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第13讲
电能与电热
精讲1
焦耳定律
?通过实验探究可以知道，电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，产生的热量越大。1840年，英国物理学家焦耳通过精确的实验，找到了电热与电流、电阻和通电时间的关系：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。这个规律叫做焦耳定律，表达式为：
?重难点解读
??焦耳定律的理解
?焦耳定律准确地阐明了电热、电流、电阻和通电时间之间的关系，焦耳定律的公式是通过实验总结出来的，只要电流通过导体发热，就可以通过该公式计算产生的热量。
?焦耳定律公式中的各个物理量是同一电路、同一导体、同一状态下的各物理量。
?易错易混
?电能和电热的关系
???
纯电阻电路，就是指电路中只有电阻的电路，不含有电动机等，从能量转化的角度看，纯电阻电路只将电能转化为热能(内能)。而电动机除将少量电能转化为热能外，电能主要转化为机械能。
电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有转化为其他形式的能，那么电流产生
的热量就等于消耗的电能，即
???
只有纯电阻电路中，电能才全部转化为热，Q＝W才成立。因此只适用于纯电阻电路。如果电路不是纯电阻电路，电流通过时，电能除了转化为热能外，还转化为机械能和化学能
等，此时电流产生的热量小于消耗的电能，即Q＜W。因此在非纯电阻电路中，计算电流产生的热量用Q＝I2Rt，计算消耗的电能(或电流做的功)用W＝Pt＝UIt。
?因此，公式Q＝I2Rt＝P热t适用于一切情况下电热的计算，公式Q＝UIt＝U2t/R不能用来计算电动机工作时产生的热量。
?易错易混
?电热的利用和防止
?在日常生活中，有些用电器是利用电流的热效应工作的，例如电水壶、电饭锅、电暖器、电炉、电暖风等等；
?当用电器温度过高或局部温度过高时，用电器就不能正常工作，长时间使用工会损坏用电器，甚至发生火灾，带来极大的安全隐患，这时候就需要防止电热带来的危害。用电器最常见的散热方式是利用风扇进行强制散热，除此之外，有些大型用电器则采用循环水散热的方式进行散热。
巩固练习
考点1：电热的利用和防止
【例1】有些家用电器在使用过程中温度过高会损坏电器。下列家用电器要防止电热产生危害的是（?
）
A．电饭煲?
B．电热水器?
C．电熨斗?
D．电视机
答案：D
【变式1】在炎热的夏天，电视机连续使用较长时间后，要停一会儿，但如果长期停止使用，隔一段时间要通电一次。这是因为___________在起作用，前者是为了___________，后者是为了____________。
答案：电热，散热，驱潮
考点2：焦耳定律的简单计算
【例1】一段电阻两端的电压是6V时，通过电阻的电流为2A，则该电阻10s产生的热量是多少?
答案：120J
【变式1】一个灯泡标有“110V?
40W”，当这个灯泡正常发光5min产生的热量是多少？
答案：12000J
【例2】一个阻值为55Ω的电饭锅，通过它的电流为4A，则20min产生多少热量？
答案：1.056×106
【变式1】一台电动机的电阻为12.1Ω，在220V的额定电压下运行时，消耗的总电功率为400W.若电动机工作5min，则电流做功________J，发热量为???????
J。
答案：1.2×105，1.2×104
【变式2】标有“4V?2W”字样的灯泡，与16Ω的电阻R串联后接到6V的电源上，求：
（1）灯泡的实际功率多大？电阻R在5分钟内产生多少热量？
（2）若该灯泡与电阻为0.5Ω的电动机串联接到6v的电源上，灯泡刚好正常发光，则10分钟内灯泡和电动机产生的热量各为多少？电动机的输出效率是多少？
答案：0.5w，300J；1200J，75J；87.5%
考点3：与电路结合计算电热
【例1】一个R1=3W的电灯和一个R2=6W的电阻串联在U=9V的电路上，求：10秒内电流经过电灯时所做的电功和整个电路产生的焦耳热。
答案：30J，90J
【变式1】如图所示，电源电压为12
V，灯泡上标有“12
V　12
W”．ae和bf是同种型号的电阻丝，每1
m的电阻丝均为0.5
Ω，其他导线电阻不计．c、d两点始终保持与电阻丝良好接触，设ac与bd长度均为3
m，那么小灯泡两端电压为________V两电阻丝在100
s内产生的热为__________J，当c、d两点向右移动时，灯泡的亮度将________________．(设灯泡电阻丝不随温度而变化)
答案：9.6，192，变暗
考点4：多档位问题
【例1】如图是某家用电器电路结构示意图，其中R1、R2为加热电阻丝(R1＞R2)。电热丝有四种连接方式使电热器提供不同的发热功率，其中发热功率最大的连接方式是（?
