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（一）电流的热效应
(1)定义:电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
(2)实质:电流通过导体发热的过程实际上是电能转化为内能的过程。
(3)应用:各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。
（二）探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验，可能与导体的电阻有关，可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。
设计实验:如图(注意控制变量法的运用)
控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。
控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。
进行实验:
①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接人电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。
获得结论:
①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
③当通电电流和电阻相等时，通电时间越长,电流产生的热量越多。
（三）焦耳定律
(1)焦耳定律的内容: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，跟通电时间成正比。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)对焦耳定律的计算公式Q rPRt的理解要注意以下几点:
①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。
②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。
③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。
④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。
（四）电热的档位问题：
如图所示R1>R2根据P=U2/R可得出
高温档：R2单独工作
中温档：R1单独工作
低温档：R1,R2同时工作
如图所示R1>R2根据P=U2/R可得出
高温档：R1,R2同时工作
中温档：R2单独工作
低温档：R1单独工作
例1、电热桌垫在冬天很受欢迎（如图甲）。某校综合实践活动小组的同学探究了它的原理，查看说明书后发现：该电热桌垫由8伏电源供电，发热部分由R1和R2组成，调温档有关、低温、高温三档，已知两图中R1均为6欧，R2均为2欧。
（1）按如图乙的电路，当S1闭合、S2断开时电热桌垫处于 档（选填“关”、“低温”或“高温”）。
（2）图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是多少瓦？
（3）若该电热桌垫实际电路如图丙，现电热桌垫处于高温档，开关S1闭合，S2 （选填“断开”或“闭合”）。
（4）图乙中当电热桌垫处于低温档时，求10分钟内产生的热量是多少焦？（不考虑温度的变化对电阻的影响）
例2、养生壶是一种用于养生保健的可以烹饮的容器，类似于电水壶，其最大的特点是采用一种新型的电加热材料，通过高温把电热膜电子浆料（金属化合物）喷涂在玻璃表面形成面状电阻，在两端制作银电极，通电后产生热量把壶内的水加热。小明家买了一把养生壶（图甲）小明关闭了家中的其它所有用电器，并在壶中加入初温为25℃的水，6分钟将水烧开（标准大气压下），求：
（1）在加热过程中家用电能表（图乙）的转盘转了300转，此过程中养生壶消耗的电能是多少J？
（2）如果养生壶的热效率是87.5%，则壶中水的质量是多少？
（3）养生壶两端的实际电压是多少？（不考虑温度对电阻的影响）
项 参数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
例3、多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。(C水=4.2×103J/(kg·℃))
（1）开关S1、S2处于什么状态，养生壶为高温档 ？
