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2.3 电路中的电能
第5课时 常用的电热器
夏天，我们使用电驱蚊器。冬天，我们使用电取暖器。这些用电器工作时都会发热，你知道它们的工作原理吗
电热毯
电熨斗
电热壶
电饭煲
1、电流的热效应：
电流通过各种导体时，会将电能转化为内能，使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
2、电热器：
利用电流热效应来工作的装置。
五、常见的电热器
3、电热器的能量转化：
电能转化为内能。
视频:电流的热效应
1.还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？
电烤箱、电饭锅、电热水壶、电热水器、电吹风、电熨斗、电烙铁、白炽灯……
利：
电路发热导致电能损失、容易引发火灾。
2.电流的热效应有什么利和弊？
制造加热电器和加热设备。
弊：
电热水壶灯电热器通过导线接到电路上。为什么电热水壶发热将水烧开，而连接它的导线却不怎么发热？电流通过导体产生热的多少跟哪些因素有关
①可能与电流有关，I 越大，Q越大;
②可能与时间有关，t 越大，Q越大;
③可能与电阻有关，R越大，Q越大。
结合生活经验，猜想影响因素
A.电热器通电发热，不通电不发热。
B.同一电热器，通电时间越长，发热越多。
C.电热丝热的发红，而导线却几乎不发热。
如图2.3-11所示，2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝 R甲和 R乙。
通电，电阻丝发热，温度升高，玻璃管内液面上升，比较液面上升的高度，就可以比较2根电阻丝放热的多少。
图2.3-11 研究电热跟哪些因素有关
转换法
②电路连接方式：
（1）电热的多少与电阻关系
①变量控制：
保持I、t一定，探究Q与R的关系
探究方案：
③电路设计：
串联
1.将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
2.闭合开关，记下电流表的读数：__________。
3.经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。
4.比较2根玻璃管内页面上升的高度，可以推测得出：当电流相等时，电阻越大，电流产生的热越 _____。
多
通过电热丝的电流和通电时间相同时，电热丝的电阻越大，产生的电热就越多。
实验结论：
（2）电热的多少与电流大小的关系
①变量控制：
保持R、t一定，探究Q与I的关系
②改变电流方法：
②电路设计：
移动滑动变阻器滑片，改变电路中的电流
5.当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关，记下电流表的读数：______。
6.经过与第一次相同时间的通电后，标出甲瓶（或乙瓶）玻璃管内液面的位置。
7.与上次该玻璃管内液面上升的高度相比，可以推测得出：当电阻相等时，电流越大，电流产生的热量就越__________。
多
实验结论：
电热丝的电阻和通电时间相同时，通过电热丝的电流越大，产生的电热就越多。
增大电流
（3）电热多少与通电时间长短的关系
编号 电阻 （Ω） 电流 （A） 通电时间 （分） 液面上升高度
（cm）
1 5 0.2 10 2
2 10 0.2 10 4
3 5 0.4 10 8
4 10 0.2 20 8
根据我们的生活经验，同一电热器，通电时间越长，发热越多。
英国科学家焦耳做了大量实验，精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：
焦耳定律：
【实验结论】
电热跟I、R、t有关，I越大，R越大，t越大，Q越大。
公式：
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
Q = I2Rt
电流通过导体时，如果将动能全部转化为内能，那么，电流产生的热量Q就等于导体消耗的电能W。即：
Q = W=UIt
U=IR代入，得到：
Q =I2Rt
1.实验中为什么用煤油作为被加热的材料？
煤油不导电，煤油的比热容小，温度变化明显。
2.在探究Q与R的关系时，为什么采用串联电路？
控制电流大小和通电时间不变
电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？
W=Q+W机
W=Q
电吹风机
电熨斗
电能→热能、机械能
电能→热能
W=UIt
Q = I2Rt
W机 = W - Q
=UIt-I2Rt
UIt=I2Rt
例题 如图是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S 接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关S 断开时，电饭锅处于保温状态。图中R2 是加热用的电热丝，阻值为55 欧；R1 是电阻，阻值为145 欧。
（1）在加热状态下，电饭锅正常工作30分钟产生多少热量？
解：
（1）在加热状态下， 开关S接通，电路中只接入电热丝R2
R2
=
U
I
=
220 伏
55 欧
=
4 安
Q = I2Rt
=（4 安）2×55 欧×30×60 秒
