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3．7电热器(1)
点击要点
1．电流的热效应：电流通过各种导体时，会使导体的温度 ，这种现象叫电流的热效应。
2．电流通过导体发热的过程实质上是 的过程。
3．电热器
(1)电热器是利用 制成的 设备。
(2)电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率 、熔点 的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。
典题分析
例1 在相同时间内，为了使电热器产生的热量变为原来的一半，可以采用的办法是( )
A．保持电热器两端的电压不变，使电热器工作时的电阻变为原来的一半
B．保持电热器工作时的电阻不变，使电热器两端的电压变为原来的一半
C．使电热器两端的电压和电热器工作时的电阻变为原来的一半
D．使电热器两端的电压变为原来的1／4，使电热器工作时的电阻变为原来的一半
巩固训练1 用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体，甲比乙的横截面积大，如图所示。将它们串联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙两导体升高的温度。正确的是( )
A．甲导体的温度升高得多
B．乙导体的温度升高得多
C．甲、乙两导体升高的温度相同
D．条件不足，无法判断
例2 市场上有一种双能源
太阳能热水器，晴天享用太阳能，阴天可用电加热，该热水器电路图如图。电热管R标有“220V 1100W”，R0与R构成保温电路。当K连到“2”时，电热管正常工作，给水箱里的水加热；当K连到“3”时，热水器处于保温状态，保温功率为100W。
(1)求R、R0的值。
(2)保温时R的实际功率是多少
巩固训练2 李佳同学家的电热饮水机有加热和保温两种状态，这两种状态轮流工作，完全由温控开关S0自动控制：当胆内水的温度被加热到90℃时，加热状态就停止而进入保温状态；当胆内水的温度降到60℃时，加热状态就启动。下图是该饮水机的电路原理图。李佳同学通过观察还发现：当胆内装有l千克水时，饮水机的加热状态每次只启动5分钟就停止。问：
(1)温控开关S0在何种状态时，饮水机处在保温状态 这时饮水机的电功率是多少
(2)在加热状态中，饮水机把电能转化为水的内能的效率是多少
跟踪演练
一、选择题
1．下列常见电器中不是利用电流热效应工作的是( )
2．我们知道，电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热。其原因是( )
A．导线的电阻小 B．电炉丝的电阻小
C．通过导线的电流大 D．通过电炉丝的电流大
3．下列用电器在工作过程中，电能几乎全部转化为内能的是( )
A．电脑 B．电风扇 C．洗衣机 D．电炉
4．将规格都是“220V 200W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，分别接人家庭电路中，通电时间相同，下列有关电流通过它们产生热量的说法中，正确的是( )
A电风扇产生的热量最多
B．电视机产生的热量最多
C．电烙铁产生的热量最多
D．三者产生的热量一样多
二、填空简答题
5．如图所示，是电热水器原理的简易示意图，通过开关S可以
使热水器处于加热或保温状态。闭合开关S时，热水器处于
状态，此时电能转化为 能。在热水器的蓄水桶中装
水至最高水位后，桶中水的质量为l0kg，把这些水由28℃加热到98℃时需吸收热量 J。
6．如图，当闭合开关Sl时，灯正常发光；再闭合S2使电炉
开始工作，灯变暗了。对以上现象的分析是：因为电炉的
大，使用后导致电路中的 大，导线分压增大，
灯两端实际电压 。
7．如图甲是热熔胶枪的外形，其内部有2只相同的PTC加热元件，电路如图乙。单只PTC元件的电阻与温度的变化如图丙所示。扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时倒向A、B，枪H冒出胶液，松开扳机S同时倒向B、C。当温度为180℃时，胶液有最佳粘性，试根据PTC特性定性分析该装置能使温度稳定在180℃附近的道理。
三、分析计算题
8．(2010盐城)一只开水煲的铭牌如图，内部由开关和电热丝组成。求：
产品名称：开水煲额定频率：50Hz额定功率：ll00W 额定电压：220V容量：1.2L型号：JKY一12C09C
(1)正常工作时，通过内部电热丝的电流；
(2)内部电热丝的电阻；
(3)额定电压下工作5min消耗的电能。
