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系统复习 第26课 电能（2）
（焦耳定律、电热器、温度档问题、毫安时问题、电路能量损耗问题、非纯电阻电路问题）
一、知识梳理
1、电流的热效应：电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
（1）、电热器：利用电流的热效应制成的加热设备。主要组成部分是发热体，由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘体上制成的。
例：电热水器、电热毯、电烘箱、热的快、电取暖器等。
2、电流热效应的利与弊
优点：无污染、热效率高、方便控制和调节温度
缺点：①在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会烧毁绝缘层而引发火灾；②同时，由于电流热效应，会影响家电的使用性能和寿命。
防止措施：加装散热系统（如散热电扇）或为了更好散热而特别设计的结构（散热窗）。
3、 如图甲所示是用来研究焦耳定律的实验装置

（1）、实验采用的是控制变量的研究方法，实验的设计原理是根据电流的热效应。将两根不同的电阻丝串联起来主要目的是使通过的电流相等。　
（2）、接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油甲上升得高(填“甲”或“乙”)。我们可以推测：在通电时间相同、通过电流相等的情况下电阻越大，放热越多。
（3）、待油冷却到原来温度后,调节滑动变阻器，加大电流，发现电流越大，电阻丝放热越多。
（4）、进一步科学实验证明: 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。这个规律叫焦耳定律。
4、电热的计算
焦耳定律：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
电热计算的方法
①若电流所做的功全部转化为电热器的内能，即为纯电阻电路，则：
　 W＝Q　　所以，Q＝W＝UIt＝I2Rt，也可　Q＝W＝Pt
②若电流所做的功只有一部分转化为热，则只可用焦耳定律来计算。
5、方法指导
电功（）、电功率（）和焦耳定律（）这三个十分接近而又联系紧密的概念，容易混淆。这部分内容的大小公式加起来共有十几个，经常会用错公式。学好电学，突破电学的难点，关键在于灵活运用这十几个公式。其实这十几个公式相互间有很深的联系，可通过下图来记忆。
纯电阻电路（即电能全部转化为内能）Q=W P=W/t（电功率定义式）
Q=UIt W=UIt P=UI
二、查漏补缺，自我检测
（一）、有关电流热效应的探究问题
1．[2016·温州·25]某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素，实验步骤如下：

①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶中，按图甲所示连接电路。
②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数I。通电一段时间，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh1、Δh2。
③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。
④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为2I。当通电时间与步骤②相同时，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh3、Δh4，实验数据如表。
电流大小
烧瓶玻璃管内液面的变化高度
A烧瓶
(RA=10欧)
B烧瓶
(RB=20欧)
I
Δh1
Δh2
2I
Δh3
Δh4
（1）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为 安。
（2）本实验设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？
。
（3）小明认为：只要选择“Δh1、Δh2、Δh3、Δh4”四个量中的某两个量进行比较，就能说明“对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大”，请比较这两个量的大小关系：
。
2．[2016·绍兴·26]如图是探究“电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关”的实验电路（烧瓶、煤油质量和玻璃管均相同）。瓶中的电阻采用金属丝。
（1）完成电路的连接，要求滑动变阻器滑片向左移动时，电流??表示数变小。
（2）实验中，通过观察__________来判断电流通过导体产生热的多少。
（3）在电流与通电时间相同条件下，选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验-为了使实验现象最明显，可以选用表中的铜与___________进行对比。
长1米、横截面积1毫米2的几种材料的电阻（20℃时）
材料
铜
铝
钨
镍铬合金
电阻（欧）
0.0175
0.029
0.053
1.0
（4）要进一步探究导体产生的热的多少与电流是否有关，可以采取的方法是_______（允许改变元件位置、更换元件等。只要求写出一种）。
（二）、有关铭牌的计算问题（P实、P额与U实、U额的关系，应用公式:R＝U额2/P额、P实＝U实2/R）
3．5月20日是“中国学生营养日”，学生的膳食结构越来越受到学校、家庭和社会的重视。妈妈为了改善小红的早餐营养，买了一台全自动豆浆机，豆浆机的工作原理示意图和铭牌如下：
（1）计算豆浆机正常工作时的最大电流。
（2）豆浆机做一次豆浆，若电动机累计工作3分钟，电阻丝累计加热12分钟，则总共消耗多少电能?