（2）求R1的阻值？
（3）在标准大气压下，使用高温档将初温是23°C的一壶水烧开，若养生壶高温档加热效率为80%，求烧开一壶水需要的时间？
例4、图甲为某款新型电饭煲，额定电压为220V，它采用了“聪明火”技术，智能化地控制不同时间段的烹饪温度，以得到食物最佳的营养和口感，图乙为其电路原理图，R1和R2为电阻不变的电热丝，S1是自动控制开关。将电饭煲接入220V电路中，在电饭煲工作的30min内，它消耗的电功率随时间变化的图像如图丙所示。求：
（1）S和S1均闭合时，电路中的总电流；
（2）R2的阻值和0~30min电饭煲产生的总热量；
（3）在不考虑热损失的条件下，当用电高峰期实际电压为200V时，使用该电饭煲，从开始工作到S1第一次自动断开需要的时间比在额定电压时使用多了多长时间？
1.小峻家中有一个足浴盆，其部分铭牌信息如表格所示，图甲为足浴盆的工作电路，R1、R2均为电热丝，当开关S接a、b触点时，足浴盆的挡位不同。求：
型号 MLJY－01
额定电压 220V
额定加热功率 880W
额定保温功率 100W
（1）额定加热电流。
（2）R1和R2的阻值各为多少欧？
（3）在用电高峰期，小峻关闭家中其他用电器，只让足浴盆通电，使其处于加热状态1min，电能表(如图乙所示)的圆盘转了30转，则浴足盆加热的实际功率为多少瓦？
2.智能家居带给我们健康、舒适的生活，如智能马桶(图甲)。某品牌智能马桶座圈的简易加热电路如图乙所示，电阻R1和R2是阻值恒定的电热丝，单刀双掷开关S2；可接a或b，再通过开关S1的通断，实现“高、中、低"三种温档的调节，其中低温档的功率为20瓦，电阻R1为1210欧。
（1）座圈加热时，把电能转化为________能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，该座圈的电路相当于下列选项中的________；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温档工作多少小时？
（4）该座圈处于中温档工作时的电功率为多少？
3.如图甲所示的电热杯垫，它能够对杯子进行加热或保温，杯垫内部简化电路如图乙所示，R1、R2为加热电阻，其中R1=10Ω。只闭合开关S1，通过电源线的电流为0.5A，杯垫处于保温状态：同时闭合开关S1、S2，通过电源线的电流为1.5A，杯垫处于加热状态。求：
（1）杯垫工作时的电源电压U；
（2）杯垫保温100s产生的热量Q；
（3）杯垫加热时消耗的电功率P。
4.如图所示，灯L标有“6V 2W”字样，电源电压恒为6V，定值电阻R=12Ω，设灯L的阻值不随温度变化而变化，求：
（1）灯L正常发光时的电阻是多少？
（2）只闭合S1、S3时，电阻R在60s内产生的热量是多少？
（3）要使整个电路消耗的电功率最小（且电路电流不为0），各开关的合闭情况应如何？此时的最小电功率为多少？
5.小亮家新买了一辆汽车，车上的座椅垫具有电加热功能，如图甲所示。通过观察和研究，他了解到该座椅垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位。“低温”挡功率为24W。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示，电源电压为24V，S为挡位切换开关。R1和R2为电热丝，电热丝R2阻值为12Ω。求：
（1）电热丝R1的阻值是多少？
（2）“高温”挡的功率为多少？
（3）座椅垫高温挡工作3min电流做了多少功？
1.电压力锅结合了压力锅和电饭锅的优点，解决了压力锅的安全问题，如图是某品牌的电压力锅和它的简化电路图，R1为工作时的加热电热丝，额定功率为800W；R2为保温保压电热丝，且R2=4R1，使用时同时闭合开关S1、S2，S1为压力开关，当压强达到设定值时S1会自动断开，排气阀开始排气；S2为限时开关，可以设定保温保压时间。
（1）电压力锅工作时，把电能转化为________能；
（2）加热功率为额定功率800W时，电阻丝R的阻值为多少欧姆
（3）用电压力锅煮骨头汤时食物更容易煮透。假设某次要煮水和骨头共计4千克，水的初温20℃，不计热损失，加热到最高温度120℃时，至少需要多少时间 (C水=4.2×103J/（kg℃），设骨头的比热容与水相同)
2.小明的妈妈为了丰富早餐的营养，买了一台全自动豆浆机，如图甲所示。图乙所示是豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，负责对液体加热煮沸；图丙所示是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作的“P－t”图像。表中是这个豆浆机的主要技术参数。
