意:W=Pt=UIt适用于所有电路，而 只用于纯电阻电路(全部用于发热)。
3.在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生
的热量跟导体的电阻成正比。
在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的
热量跟导体的电阻成反比。
【知识扩展】电热与电流关系
1．设计电路图，如图（控制电流和通电时间相同）；设计实验数据记录表格。电阻R/Ω
R R
1 2
电流I/A
产生热量(多/少)
2．检查两个U形管中液柱的高度是否相平，如果不相平，则需要进行调整。把两个密闭容器中的电阻
丝串联。
3．断开开关，根据电路图连接实物，如图。检查电路，把滑动变阻器滑片P移到阻值最大端。
4．闭合开关，调节滑片P到达某位置，读出此时电流的大小（要使缩短实验时间，电流可适当大一
些），此时电流表的示数等于电阻R 中电流大小，电阻R 中的电流等于电流表读数的一半。
1 2
5．观察两U形管中液柱高度的变化，把实验数据填入表中。
整理实验器材，实验完毕
6.分析论证
在研究电热与电阻关系的实验中，利用两个电阻串联的电流相等，与电阻大的密闭容器中的U形管中
液面高，说明容器内空气受热膨胀较大，温度更高，电流通过电阻产生热量多。即在电流和通电时间相同
时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
在研究电流与电流关系的实验中，在电阻R 两端再并联一个相同的电阻，并联分电流，所以R 的电流
2 2
就是干路R 电流的一半。分析实验数据，电阻R 所在容器液柱上升的较高，说明R 放出热量较多。在电阻
1 1 1
和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生热量越多。
电热与通电时间的关系可以通过实验过程体现出来，对于某一个电阻丝所在容器，通电时间越长，液
柱上升的越高，说明通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多，没有必要再单独通过实验来探究。
通过本次实验可以得出电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关。电流越大、电
阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。
7.在设计电路时要利用控制变量的思想，电流、电阻和通电时间都能影响电热的大小，在探究其中一
个物理量时，要控制其它量相同。在探究电热与电阻关系时，要控制电流相同，结合串、并联电路的特点，
利用串联电路电流相等，所以把两个阻值不同的电阻串联进行实验。在探究电热与电流关系时，要控制电
阻一定，电流不同，对于阻值相同的电阻，电流不同，只有让电阻两端电压不同，所以采用了另一个相同
电阻与其中一个并联，把这两个电阻并联看作是一个整体。
在连接电路时开关要断开，开关闭合前要检查电路，滑动变阻器的滑片P要移到阻值最大端；实验中
要缩短时间，可以使电路中的电流稍大一些，还要注意U形管中液体的量，气体热胀冷缩较大，液柱不要
溢出U形管。8.本实验是利用空气的热胀冷缩的性质来反映电流通过电阻产生热量的多少，现象比较明显，测量方
便。实验中也可以利用电阻丝加热液体（如煤油等），通过液体温度上升的数值来比较放出热量多少。
9.本实验只是探究电流通过导体产生热量与电流、电阻和通电时间的关系，由于受到实验条件和学生
思维层次水平限制，只能得到一个定性的关系，无法得出它们之间的数值关系。焦耳定律的得出是在大量
实验基础上确定出来的。
【对点练习1】小柯同学利用电能表测量电水壶消耗的电能，他读出的电水壶的铭牌如下图所示，则
该电水壶的电阻是 欧。利用如图所示的电能表，他先在水壶中放满水，加热5min，观察电能表的表盘
转动了180圈，则在此5min内，实际消耗的电能为 J，如果电水壶正常工作，应该消耗的电能为
J。
【对点练习2】电热饮水机有加热和保温两种工作状态（由温控开关S 自动控制〕，从说明书上收集
0
到如下数据及如图所示的电路原理图当开关S闭合、温控开关S 断开时，饮水机处于 工作状态
0
（填“加热”或“保温”）；电热饮水机在加热状态下的工作电流为 ；R 的阻值为 。
2
热水器容量 2L
额定电压 220V
加热时的功率 440W
保温时的功率 44W
分层提分
题组A 基础过关练
1．一台“220V 60W”的电风扇、一盏“36V 60W”的白炽灯和一只“110V 60W”的电热器各自
在额定电压下工作，比较它们相同通电时间内产生的热量是( )。
A．电风扇最多 B．电热器最多 C．白炽灯最多 D．三者一样多
2.电炉丝通电后热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这是因为（ ）。A．通过电炉丝的电流比通过铜导线的电流大；
B．铜导线的电阻小，因而产生的热量少，而电炉丝电阻大，产生的热量多；
C．铜导线有绝缘层，所以不怎么热；
D．铜导线比电炉传热快，所以不容易热
3.下面实验是研究电热与电流关系的是（ ）。
A．把两段不同的电热丝串联后，分别放在质量和初温均相同的煤油瓶中，通电后，比较油瓶中的煤
油上升的温度；
B．把两根相同的电热丝放在质量和初温相同的煤油中，通过相同的电流，通电时间不同，比较煤油
瓶中的煤油上升的温度；
C．把两根相同的电热丝放在质量和初温相同的煤油瓶中，分别通过不同的电流，通电时间相同，比
较煤油瓶中的煤油上升的温度；
D．把两根不同的电热丝并联，分别放在质量和初温相同的煤油瓶中，通电时间相同，比较煤油瓶中
的煤油上升的温度
4．把一台电动机接入电压为220V的电路中，通过电动机的电流为5A，电动机线圈的电阻为2Ω，
1min通过线圈的电流产生的热量为（ ）。
A．1452000J B．3000J C．66000J D．50J
5．额定功率为1000W的电热水壶正常时，将质量为1．5kg的水从20℃加热至100℃，耗时10min，则
水要吸收 J的热量，水壶消耗电能为_____J，该水壶的效率为 。