（3）豆浆中富含的 是细胞生长及修补组织的主要原料，食用豆浆能为青少年提供生长发育所需的重要营养素。
4．如图是家庭、宾馆常用的电热水壶及其铭牌。
（1）该电热水壶正常工作时的电阻为 欧。
（2）该电热水壶正常工作时、烧开一壶水需要5分钟，其消耗的电能是多少？
（3）在用电高峰期使用，如果电压只有200伏，这时电热水壶的实际功率有多大？（不考虑电阻的变化）
（三）高、中、低温档问题
5．小明家买了一台电烤箱，发热功率有高、中、低三个档位．小明根据电烤箱的工作情况，跟同学们在实验室组成模拟电烤箱的实验电路如图所示．电源输出电压稳定为6V，两个发热电阻分别为R1=10Ω，R2=20Ω．单刀双掷开关S2可分别与触点a、b接通．请你参与小明他们的研究，分析和解答以下问题：
（1）两个开关分别处于什么状态时，模拟电烤箱电路处于“低”档位？为什么？
（2）模拟电烤箱电路处于“中”档位工作时，消耗的电功率是多少？
（3）模拟电烤箱电路处于“高”档位工作时，通电10min，电流产生多少热量？
6．小芳利用电阻值分别为R1=121Ω、R2=60.5Ω的两根电阻丝，两个开关（S1、S2）和若干电线，设计一台有低、中、高三档不同的电功率的电取暖器，简化后的电路图如下图所示。求：
（1）电取暖器工作于低档时，S1、S2的断开或闭合情况是怎样的？此时电路的电流的电功率多大？
（2）电取暖器工作于高档时，S1、S2的断开或闭合情况是怎样的？此时电路的干路电流和电功率多大？（计算结果保留小数点后两位）
7.如图是某多用电热理疗仪的部分电路示意图。电热丝R1、R2、 R3的阻值分别为300Ω、150Ω和200Ω，闭合开关S1，调节开关S2，可以使理疗仪分别处于“低温档”、“中温档”、“高温档”（不考虑温度变化对电阻的影响）
（1）当开关S2与 连接时，电热理疗仪处于中温档？（选填a、b或c）
（2）该电热理疗仪所消耗的最大功率是多少瓦？(请写出计算过程)
（3）电热理疗仪处于低温档时，在10秒内产生的热量是多少焦？(请写出计算过程)
（四）、“毫安时”问题
一般的手机电池,充电电池的电量都是毫安时,它的定义是在一定的放电时间下完全放电产生的电流。例如，1300毫安时指此电池在1小时内完全放电电流是1300毫安。在蓄电池上都标有这种标记，使用Ah或mAh做电量的单位是使用比较方便，比如，容量10Ah，就表示当放电电流为1A，能够放电10小时。
例如：“36V/10Ah”，前面的36V是表示这个电池的电压是36V，并且，用这个36V和10Ah相乘，得到360VAh，这个VA表示功率单位“瓦特（W）”，而h变为秒等于3600秒，这个3600秒和前面的360W相乘就得到1296000焦（J），就是说，这个电池完全放电能放出1296000J的电能。
8．移动电源给人们生活带来了方便。如图为某品牌移动电源的铭牌，根据所学知识与铭牌上的信息，下列说法正确的是（ ）
A．用移动电源给手机充电时，移动电源中能的总量保持不变
B．用移动电源给手机充电时，电压始终为5V，电流始终为2A
C．用移动电源给手机充电时，没有能量发生转化
D．移动电源充满电时，容量值越大，储存的能量越多
9．“充电宝”是指可以直接给移动设备充电且自身具有储电单元的装置，是近年为比较流行的数码设备．如图为某品牌充电宝的铭牌，根据铭牌上的信息，下列分析正确的是（　　）
A．对充电宝充电时充电宝相当于电路组成中的电源
B．该品牌的充电宝在家庭电路中不能正常工作
C．该品牌的充电宝最大可以储存2900mAh的电能
D．用充电宝给手机充电过程中充电宝中能的总量会不断减少
10.3G手机既能通话又能传送图像、音乐、视频等多种媒体形式。以下为某3G手机LGKT878的主要参数：（mAh为毫安·小时，是电池容量的单位）
手机型号
主屏参数
电池规格
摄像头像素
通话时电流
LGKT878
3.0英寸?
