资源简介 (共50张PPT)模块五 电磁学第20讲 测量电功率 电流的热效应模块五 电磁学数据记录 课标要求1数据剖析 重难突破3数据透视 实验剖析4栏目导航数据聚焦 考点梳理2数据链接 真题试做5数据记录 课标要求1内容要求1.通过实验,掌握测量小灯炮电功率的方法。2.通过实验,了解焦耳定律。能用焦耳定律说明生产、生活中的有关现象。定义电热的利用和防止电功电功率电流的热效应定义影响因素数据聚焦 考点梳理2焦耳定律基本公式电热和电功的关系1.定义电流通过导体时将 转化为 的现象叫做电流的热效应。2.影响因素(1)在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越 。(2)在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越 ,这个电阻产生的热量越多。考点 1 电流的热效应考点精讲多内能电能大考点 2 焦耳定律1.定义电流通过导体产生的热量跟 成正比,跟 成正比,跟 成正比。2.基本公式Q=I2Rt(普遍适用);导出公式:Q=W=Pt=UIt= t= I2Rt(纯电阻适用)。3.电热的利用和防止(1)电热的利用——电热器 (2)电热的防止 电流的平方导体的电阻通电时间原理:电流的热效应示例:电饭锅、电烤箱、电熨斗、电热水壶等危害:烧坏用电器,加速绝缘材料的老化,造成输送电能过程中电能损失防止:安装散热风扇;安装散热片;安装散热窗等4.电热和电功的关系(1)纯电阻电路中,电流做的功全部转化为内能,公式Q=W=Pt=UIt=I2Rt= t都适用。例如,电热水器、电炉等。(2)非纯电阻电路中,电流做的功大于电热,电能一部分转化为内能,还有一部分转化为其他形式的能,此时W>Q。在非纯电阻电路中,计算电功只能用W=UIt,计算电热只能用Q= I2Rt。1.测小灯泡电功率不能求平均值,但测小灯泡电阻值时应多次测量求平均值,减小误差。 ( )2.额定功率大的灯泡不一定更亮。 ( )3.电饭煲的电热丝最好选用超导材料。 ( )4.两根电热丝接入同一电路,电阻值大的相同时间产生的热量多。 ( )5.电流通过某一导体产生的电热与流经这一导体的电流的平方成正比。( )6.焦耳定律可以直接实验验证。 ( )易错速判××√×√√数据剖析 重难突破3重难点 焦耳定律挡位类计算重难点 焦耳定律挡位类计算额定电压 220 V高温挡电路功率 1 100 W低温挡电路电流 2 A例 某手工兴趣小组的同学们,在老师的带领下自制了一台电烤箱,设计的简化电路图如图所示,R1、R2均为电热丝,当开关S2接通或断开时,电烤箱的挡位不同。其中部分参数如下表所示。12例(1)电烤箱在高温挡正常工作100 s产生的热量是多少 (2)电烤箱在低温挡正常工作时,R2的功率是多少 解:(1)P= 可知,电烤箱在高温挡正常工作100 s产生的热量Q=W=Pt=1100 W×100 s=1.1×105 J。解:当开关S1、S2都闭合时,只有R1工作,当开关S1闭合,S2断开时,R1、R2串联,根据串联电路的电阻特点可知,串联电路的总电阻大于任一分电阻;由P= 可知,电压相等时,只有R1工作时,电阻最小,电功率最大,为高温挡,R1的阻值R1= ==44 Ω;当R1、R2串联时,电阻最大,电功率最小,为低温挡,低温挡的电功率P低=UI低=220 V×2 A=440 W;此时R1的实际功率P1=I低2R1=(2 A)2×44 Ω=176 W;电烤箱在低温挡正常工作时,R2的功率P2=P低-P1=440 W-176 W=264 W。 R112例(3)在用电高峰,同学们关闭其他用电器,只让电烤箱处于高温挡工作400 s,参数为3 000 r/(kW·h)的电能表转盘转了297转,则此时的实际电压为多少 解:由题可知,电能表转盘转了297转,电烤箱消耗的电能W==0.099 kW·h=3.564×105J;电烤箱的实际功率P===891 W,由P=可知,此时的实际电压U实===198 V。