型号 SYL－624
额定电压 220V
额定频率 50Hz
额定功率 120W
加热功率 1210W
请解答下列问题：
（1）豆浆机正常工作时的最大电流是多大？
（2）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？
（3）在一次豆浆机工作的时候，小明将家中其他用电器都关闭，他观察到豆浆机的电热管工作时，家里标有“2400r/(kW·h)”字样的电能表转盘在2min内转过了80转。此时电路的实际电压是多大？
3.图甲为某款电饼铛，其工作原理电路图如图乙所示，R1、R2分别为上、下盘的发热电阻，某次烙饼过程中正常加热和保温时的功率随时间变化关系如图丙所示，求：
（1）该电饼铛正常加热时的总电流；
（2）R2的阻值；
（3）本次烙饼共消耗的电能。
4.小明家新买了一个电水壶，原理图如图甲所示，其额定电压为220V，R1和R2是电热丝，该水壶有高温挡、中温挡和保温挡，其中保温挡额定功率为242W。图乙是一种新型插座，它能即时显示用电器的工作电压和所耗电费等，将该水壶单独插在该插座上，用中温挡加热一段时间后，屏幕两次显示如图丙，[电费单价：0.5元/，忽略温度对电阻的影响]。求：
（1）电阻R1的阻值；
（2）电阻R2的阻值；
（3）该电水壶的中温挡额定功率及高温挡额定功率。
参考答案
例1、（1）低温
（2）当S1、S2均闭合时，电热桌垫消耗的功率最大，
答：图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是32瓦
（3）闭合
（4）当图乙开关S1闭合，S2断开，低温档，
答：10分钟内产生的热量是4800焦。
【解析】（1）根据电功率的公式比较三种状态下总功率的大小即可；
（2）当S1、S2均闭合时，R1被短路，只有R2工作，电热桌垫消耗的功率最大，根据 计算出最大功率即可；
（3）根据电功率的公式比较三种状态下总功率的大小即可；
（4）当图乙开关S1闭合，S2断开，两个电阻串联，此时为低温档，根据 计算出产生的热量即可。
【解答】（1）根据乙图可知，当开关S1断开时，整个电路没有电流，此时为“关”；
当开关S1闭合，S2闭合时，此时只有R2工作，总电阻为R2；
当开关S1闭合，S2断开时，此时两个电阻串联，总电阻为R串；则R2根据电功率的公式可知，P2>P串； 则前者为高温，后者为低温。
（3）根据图丙可知，开关S1闭合，S2断开时，只有R1单独工作，此时电功率为P1；
开关S1和S2都闭合时，两个电阻并联，此时的电功率为P并；
因为P并=P1+P2，所以P并>P2；
则前者为低温，后者为高温；
那么电热桌垫处于高温档，开关S1闭合，S2闭合。
例2、（1）此过程中养生壶消耗的电能是：；
（2）养生壶中水吸收的热量为：；
壶中水的质量为：；
（3）养生壶的实际功率：；
根据得到
【解析】（1）电能表消耗的电能与铝盘的转数成正比，根据公式计算即可；
（2）首先根据公式计算养生壶中水吸收的热量，然后再根据公式计算水的质量；
（3）首先根据计算出养生壶的实际功率，然后根据公式计算实际电压。
例3、（1）S1闭合，S2接B时，高温档。
（2）解：S2断开，S1闭合，只有R1接入电路，中温档
（3）解：水的质量为1kg
℃ ℃ ℃)=3.234 × 105J
【解析】（1）根据公式判断不同状态下的电功率，然后确定与三个状态的对应关系；
（2）结合图像，确定只有R1正常工作时的电功率，然后根据计算即可；
（3）首先根据Q=cm△t计算出烧开这壶水需要的热量，然后根据计算出消耗的电能，最后根据计算烧开这壶水需要的时间。
【解答】（1）根据可知，当电压相等时，功率与电阻成反比。
当开关S1断开，S2接A时，两个电阻串联，总电阻为R串；
当开关S1闭合，S2接断开时，只有R1工作，总电阻为R1；
当开关S1闭合，S2接B时，两个电阻并联，总电阻为R并；
因为R串>R1>R并；
所以P串那么三种状态依次为低温、中温和高温档。
（2）S2断开，S1闭合，只有R1接入电路，此时为中温档，
那么R1的阻值为：。
（3）养生壶内水的质量为：m=ρV=103kg/m3×10-3m3=1kg；
水吸收的热量为： ；
消耗的电能；
烧开一壶水需要的时间：。
例4、（1）3A；（2）9.9×105J；（3）2.1min
【解析】解：（1）当开关S和S1均闭合时，电阻R1与R2并联，电路的总电阻最小，电饭煲的功率较大，由图丙可知，此时电路的总功率P=660W，由P=UI可得，电路中的总电流