480×800像素
3.7V，1300 mAh
锂电池
500万像素
400mA
该手机通话5min，消耗的电能是 焦，该电池可供连续通话 小时。
11．手机、手提电脑中使用的锂电池电板是新型的高能电池，以质量轻、储电量大而受到普遍重视。某手机用的电池储电量为1020mAh（以1020mA的电流可持续使用1小时），若手机待机时的电流为8.5mA，则该手机最长待机时间为 小时。
12．[2016·宁波·21]甲车两侧远光灯的规格均为“12V 60W”，供电的蓄电池电压为12V，最大容量为60Ah。某天晚上，该车熄火时忘记关闭远光灯，则车上蓄电池最多能供两个远光灯正常工作 h。由于蓄电池的电能耗尽，甲车无法启动，需要借用乙车的蓄电池“搭电”启动，如图所示。“搭电”时，先用电线将甲车蓄电池的正极与乙车蓄电池的 极相连，再将另两个电极用电线连通（如果误接，蓄电池会被短路）。
项目
指标参数
工作电压
15V
功率
30W
电池容量
2000mAh
13．随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭。扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能。如图是某款扫地机器人及铭牌上的部分参数，请回答下列有关回答：
（1）机器人吸尘的工作原理是通过电机转动使内部压强 ，从而使杂物进入吸尘器。
（2）电池容量“2000mAh”是指当工作电流为2000mA，能持续供电1小时。若充满电后所有电量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间？
（3）机器人的供电系统设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10%时会自动返回充电。若返回过程中受到的阻力为20牛，为确保机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为多少米？（剩余电池容量的40%用于提供克服阻力做功）
14.[2018·嘉兴·35] 笔记本电脑已进入寻常百姓家庭，出差旅游时常随身携带。出于安全考虑，民航局规定，乘客可随身携带0.16kW·h 以下的可充电设备。目前，部分航空公司已允许乘客在非起降时间段、有条件地使用笔记本电脑等便携电子设备。请回答下列问题:
（1）某旅客携带的笔记本电脑电池容量3000mAh，输出电压15V,充满电后, 若工作时的平均电流为1.5A，可连续工作多少时间？
（2）请通过计算说明该旅客能否将此笔记本电脑带上民航飞机。
（3）使用发现, 电脑工作时会发热, 原因是 。当升温到一定值时, 温控开关S1自动闭合，风扇启动，加快散热从而保护电脑。如果断开电源总开关S2 , 风扇 M 和其他工作系统同时停止工作。根据上述特点，下列可能符合散热控温特点的原理图是 。
15．[2018·湖州·34]小华家买了电动自行车，说明书上的部分内容摘录在左下图中（注：“电池容量10Ah”可理解为“若以10安的电流放电可使用1小时”）。请回答：
（1）该电动自行车的额定电流多大？
（2）若该电动自行车行驶的平均车速为20千米/时，使用50%的电池容量（按额定电流放电，不计放电时能量损失），能行驶多长路程？
（3）某天小华想在自家的小车库内充电，发现车库内只安装了电灯，没有插座，于是小华想在右上图所示的原有线路上安装一个双孔插座，应在a、b、c三处中的哪两处之间安装才合理？ 。

A．a和b B．b和c C．a和c
（五）、关于电路中输电线功率损耗问题（干路分压实际情况分析）
16．用电高峰时期，家庭里的白炽灯泡比正常发光要暗一些。这是因为，在用电高峰时（　　）
A．并联用电器增多，电路的总电阻增大
B．并联用电器增多，电路的总电流减小
C．并联用电器增多，家用电器的实际功率减小
D．并联用电器增多，家用电器的额定功率减小
17．一只“220V?100W”的灯泡，接在照明电路中，则
（1）正常发光时，通过灯泡的电流多大（计算结果保留两位小数）？
（2）正常发光时，通电1小时灯泡消耗的电能是多少？
（3）若用输电线把该灯泡由电源处引到某工地时，发现灯泡亮度较暗，测得灯泡实际功率只有81W，则输电线上消耗的功率多大（电源电压为220V）？
18．为改善休闲广场的照明，电力部门要在广场安装一盏规格为“220V 1000W”的碘钨灯，己知电控室的输出电压恒为220V，所需电线总长为400m，所选用电线的电阻为每米1.65×10-2Ω。
（1）电路中电线的电阻为 Ω；
（2）实际电路中，相当于碘钨灯与电阻R串联（如图），则碘钨灯工作时，它的实际功率是多少？
（3）要减少电路中电线的功率消耗，可采取的措施是 （写出一点）。
（六）、非纯电阻电路问题
19．[2018·杭州·33]如图是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图。开始小金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度；接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化（已知：小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U）。由此请你回答：
（1）在电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为________________（填写表达式）。
（2）在电动机转动时，电流所做的功________电流在电路中产生的热量（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（3）小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过后知识给以解释。
参考答案
1．（1）0.24 （2）电流和通电时间 （3）Δh3>Δh2
2．
（1）接在滑动变阻器下面的B接线柱上；
???
（2）玻璃管内液面上升的高度；???
（3）镍铬合金；?