12例方法指导电热器的挡位问题:对于电热器,计算电阻、计算电功率或分析挡位时,一般用推导式P= 。家用电热器的电压都是220 V,由P=可知,电路总电阻越小,加热总功率就越大,就处于加热状态;电路总电阻越大,加热功率就越小,就处于保温状态。总体可分为两类:一类是并联型,单电阻时是保温状态,双电阻时是加热状态;一类是串联型,单电阻时是加热状态,双电阻时是保温状态。12例对应练习 1.(多选)(2022·遵义红花岗区模拟)如图所示的是某电热水器的简化电路图,其工作电压为220 V,容积为1 L,有高、中、低三挡,功率分别为1 100 W、550 W和275 W,则下列选项正确的是[ρ水=1×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃),g=10 N/kg]( )A.R1与R2的阻值相等,阻值都是88 ΩB.当开关S1断开,S2接A时,养生壶处于中温挡C.养生壶处于中温挡时,工作电流为2.5 AD.在标准大气压下,使用高温挡5 min就能将初温为20 ℃的一满壶水烧开(不考虑热量的损失)AC12例额定电压 220 V额定功率 低温挡 440 W中温挡 1 760 W高温挡 2.(2022·毕节三模)图甲是一个家用电暖器,有“低温”“中温”“高温”三挡,铭牌见下表(“高温”挡功率空出),图乙为其简化的电路原理图,S是自我保护开关,电暖器跌倒时,S自动断开,切断电源,保证安全,闭合S1为“低温”挡。请回答下列问题: 12例(1)“低温”挡正常工作时的电阻是多少 (2)“高温”挡正常工作时的总功率和总电流是多少解:单独闭合S1为“低温”挡,此时R1单独接入电路,由P=可得,“低温”挡正常工作时的电阻R1===110 Ω。解:单独闭合S1为“低温”挡,此时R1单独接入电路;单独闭合S2为“中温”挡,此时R2单独接入电路;S1、S2同时闭合为“高温”挡,此时R1、R2并联,则P高温=P低温+P中温=440 W+1 760 W=2 200 W,根据P=UI可得,“高温”挡时正常工作的电流I===10 A。12例(3)若某房间内空气质量为60 kg(保持不变),空气温度为10 ℃,设定空气的比热容约为1.1×103 J/(kg·℃)且保持不变,用该电暖器的“高温”挡正常工作一段时间后,房间空气温度升到30 ℃,假设放出热量的50%被房间内的空气吸收,那么该电暖器工作了多长时间 解:空气吸收的热量Q吸=cmΔt=1.1×103 J/(kg·℃)×60 kg×(30 ℃-10 ℃)=1.32×106 J,根据η=可得,电暖器放出的热量W===2.64×106 J,根据P=可得“高温”挡正常工作的时间t===1 200 s=20 min。12例数据透视 实验剖析4实验 24 测量小灯泡的电功率实验 25 探究影响电流热效应的因素实验 24 测量小灯泡的电功率实验器材 电源、电流表、电压表、开关、小灯泡、滑动变阻器、导线 实验原理 实验操作 连接好电路,闭合开关,通过调节滑动变阻器的滑片来改变小灯泡两端的电压(即电压表的示数),使电压表的示数分别等于小灯泡的额定电压、等于小灯泡额定电压的1.2倍、低于小灯泡的额定电压,观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数 P=UI利用公式P=UI分别计算出三种情况下小灯泡的电功率,比较三次小灯泡的发光情况与小灯泡的电功率的关系 实验分析 (1)滑动变阻器的作用:保护电路;改变电路中的电流,改变小灯泡两端的电压 (2)多次测量的目的:测量小灯泡在不同电压下的实际功率 (3)电压表示数较小时小灯泡不亮的原因:小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率,小灯泡的实际功率小,不足以引起灯丝发光(4)移动滑动变阻器的滑片,电压表示数始终达不到U额的原因:滑动变阻器最大阻值太大或电源电压太小评估与改进 (1)不能用多次测量求出的平均值作为小灯泡的额定功率的原因:小灯泡在不同电压下的实际功率不同,不能求平均值(2)电流表、电压表的内阻对测量结果的影响(U额已知):电压表测小灯泡两端的电压,电压表测量值准确,电流表测量值偏大,导致小灯泡电功率测量值偏大(3)相同额定电压下LED灯比小灯泡亮的原因:LED灯的电能转化为光能的效率比小灯泡高得多实验 结论 当U实=U额时,P实 P额,小灯泡正常发光;当U实>U额时,P实 P额,小灯泡发光较亮;当U实<>=方法 电路原理图 直接测量的物理量 小灯泡额定功率表达式安 阻 法 闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表A1、A2的示数分别为I1、I额 P=I1R0I额 只闭合开关S1,调节滑动变阻器,使电流表示数为I额;断开开关S3,闭合开关S1、S2,电流表示数为I1 P=(I1-I额)R0·I额拓展:特殊方法测小灯泡的额定功率用单一电表测小灯泡额定功率的方法 伏 阻 法 闭合开关S,调节滑动变阻器,使电压表V1、V2的示数分别为U1、U额方法 电路原理图 直接测量的物理量 小灯泡额定功率表达式伏 阻 法 只闭合开关S、S2,调节滑动变阻器,使电压表示数为U额;保持滑片位置不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,电压表示数为U1续表 保持电源电压U不变,闭合开关S,调节电阻箱至恰当数值,使电压表示数为U额,记录此时电阻箱的阻值R01.(2022·贵阳模拟)小明探究“电流一定时,导体消耗的电功率与导体电阻的关系”,现有实验器材:稳压电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱(符号为 )、开关及若干导线。 (1)核心素养·质疑创新为了完成此探究实验,请你在图甲的虚线框内将实验电路图补充完整;若连接电路后,闭合开关,发现电压表的指针偏转如图乙所示,其原因可能是 。电压表正负接线柱接反了针对训练(2)实验中利用公式 计算电阻箱阻值不同时消耗的电功率,实验过程需要记录的物理量有电阻箱两端电压U、通过电阻箱的电流I和_______________。(3)在实验中,小明需多次改变电阻箱的阻值进行测量,每改变一次阻值,都必须移动滑动变阻器的滑片来控制 ,多次改变电阻箱阻值的目的是 。(4)完成上述实验后,小明又从实验室借了一个额定电压为2.5 V的小灯泡和一个单刀双掷开关,设计了如图丙所示的实验电路图来测量小灯泡的额定功率,实验如下:闭合开关S1,将开关S2拨到触点2,把电阻箱调到10Ω,刚好使电压表的示数为2.5 V;再将开关S2拨到触点1,读出电压表的示数为4.5 V,小灯泡额定功率P= W。0.5P=UI的阻值R寻找普遍规律电流不变电阻箱实验 25 探究影响电流热效应的因素实验探究 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 实验操作 将两容器中的电阻丝(两电阻丝的阻值不同)串联起来接到电源两端,通电一段时间后,观察左、右两边U形管中液面的高度 按实验装置连接电路,在通电时间相同的情况下,观察左、右两边U形管中液面的高度转换控制电量实验 25 探究影响电流热效应的因素实验分析 1.通过比较U形管液面高度差判断电阻产生热量的多少 2.选择加热物质的要求:物质种类相同、质量相同、初温相同 电阻串联的目的是控制 和 相同 将等大的电阻串联,然后再将第三个电阻与其中一个并联,目的是改变通过电流的大小电流通电时间评估与改进 1.被加热的物质选用空气的好处:空气的比热容小,效果明显且安全方便 2.若用温度计和液体来做该实验,应选煤油,因为煤油的_________较小;两烧瓶中煤油的 __要相同;通过观察温度计的 __ 来判断电热的多少 实验 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 续表大 比热容示数变化质量大 2.