（2）由电路图可知，当开关S和S1均闭合时，电路为R1与R2并联，电饭煲的功率较大，只闭合开关S、断开S1时，电路为R1的简单电路，电饭煲功率较小，则电阻R2的电功率
P2=P-P′=660W-440W=220W
由可得，电阻R2的阻值
由图丙可知，0~30min内电饭煲功率最大时工作的时间和功率较小时的工作时间
t=15min=900s
则0~30min电饭煲产生的总热量 Q=W+W′=Pt+P′t=660W×900s+440W×900s=9.9×105J
（3）电饭煲正常工作时，由图丙可知，电饭煲从开始工作到S1第一次自动断开时的时间
t1=10min=600s
此过程中产生的热量 Q′=W=Pt1=660W×600s=3.96×105J
电饭煲最大功率时电路中的总电阻
因在不同电压下，电饭煲从开始工作到S1第一次自动断开产生的热量相同，所以由可得，在实际电压是200V时电饭煲工作的时间
所以从开始工作到S1第一次自动断开需要的时间比在额定电压时使用多用的时间
Δt=t2-t1=12.1min-10min=2.1min
答：（1）S和S1均闭合时，电路中的总电流为3A；
（2）R2的阻值为220Ω，0~30min电饭煲产生的总热量为9.9×105J；
（3）从开始工作到S1第一次自动断开需要的时间比在额定电压时使用多了2.1min。
1.（1）由表中数据可知，足浴盆的额定加热功率880W，由P＝UI可得，额定加热电流I加热＝ ＝4A。
（2）由电路图可知，S接b时只有R2接入电路中，电路中电阻较小，电源电压一定，由P＝ UI 可知，此时电路的功率较大，为加热状态；S接a时两电阻串联，电路中电阻较大，功率较小，为保温状态。由欧姆定律可得，R2＝ ＝55Ω，保温状态下，由串联电路的特点和P＝ UI 可得，总电阻R总＝ ＝484Ω，则R1＝R总－R2＝484Ω－55Ω＝429Ω。
（3）由图乙可知，表盘转过30转时，足浴盆消耗的电能W＝ kW·h＝ kW·h；此时足浴盆加热的实际电功率P实＝ ＝0.6kW＝600W。
【解析】（1）根据表格确定足浴盆加热时的功率，然后根据公式 计算加热电流；
（2）首先根据公式判断出加热和保温时开关的闭合情况，然后根据 计算出R2的阻值；再根据 计算出二者串联时的总电阻，最后根据R1＝R总－R2计算出R1的阻值即可；
（3）首先根据计算出足浴盆消耗的电能，再根据公式计算出足浴盆的实际功率。
2.（1）内(或热)
（2）C
（3）解；P=20W=0.02kW
t=W/P=1kW·h/0.02kW=50h
（4）低温档时，R1和R2是串联的
R总=U2/P低=(220V)2/20W=2420Ω
R1=R总-R2=2420Ω-1210Ω=1210Ω
中温档时，电路中只有电阻R2工作
P中=U2/R1= (220V)2/1210Ω=40W
【解析】（1）根据能量转化的知识解答；
（2）根据乙图确定电流的路径，从而确定电阻的串并联关系即可；
（3）根据公式计算出低温档工作的时间；
（4）低温档时，R1和R2是串联的，此时电阻最大，功率最小。首先根据计算出总电阻，再根据 R1=R总-R2 计算出R1的阻值。中温档时，电路只有R1工作，根据公式计算出此时的电功率即可。
【解答】（1）座圈加热时，把电能转化为内(或热)能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时， 如下图所示，两个电阻为并联，则该座圈的电路相当于C。
3.（1）5V；（2）250J；（3）7.5W
【解析】解：（1）由题和图乙可知，只闭合S1时，只有R1连入电路中，此时杯垫处于保温状态，电路中的电流是0.5A，由欧姆定律可得，杯垫工作时的电源电压
（2）保温100s产生的热量
（3）由题和图乙可知，S1、S2同时闭合时，两电阻并联，杯垫处于加热状态，干路电流为1.5A，则杯垫加热时消耗的电功率
答：（1）杯垫工作时的电源电压是5V；
（2）保温100s产生的热量是250J；
（3）杯垫加热时消耗的电功率是7.5W。
4.（1）18Ω；（2）180J；（3）开关S2闭合、S1和S3断开，1.2W
【解析】解：（1）由
可得，灯L正常发光时的电阻
（2）只闭合S1、S3时，L与R并联，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，电阻R在60s内产生的热量
（3）由电路图可知，只闭合S2时，R与L串联，电路中的总电阻最大，电路的总功率最小，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路的最小功率
