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(共55张PPT)
第十八讲·电与热
考点 焦耳定律
　　1.探究电流的热效应
实验 探究 探究电流通过导体时产生的热量跟电阻的关系 探究电流通过导体时产生的热量跟电流的关系
实验 装置
实验 方法 __________法、__________法 设计 方法 通过U形管两侧液面高度的变化判断电阻产生热量的多少 电阻串联的目的是控制__________和__________相同 将阻值相等的两个电阻串联,然后再将第三个电阻与其中一个并联,目的是改变通过__________的大小
结论 在电流、通电时间相同的情况下,电阻越__________,产生的热量越多 在电阻、通电时间相同的情况下,通过的电流越__________,产生的热量越多
转换
控制变量
电流
通电时间
电流
大
大
补充 若该实验用温度计和液体来做,液体应选煤油,因为煤油的__________较小;两烧瓶中煤油的__________和__________要相同;通过观察温度计的__________来判断电热的多少 电流热效应的利用与防止 利用 电热水器、电饭锅、电熨斗、电蚊香、电烙铁等
防止 很多情况下用电器的温度不能过高,要使这些热尽快散去,常装有散热孔或微型风扇等
　　【提示】电流通过用电器,将电能转化为内能的现象叫电流的热效应。电流的热效应是电流的普遍现象。
比热容
初温
质量
示数
　　2.焦耳定律
内容 电流通过导体产生的热量跟___________________成正比,跟__________成正比,跟__________成正比
基本公式 Q=I2Rt
导出公式
电流的二次方
导体的电阻
通电时间
　　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 课堂练习
1.(2020·娄底)下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是 ( )
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
D
2.电烙铁通电一段时间后变得很烫,而连接电烙铁的导线却没有明显发热,这主要是因为( )
A.导线的绝缘皮隔热
B.导线散热比电烙铁快
C.通过导线的电流小于通过电烙铁的电流
D.导线的电阻远小于电烙铁电热丝的电阻
D
3.(2020·福建)下列家用电器中,利用电流热效应工作的是( )
A.电风扇
B.电视机
C.电热水壶
D.电冰箱
C
4.(2022·北京改编)额定电压相同的电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程中消耗的电能W和通电时间t的关系如图所示。关于这三个用电器,下列判断正确的是 ( )
A.正常工作时,电热水壶比电烤箱产生的热量少
B.正常工作时,电热水壶比电饭锅的功率小
C.正常工作时,通过电饭锅的电流最小
D.在一个月内,电热水壶消耗的电能一定最多
C
5.(2020·青岛)甲、乙两个电热器的电阻之比为5∶4,通电相同时间产生的热量之比为5∶1,则通过甲、乙的电流之比为 ( )
A.4∶1 B.1∶4 C.2∶1 D.1∶2
6.(2022·安徽)如图所示,电源电压保持3 V不变,电阻R1=10 Ω、R2=20 Ω。闭合开关S,则通电100 s电阻R1产生的热量为 ______ J。
C
10
7.(2022·齐齐哈尔)如图所示的是“探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置。若探究电流通过导体产生的热量与电流的关系,实验前应选择______(选填“甲”或“乙”)装置。如果甲装置中通过5 Ω电阻丝的电流为0.6 A,则甲装置中10 Ω的电阻丝在1 min内产生的热量是__________ J。
216
乙
8.(2021·齐齐哈尔)如图所示的电路中,接通电源,通电一段时间后,____
(选填“左”或“右”)侧U形管液面高度的变化较大。如果通过甲容器中电阻丝的电流是2 A,则乙容器中电阻丝在1 min内产生的热量是_______ J。
300
左
9.(2020·威海)一款家用电煮锅有加热和保温两个挡位,工作电路如图所示。当开关S1闭合,S2___________(选填“断开”或“闭合”)时,处于加热挡位。若加热时电路中电阻为42 Ω,电路中电流为5 A,加热2 min,不计能量损失,能使质量为2 kg的水从20 ℃升高到_______ ℃[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
闭合
35
10.(2021·绥化)如图所示,为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置,两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。
(1)实验中通过观察_____________________________________________________
______________的变化来反映电阻产生热量的多少。下列实验中,也运用了这种实验方法的是_____(填序号)。
①探究物体的动能跟哪些因素有关 ②探究杠杆的平衡条件
液面的高度差(或液面的高度或两侧液面的高度差或两侧液面的高度)
①
(2)连接好电路后闭合开关,通电一段时间,观察到右侧液面高于左侧液面,如图甲所示,表明在电流和通电时间相同的情况下,_______越大,产生的热量越多。