(2022·贵阳模拟)为了探究电流产生的热量跟什么因素有关,王军设计了如图所示的甲、乙两种装置,他将两根阻值不同的电阻丝(R1 (1)实验中通过 变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少。(2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系,电路中将两根金属丝串联的目的是 相等。电阻气球膨胀的程度控制电流和通电时间针对训练(3)在装置甲、乙的两次实验中,通过比较相同时间里气球B与D的变化情况,可探究电流产生的热量与 的关系。(4)甲、乙两装置同时实验,在相同的通电时间里,与 (填气球字母标号)气球相通的电阻丝产生的热量最多。(5)电烘箱高温和低温两挡的调节是通过改变接入电路中电阻丝的长度来实现的。由上述实验可知,低温挡接入电路的电阻丝比高温挡要 (选填“长”或“短”)一些。C长电流5数据链接 真题试做命题点 1 焦耳定律的理解与应用(2018~2023)命题点 2 电功与热量的综合计算命题点 3 测量小灯泡的电功率命题点 4 电流的热效应及相关探究命题点 1 焦耳定律的理解与应用 (贵阳3考)1.(2022·黔东南州11题,3分)某款无接触式的热风干手器,手伸向出风口时可吹出温度为35 ℃~45 ℃的热风,内部电路由控制电路和工作电路两部分构成,简化电路如图所示,控制电路中R为光敏电阻。闭合S,当手伸向出风口时,R的阻值会 (选填“增大”“不变”或“减小”),衔铁被吸下,工作电路开始工作。若干手器的加热电阻丝的阻值为44 Ω,在额定电压下,烘干一次手用时10 s,则烘干手的过程中加热电阻产生的热量为 J,这些热量能使 kg(结果保留两位小数)的水温度升高5 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]1234减小1.1×1040.522.(2020·铜仁34题,3分)如图所示的是两个电阻R1、R2的I-U图象,则R1、R2的阻值之比为 ;若R1两端的电压为3 V,通电2 min时,则R1所产生的热量为 J;若将R1、R2串联接在某电源上,通过R1、R2的电流为0.3 A,则电源电压为 V。12344.52161∶2解:主线路电线在选择时应根据家庭安全用电的需要选择合适粗细的电线;因为家庭中用电器越来越多,用电器的总功率越来越大,根据P=UI可知,干路中的电流越来越大,在主线路电线电阻一定时,根据Q=I2Rt可知,在相同时间内,电线产生的热量越多,容易引起火灾;为了避免这一安全隐患,应减小主线路电线的电阻,且电线越粗,其电阻越小,所以主线路电线在选择时应根据家庭安全用电的需要选择合适粗细的电线。3.(2020·贵阳19题,3分)现代家庭中用电器越来越多,若家庭电路的主线路(进户线)电线选择不当,会带来许多麻烦甚至是安全隐患。根据家庭安全用电的需要,你认为主线路电线在选择时应考虑哪些因素 请写出一个因素并说明原因。4.(2021·黔西南州14题,4分)如图所示,取口香糖锡纸,剪成条状,将锡纸条带锡的一端接在电池的正极,另一端接在电池的负极,很快发现纸条中间开始冒烟起火,请从物理学的角度解释其原因。1243解:因为锡属于金属,因此具有导电性,将锡纸条带锡的一端接在电池的正极,另一端接在电池的负极,形成了电源短路,电路中的电流较大,由Q=I2Rt可知,电路中迅速产生大量热量使温度达到锡纸的着火点而使之燃烧。56875.(2022·毕节40题,9分)如图甲所示的是某茶具上煮茶器的电路原理图,R1是加热电阻,R2是保温时的分压电阻,S为电源开关,S1为自动温控开关。S、S1都闭合时,煮茶器处于加热状态;当水沸腾后,S1会自动断开,转为保温状态。煮茶器工作过程中的P-t图象如图乙所示,不计电阻值随温度的变化。求: (1)电阻R1的阻值。