资源简介

/ 让教学更有效 精品学案 | 物理学科
【学习目标】
1. 掌握电热与电阻的关系
2. 掌握电热与电流的关系
3. 掌握焦耳定律的公式表达以及能结合欧姆定律的前提条件
4. 掌握电动机涉及的电热与做功的问题
5. 掌握加热的挡位问题
6. 知道生活中电热的利用与防止
【自主学习】
一、电流的热效应
电热与电阻的关系：如图1，两个透明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。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中电阻丝的电阻比较大。两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。哪边液面高，那边的气压就大，对应容器内的气体温度高，说明该电阻丝产生的热量就大。
电热与电流的关系：如图2，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将另一段电阻丝与容器内的电阻丝并联，因此通过两个容器中电阻丝的电流不同。闭合开关，在通电时间相同的情况下，比较两个U形管中液面高度的变化。哪边液面高，那边的气压就大，对应容器内的气体温度高，说明该电阻丝产生的热量就大。
图1 图2
实验表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的 越大，这段电阻丝产生的热量越多。这两个实验方法都是用的控制变量法和转换法（用液面的高低情况来间接反映热量的一个）。
二、焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840 年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：电流通过导体产生的 跟电流的二次方成 ，跟导体的 成正比，跟通电时间成正比。
这个规律叫作焦耳定律。如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，通电时间用t表示，那么焦耳定律为： 。
电流通过导体时，如果电能 转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q =W=UIt。
再根据欧姆定律得出U=IR，就得到Q =I2 Rt。可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。
如果用导线把电炉接到电路中，通过导线的电流全部通过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，常见 1 m长的导线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻为几十欧姆。所以，尽管通过的电流相等，电炉丝很热，而导线却不热。
若电流通过用电器，电能没有全部用于产生热量，例如电动机转动时消耗的电能大部分转化为机械能，则消耗的电能大于电流所产生的热量。如图可以知道：W电=W机械+Q（Q =I2 R电热丝t）
三、挡位问题
这类问题主要是要能根据功率公式的变形公式（其中U家庭电路的电压，一般都是220V，让求实际电压的话，就参考18.2的消单位方法即可）可知，当R越小功率越大，一般的用电器用功率的大小表示对应挡位，功率大代表加热挡位（高温档），功率低代表保温档位（有时候还有中温挡，功率再小点才是低温挡）。
是两个挡位还是三个挡位就得取决于对应的电路图，以下是列出的几个电路图，提供观察判断其通过开关的开闭来改变对应挡位：
【例1】某同学用如图所示的实验装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关，两个透明容器中封闭着等量的空气。下列说法正确的是（　　）
A．通电后透明容器中电阻丝的内能增大是通过做功方式改变的
B．观察图甲中的A、B管，发现B管液面上升得更高，表明电流通过导体产生的热量与电流有关
C．采用图乙装置探究“电流产生的热量跟电流是否有关”时，右边容器中电阻丝R应为10Ω
D．用图乙中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”
【例2】图所示的电路中，甲、乙两个烧瓶完全相同，甲、乙瓶内分别装有质量和初温都相同的水和煤油，相同的温度计A、B，阻值不变的电阻丝R1和R2。闭合开关，通电一段时间，电阻丝R1和R2上产生的热量分别为Q1和Q2，记录温度计A和B的示数分别为T1和T2。已知c水>c煤油，不考虑热损失且全过程未达到液体沸点。下列说法正确的是（　　）
A．若R1=R2，则Q1>Q2