(3)图中U形管________(选填“是”或“不是”)连通器;乙图中R2与R3并联,目的是使通过R1与R2的_______不同。
(4)某小组在利用乙图装置实验时,发现左右两U形管液面上升高度相同,与其他小组的实验现象都不同,经检查气密性良好。请你分析实验现象不同的原因:______________。
电阻R3断路
电流
不是
电阻
11.(2022·广东)某电热取暖器的简化电路如图所示,R1、R2为发热电阻。取暖器工作时,通过开关S1和S2实现低温、高温的挡位控制。已知高温挡功率为1 320 W,R1=55 Ω。求:
(1)取暖器工作时通过R1的电流;
(2)取暖器处于低温挡时,工作1 min产生的热量;
(3)R2的阻值。
12.(2021·福建)如图所示的是某电蒸锅的内部简化电路图,R1、R2均为发热电阻,R1的阻值为484 Ω,加热挡功率为1 200 W。用此电蒸锅对质量为1.2 kg的水加热使其温度升高75 ℃,需要的时间为375 s,已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)保温挡的功率;
(2)电阻R2的阻值;
(3)电蒸锅的加热效率。
13.(2021·齐齐哈尔)父亲节到了,小明妈妈为爷爷买了一个电热
足浴盆,内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的
加热电阻额定电压为220 V,额定功率为605 W。
(1)该电热足浴盆加热系统是利用电流的________工作的;
(2)小明帮爷爷泡脚前,向足浴盆中加入6 kg初温为20 ℃的水,加热系统的加热电阻正常工作15 min将水加热到40 ℃,求此加热过程中水吸收的热量是多少;[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)求加热系统的加热电阻正常工作15 min消耗的电能是多少;
(4)当小明家的实际电压是200 V时,求加热电阻工作的实际电功率是多少。
(忽略温度对电阻的影响)
热效应
14.(2022·安徽)图甲为某电火锅的铭牌,其内部简化电路如图乙所示,
R1、R2为阻值一定的电热丝,且R1(1)电火锅在低温挡工作时,开关S1、S2分别
处于什么状态
××牌电火锅 额定电压 220 V
额定功率 低温挡 500 W
中温挡 1 000 W
高温挡 1 500 W
(2)求R1∶R2的值;
(3)若家庭电路的电压是220 V,某插座的额定电流是5 A,用该插座仅给电火锅供电,从安全用电和加热快这两个角度综合考虑,应选择哪个挡位 说明理由。
15.(2022·扬州)如图所示为某款电热水龙头电路图,a、b、c、d为四个固定触点,绕O点转动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P置于不同位置时,有冷水、温水和热水三种状态,正常工作时出温水的电功率为1 100 W,出热水的电功率为2 200 W。
(1)求出温水时电路中的电流;
(2)求出热水时2分钟内消耗的电能;
(3)若水龙头只能出冷水和温水,写出电路可能存在的故障。(写出一条即可)
16.(2021·武威)如图甲所示的是某家用多功能电炖锅,深受消费者认可和青睐。它有三段温控功能:高温炖、中温煮和低温熬,图乙是它的简化电路图,下表是该电炖锅的部分参数。
(1)开关S1、S2处于什么
状态,电炖锅为低温挡
说明判断依据;
项目 参数
电源电压(V) 220
中温挡功率(W) 400
高温挡功率(W) 1 100
容积(L) 1
(2)求R1、R2的阻值;
(3)在1标准大气压下,使用高温挡将初温是12 ℃的一锅水烧开,若电炖锅高温挡加热效率为80%,求烧开一锅水需要的时间。[ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃）]
17.(2022·齐齐哈尔)流感期间,一位热心市民为志愿者送来了一个便携式可折叠电热壶,如图甲所示。该型号电热壶额定电压为220 V,具有加热、保温两挡。保温挡的额定功率为200 W,内部简化电路如图乙所示,双触点开关只能在触点1和2、2和3及3和4之间切换。R1、R2是两个阻值不变的发热元件,R2=60.5 Ω,现将此电热壶接到220 V的家庭电路中,求:
(1)当双触点开关接触触点______(选填“2和3”
或“3和4”)时为保温挡;
(2)R1的电阻是多少 加热挡的电功率是多少
2和3
(3)若电热壶内装有0.5 L的水,现用加热挡使水从20 ℃升高到100 ℃,加热效率为80%,则需要加热多少秒 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
18.(2021·青海)酒驾、醉驾会给交通安全带来巨大隐患,便携式酒精测试仪给交警执法带来了极大的便利。如图甲所示,是便携式酒精测试仪的原理图,电源电压恒为3 V,Rp是酒精气体传感器,其阻值随酒精气体浓度变化的规律如图乙所示,R0是报警器,其电阻值恒定为50 Ω。问:
(1)当气体中酒精浓度为0时,电路中
的电流是多少 通电10 s,电流产生
的热量是多少
(2)我国法律规定,当每100 mL的气体中酒精浓度大于或等于20 mg、小于80 mg为酒驾,大于或等于80 mg为醉驾。在对某司机的检测中,电压表的示数为2 V,通过计算分析该司机属于酒驾还是醉驾。
课后训练
1.(2023·福建)下列利用电流热效应工作的用电器是 ( )
A.电视机 B.电风扇
C.电脑 D.电炉
D
2.(2023·广西)小明家连接插线板的导线折断后,他把两根导线拧在一起继续使用,用久后发现连接处容易发热,其主要原因是连接处 ( )
A.电阻变小
B.电流比别处电流小
C.电阻变大
D.电流比别处电流大