命题点 2 电功与热量的综合计算 (遵义3考,毕节4考)解:(1)由电路图可知,S、S1都闭合时,R2被短路、电路中只有R1工作,此时煮茶器处于加热状态,根据图象可知,加热时的电功率P加=1100 W,根据P = 可知,R1= ==44 Ω。5687(2)当煮茶器处于保温状态时,R1的电功率。(3)当煮茶器处于保温状态时,电阻R2在100 s内消耗的电能。解:由欧姆定律可知,保温状态时R1两端的电压U1=I1R1=0.2 A×44 Ω=8.8 V,根据串联分压的特点可知,R2两端的电压U2=U-U1=220 V-8.8 V=211.2 V,当煮茶器处于保温状态时,电阻R2在100 s内消耗的电能W2=U2I2t=211.2 V×0.2 A×100 s=4 224 J。解:当S闭合、S1断开时,R1、R2串联,此时为保温状态,由图象可知,保温功率P保=44 W,由P=UI可知,保温状态时的电流I保= = =0.2 A,根据串联电路的特点可知,通过R1的电流I1=I2=I保=0.2 A ,当煮茶器处于保温状态时,R1的电功率P= I12R1=(0.2A)2×44 Ω=1.76 W。5687热风温度 50~75 ℃额定功率 热风时:990 W冷风时:110 W额定电压 220 V质量 0.5 kg6.(2018·遵义38题,9分)小华家买了一个家用电吹风,其简化电路如图所示,主要技术参数如下表。电吹风在额定电压下工作,请解答如下问题:解:当吹冷风时,只有电动机工作,P1=110 W,由P=UI可得,通过电动机的电流I1= = =0.5 A。5687(2)电热丝工作时的电阻是多大 解:电吹风吹热风时,电动机和电热丝同时工作,电动机与电热丝并联,电热丝的电功率P2=P-P1=990 W-110 W=880 W,由P= 可得,电热丝的电阻值R2= = =55 Ω。解:30 min=1 800 s内电流通过电动机产生的热量Q1= I12R1t=(0.5 A)2×1 Ω×1 800 s=450 J。(3)电吹风内电动机的电阻是1Ω,电吹风吹冷风30 min产生的热量是多少 56877.(2020·毕节39题,8分)如图所示,电源电压恒定不变,小灯泡L标有“2.5 V 0.75 W”的字样,R1、R2为定值电阻,其中R1=25 Ω,R2=35 Ω,当S1、S2都断开时,小灯泡正常发光。(忽略温度对电阻的影响)(1)求电源电压。解:当S1、S2都断开时,小灯泡L与R1串联,小灯泡正常发光,根据小灯泡L标有“2.5 V 0.75 W”,电路中的电流I=IL= = =0.3 A ,由I= 可得,R1两端的电压U1=IR1=0.3 A×25 Ω=7.5 V,电源电压等于小灯泡两端的电压与R1两端的电压之和,则电源电压U=UL+U1=2.5 V+7.5 V=10 V。5687(2)当S1闭合,S2断开时,求电流表示数的大小。(3)当S1、S2都闭合时,求整个电路通电210 s产生的热量。解:当S1闭合,S2断开时,只有R1接入电路,由I= 可得,电流表的示数I1= = =0.4 A。解:当S1、S2都闭合时,R1、R2并联,通电210 s,R1、R2产生的热量分别为Q1= t= ×210 s=840 J、Q2=t= ×210 s=600 J,整个电路通电210 s产生的热量Q=Q1+Q2=840 J+600 J=1 440 J。56878.(2021·铜仁26题,11分)图甲是小明家的电饭锅及电路原理图,该电饭锅有高温和保温两挡。由开关S进行调节。已知R0与R为电热丝,现将电饭锅接在220 V的电源上,使用高温挡工作时,电饭锅功率为1000 W;使用保温挡工作时,电饭锅功率为440 W。[已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)]根据相关知识,回答下列问题: (1)饭煮熟后,开关S将 (选填“闭合”或“断开”)。