（4）保持其他不变，改变滑动变阻器阻值（保持其他不变，更换不同电压的电源）进行相同时间的二次实验。
3．
（1）由P=UI得：I＝＝＝3．64A(公式、过程、结果）
（2）由P＝得：W＝Pt
加热时消耗的电能：W1＝P1t1＝800W×l2× 60s＝576000 J
电动机工作时消耗的电能：W2＝P2t2＝150 W×3×60s＝27000J
总共消耗的电能：Ws＝W1+ W2＝576000 J +27000J＝603000J
答：正常工作时，通过豆浆机的最大电流3．64A，做一次豆浆总共消耗603000J电能。
（3）蛋白质
4．
5．
解：
（1）当开关S1断开，S2接a时，电路处于“低”档位。
此时电阻R1和R2串联，接入电路的电阻最大，当电压不变时。根据可知，此时电功率最小。
答：当开关S1断开，S2接a时，电路处于“低”档位。
（2）当开关S1闭合，S2接a时，只有电阻R2接入电路，电路处于“中”档位．此时电功率P中=P2==
答：消耗的电功率是1.8W。
（3）当开关S1闭合，S2接b时，两个电阻并连接入电路，此时电路处于“高”档位。
P高=P1+P2=+P2=。
通电10分钟产生热量Q=W=P高t=5.4W×600s=3240J。
答：电流产生3240J的热量。
6．
解：
（1）由P= U2/R 可知，要使功率小，则电阻要大，当工作于低档时，只有R1接入电路，则S1闭合，S2断开；由P= U2/R 得：P1= (220V)2/121Ω =400W。
（2）由P= U2/R 可知，要使功率大，则电阻要小，则可知最高档应是两电阻并联，即工作于高档时，两开关均闭合。
电路中的总阻值为：R= R1R2/（R1+R2）=40.33Ω，
由欧姆定律得：I= U/R=220V/40.3Ω =5.45A。
由P=U2/R 得：
P2=(220V)2/40.33Ω=1200.09W。
答：
（1）处于低档时，S1闭合，S2断开；功率为400W；
（2）处于高档时，两开关均闭合，电流为5.45A，消耗功率为1200.09W。
7.
（1）c
（2）由题意分析可知，当S2与开关a连接时，此时功率最大。P最大=U2/R3=（220V)2/200Ω=242瓦。
（3）由题意分析可知，当S2与开关b连接时，此时功率最小，电热理疗仪处于低温档。
Q=U2/（R1+R3）×t=（220V）2/（300Ω+200Ω）×10秒=968焦。
8．D
9．D
解析：A、对充电宝充电时充电宝相当于电路组成中的用电器，而不是电源，故A错误；B、读图可知，其输入电压为100～240V，而家庭电路的电压为220V，故可以在家庭电路中正确使用，故B错误；C、由铭牌信息可知，该品牌的充电宝的电池容量为2900mAh，但mAh是电量的单位，不是电能的单位，故C错误；D、用充电宝给手机充电过程中充电宝中能的总量会不断减少，故D正确。
10.444J；3.25h
11．120h
12．6；正
13．
（1）减小或降低
（2）


（3）克服阻力做功：


答：一次充满电后机器人可持续正常工作1小时，为确保机器人顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为216米。
14.
（1）笔记本电脑电池容量:3000 mAh ,平均电流为I=1.5A =1500mA
工作时间:t=3000mAh/1500mA=2h
答:笔记本电脑可连续工作2小时。
（2）W=UIt=15伏×3安×3600秒=162000焦耳=0.045千瓦时，因为0.045kW·h﹤0.16kW·h
所以该笔记本电脑能带上民航飞机。
（3）电流通过导体会产生热量。 B
15．
（1）5安 （2）20千米 （3）C
解析:
（1）因为P=UI，所以电动车的额定电流为I===5A。
（2）电动车行驶的时间为t==1h，
因为ν=，所以电动车行驶的路程为s=νt=20km/h×1h=20km。
（3）由图知，要使双孔插座能够正常使用，需要与灯泡并联，并且不受开关控制。所以要连接在a、c之间。故选C。
16．C
17．
解：
（1）；
（2）W=Pt=0.1kW×1h=0.1kwh 或 W=Pt=100 w×3600s=3.6 ×105J?
（3）解法1：灯泡的额定电流为I额?=P额/U额=100W/220V=0.45A?
电阻为R=U额2?/P额?=（220V）2?/100W=484Ω?
此时通过灯泡的电流为I实=，总功率为P总=U额I?实?=220V × 9/22A=90W所以导线上消耗的电功率为： 90W-81W=9W；
解法2：由U额2?/U实2=P额/P实，可算出灯泡的实际电压为198V，所以导线上的电压为： 220V -198V=22V?
通过灯泡的电流由上算出I实?=
所以导线上消耗的电功率为22V × 22 9 A=9W 。
18.
（1）6.6
（2）RL= U2/P=(220V)2 /1000W=48.4Ω
R总= RL+R=48.4Ω+6.6Ω=55Ω
I= U/ R总=220V/55Ω=4A
P实=I2RL=(4A)2×48.4Ω=774.4W (其他正确解法也给分)
（3）减小输电线的长度或增大电线的横截面积或换用电阻比较小的材料。(答减小电阻给1分)
19．
（1）t
（2）大于
（3）不正确，不转时W总功=Q电路 UI1t=I12(R+r)t I1=；
转动时W’总功>Q’电路 UI2t>I22(R+r)t I2<，故I2< I1，灯泡变暗

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