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(共25张PPT)
课时 21　焦耳定律
第七单元　电与磁
考点知识聚焦
考点一　电流的热效应
定义 　电流通过导体时　　　　转化内能的现象
探究课题:电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关 实验装置
探究方法 　　　　　　　　　、转换法
电能
控制变量法
考点知识聚焦
实验设计 　①在电流和电阻相同时,探究电热与通电时间的关系;
　②在电流和通电时间相同时,探究电热与电阻的关系(电路设计:两阻值不同的电阻串联,目的是控制电流和通电时间相同,如图甲);
　③在电阻和通电时间相同时,探究电热与电流的关系(电路设计:将阻值相同的电阻分别放在并联电路的干路和支路上,如图乙)
结论 　①在电阻、电流相同的情况下,通电时间越长,产生的热量越　　　　;
　②在电流、通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越　　　　;
　③在电阻、通电时间相同的情况下, 通过的电流越大,产生的热量越　　　
实验说明 　①两装置的密闭容器中,空气的初温相同、质量相等;
　②选用空气的原因是:空气比热容　　　,在相同条件下吸热,温度升高快,易进行观察;空气是绝缘体,　　　导电
多
多
多
小
静止
考点知识聚焦
正比
考点二　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　　　　,跟导体的电阻成　　　　,跟通电时间成　　　　
公式 　①数学表达式:　　　　(适用于所有电路)。
　②对于纯电阻电路可推导出:
正比
正比
Q=I2Rt
考点知识聚焦
考点三　电热与电能的关系
物理量 电能(电功) 电热
计算公式 　W=UIt 　Q=I2Rt
快慢程度 　P电=UI 　P热=I2R
关系 　在纯电阻电路中:W=Q,P电=P热; 　在非纯电阻电路中:W>Q,P电>P热 考点知识聚焦
考点四　电热的利用和防止
1.利用:电炉、电饭锅、电热毯等。
2.防止:散热窗、散热片、散热孔等。
考点知识聚焦
/知识纵横/
纯电阻电路与非纯电阻电路中的公式应用
　　　种类 公式　 物理量　　　 纯电阻电路 非纯电阻电路
电能 　 　W=UIt=P电t
电功率
电热 　 　Q=I2Rt=P热t
发热功率 　P热=I2R
例1 在赤峰市某中学科技小制作活动中,小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯,原理图如图21-1所示。其中灯泡L上标有“6 V　6 W”字样。当开关S接a时,L恰好正常发光;当开关S接b时,L中的电流为0.2 A。R1为定值电阻,且电源电压和小灯泡L电阻保持不变。求:
(1)小灯泡L的电阻及电源电压。
(2)R1的阻值。
(3)开关S接b时,小灯泡L的实际功率。
(4)开关S接b时,10 s内R1上产生的热量。
热点考向探究
探究一　动态电路的电热计算
图21-1
(2)R1的阻值。
热点考向探究
(3)开关S接b时,小灯泡L的实际功率。
热点考向探究
(4)开关S接b时,10 s内R1上产生的热量。
变式如图21-2所示的电路中,电源电压和灯L的电阻均保持不变,灯L标有“9 V　9 W”字样。
(1)求灯L正常发光时的电阻。
(2)当R的滑片P位于a端,闭合S1、断开S2时,灯L两端的实际电压为额定电压的,求此时灯L工作1 min所消耗的电能。
(3)当R的滑片P位于中点c,闭合开关S1、S2时,电流表的示数为3 A,求滑动变阻器消耗的电功率。
热点考向探究
图21-2
(2)当R的滑片P位于a端,闭合S1、断开S2时,灯L两端的实际电压为额定电压的,求此时灯L工作1 min所消耗的电能。
热点考向探究
(3)当R的滑片P位于中点c,闭合开关S1、S2时,电流表的示数为3 A,求滑动变阻器消耗的电功率。
热点考向探究
(3)当R的滑片P位于中点c,闭合开关S1、S2时,其等效电路图如图所示,
热点考向探究
例2如图21-3所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能转化成内能。已知线圈电阻为1.5 Ω,电动机正常工作时,通过线圈的电流为2 A,物体质量为540 g,以10 m/s的速度匀速上升。不计绳的重力和一切摩擦。物体上升20 s的过程中,求:(g取10 N/kg)
(1)电压表的示数。
(2)电流通过线圈产生的热量。
(3)提升物体的有用功。
(4)电动机的工作效率。
热点考向探究
探究二　非纯电阻的电热计算
图21-3
(1)电压表的示数。
热点考向探究
(3)提升物体的有用功。
热点考向探究
(2)电流通过线圈产生的热量。
(4)电动机的工作效率。
【点拨】 在纯电阻电路中,消耗的电能全部转化为电热,即W=Q,此时公式W=UIt、W=I2Rt、 可以通用;在电动机、电解槽等非纯电阻电路中,消耗的电能只有很少一部分转化为电热,此时,计算消耗的电能只能用W=UIt,计算电热只能用Q=I2Rt,且W>Q。(特别要注意公式的适用范围)
热点考向探究
例3 小珊新买了一个电热水壶,其铭牌如图21-4所示,请回答:[水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃),气压为标准大气压]
(1)电热水壶正常工作时的电阻是多少
(2)在额定电压下,不考虑热量损失,用该电热水壶将初温为20 ℃的2 kg的水烧开,需用多长时间
(3)在额定电压下,小珊实际将初温为20 ℃的2 kg的水烧开,用时7 min,则该电热水壶的效率为多少
热点考向探究
探究三　电热器的电热计算
图21-4
(2)在额定电压下,不考虑热量损失,用该电热水壶将初温为20 ℃的2 kg的水烧开,需用多长时间
热点考向探究
(3)在额定电压下,小珊实际将初温为20 ℃的2 kg的水烧开,用时7 min,则该电热水壶的效率为多少
例4 容积为1 L的某品牌电热水壶如图21-5甲所示,其加热功率为1000 W,保温功率为121 W,简化电路如图乙所示,S为加热和保温自动转换开关。在标准大气压下,该电热水壶正常工作,将一满壶初温为20 ℃的水烧开,此过程中电热水壶的效率为70%。求:[已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)]　
(1)电阻R2的阻值。
(2)在此过程中,水吸收的热量。
(3)烧开一壶水需要的加热时间。
热点考向探究
图21-5
(2)在此过程中,水吸收的热量。
热点考向探究
(2)一满壶水的质量
m=ρV=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg,
水吸收的热量Q=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J。
(3)烧开一壶水需要的加热时间。
例小明同学在探究“电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关”的实验中,采用了如图21-6所示的实验装置。请你仔细观察甲、乙两图,回答下列问题。
热点考向探究
突破　探究电热的影响因素
图21-6
(1)实验中,通过观察两个U形管中　　　　　　的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
(2)实验中,两个完全相同的容器中的空气要　　　　(选填“密闭”或“开口”)。
(3)图甲的装置是用来探究电流产生的热量与　　　　　的关系。两个电阻丝的连接方式是　　　　。甲实验通电一段时间后,左侧容器内空气吸收的热量　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)右侧容器内空气吸收的热量。
(4)图甲的实验结论是 　 。
热点考向探究
密闭
液面高度差
电阻
小于
在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流通过导体产生的热量越多
串联
(5)图乙的装置是用来探究电流产生的热量与　　　　的关系。乙实验通电一段时间后,右侧U形管中液面的高度差比左侧的　　　　(选填“大”或“小”)。
(6)图乙的实验结论是 　 。
热点考向探究
电流
小
在电阻和通电时间相同时,电流越大,电流通过导体产生的热量越多

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