）
答案：D
【例2】如图为一台两挡式电热水器的内部简化电路。S为温控开关，当S接a时电路中的电流为5
A；当S接b时电路消耗的电功率为22
W，求：
（1）R
1
的电阻；
（2）高温挡时电路消耗的电功率；
（3）在低温挡工作l0
min，电流通过R
2
产生的热量。
答案：44，1100w，12936J
【变式1】如图甲所示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．
（1）要让电吹风工作时吹出热风，它的开关应置于图甲中________(填“1”“2”或“3”)位置，此时电风扇与电热丝的连接方式是__________．
（2）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如图乙所示，则在该次吹干头发过程中电吹风消耗的总电能是__________J
.
（3）电热丝在工作时的电阻值是________Ω.(保留一位小数)
（4）使用几年后发现电热丝变细，电阻变________，它的实际功率将变________．
答案：1，并，13200,91.7，大，小
考点5：电加热问题
【例1】把“220V?880W”的电热水壶接在220V的电源上。求：
（1）通电10min，通过导体的电荷量是多大？
（2）若电热水壶放出的热量全部被水吸收，将5kg、12℃的水加热到100℃需要多长时间？
答案：2400C，2100s
【例2】某电水壶铭牌如表．如图是电水壶的电路图，开关S为温控开关，若加热器电阻阻值不随温度变化而改变，且此时的大气压为1标准大气压．则：
（1）电水壶正常工作时，其加热电阻的阻值是多大？
（2）若电水壶产生的热量全部被水吸收，现将一满壶23℃的水在标准大气压下烧开需要多长时间？[水的比热容C=4.2×103J/（kg?℃）]．
（3）当电水壶处于保温状态时，通过加热器的电流是1A，此时电阻R0的电功率是多少？
答案：11，735s，209w
【变式1】如图所示的装置很有创意——它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起：上部是洗衣机（有关技术参数见铭牌），下部是马桶，中间设有贮水桶。洗衣机还设有加热功能，（铭牌上水的加热功率已模糊），洗涤前先将水加热到适宜温度，可以提高洗涤效果。
（1）请问这种设计的优点：???????????????????????
。（请至少说出一个观点）
（2）求洗衣机脱水时的正常工作电流。
（3）某次洗衣时，首次进水量为20kg，加热时电能的80%转化为水的内能，正常加热14min水的温度升高10℃就达到设定要求，由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊，求：
①水吸收的热量，②洗衣机的加热功率。
[c水
=
4.2×103
J
/（kg·℃）]
答案：节约用水，1.5A；8.4×105J，1250w
课后作业
下列用电器中，利用电流热效应工作的是（????
）
A．电脑??????
?B．电热杯
?????C．电视机?????
D．电风扇
?
答案：B
下列用来防止电热危害的物体是（????
）
A．供取暖用的电褥子???
????B．电暖器的散热片???
C．电熨斗的金属外壳??
?????D．电视机上的散热窗
答案：D
超导材料是一种电阻为零的材料，将在人们的生产和生活中得到越来越广泛的应用．你认为以下应用中不合理的是（????
）
A．绕制成电动机的线圈???????????
B．作为远距离输电中的输电导线
C．绕制成电磁铁的线圈??????????
?D．制成电烤炉的电阻丝
答案：D
电炉丝与导线串联接到电路里，通电后电炉丝热得发红，而与之相连的导线却不怎么热．由焦耳定律可知，造成上述现象的主要原因是（????
）
A．通过电炉丝的电流比导线的电流小得多　　　　　?