B．若R1=R2，则T1=T2
C．若T1=T2，则Q1=Q2
D．若T1=T2，则R1>R2
【例3】如图甲是家用电吹风的工作原理图电吹风工作时可以吹出热风也可以吹出凉风。图乙某次用该电吹风将头发吹干的过程中，电吹风的功率随时间的变化关系。则要让电吹风工作时吹出热风，它的开关应置于题图甲中 （选填“A”、“B”或“C”）位置，在该次将头发吹干的过程中，电热丝产生的热量为 J。
【例4】小鸣同学按如图所示的电路，研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，煤油中都浸着一段横截面积相同、长度不同的镍铬合金丝，甲瓶中的镍铬合金丝比乙瓶中的长。
(1)实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察 反映出来的。
(2)实验中，可观察到 （填“甲”或“乙”）瓶中温度计的示数升高得更快。
(3)小华想改装实验装置用来“测量煤油的比热容大小”，则他们应将烧瓶甲中煤油换成与其 相等的水，并将电热丝RA换成 的电热丝。测量时，水和煤油的初温均为t0，通电一段时间后，水和煤油的末温分别为t水、t煤油，请用提供的符号写出煤油比热容的表达式：c煤油= 。 （已知水的比热容为c水）
【例5】如图甲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图像如图乙所示，不计电阻值随温度的变化。求：
（1）电阻R1的阻值；
（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100s内消耗的电能。
【例6】小明购置了一款多功能电煮锅如图甲所示，图乙为该电煮锅的内部简化电路，R1和R2都是用于加热的电阻，如表所示是电煮锅的部分参数。（R1和R2的电阻值不随温度变化而变化）
(1)电煮锅处于中温挡正常工作时，电路中的电流为多大
(2)高温挡的功率P高为多大
☆☆多功能电煮锅
额定电压/V 220
低温挡功率/W 605
中温挡功率/W 1210
高温挡功率/W
(3)若电煮锅中加入2kg、初温为30℃的水，在高温挡正常工作5min将水烧开（标准大气压下），则该锅高温挡的热效率是多大 [c水=4.2×103J/（kg·℃）结果保留至1%]
【课后巩固】
1．下列电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A．电风扇 B．电暖气 C．电视机 D．电动汽车
2．下列有关物理图像的描述中，正确的是（　　）
A．同种物质质量和体积关系 B．同种液体压强和深度关系
C．电阻一定，电流和电压的关系 D．电阻通电时间一定，电热和电流平方的关系
3．如图，是一只既能吹冷风，又能吹热风的电吹风机的简化电路示意图。现将插头插入插座（相当于电源），下列说法正确的是（ ）
A．只闭合S1，电吹风机吹热风
B．只闭合S2，电吹风机吹冷风
C．电动机和电热丝是并联的
D．使用过程中发现电吹风机始终吹冷风不吹热风，故障可能是电热丝短路
4．如图为我国科研人员设计的一种带电源的智能控温加热手套，下列与加热手套工作原理相同的用电器是（　　）
A．电饭煲
B．洗衣机
C．电冰箱
D．电视机
5．额定电压相同的甲、乙两只电加热器（俗称“热得快”）的铭牌如图所示，若不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是（　　）
A．相同时间内，甲比乙消耗的电能多
B．正常工作时，通过甲的电流比乙小
C．正常工作时，甲比乙产生的热量多
D．正常工作时，电流通过甲做功较快
6．图甲所示的电路中，电源电压恒为6V，灯泡L标有“6V 3W”，超导部件与流过它的电流I的关系如图乙所示。电路通电10s。以下判断错误的是（ ）
A．L的实际功率为3W
B．产生的电热为0J
C．若被短接，L会变亮
D．若灯被短接，电源不会被短路
7．一款电吹风机，如图甲所示，有两个工作挡位，一个是冷风挡，另一个是热风挡。图乙为它的内部电路简化图，图中M是电动机。电源电压为U，通过电动机的电流为I，电热丝的电阻为R，t时间内电吹风机的电热丝产生的热量为Q，则计算Q的表达式正确的是（　　）
A．Q=UIt
B．Q=I2Rt
C．Q=UIt-PRt
D．
8．为了探究“电流产生的热量与哪些因素有关”，某物理小组设计了如图所示的电路，其中且阻值均不变。关于该实验，下列说法正确的是（　　）
A．只闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
B．和都闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