9．下图是某简易电吹风工作原理的电路图(R为电热丝，M为电动机)，下表是该电吹风的铭牌。求：
(1)电吹风正常工作且吹热风时，通过电热丝的电流多大。
(2)电热丝R的阻值多大(电热丝的阻值随温度变化不计)。
10．小刚同学家有一台电热水器，铭牌如下表所示。
小天鹅“蓝金刚”XCD--508型全自动电热水器
额定功率 (kW) 2 加热方式 电加热器
额定电压 (V) 220 类别 防触电保护一类
温度设定范围(℃) 20—90 净重(kg) 20
容量(L) 50 整机外形尺寸(mm) 530×400
出厂时间 2009年3月2日
根据铭牌所提供的信息，求：
(1)该电热水器电热丝正常工作时的电阻是多大
(2)电热水器正常工作持续45min产生的电热是多少焦
(3)若夏天用电高峰时家庭电路的实际电压只有198V，不考虑电热丝电阻随温度的变化，则电热水器在用电高峰时的实际功率为多少
答案
【点击要点】
1．升高2．电能转化为内能3．(1)电流的热效应 加热 (2)大高
【点题分析】
例1 C解析：在相同的时间内讨论电热问题时，根据焦耳定律Q=I2Rt，只‘需考虑l与R的变化，结合欧姆定律(纯电阻电路)，在A项中U不变，R变为原来的一半，则I变为原来的2倍，所以Q为原来的2倍；B项中R不变，U减半，则I减半，所以Q为原来的1／4；C项中U和R都减半，l不变，则Q为原来的l／2；D项中U变为原来的1／4，R变为原来的1／2，则l变为原来的1／2，Q应该是原来的1／8。
巩固训练l B
例2 解析：本题电热器具有保温挡和加热挡，这是一类题型。常见的还有电热器、电烙铁、饮水机、电饭锅等。电热器的额定功率状态即加热状态。电路中只有一个电阻R，此时R的功率为ll00W。由此可求出R的阻值，R=。K打到3时为保温挡，此时R与R0串联，电功率为100W，由P=，可求出R0阻值再由P=I2R，求出R的实际功率
解：(1)R===44。K→2时，只有R接入电路，R正常工作，故电源电压U=220V。 K→3时，R和R0串联，P'=100W。 ∵P'=，∴R0=一R=一44=440。 (2)保温时，流过R的电流I′有I′===A。R消耗的实际功率RR= 2R=(A) ×44=9.1W
巩固训练2 (1)温控开关S0断开时，饮水机处于保温状态。这时只有Rl接入电路，其功率为P===40W(2)加热状态时两电阻并联，Rl消耗功率为P2===484W 加热总功率为P=P1+P2=40W+484W=524W 5分钟消耗电能为W=Pt=524W×300s=157200J水吸收热量为Q=cm△t=4.2×103J／(kg℃)×1kg×(90℃一60℃)=126000J饮水机把电能转化为水的内能的效率是=×l00％=×l00％=80％
【跟踪演练】
1．B 2．A 3．D 4．C 5．加热内(填“热”也给分)2.94×106J 6．电功率电流减小7．当PTC的温度达到180℃时，如果温度升高，电阻增大，由公式P=U2／R可知，电压U不变，电阻R增大，功率P减小，升温速度减慢。反之，温度降低，电阻减小，发热功率增大，会快速升温，这样该装置的温度会在180"C附近稳定下来。8．(1)5 A (2)44Q (3)3.3×105J 9．(1)IR==A=2A (2)R===110 10．解．(1)电热丝正常工作时的电阻R===24.2(2)由P=得，电热器45min消耗的电能W=Pt=2kW×h=1.5kW·h由于电热器将电能全部转化为热，所以45min产生的热量Q=W=1.5× 3.6×106J=5.4×106J (3)当实际电压U=198V时，不考虑电热丝电阻的变化，实际功率为P===1620W
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3．7电热器(2)
点击要点
焦耳定律：
1．电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比，这个规律叫焦耳定律。
2．数学表达式：
3．电流产生热量的计算方法：
(1)Q=I2Rt是焦耳通过实验总结出来的。任何导体有电流通过时，产生的热量都可以由此公式来计算。
(2)对于纯电阻电路，即电能全部转化为——的用电器，像电炉、电烙铁、电饭锅等，电流产生的热量还可以由Q=U2／Rt，Q=UIt推导公式来结算。
典题分析
例1 一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A；松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。求：该电动机正常工作时，输入的电功率是多少 电动机的机械功率是多