=1.584×106 焦
电饭锅的电路图
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？
解：
（2）在保温状态下，开关S断开，电阻R1
与电热丝R2相串联，
R1+R2
=
U
I＇
=
220伏
145欧 + 55欧
=
1.1 安
电饭锅消耗的功率：
P＇
=
U
I＇
= 220 伏×1.1 安
= 242 瓦
电饭锅的电路图
答：（1）电饭锅正常工作30min产生的热量为1.584×106 焦。
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为242W。
电饭锅的电路图
（1）在加热状态下， 开关S接通，电路中只接入电热丝R2。
R2
=
U2
P
=
55Ω
(220V)2
=
880W
因为电饭锅的电能全部转化为内能，
所以Q=W=Pt=
880W×1800s
=1.584×106 焦
方法二：
（2）在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2相串联，
R1+R2
=
U2
P
=
55Ω+145Ω
(220V)2
=
242 瓦
上面的问题还可以用什么方法来求解？
焦耳
焦耳(James P.Joule，1818~1889)是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验。1840年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。
焦耳特别热衷于热功当量的实验测量。他先测量一桶水的温度，然后把铜制的翼轮放入水中，用下落的砝码带动翼轮转动来搅动水，水的温度升高。焦耳测量了翼轮所做的功和升高的水温，从而计算出做了多少功，产生多少热，这就是“热功当量”。
焦耳从1843年开始测量热功当量，直到1878年最后一次发表实验结果，先后做了四百余次实验，并且采用了原理不同的各种方法，测量了他能想到的各种过程所产生的热一-包括机械的、电的、磁的，获得了大量的实验数据。他以极其精确的数据，为热和功的相当性提供了可靠的证据。人们为了表达对他的敬意，将功和能量的单位叫作焦耳。
1. 如图是探究焦耳定律的装置(R＞R2)，下列说法正确的是( ）
A. 两烧瓶里都装煤油，是因为煤油比热容比水大，现象明显
B. 闭合开关后，甲烧瓶中温度计示数升高比乙烧瓶快
C. 该实验是探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系。
D. 该实验运用了控制变量法和类比法
B
2.电熨斗通电一段时间后变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是因为（ ）
A．导线的绝缘皮隔热
B．导线散热比电熨斗快
C．通过导线的电流小于通过电熨斗的电流
D．导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻
D
3.下列常见电器中不是利用电流热效应工作的是（ ）
A. 电炉　B. 电动机 C. 电饭锅 D. 电熨斗
B
4.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω,线圈中的电流为10A,若这台电动机正常工作1秒钟。
求： ①消耗的电能W。②产生的热量Q。
解：（1）电动机正常工作1S消耗的电能
W=UIt=380V×10A×1s=3800J
（2）电动机正常工作1S产生的热量：
Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J
5.为探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系，应选择下列电路图中的( )
C
6.我国特高压输电技术已处于世界领先水平，但科研人员仍在输电线的材料、工艺等方面刻苦攻坚。下列科研项目是为了降低输电过程中能量损耗的是（ ）
A. 减小输电导线的密度 B. 增加输电导线的导电性
C. 增大输电导线的弹性 D. 提高输电导线的耐腐性
B
7.如图，是一款家用电水壶内部电路的简图，
R1、R2均为加热电阻，电阻均为96.8欧，通
过转动旋钮开关可实现加热和保温两种功能。
(c=4.2×103J/(kg.℃))
(1)将电水壶的开关S闭合后，旋钮开关在如图甲示位置，此时电水壶处于 (填“加热”或“保温”);
(2)小科用电水壶给体积为1L的水加热，2分钟后水温升高了5°C，在此过程中水至少吸收的热量为 焦，电热水壶的加热效率为 。
保温
2.1×104J
35%
8.电热饮水机有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S0自动控制），从说明书上收集到如下数据及如图所示的电路原理图。
热水箱容量 2L
额定电压 220V
加热时的功率 400W
保温时的功率 40W
（1）温控开关S0断开时，饮水机处于哪种工作状态？ 。
保温
（2）求电热饮水机在加热状态下工作5min产生的热量。
Q=W=Pt=400W×300s=120000J
再见

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