C．和都闭合时，和中电流之比是2:1
D．和都闭合时，和中产生热量之比为4:1
9．如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻R1＝R3，R2＝R4，R2＝2R1，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）
A．甲、乙、丙、丁
B．丁、丙、乙、甲
C．丙、丁、乙、甲
D．甲、乙、丁、丙
10．电热水器是利用电流的 效应工作的，小明利用电能表测量电热水器实际功率来判断家里的电压是否正常。它观察到家中的电能表示数如图1所示为 kW·h。现仅接通一台如图2所示的电热水器，观察到电能表指示灯1min内闪烁64次，则1min内消耗电能为 J，其两端电压 （高于/等于/低于）220V。
11．有两个定值电阻和，已知。若将它们串联在电路中，保持电源电压不变，则和两端的电压之比是 ；若将它们并联该电路中，在相同时间内电流通过和产生的热量之比是 。
12．如图是某款家用电饭煲的保温、加热两挡调节功能电路，R1的阻值为121Ω。电饭煲额定电压为220V，它在额定电压下处于加热挡时功率为1400W，则R2的阻值为 Ω。只将电饭煲接入电路中，处于保温挡工作0.5h，使标有“”字样的电能表指示灯闪烁162次[指接在这个电能表上的用电器每消耗的电能，电能表的指示灯闪烁1000次]，此时电路的实际电压为 V。
　
13．如图所示，实验中可供选用的器材有：6V电源、5Ω发热电阻两只、10Ω发热电阻两只、量程适合的温度计两支、规格相同的烧瓶两只、水、酒精、煤油、开关、导线若干。
(1)要探究“比较不同物质的吸热能力”，应选择图 （选填“甲”或“乙”）所示装置进行实验。
(2)家用电暖器发热管热的发红，而串联的电源线却不热，应选择图 （选填“甲”或“乙”）所示装置进行实验。
(3)两电阻产生热量的多少可以通过观察 来比较。
14．如图所示的电路，电源电压不变，电阻的阻值为5Ω。当开关S闭合时，电压表的示数为3V，电流表的示数为0.2A。求：(1)电源电压。(2)通电3min，电阻产生的热量。
15．如图甲是一款智能豆浆机，有磨豆浆、加热豆浆和保温功能。如图乙是它的电路结构简化原理图，图中R1、R2是阻值不变的发热电阻，R1=44Ω，M是电动机，额定功率为150W，电源电压为220V，豆浆机的保温时额定功率为100W。
榨汁机部分参数表
额定电压 220V
加热功率 ？
保温功率 100W
榨汁功率 88W
容量 400mL
(1)该豆浆机加热时的功率是多大？(2)电阻R2的阻值是多大？
16. 如图甲是家用电吹风的工作原理图，圆弧形触片可置于A、B、C三处，电吹风工作时可以吹出热风也可以吹出凉风。图乙某次用该电吹风将头发吹干的过程中，电吹风的功率随时间的变化关系。
（1）要让电吹风工作时吹出热风，它的开关应置于题图甲中 位置；
（2）在该次将头发吹干的过程中，电热丝产生的热量为多少？（3）电热丝的电阻是多少？
17．新型电饭锅采用“聪明火”技术，智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感。其简化电路如图乙所示：R1和R2均为电热丝，S1是自动控制开关。某次煮饭时，电饭锅正常工作30min内，电路中总电流随时间变化的图像如图丙所示。求：(1)电热丝R2的阻值；电饭锅的高温烧煮功率；
(2)用该电饭锅设定在30min内煮好一锅米饭，所消耗的总电能；
(3)若上述过程中只有该电饭锅单独在家庭电路中工作，发现家中标有“1600imp/(kW·h)”的电能表的用电指示灯在这10min内共闪烁了160次。则该电饭锅在高温烧煮时的实际功率是多少。
额定电压 220V
频率 50Hz
额定功率 加热 880W
保温 80W
18．如图甲所示是小明家电饭锅电路简化图，它有加热挡和保温挡两个挡位，R1、R2均为加热电阻（阻值不变），其铭牌上的相关参数如表所示。图乙是小明家的电能表。
(1)小明家允许接入电路用电器的总功率不能超过 W。(2)加热电阻R2的阻值是多少
(3)某次只让电饭锅接入电路正常工作，将锅内2kg、20℃的水加热至80℃的过程中，观察到图乙电能表指示灯闪烁280次，则电饭锅的加热效率是多少 []
19．如图甲所示为某电吹风的工作原理图。电吹风工作时，可分别吹出热风和凉风。为了防止温度过高，用一个PTC电阻R0与电热丝R串联，电热丝阻值恒为50 ，R0的阻值随温度的变化如图乙所示，电动机正常工作时的功率为120W，家庭电路的电压为220V。求：（1）当开关S位于2位置时，电吹风连续工作5min消耗的电能；
（2）电吹风吹热风且温度为35℃时，电热丝R工作15min产生的热量；