B．通过电炉丝的电流比导线的电流大得多
C．电炉丝的电阻比导线的电阻小得多　　　　　　　?
D．电炉丝的电阻比导线的电阻大得多
答案：D
两电阻R1＝6
Ω，R2＝9
Ω，当它们串联接在电源电压为3
V的电路两端，通过它们的电流I＝________A，加在R1、R2两端的电压之比U1∶U2＝________；当R1、R2并联接在原电路中，通过R1、R2的电流之比I1∶I2＝________，R1、R2产生的热量之比Q1∶Q2＝________.
答案：0.2；2:3；3:2；3:2
电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220
V?
60
W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量多的是（????
）
A．电风扇????
B．电烙铁?
???C．电动机????
D．一样多
答案：B
规格都是“220V
100W”电风扇和电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间10min，电风扇消耗的电能为???????
J，电烙铁消耗的电能为???
????????J，电烙铁产生的内能为????
???????J，电风扇产生的内能??????????
电烙铁产生的内能（选填“大于”“小于”或“等于”）。
答案：6×104，6×104，6×104，小于
小刚家里连接热水器的插头与插座接触不良，在热水器使用一段时间后发现插头与插座过热．下列关于插头与插座过热的原因解释正确的是（????
）
A．由于接触不良，导致电路中电流过大，插头与插座过热
B．由于接触不良，电路中没有电流通过，插头与插座是被热水烫热的
C．由于接触不良，导致电路中总功率过大，插头与插座过热
D．由于接触不良，导致接触处电阻过大，插头与插座过热
答案：D
电阻R1、R2（R1＞R2）以不同的连接方式接到同一电源两极上，相同时间内电路中产生热量最多的一种连接方式是（????
）
A．只接R1????
B．只接R2?????
C．R1和R2串联??????D．R1和R2并联
答案：D
如图是一台常用的电热饮水机的铭牌数据和电路原理图。其中S是温控开关，R1是定值电阻，R2是加热电阻。当S闭合时，饮水机处于加热状态；当S断开时，饮水机处于保温状态。
（1）求在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大？
（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，需用时14min（水的比热容为4.2×103J/kg?℃）．求此加热过程中：①水吸收的热量；②饮水机的加热效率。
（3）求电阻R1的阻值（保温功率是指整个电路消耗的功率）。
答：（1）在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是2A；（2）此加热过程中：①水吸收的热量为2.94×105J；②饮水机的加热效率为79.5%；（3）电阻R1的阻值为1100Ω。中小学教育资源及组卷应用平台
第13讲
电能与电热
精讲1
焦耳定律
?通过实验探究可以知道，电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，产生的热量越大。1840年，英国物理学家焦耳通过精确的实验，找到了电热与电流、电阻和通电时间的关系：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。这个规律叫做焦耳定律，表达式为：
?重难点解读
??焦耳定律的理解
?焦耳定律准确地阐明了电热、电流、电阻和通电时间之间的关系，焦耳定律的公式是通过实验总结出来的，只要电流通过导体发热，就可以通过该公式计算产生的热量。
?焦耳定律公式中的各个物理量是同一电路、同一导体、同一状态下的各物理量。
?易错易混
?电能和电热的关系
???
纯电阻电路，就是指电路中只有电阻的电路，不含有电动机等，从能量转化的角度看，纯电阻电路只将电能转化为热能(内能)。而电动机除将少量电能转化为热能外，电能主要转化为机械能。
电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有转化为其他形式的能，那么电流产生
的热量就等于消耗的电能，即
???