C
3.(2023·南充)如图所示为电阻R1和R2的I-U图象,下列说法正确的是( )
A.R2的阻值为10 Ω
B.两电阻串联与并联的总阻值之比为9∶4
C.将两电阻串联接入电路,通电后,R1两端电压与R2两端电压之比为1∶2
D.将两电阻并联接入电路,通电1分钟,电流通过R1产
生的热量与电流通过R2产生的热量之比为1∶2
D
4.(2023·南充改编)有一台家用电水壶,如下图所示是其内部电路的简图,R1、R2均为加热电阻,通过旋转旋钮开关可以实现加热和保温两种功能的切换。电水壶加热功率为1 000 W,保温功率为44 W。用此水壶加热初温20 ℃,体积为1 L的水400秒刚好沸腾[忽略温度对电阻阻值的影响,大气压为一个标准大气压,c水=4.2×103 J/(kg·℃),ρ水=1.0×103 kg/m3],则下面分析不正确的是 ( )
A.旋转旋钮开关到“1”时,水壶处于保温挡
B.水吸收的热量为3.36×105 J
C.此热水器加热挡的热效率为84%
D.在保温时,接入电路电阻的阻值为48.4 Ω
D
5.(2023·齐齐哈尔)将电能输送到几百千米之外的用户,在输电线上会有能量的损耗,这主要是由于电流的_____效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5 Ω,输送电流为100 A,每输电1 min,这段线路便会损耗________ J的电能。
3×105
热
6.(2023·广西)如图是简易榨汁杯的电路原理图,工作站有榨汁、加热、保温三挡。当闭合开关_____时,榨汁杯处于榨汁挡;只闭合开关S2时,榨汁杯处于______挡。
S1
保温
7.(2023·成都)小强同学利用家庭实验室中的器材,设计了一个可调节功率的简易“电饭锅”,如图所示,电源电压为6 V,电阻丝R1=5 Ω,
R2=15 Ω,a、b是两个触点。闭合开关S,当开关S1接通触点____时,
“电饭锅”的功率更大。将R2接入电路工作3 min产生的热量是_______J。
a
432
8.(2023·北京)小京用如图所示的电路探究电流通过导体产生的热量与导体的电阻是否有关,其中两个烧瓶完全相同,瓶内装有质量和初温相同的煤油、相同的温度计A和B、阻值不等的电阻丝R1和R2。
(1)该实验采用串联电路可以控制______相同和__________相同;
(2)闭合开关一段时间,两支温度计示数的变化量不相等,实验结论是:__________________________________________________。
通电时间
电流
电流通过导体产生的热量与导体的电阻有关
9.(2023·枣庄)在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中。某兴趣小组猜想:电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关,于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究,如图所示,三个装置的透明容器中各有一段电阻丝,容器中密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。
(1)要探究电热与电阻的关系。应选用________
组合,并将它们_______接到电源两端进行实验。
甲、乙
串联
(2)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,在通电时间相同的情况下,发现乙装置U形管中液面高度变化大,由此可得到的结论是:在电阻相同、通电时间相同的情况下,_______________________________________ 。
(3)实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化,在研究许多物理问题时都会用到这种方法,下列实例采用研究方法与此相同的是_______。
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” D.探究平面镜成像的特点
B
通过导体的电流越大,产生的热量越多
10.(2023·扬州)一款电保温杯垫,如图所示,能使杯垫上杯内的水持续保温在55 ℃左右,功率为16 W。把质量为200 g、初温为51 ℃的水倒入杯中保温,5 min后升高到55 ℃。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求这段时间内:
(1)水吸收的热量;
(2)杯垫消耗的电能;
(3)杯垫给水加热的效率。
11.(2023·新疆)如图所示,电路中电源电压为3 V,闭合开关S后,电流表A的示数为I=0.90 A,电流表A1的示数为I1=0.60 A。求:
(1)通过电阻R2的电流;
(2)电阻 R1、R2的阻值;
(3)整个电路在1min内产生的热量。
12.(2023·齐齐哈尔改编)如图甲所示是一款小型电火锅,通过挡位开关实现高、中、低三挡控温功能。图乙是它的简化电路图,R1、R2、R3均为加热电阻(阻值保持不变)。已知R1的阻值为176 Ω,电火锅的部分参数如下表所示。求:
额定电压 220 V
低温挡功率
中温挡功率 440 W
高温挡功率 1 100 W
(1)R3的阻值是多少
(2)R2的阻值是多少
(3)电火锅在低温挡工作时的功率是多少
(4)某次使用时,用高温挡将1 kg水从20 ℃加热到100 ℃用时5.6 min,该电火锅的实际功率是多少 (不计热损失)

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