资源简介

15.4　焦耳定律　
第1课时　电流的热效应
知识点1　电流热效应
　　　　　　　　　　　　　　　　
1．如图所示，芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有　电阻　，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的　热　效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过　热传递　的方式改变芯片内能。
第1题图　　第4题图
2．下列电器中，主要是利用电流热效应工作的是( D )
A．电风扇 B．笔记本电脑
C．LED台灯 D．电饭锅
知识点2　通电导体产生的热量与哪些因素有关
3．新的国家标准对延长线插座配用电缆的导线横截面积要求进行了修改，额定电流16 A的延长线插座，导线最小标准横截面积由1 mm2提升到1.5 mm2。增大导线横截面积的目的是( D )
A．增大导线的电阻
B．减小通过导线的电流
C．增大导线的电压
D．减小导线发热的功率
4．如图是“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，R2与R3并联。通电前，A、B两个U形管中的液面相平，通电一段时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则( A )
A．I1＞I2，A管中的液面高度差较大
B．I1＞I2，A管中的液面高度差较小
C．I1＝I2，A管中的液面高度差较大
D．I1＝I2，两管中的液面高度差相同
5．［跨学科·物理学与日常生活］小明家的电热毯内的电阻丝断了，他爸爸把断了的电阻丝搭在一起，电热毯仍能使用，但不久又会在搭接处烧断。搭接处烧断的原因是( B )
A．电阻丝上搭接处电阻较小，造成局部过热
B．电阻丝上搭接处电阻较大，造成局部过热
C．电阻丝上搭接处电流比其他处电流小，造成局部过热
D．电阻丝上搭接处电流比其他处电流大，造成局部过热
6．在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
(1)为了探究电热器产生的热量与电流的关系，小明设计了如图甲所示的装置，小明先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30 s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据如下表。
实验 次数 电流/A 通电时 间/s 电阻/Ω 温度升高 量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出：同一导体，在通电时间相等时，电流　越大　，其产生的热量　越多　。
(2)若要探究电热器产生的热量与电阻的关系，应选择图乙中　B　(选填“A”或“B”)烧瓶与图甲中的烧瓶　串联　(选填“串联”或“并联”)来做实验。
第2课时　焦耳定律
　　　　　　　　　　　　　　　
知识点1　焦耳定律
1．［跨学科·数学］两个电阻A和B中的电流与两端电压的关系如图，则A的阻值是　5　Ω。若将电阻A和B并联后接在电压为3 V的电源两端，则总电流是　0.9　A，相同时间内两个电阻A、B产生的热量之比是　2∶1　。
2．如图的四个电路中，电源电压均为U，电阻R1＞R2。在相同时间内，四个电路中电阻产生的总热量最少的是( C )
A　　　B
C　　　D
知识点2　电流热效应的应用与控制
3．现有两电热水壶分别是甲“220 V　1 500 W”、乙“220 V　1 000 W”，甲壶中装有2 kg的水，乙壶中装有1 kg的水(水的初温相同)，当同时给它们通电正常工作时，　甲　(选填“甲”或“乙”)壶电流做功快；要想把水烧开，　甲　(选填“甲”或“乙”)壶电流做功多；　乙　(选填“甲”或“乙”)壶把水烧开需要的时间少。
4．电流热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况中不属于防止电热危害的是( D )
A．电视机的后盖有许多孔
B．电脑机箱内有小风扇
C．电动机外壳有许多散热片
D．养鸡场安装有电热孵化器
5．家用洗衣机的主要部件是电动机，若一台洗衣机在220 V电路中正常工作时通过的电流为2 A，电动机线圈电阻为2 Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为( A )
A．480 J B．1.452×106 J
C．2.64×104 J D．880 J
6．小明给家里买电热水壶，他测试了价格相同的甲、乙两款电热水壶，它们的铭牌如图所示。均正常工作，都把质量为1 kg的水从20 ℃加热到42 ℃，甲用时125 s，乙用时120 s。［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］
(1)甲电热水壶正常工作时电阻是多大？
(2)质量为1 kg的水从20 ℃加热到42 ℃，吸收的热量是多少？
(3)如果从甲或乙中选择一款节能的电热水壶，通过计算分析，他应该选择哪一款？
额定电压 220 V
额定功率 880 W
频率 50 Hz
　　　　　甲　
额定电压 220 V
额定功率 1 000 W
频率 50 Hz
　　　　　乙
解：(1)由P＝可得甲电热水壶正常工作时电阻为R甲＝＝55 Ω。
(2)质量为1 kg的水从20 ℃加热到42 ℃，吸收的热量Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103J(kg·℃)×1 kg×(42 ℃－20 ℃)＝9.24×104 J。