6．电熨斗往往采用如图3所示的电路来保温：
（1）电熨斗正常使用时开关S应断开还是闭合？
（2）如果熨斗的电阻丝R的额定功率为400W，灯L标有“PZ220-100”，则当电熨斗处于保温状态时
电阻丝R的实际功率是多大？此时整个电路的功率是多大？此时电路总功率比电熨斗正常发热时的功率少
了多少？（不考虑温度对灯丝电阻的影响）
题组B 能力提升练
1.在如图所示的家用电器中，相同时间内产生的热量远小于其消耗电能的是（ ）。
A． 电风扇 B． 电水壶C． 电熨斗 D． 电暖气
2.图所示是小刚家使用的电热水壶，此电热水壶部分技术参数如下表。已知：电热水壶正常工作5min
能烧开一壶水。则下列说法中正确的是（ ）。
产品 电热水壶
额定电压 220V
频率 50Hz
额定功率 1000W
容量 1.0L
A．此壶的电功率恒为1000W不变；
B．此壶正常工作时，通过的电流大于5A；
C．此壶两端的电压越大，它消耗电功率越小；
D．此壶正常工作烧开一壶水，电流产生热量为3×105J
3.如图所示，为“探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置，R 、R 、R 为
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三段完全相同的电热丝，R 、R 分别放在如图所示的完全相同的透明密闭容器中，R 按照图中连接方式接
1 2 3
入电路。两U形管中装有适量的且带有颜色的液体，透明密闭容器上端的气孔与U形管相连，通过U形管
中的液体将一定量的空气封闭在透明密闭容器中。闭合开关前，两U形管两侧的液面均相平。闭合开关
S，观察两U形管中两侧的液面差的大小关系，就可以比较两容器中电热丝产生热量的多少。关于这个实验，
下列说法中正确的是（ ）。
A．通过 R、R 的电流一定相同；
1 2
B．该装置此时电路的连接可以探究电流通过导体产生热量的多少与电阻是否有关；
C．若电路连接完好，各元件无故障，通电一段时间后，两 U 形管中液面的高度差均不断增大，则左
侧 U 型管中液面的高度差大于右侧 U 型管中液面的高度差；
D．若容器外面的电热丝 R 出现了断路，则在通电一段时间后将观察到两 U 型管中液面的高度差均不
3断增大，且它们的差值始终相同
4.如图甲所示，是某种电热饮水机的简化电路示意图，图乙是它的有关参数。它有加热和保温两种工
作状态（由机内温控开关S 自动控制），当开关S，S 闭合时，饮水机处于 状态（填“加热“或
0 0
“保温“），R 的电阻是 Ω。
2
5.某型号电热水器有加热和保温两档，如图所示为其内部电路原理图，当开关S接触点1时，该电热
水器处于 （填“保温”或“加热”）状态。若电热水器的加热功率为2100W，要将50kg的水从
20℃加热到60℃，需要加热 s．[不计能量的损失，c ＝4.2×103J/（kg•℃）]
水
6.如图所示是一台电热水器铭牌上的部分信息。请根据铭牌提供的信息解答下列问题：[c =4．
水
2×103J/(kg?℃)]
（1）若给该电热水器装满水进行加热，使水的温度从22℃升高到62℃，求水吸收的热量。
（2）如果电热水器正常工作时，所产生的热量有80%被水吸收，则上一问题中给水加热的时间是多少？
（3）当电热水器通电后水温达到最高时，为什么与电热水器连接的铜导线却不怎么热？
7.额定电压为220V的电动机的线圈电阻为0.8，正常工作时，电动机每秒放出的热量为为1280J，
则电动机正常工作时的电流强度为多大？每秒有多少焦的电能转化成机械能？
题组C 培优拔尖练
1．（2021·北京中考真题）下列四种用电器中。利用电流热效应工作的是（ ）。
A．电冰箱 B．电视机 C．电脑 D．电热水壶
2．（2021·湖北宜昌市）甲、乙两电热丝电阻之比为2:3，通过的电流之比为3:1，则相同时间内产
生的热量之比为（ ）。A．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:6
3．（2021·湖南常德市）某型号电饭煲有加热和保温功能，图甲所示为其内部电路原理图，图乙是
该电饭煲工作时电功率与时间的关系图像，关于电饭煲工作时下列说法中正确的是（ ）。
A．开关S接触点2时，电饭煲处于加热状态；
B．开关S接触点1时，电饭煲处于保温状态；
C．电饭煲处于加热状态时的功率是800W；
D．保温状态下电饭煲1min消耗200J的电能
4．（2021·辽宁中考真题）如图是焦耳定律的实验装置，其中R=5Ω，R=R=10Ω。只闭合S 可以探
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究电流产生热量与______的关系，若电路中的电流为0.1A，通电10min电阻R产生的热量为______J。闭
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合S 和S，通过R的电流是R的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明______（填“电
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流”或“电阻”）对产生热量多少影响更大。
5．（2021·湖南岳阳市）图甲是某款电熨斗，图乙是其电路原理图。电源电压为220V， 、 为
发热体。熨斗两挡功率分别为100W和500W，通过开关S实现温度控制，S闭合时为高温档。
（1）求 的阻值；
（2）在使用过程中，若电熨斗10min消耗电能 ，请通过计算说明：在这段时间内电熨斗
处于何种工作状态，并求出相应状态下的工作时间；
（3）为了适应不同室温和更多衣料，小明对电路做了改进，将 换成滑动变阻器 ，如图丙所示，、 均为发热体。假定电熨斗每秒钟散失的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温度差 关系如图
丁所示。在一个20℃的房间，要求电熨斗表面保持220℃不变，应将 的阻值调为多大？