(2)电热丝R的阻值为多少 解:由公式P= 可知,开关S闭合时,电阻R被短路,电路中的电阻最小,电路的电功率最大,电饭锅处于高温挡;开关S断开时,两电阻串联,电路中的电阻最大,电路的电功率最小,电饭锅处于保温挡。由公式P= 可知,R0= = =48.4 Ω,保温时的总电阻为R总= = =110 Ω,根据串联电路电阻的规律可知,R=R总-R0=110 Ω-48.4 Ω=61.6 Ω。断开5687(3)用此电饭锅高温挡将质量为1 kg、温度为25 ℃的水加热,使锅中水温升高60 ℃,需用时5 min,求此加热过程中电饭锅的加热效率。(4)如图乙所示,电能表上有一个参数模糊不清,小明把家中其他用电器断开仅使用电饭锅,调至高温挡烧水5 min,电能表的转盘转了250转,则电能表上模糊的参数应该是多少 解:水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×60 ℃=2.52×105 J,由P= 可得,消耗的电能W=P高t=1 000 W×5×60 s=3×105 J,电饭锅高温挡的加热效率η= = =84%。解:电热水器消耗的电能W=P高温t=1000×10-3 kW× h= kW·h,则电能表的参数N= =3 000 r/(kW·h)。命题点 3 测量小灯泡的电功率(贵阳2017.25,遵义2022.33)9.(2022·遵义33题,6分)某同学用如图甲所示的实物图测量额定电压为2.5 V的小灯泡的电功率,其中电源为两节新干电池。 (1)请用笔画线代替导线帮该同学完成电路连接。(2)正确连接电路后,闭合开关,调节滑动变阻器。当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示。此时小灯泡的电功率为 W。(3)该同学还想利用此电路探究“电流与电阻的关系”,他分别用5 Ω、10 Ω、15 Ω和20 Ω的定值电阻替换小灯泡,并控制定值电阻两端电压始终为1.5 V,则要完成实验,所用滑动变阻器的最大阻值不小于 Ω。0.82010.(2021·贵阳25题,10分)小明在探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验中,提出了下列猜想:A.与通电时间有关 B.与电阻大小有关C.与电压大小有关 D.与电流大小有关实验器材有阻值不同的电阻丝若干、蓄电池、火柴、开关和导线若干。请回答下列问题:命题点 4 电流的热效应及相关探究(贵阳2021.25)(1)探究猜想A时,将某一电阻丝接入电路,保证安全的情况下使火柴头充分接触电阻丝,闭合开关一段时间后火柴头才燃烧,这一现象说明:①电阻丝产生的热量通过 的方式传递给火柴头。热传递②电阻丝产生的热量与通电时间 (选填“有关”或“无关”)。(2)探究猜想B时,如图所示,将10 Ω和20 Ω的电阻丝串联接入电路,把两根相同的火柴头分别接触电阻丝(设火柴头与整根电阻丝接触)。①小明思考,若相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧,据此能否判断该电阻丝产生的热量多 (选填“能”或“不能”)。②闭合开关较长时间后,发现两电阻丝均发热,但火柴头都没有燃烧。在不改变电源电压的情况下,选择下列哪组电阻丝进行实验更可行 (填字母序号)A.20 Ω 30 ΩB.15 Ω 15 ΩC.5 Ω 25 Ω能有关C(3)核心素养·质疑创新小明通过上述实验发现:电阻越大,电流产生的热量越多。评估该实验时小明认为:串联电路中不同阻值的电阻两端所分电压不同,那么电流产生的热量与电阻大小有关的结论似乎不可靠。如果改变两电阻丝的连接方式,能否合理完成对猜想B的方案设计 。请你说明理由__________________________________________________________。两电阻并联时,电压相同,由于电阻不同,电流也不同,不能控制电流相不能 展开更多...... 收起↑ 资源预览