（3）电吹风吹热风且R0达到最大值时，电路消耗的总电功率。
20．如图甲为新型电饭锅，它能智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感。小明了解到电饭锅的简化电路如图乙所示，R1和R2均为电热丝，S1和S2为温控开关，其中S2有A、B两个触点，可实现“高温”“中温”和“低温”三挡的转换。当S1闭合，S2连接触点A时，处于高温挡，高温功率1100W。已知R1=55Ω，则：
(1)当S1 （选填“闭合”或“断开”），S2连接触点B时，电饭锅处于低温挡；
(2)求电饭锅在高温挡正常工作时电路中的总电流；
(3)求电阻R2的阻值；
(4)如图丙是在一次煮饭过程中电饭锅功率与时间的关系图象，求电饭锅在中温挡正常工作过程消耗的电能。
1．“围炉煮茶”是近年人们喜爱的“国风”休闲方式之一，其中最离不开的就是土陶罐制作的小火炉（如图甲所示），考虑到安全性和环保性，不少顾客更愿意选择电陶炉（如图乙所示）。小娟同学发现其中工作的关键就是一条可拆卸的发热电阻丝，在原包装盒内还找到了一条一模一样的备用电热丝（可剪短），于是他想通过所学知识改装该电陶炉的加热挡位。他查阅电陶炉铭牌得知电热丝电阻R为48.4Ω。小娟关闭其他用电器，将电陶炉单独接入220V的家庭电路并计时工作1分钟，求：
(1)该过程中电热丝产生的电热Q为多少焦耳 ；
(2)1分钟之内电能表（如图丙所示）的指示灯闪烁了多少次 ；
(3)小娟同学想借助备用电阻丝串联或并联在原炉体内部或外部改装电陶炉的加热功率，设计了①②③④四种方案，考虑到安全问题，改装后的方案 和 （填方案序号）不予考虑。另外两种方案为了使之与原功率成为不同挡位，且高低挡位功率之比为9:4，请你通过计算说明另外两个改装方案是否可实现 。
2．如图甲所示的滚筒洗衣机，具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度等优点，其简化等效电路如图乙所示。通过旋转手柄可使扇形开关同时接触两个相邻触点，使洗衣机处于空挡、加热、保温洗涤不同状态。定值电阻R1和R2均为加热丝，R1＝22Ω。该款洗衣机主要参数如表。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
(1)闭合开关S，扇形开关同时接触2位置的两个触点时，洗衣机处于 状态。
(2)求电热丝R2的阻值。
(3)洗衣机内汪入10kg的水，在额定电压下连续加热625s，水温由20℃上升到45℃，此过程中的加热效率是多少？
(4)防电墙技术是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的电阻一般为1×103～1×105Ω，人体的安全电压不高于36V，则该款洗衣机需设置多大的防电墙电阻才能保证人的安全？（结果用科学记数法表示，保留一位小数）
额定电压 220V
加热功率 2400W
电动机功率 280W
设定温度范围 20～80℃
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。21世纪教育网(www.21cnjy.com)
【参考答案】
一、电流的热效应：电流
二、焦耳定律：热量 正比 电阻 Q=I2Rt 全部
【例1】A 【例2】D 【例3】A 2×104
【例4】(1)温度计升高的示数；(2)甲；(3) 质量 与RB阻值相等
【例5】（1）44Ω；（2）1.76W；（3）4224J
【例6】（1）5.5A；（2）2420W；（3）81%
课后巩固
基础过关
1. B 2. A 3. C 4. A 5. D 6. C 7. D 8. C 9. C
10. 热 3023.6 7.2×104 低于
11. 5∶1 1∶5
12. 48.4Ω 198V
13. (1) 乙；(2) 甲；(3) 温度计的示数
14. (1) 4V；(2) 36J
15. (1) 1100W；(2) 440Ω
16. (1) A ；(2) 2×104J；(3) 48.4Ω
17. (1) 220Ω；660W；(2) 9.9×105J；(3) 600W
18. (1) 8800；(2) 60.5Ω；(3) 80%
19. （1）3.6×104J；（2）6.05×105J；（3）208W
20. (1) 断开；(2) 5A；(3) 220Ω；(4) 7.92×105J
能力提升
1. (1) 6×104J；(2) 10次；(3) ② ④ 方案①不能实现，方案③能实现
2. (1) 保温洗涤；(2) 242Ω；(3) 70%；(4) 5.1×105Ω
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