只有纯电阻电路中，电能才全部转化为热，Q＝W才成立。因此只适用于纯电阻电路。如果电路不是纯电阻电路，电流通过时，电能除了转化为热能外，还转化为机械能和化学能
等，此时电流产生的热量小于消耗的电能，即Q＜W。因此在非纯电阻电路中，计算电流产生的热量用Q＝I2Rt，计算消耗的电能(或电流做的功)用W＝Pt＝UIt。
?因此，公式Q＝I2Rt＝P热t适用于一切情况下电热的计算，公式Q＝UIt＝U2t/R不能用来计算电动机工作时产生的热量。
?易错易混
?电热的利用和防止
?在日常生活中，有些用电器是利用电流的热效应工作的，例如电水壶、电饭锅、电暖器、电炉、电暖风等等；
?当用电器温度过高或局部温度过高时，用电器就不能正常工作，长时间使用工会损坏用电器，甚至发生火灾，带来极大的安全隐患，这时候就需要防止电热带来的危害。用电器最常见的散热方式是利用风扇进行强制散热，除此之外，有些大型用电器则采用循环水散热的方式进行散热。
巩固练习
考点1：电热的利用和防止
【例1】有些家用电器在使用过程中温度过高会损坏电器。下列家用电器要防止电热产生危害的是（?
）
A．电饭煲?
B．电热水器?
C．电熨斗?
D．电视机
【变式1】在炎热的夏天，电视机连续使用较长时间后，要停一会儿，但如果长期停止使用，隔一段时间要通电一次。这是因为___________在起作用，前者是为了___________，后者是为了____________。
考点2：焦耳定律的简单计算
【例1】一段电阻两端的电压是6V时，通过电阻的电流为2A，则该电阻10s产生的热量是多少?
【变式1】一个灯泡标有“110V?
40W”，当这个灯泡正常发光5min产生的热量是多少？
【例2】一个阻值为55Ω的电饭锅，通过它的电流为4A，则20min产生多少热量？
【变式1】一台电动机的电阻为12.1Ω，在220V的额定电压下运行时，消耗的总电功率为400W.若电动机工作5min，则电流做功________J，发热量为???????
J。
【变式2】标有“4V?2W”字样的灯泡，与16Ω的电阻R串联后接到6V的电源上，求：
（1）灯泡的实际功率多大？电阻R在5分钟内产生多少热量？
（2）若该灯泡与电阻为0.5Ω的电动机串联接到6v的电源上，灯泡刚好正常发光，则10分钟内灯泡和电动机产生的热量各为多少？电动机的输出效率是多少？
考点3：与电路结合计算电热
【例1】一个R1=3W的电灯和一个R2=6W的电阻串联在U=9V的电路上，求：10秒内电流经过电灯时所做的电功和整个电路产生的焦耳热。
【变式1】如图所示，电源电压为12
V，灯泡上标有“12
V　12
W”．ae和bf是同种型号的电阻丝，每1
m的电阻丝均为0.5
Ω，其他导线电阻不计．c、d两点始终保持与电阻丝良好接触，设ac与bd长度均为3
m，那么小灯泡两端电压为________V两电阻丝在100
s内产生的热为__________J，当c、d两点向右移动时，灯泡的亮度将________________．(设灯泡电阻丝不随温度而变化)
考点4：多档位问题
【例1】如图是某家用电器电路结构示意图，其中R1、R2为加热电阻丝(R1＞R2)。电热丝有四种连接方式使电热器提供不同的发热功率，其中发热功率最大的连接方式是（?
）
【例2】如图为一台两挡式电热水器的内部简化电路。S为温控开关，当S接a时电路中的电流为5
A；当S接b时电路消耗的电功率为22
W，求：
（1）R
1
的电阻；
（2）高温挡时电路消耗的电功率；
（3）在低温挡工作l0
min，电流通过R
2
产生的热量。
【变式1】如图甲所示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．
（1）要让电吹风工作时吹出热风，它的开关应置于图甲中________(填“1”“2”或“3”)位置，此时电风扇与电热丝的连接方式是__________．
（2）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如图乙所示，则在该次吹干头发过程中电吹风消耗的总电能是__________J
.