巩固训练1 一台电动机正常工作时，两端的电压为220V，通过线圈的电流为10A，若此线圈的电阻为2，那么它的电功率是 W，这台电动机lmin内产生的热量是
J，这台电动机的效率是 。
例2 一台“220V” l000W的电炉，想把它改装后接到ll0V的电源上，但功率保持不变，以下措施正确的是( )
A．将电炉丝截掉一半后接入电路
B．将电炉丝截掉四分之三后接人电路
C．将电炉丝分成等长的两段，然后并联接入电路
D．将电炉丝截掉四分之一后接人电路
巩固训练2 电炉丝断了，去掉1／5后，仍然接在原来的电源两端，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为( )
A．5:4 B．1:5 C．5:1 D．4:5
跟踪演练
一、选择题
1．(2010 广受)--FN各用电器均标有“220V 60W”字样，它们正常工作相同的时间，发热最多的用电器是( )
A．电视机 B．电风扇 C．电热毯 D．电灯
2．在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热，老化更快。这是因为( )
A．连接处的电流较大 B．连接处的电流较小
C．连接处的电阻较大 D．连接处的电阻较小
3．当温度降到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫超导体。下列物体可以用超导体来制作的是( )
A．家用保险丝 B．白炽灯泡的灯丝
C．电炉的电热丝 D．输电导线
4．用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10min可烧开一壶水。若将电热丝对折起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是( )
A．2.5min B．5min C．20min D．30min
5．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．串联用电器增多，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．串联用电器增多，家用电器的额定功率减小
二、填空题
6．小李同学自制了一个简易“电热驱蚊器”，它的发热元件是一个阻值为l.0×104的电阻。将这个电热驱蚊器接在电源的两端，当电源两端电压为220V时，l00s内产生的热量为
J。
7．一个5的电阻通过它的电流为2A，在l0s内放出的热量是 J。如果通过它的电流减小为原来的1／2，在相同时间内所放出的热量是原来的 (设电阻值不变)。
8．经验证明，只有不高于——V的电压对人体才是安全的；一根1210的电阻丝接在220V的电源上，在10min内产生的热量为 J。
9．如图所示，电源电压为4V，电阻R的阻值为l012。开关S
闭合后，在100s的时间内电阻R上放出l0J的热量。已知灯L
的额定功率为1.2W(灯的电阻不随温度变化)，则灯L的额定电
压为 V。
10．微电子控制电热水瓶的铭牌如下表，由此可知，在额定电压下工作，
保温时通过电热水瓶的电流约是 A(保留两位小数)；煮水6min，消耗的电能是
kW·h。
型号DSP--22C
电源220V～／50Hz
煮水时700W
消耗功率 保温时30W
容量2.2L
三、实验探究题
11．如图是“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的
实验装置，两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和
相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插一支温度计，则闭合开
关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过
反映出来的；采用这种连接方式的目的是
12．小明要用如图所示的实验器材探究电压一定时，电流热效应与电阻的关系。其中瓶内电阻丝的长度、粗细都相同。
(1)请你用笔画线代替导线，帮他把电路连接完整。
(2)电流产生热量的多少不易直接测量。因此，在这个
实验中是通过 显示电流产生热
量的多少的。像这种用能直接观测的量来显示不
易直接观测的量的方法叫“转换法”。这种方法在
物理学的研究中经常用到，请你列举一例：
(3)在这个实验中，除了控制电压一定外，还要控制的量有
(4)在这个实验中，若两个电阻丝的通电时间相同，则 瓶内温度计的示数升高得多。
四、分析计算题