答：（1）灯L正常发光时的电阻是18Ω；
（2）只闭合S1、S3时，电阻R在60s内产生的热量是180J；
（3）开关S2闭合、S1和S3断开时，整个电路消耗的电功率最小，最小电功率为1.2W。
5.（1）12Ω；（2）48W；（3）8640J
【解析】解：（1）S接3位置时，电路为R1、R2的串联电路，总电阻较大，电源电压不变，根据可知，总功率较小，座椅垫处于“低温”挡，根据可知，总电阻为
根据电阻串联的特点可知电热丝R1的阻值为
（2）S接2位置时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，电源电压不变，根据可知，总功率较大，座椅垫处于“高温”挡，根据可知，“高温”挡的功率
（3）座椅垫高温挡工作3min，电流做的功为
答：（1）电热丝R1的阻值是12Ω；
（2）“高温”挡的功率为48W；
（3）座椅垫高温挡工作3min电流做了8640J的功
1.（1）内能（热能）
（2）
（3）P1: P2 =R2: R1 P2 = =800W/4=200W
P总=800W+200W=1000W
Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×4kg×100℃=1.68×106J
Q=Pt t=Q/P=1.68×106J/1000W =1.68×103S
答：需要加热 1.68×103S
【解析】（1）根据能量转化的知识分析解答；
（2）已知加热功率和电压，根据公式 计算电阻丝的阻值；
（3）根据图片可知，电阻R1与R2并联，根据“ R2=4R1 ”和“并联电路中，功率与电阻成反比”计算出R2单独工作时的电功率，然后将二者的功率相加得到电压力锅的总功率。根据Q=cmΔt计算出骨头汤需要吸收的热量，最后根据计算需要的时间。
2.（1）已知最大功率P1＝1210W，所以正常工作时的最大电流I1＝ ＝5.5A。
（2）由图像可知，豆浆机正常工作一次电热管工作时间t1＝9min，电动机工作时间t2＝2min，消耗的电能W＝P1t1＋P2t2＝1210W×9×60s＋120W×2×60s＝667800J。
（3）豆浆机2min内消耗的电能W＝ kW·h＝ 1.2×105J，
豆浆机实际功率P＝ ＝1000W，
电热管电阻R＝ ＝40Ω，
电路实际电压U＝ ＝200V。
【解析】（1）功率最大时电流最大，从表格中找到最大功率，然后根据 计算工作时的最大电流；（2）根据丙图，根据功率的大小确定加热管工作的时间和电动机工作的时间，分别根据公式W=Pt计算出消耗的电能，最后将它们相加即可；
（3）首先根据计算出消耗的电能，再根据公式计算出豆浆机的实际功率，接下来根据电热管的额定功率和额定电压利用公式P=计算出电热管的电阻，最后根据U2=PR计算电路实际电压。
3.（1）6A；（2）110Ω；（3）3.696×105J
【解析】解：（1）由图丙可知，电饼铛加热时的功率1.32kW，由可得，该电饼铛正常加热时的总电流
（2）由图丙可知，电饼铛保温时的功率0.44kW，由题意可知，开关S闭合、S1断开时，电路为R2的简单电路，电路的总电阻较大，由可知，电功率较小，电饼铛处于保温状态，由可得，R2的电阻
（3）由图丙可知，本次烙饼加热的时间4min，保温时间2min，由可得，本次烙饼共消耗的电能
答：（1）该电饼铛正常加热时的总电流为6A；
（2）R2的电阻为110Ω；
（3）本次烙饼共消耗的电能为3.696×105J。
4.（1）40Ω；（2）160Ω；（3）1210W，1512.5W
【解析】解：（1）根据电路图可知，当S1断开，S2在A时，R1和R2串联，电路总电阻最大，由可知，此时电路为保温挡；当S1闭合，S2在A时，电路为R1的简单电路，电路总电阻较大，此时电路为中温挡；当S1闭合，S2在B时，R1和R2并联，电路总电阻最小，此时电路为高温挡。由图丙可知，中温挡加热的时间
消耗的电能
则中温挡加热时的实际功率
由可知，R1的阻值
（2）已知保温挡额定功率为242W，则R1和R2串联后的总电阻
因串联电路的总电阻等于各分电阻之和，所以R2的阻值
（3）电水壶的中温挡额定功率
高温挡额定功率
答：（1）电阻R1的阻值为40Ω；
（2）电阻R2的阻值为160Ω；
（3）该电水壶的中温挡额定功率为1210W，高温挡额定功率为1512.5W。
2022-2023学年上学期浙教版科学九年级“精讲精练”讲义（十八）
电热器
知识精讲
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