(3)把质量为1 kg的水从20 ℃加热到42 ℃，甲电热水壶用电量W甲＝P甲t甲＝880 W×125 s＝1.1×105 J，乙电热水壶用电W乙＝P乙t乙＝1 000 W×120 s＝1.2×105 J。因为W甲＜W乙，所以甲电热水壶更节能，选择甲电热水壶。
7．如图是“探究电热与电流的关系”的部分装置，已知A、B两点间的电压为6 V，R1＝R2＝R3＝5 Ω，通电时间2 min，则R1与R2产生的热量相差　288　J。
8．如图甲所示电路，电源电压不变，R1、R2是定值电阻，R2＝2R1，闭合开关S，电流表和电压表示数如图乙，则通电5 min后，R1、R2产生的总热量为　450　J。
甲
　　乙
9．［跨学科·数学］如图甲是定值电阻R0和标有“6 V　6 W”的灯泡L的I－U图像。将它们接入图乙所示的电路，其中电源电压不变，滑动变阻器R最大阻值为8 Ω。当只闭合开关S、S1、滑片P位于R最右端时，灯泡L的实际功率为1 W。则下列说法正确的是( D )
甲　　乙
A．R0＝4 Ω
B．灯泡正常发光100 s，电流通过灯泡产生的热量为900 J
C．电源电压为9 V
D．电路消耗的最大电功率为9.6 W
10．火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式，如图为小禾家使用的一款电火锅工作电路的原理图。它有高、中、低三个加热挡位，旋钮开关可以分别置于“0和1”、“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱。正常工作时，低温挡功率为高温挡功率的，R1为242 Ω，R2为48.4 Ω。(忽略温度对电阻的影响)
(1)求火锅中温挡的功率。
(2)小禾关闭家中的其他用电器，只让电火锅独立工作，使2 kg的汤液温度升高了10 ℃，电能表的表盘转了100转。此时电火锅的加热效率是多少？［电能表的铭牌上标有3 000 r/(kW·h)，汤液的比热容为4×103 J/(kg·℃)］
(3)电火锅处于低温挡正常工作时，在1分钟内电阻R3产生的热量是多少焦耳？
解：(1)由电路图可知，当旋钮开关置于“0和1”位置时，电路断开，电火锅处于关闭状态。当旋钮开关置于“1和2”位置时，R1断开，电路为R2和R3的串联电路，电路中的总电阻最大，大于R2的阻值；当旋钮开关置于“2和3”位置时，R1断开，R3短路，电路为R2的简单电路，电路中的总电阻等于R2的阻值；当旋钮开关置于“3和4”位置时，R3断开，电路为R1和R2的并联电路，电路中的总电阻最小，小于R2的阻值；由P＝可知，在电压一定时，旋钮开关置于“1和2”位置时，电路的总功率最小，电火锅处于低温挡；旋钮开关置于“2和3”位置时，电路的总功率较大，电火锅处于中温挡；旋钮开关置于“3和4”位置时，电路的总功率最大，电火锅处于高温挡。电火锅中温挡的功率P中＝＝1 000 W。
(2)汤液吸收的热量Q吸＝cmΔt＝4×103 J/(kg·℃)×2 kg×10 ℃＝8×104 J，电能表转盘转100 r时电火锅消耗的电能W＝ kW·h＝1.2×105 J，电火锅的加热效率η＝×100%≈66.7%。
(3)当旋钮开关置于“3和4”位置时，R3断开，电路为R1和R2的并联电路，并联电路各支路两端的电压相等，等于电源电压，则电火锅高温挡的功率P高＝＋1 000 W＝1 200 W，当旋钮开关置于“1和2”位置时，R1断开，电路为R2和R3的串联电路，电火锅处于低温挡，因为低温挡功率为高温挡功率的，所以低温挡的功率P低＝P高＝×1 200 W＝200 W，此时电路中的电流I低＝ A，R2两端的电压U2＝I低R2＝ A×48.4 Ω＝44 V，R3两端的电压U3＝U－U2＝220 V－44 V＝176 V，1分钟内电阻R3产生的热量Q3＝W3＝U3I低t＝176 V× A×1×60 s＝9 600 J。15.4　焦耳定律　
第1课时　电流的热效应
知识点1　电流热效应
　　　　　　　　　　　　　　　　
1．如图所示，芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有　 　，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的　 　效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过　 　的方式改变芯片内能。
第1题图　　第4题图
2．下列电器中，主要是利用电流热效应工作的是( )
A．电风扇 B．笔记本电脑
C．LED台灯 D．电饭锅
知识点2　通电导体产生的热量与哪些因素有关
3．新的国家标准对延长线插座配用电缆的导线横截面积要求进行了修改，额定电流16 A的延长线插座，导线最小标准横截面积由1 mm2提升到1.5 mm2。增大导线横截面积的目的是( )
A．增大导线的电阻
B．减小通过导线的电流
C．增大导线的电压
D．减小导线发热的功率
4．如图是“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，R2与R3并联。通电前，A、B两个U形管中的液面相平，通电一段时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则( )
A．I1＞I2，A管中的液面高度差较大
B．I1＞I2，A管中的液面高度差较小
C．I1＝I2，A管中的液面高度差较大
D．I1＝I2，两管中的液面高度差相同