13．如表所示是小明家的电热水壶及铭牌，他用该电热水壶将l.5kg的水从20℃加热到l00℃。
(1)水吸收的热量是多少 [f水=4.2×103J／(kg·℃)]
(2)若电热水壶正常工作，且产生的热量全部被水吸收需要多长时间？
(3)若电热水壶实际加热时间大于上述计算的加热时间，可能的原因有哪些？(写出两种)
提高班习题精选
1．用一根电阻丝R1烧一壶开水，需要的时间是t，如果R1串联或并联另一个电阻R2，则烧开水的时间将会( )
A．串联时间大于t，并联时间小于t
B．串联时间小于t，并联时间大于t
C．串、并联时，烧开水的时间都大于t
D．串、并联时，烧开水的时间都小于t
2．有两个电热器R1和R2，采用串联的方式连接在电路中，接通电路时，两个电热器产生的热量和和时间的图像如图所示，则R1、R2电阻的大小关系是( )
A．Rl>R2
B．RlC．Rl=R2
D．无法两者电阻比较大小
3．两台电炉甲和乙，甲的电阻是乙的2倍。第一次将两台电炉串联到电源上，10min内共产生热量Q串；第二次将它们并联接到同一电源上，在10分钟内它们共产生热量Q并，则Q串：Q并为( )
A．2：9 B．4：9 C．2：3 D．4：3
4．(2010莆田)将阻值分别为l0和30的甲、乙两电阻串联后接在电源上，相同时间内，甲、乙两电阻产生的热量之比为 ；若将甲、乙两电阻并联后接在电源上，相同时间内，电流通过甲、乙两电阻做功之比为 。
5．小明认为：电风扇工作时，电能转化为叶片转动的机械能和线圈发热、摩擦等产生的内能。其中转化为机械能所做的功是 ，转化为内能所做的功是 (填“有用功”或“额外功”)。为了粗略探测电风扇正常工作的电能转化效率，小明用一个铭牌上标有额定电压为U，但其他字迹不清的小型直流电风扇来进行实验，实验设计如下：
(1)按右图所示连接好电路(图中为电风扇)，闭合开关，叶片转动，移动变阻器滑片至某一位置时，叶片刚好不转动，凑出此时电压表和电流表的示数分别为U0、I0，则线圈导体的电阻为 ；
(2)向 (填“左”或“右”)移动变阻器滑片，使电压表示数为额定电压U，读出此时电流表的示数为l；
(3)若忽略摩擦，只考虑线圈发热损耗，则电风扇正常工作时电能
转化效率的表达式= (用测出的已知量表示)。
6．与小功率用电器相比，大功率用电器在使用时插头发热比较厉害，
而连接的导线却不怎么热。这一现象激发小明同学要探究“通电导
体产生的热量与什么因素有关”的问题。现有如图所示的器材：装有相等质量煤油的A、B、C三个相同的烧瓶、三支温度计、两根电阻相同的锰铜合金线、一根镍铬合金丝、一个电源、一个开关、导线若干。
(1)在探究“通电导体产生的热量与电阻有关”时：
①将B、C两烧瓶的锰铜合金丝和镍铬合金丝串
联接入电路，其目的是
②随着时间的增加，两瓶中煤油温度都逐渐上升，
说明通电导体产生的热量与 有关。
③已知镍铬合金丝比锰铜合金丝的电阻大，通电一段时间后，烧瓶 中的煤油温度上升快。由此，小明得出结论：通电时间一定，电阻越大，导体产生的热量越多。
④另一个同学指出小明的结论不严密，请你将小明的结论补充完整：
(2)在探究“通电导体产生的热量与电流的关系”时：
①小明猜想：时间与电阻一定时，通过导体的电流越大，该导体产生的热量就越 。
②在原来电路基础上，请将A烧瓶中锰铜合金丝接入上图的电路中，使该电路能用来探究“通电导体产生的热量与电流大小的关系”这一问题。
7．小明为了探究电流的热效应，找来了如下器材：l2V的电源，开关，一段电炉丝，粗细、长短与电炉丝相同的铜导线，蜡和导线若干。他设计了一个简单的实验：把电炉丝和铜电线串联起来接到电源上，在电炉丝和铜导线上分别滴上几滴熔化的蜡。等蜡凝固后，合上开关，过一会儿，发现电炉丝上的蜡熔化了，而铜导线上蜡没有熔化。
(1)他的这个简单实验能不能用来探究电流的热效应
(2)他把电炉丝和铜导线串联在电路中的目的是什么
(3)电炉丝上的蜡能熔化，而铜导线上的蜡没熔化，由此你能得出什么结论
8．(2010毕节)如图所示，电源电压为12V，且保持不变，当只闭合开关S1时，电流表A的示数是lA，开关S1、S2同时闭合时，电流表的示数为l.5A。求：
(1)R1电阻的大小
(2)R2消耗的电功率是多少
(3)S1、S2同时闭合时，通电l0s电路中产生的热量是多少
9．某中学为解决同学们的饮水问题，新购置了一批台式饮水机，其铭牌如下表所示。饮水机的电路图如下，S是用感温材料制造的温控开关，R1是电阻，R2是供加热的电阻丝。分析电路图可知，当S接通时，饮水机处于加热状态，当S断开时处于保温状态。
额定频率 50Hz 环境温度 10℃～38℃
加热功率 550W 环境湿度 ≤90%
额定电压 220V 制热水能力 ≥90℃ 5L／h