（3）电热丝在工作时的电阻值是________Ω.(保留一位小数)
（4）使用几年后发现电热丝变细，电阻变________，它的实际功率将变________．
考点5：电加热问题
【例1】把“220V?880W”的电热水壶接在220V的电源上。求：
（1）通电10min，通过导体的电荷量是多大？
（2）若电热水壶放出的热量全部被水吸收，将5kg、12℃的水加热到100℃需要多长时间？
【例2】某电水壶铭牌如表．如图是电水壶的电路图，开关S为温控开关，若加热器电阻阻值不随温度变化而改变，且此时的大气压为1标准大气压．则：
（1）电水壶正常工作时，其加热电阻的阻值是多大？
（2）若电水壶产生的热量全部被水吸收，现将一满壶23℃的水在标准大气压下烧开需要多长时间？[水的比热容C=4.2×103J/（kg?℃）]．
（3）当电水壶处于保温状态时，通过加热器的电流是1A，此时电阻R0的电功率是多少？
【变式1】如图所示的装置很有创意——它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起：上部是洗衣机（有关技术参数见铭牌），下部是马桶，中间设有贮水桶。洗衣机还设有加热功能，（铭牌上水的加热功率已模糊），洗涤前先将水加热到适宜温度，可以提高洗涤效果。
（1）请问这种设计的优点：???????????????????????
。（请至少说出一个观点）
（2）求洗衣机脱水时的正常工作电流。
（3）某次洗衣时，首次进水量为20kg，加热时电能的80%转化为水的内能，正常加热14min水的温度升高10℃就达到设定要求，由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊，求：
①水吸收的热量，②洗衣机的加热功率。
[c水
=
4.2×103
J
/（kg·℃）]
课后作业
下列用电器中，利用电流热效应工作的是（????
）
A．电脑??????
?B．电热杯
?????C．电视机?????
D．电风扇
?
下列用来防止电热危害的物体是（????
）
A．供取暖用的电褥子???
????B．电暖器的散热片???
C．电熨斗的金属外壳??
?????D．电视机上的散热窗
超导材料是一种电阻为零的材料，将在人们的生产和生活中得到越来越广泛的应用．你认为以下应用中不合理的是（????
）
A．绕制成电动机的线圈???????????
B．作为远距离输电中的输电导线
C．绕制成电磁铁的线圈??????????
?D．制成电烤炉的电阻丝
电炉丝与导线串联接到电路里，通电后电炉丝热得发红，而与之相连的导线却不怎么热．由焦耳定律可知，造成上述现象的主要原因是（????
）
A．通过电炉丝的电流比导线的电流小得多　　　　　?
B．通过电炉丝的电流比导线的电流大得多
C．电炉丝的电阻比导线的电阻小得多　　　　　　　?
D．电炉丝的电阻比导线的电阻大得多
两电阻R1＝6
Ω，R2＝9
Ω，当它们串联接在电源电压为3
V的电路两端，通过它们的电流I＝________A，加在R1、R2两端的电压之比U1∶U2＝________；当R1、R2并联接在原电路中，通过R1、R2的电流之比I1∶I2＝________，R1、R2产生的热量之比Q1∶Q2＝________.
电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220
V?
60
W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量多的是（????
）
A．电风扇????
B．电烙铁?
???C．电动机????
D．一样多
规格都是“220V
100W”电风扇和电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间10min，电风扇消耗的电能为???????
J，电烙铁消耗的电能为???
????????J，电烙铁产生的内能为????
???????J，电风扇产生的内能??????????
电烙铁产生的内能（选填“大于”“小于”或“等于”）。
小刚家里连接热水器的插头与插座接触不良，在热水器使用一段时间后发现插头与插座过热．下列关于插头与插座过热的原因解释正确的是（????
）
A．由于接触不良，导致电路中电流过大，插头与插座过热
B．由于接触不良，电路中没有电流通过，插头与插座是被热水烫热的
C．由于接触不良，导致电路中总功率过大，插头与插座过热
D．由于接触不良，导致接触处电阻过大，插头与插座过热
电阻R1、R2（R1＞R2）以不同的连接方式接到同一电源两极上，相同时间内电路中产生热量最多的一种连接方式是（????
）
A．只接R1????
B．只接R2?????
C．R1和R2串联??????D．R1和R2并联
如图是一台常用的电热饮水机的铭牌数据和电路原理图。其中S是温控开关，R1是定值电阻，R2是加热电阻。当S闭合时，饮水机处于加热状态；当S断开时，饮水机处于保温状态。
（1）求在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大？
（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，需用时14min（水的比热容为4.2×103J/kg?℃）．求此加热过程中：①水吸收的热量；②饮水机的加热效率。
（3）求电阻R1的阻值（保温功率是指整个电路消耗的功率）。

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