5．［跨学科·物理学与日常生活］小明家的电热毯内的电阻丝断了，他爸爸把断了的电阻丝搭在一起，电热毯仍能使用，但不久又会在搭接处烧断。搭接处烧断的原因是( )
A．电阻丝上搭接处电阻较小，造成局部过热
B．电阻丝上搭接处电阻较大，造成局部过热
C．电阻丝上搭接处电流比其他处电流小，造成局部过热
D．电阻丝上搭接处电流比其他处电流大，造成局部过热
6．在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
(1)为了探究电热器产生的热量与电流的关系，小明设计了如图甲所示的装置，小明先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30 s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据如下表。
实验 次数 电流/A 通电时 间/s 电阻/Ω 温度升高 量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出：同一导体，在通电时间相等时，电流　 　，其产生的热量　 　。
(2)若要探究电热器产生的热量与电阻的关系，应选择图乙中　 　(选填“A”或“B”)烧瓶与图甲中的烧瓶　 　(选填“串联”或“并联”)来做实验。
第2课时　焦耳定律
　　　　　　　　　　　　　　　
知识点1　焦耳定律
1．［跨学科·数学］两个电阻A和B中的电流与两端电压的关系如图，则A的阻值是　 　Ω。若将电阻A和B并联后接在电压为3 V的电源两端，则总电流是　 　A，相同时间内两个电阻A、B产生的热量之比是　 　。
2．如图的四个电路中，电源电压均为U，电阻R1＞R2。在相同时间内，四个电路中电阻产生的总热量最少的是( )
A　　　B
C　　　D
知识点2　电流热效应的应用与控制
3．现有两电热水壶分别是甲“220 V　1 500 W”、乙“220 V　1 000 W”，甲壶中装有2 kg的水，乙壶中装有1 kg的水(水的初温相同)，当同时给它们通电正常工作时，　 　(选填“甲”或“乙”)壶电流做功快；要想把水烧开，　 　(选填“甲”或“乙”)壶电流做功多；　 　(选填“甲”或“乙”)壶把水烧开需要的时间少。
4．电流热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况中不属于防止电热危害的是( )
A．电视机的后盖有许多孔
B．电脑机箱内有小风扇
C．电动机外壳有许多散热片
D．养鸡场安装有电热孵化器
5．家用洗衣机的主要部件是电动机，若一台洗衣机在220 V电路中正常工作时通过的电流为2 A，电动机线圈电阻为2 Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为( )
A．480 J B．1.452×106 J
C．2.64×104 J D．880 J
6．小明给家里买电热水壶，他测试了价格相同的甲、乙两款电热水壶，它们的铭牌如图所示。均正常工作，都把质量为1 kg的水从20 ℃加热到42 ℃，甲用时125 s，乙用时120 s。［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］
(1)甲电热水壶正常工作时电阻是多大？
(2)质量为1 kg的水从20 ℃加热到42 ℃，吸收的热量是多少？
(3)如果从甲或乙中选择一款节能的电热水壶，通过计算分析，他应该选择哪一款？
额定电压 220 V
额定功率 880 W
频率 50 Hz
　　　　　甲　
额定电压 220 V
额定功率 1 000 W
频率 50 Hz
　　　　　乙
7．如图是“探究电热与电流的关系”的部分装置，已知A、B两点间的电压为6 V，R1＝R2＝R3＝5 Ω，通电时间2 min，则R1与R2产生的热量相差　 　J。
8．如图甲所示电路，电源电压不变，R1、R2是定值电阻，R2＝2R1，闭合开关S，电流表和电压表示数如图乙，则通电5 min后，R1、R2产生的总热量为　 　J。
甲
　　乙
9．［跨学科·数学］如图甲是定值电阻R0和标有“6 V　6 W”的灯泡L的I－U图像。将它们接入图乙所示的电路，其中电源电压不变，滑动变阻器R最大阻值为8 Ω。当只闭合开关S、S1、滑片P位于R最右端时，灯泡L的实际功率为1 W。则下列说法正确的是( )
甲　　乙
A．R0＝4 Ω
B．灯泡正常发光100 s，电流通过灯泡产生的热量为900 J
C．电源电压为9 V
D．电路消耗的最大电功率为9.6 W
10．火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式，如图为小禾家使用的一款电火锅工作电路的原理图。它有高、中、低三个加热挡位，旋钮开关可以分别置于“0和1”、“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱。正常工作时，低温挡功率为高温挡功率的，R1为242 Ω，R2为48.4 Ω。(忽略温度对电阻的影响)
(1)求火锅中温挡的功率。
(2)小禾关闭家中的其他用电器，只让电火锅独立工作，使2 kg的汤液温度升高了10 ℃，电能表的表盘转了100转。此时电火锅的加热效率是多少？［电能表的铭牌上标有3 000 r/(kW·h)，汤液的比热容为4×103 J/(kg·℃)］
(3)电火锅处于低温挡正常工作时，在1分钟内电阻R3产生的热量是多少焦耳？

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