(1)在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大
(2)正常工作时，该饮水机将热水罐中0.6kg、18℃的水加热到93℃，用时6min。用这些数据及题目中的信息，计算热水罐中的水吸收的热量和该饮水机加热状态时的效率。
[C水=4.2×103J／(kg·℃)]
(3)如果要使饮水机在保温状态时的功率是加热状态时的一半，则R1与R2的比值应是多少
答案
【点击要点】
1．电流的平方，导体的电阻，通电的时间。 2．Q=I2Rt 3．内能
【典题分析】
例1 解：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r===1，电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入=I1·Ul一0.8 ×2W=1.6W，电动机的机械功率P机=P入一I12·r=1.6W一0.82×Lw=0.96W
提示：在非纯电阻电路里，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。①电热Q=I2Rt。②电动机消耗的电能也就是电流的功W=UIt③由能量守恒得W=Q+E，E为其他形式的能，这里是机械能；④对电动机来说，输入的功率P入=UI；发热的功率P热=I2R，输出的功率，即机械功率P机=P入一P热=UI一I2R。
巩固训练l 2200 12000 90.9％
例2 C解析：根据题意要求U实=U额时，P实=P额。由P=可知要满足题设条件，只有改变电阻R，才能满足要求。由P实=一一，若R2=R1时，P实才能等于P额。所以R2==R1是选择答案的首要依据，在上述四个答案中可发现(B)(C)均满足条件，究竟两个答案谁更合理呢 我们还应该考虑当U变化后，R也变时，I是否变化。对于一个能正常工作的电阻来说，它有一个额定电流，若实际电流超过它允许的额定电流，则它必将烧毁，所以接下来应判定(B)(C)中由实际电路中通过的电流大小。B：I2====2I1=2I额，而C选项每根电阻丝上的电流I2=U额/R1=I额显然应排除B，而选择C。
巩固训练2 A
【跟踪演练】
1．C 2．C 3．D 4．A 5．C 6．484 7．2001／4 8．36 2.4×104 9．6 10．0.14 0.07 11．温度计的示数变化控制电流相同12．(1)如圈所示
(2)温度计示数升高的多少研究声音是由振动产生的时，用乒乓球的振动显示音叉的振动。或研究分子运动时，用固、液、气体的扩散推测分子的热运动；探究平面镜成像时，用相同的蜡烛找像的位置等(3)两瓶内煤油的质量通电时间等(4)甲l3．解：(1)Q吸=c水m(t2一t1)=4.2×103J／(kg·℃)×1.5kg×(100℃一20℃)=5.04×105J (2)∵电热水壶正常工作 ∴P=P额=1500W 又∵W=Q放= Q吸=5.04×l05J ∴t=336s(2)原因可能是：①电热水壶产生的热量没有全部被水吸收②电热水壶实际工作电压小于额定电压
【提高班习题精选】
1．A 2．A 3．A 4．1:3 3:1 5．有用功额外功(1) (2)左 (3) 6．(1)①使通过锰铜丝和镍铬合金丝的电流相同②通电时间③C④通过导体的电流和通电时间一定时．电阻越大，导体产生的热量就越多(2)①多②做法为：保持B、C两烧瓶的金属丝串联，将A烧瓶的锰铜丝与它们组成并联<注意：应由开关控制并联电路)7．(1)能(2)使它们通过的电流相等(3)电炉丝的电阻比铜导线的电阻大，电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成正比8．(1)当只闭合开关S1时，只有R1接人电路此时U1=U=12vRl=U1／Il=12V／1A=12 (2)当开关Sl、S2 同时闭合时，R1与R2并联接入电路I2=I一I1=l.5A一1A=0.5A P2=U2×I2=12V×0.5A=6W (3)当开关Sl、S2同时闭合时，R1与R2并联接人电路Q=W=UIt=12V×1.5A×10s=180J
9．解．(1)由J===2.5A (2)Q吸=c水m(t-to)=4.2×l03J／(kg·℃)×0.6kg×(93℃一18℃)=1.89×105J W=Pt=550W×360s=1.98×105J ==×l00％≈95.5％ (3)当加热时，S闭合，Rl短路，得P=当保温时，S断开，R1与R2串联，P′==()2×R2由题意得=()2=2，,=0.414
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