八年级物理电与热、电功率和安全用电人教实验版知识精讲

初二物理初二物理电与热 电功率和安全用电人教实验版电与热 电功率和安全用电人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 电与热 电功率和安全用电 二 规律方法指导 1 由导体产生热量的功率公式 P I2R 还可以看出 在电阻相同的条件下 电能转化成热 时的功率跟导体中电流的平方成正比 2 计算电流通过导体产生的热的方法 纯电阻电路中 电流通过电路所做的功全部用来 产生热 消耗的电能全部转化为热能 这时 W Q I2Rt 非纯电阻电路中 消耗的电能除 一部分转化为热能外 还要转化为其他形式的能 这时有 W Pt UIt Q I2Rt 3 为了安全用电 应注意不要让干路电流超过家里供电线路和电能表所允许的最大值 为此 要防止同时使用很多大功率的用电器 如果家里要添置新的大功率用电器 应先算 一算它的电流 看电路中总电流是否超过供电线路和电能表允许的最大值 4 选用保险丝时 其规格与电路的额定电流相比不能过大也不能过小 过大起不到保险 作用 过小则用电器不能正常工作 三 知识点分析 学法点拨 学习本节的知识内容 应注重以下过程与方法 学习本节时注意结合自己的生活经验 电流通过电炉会发热 通过电灯也会发热 寻 找更多的例证 有助于理解电流通过导体时的能量转化关系 加深对电流热效应的理解 从而认识到 即使是一根导线也有发热的问题 这是一个无法回避的客观事实 本节中提出的问题是电炉丝热得发红 而导线却几乎不发热 形成这种差别的原因是 什么 实验探究是围绕着这一个前提条件来进行的 选取的两个导体中的电流相等 通电 时间相等 但电阻不相等 只要发热快慢不同 那么就可确定是电阻不同导致的 发热功 率与电阻大小有关 实际上电流大小和通电时间也是影响发热功率的因素 但这样研究控 制了这两个变量 可以将问题简化 这个探究实验的结论 只适用于电流相同的情形 因为它是在这个条件下得出的 事 实上对于不同的家用电热器而言 由于供电电压一定 情形正好相反 电阻小的发热功率 恰好大 因此理解物理规律不能脱离它产生的具体物理环境 否则就不能成立 学习本节的知识内容 应注重以下过程与方法 1 在家庭电路中一个十分重要的特点是电压一定 所以接入的用电器的功率越大 通过 这个用电器的电流越大 同样这个规律也可理解为整个家庭电路中的总功率越大 总电流 也越大 这一规律可以通过理论方法推导出来 也可通过实验来探究这一规律 想一想 应该怎么探究 第五章中探究并联电路中电流的规律 应该可以给你一些启示 2 电流有热效应 所以当电流通过导线或电器时 电流过大有可能引起火灾 烧坏电器 保险丝就是利用了电流的热效应来烧断的 可以说是一个利用电流的热效应来控制电流的 热效应的范例 3 可以通过多种形式了解保险装置的应用及其规格 选购时的注意事项 如 可到电工 用品商店访问 实地查看家中保险装置的规格 与学校或居民楼中的总保险对比 理解不 同的规格的保险装置的适用场所 4 通过与电工和有经验的人的交流养成安全用电的意识 问 有人说 在能量转化过程中 电流产生的热量等于消耗的电能 这种说法对吗 为什么 答 答 这种说法是错误的 因为电能有热效应 磁效应 化学效应等 电能分别可以转 化为热能 光能 动能 化学能等等 例如 电动机工作时 电能大部分转化为动能 还 有一部分转化为热能 只有在纯电阻电路中 如电炉 电烙铁 电烤箱等工作时 消耗的 电能才会全部用来产生热量 问 如何正确理解焦耳定律 答 答 焦耳定律是一个实验定律 它的适用范围很广 凡涉及电流热效应的问题 例如 计算电流通过某一电路产生的热量 比较不同电路或导体放出热量的多少等 都可以使用 焦耳定律来求解 但利用欧姆定律和焦耳定律导出的 不是焦耳定律的RtUUItQ 2 表达式 它们只能在电能全部转化为热能的条件下才能成立 使用焦耳定律公式进行计算 时 公式中物理量要对应于同一导体或同一段电路 并均使用国际单位 问 保险丝为什么能 保险 答 答 保险丝是由电阻率大 熔点较低的铅锑合金制成的 但要注意 保险丝的电阻率 大并不等于保险丝的电阻大 实际上保险丝的电阻还是很小的 保险丝的电阻率大只表示 在长度和横截面积相同的情况下 保险丝的电阻比导线的电阻要大得多 由于保险丝与导 线中通过的电流相同 根据焦耳定律 电流在保险丝上产生的热就较多 保险丝温度就比 导线温度高 当温度达到保险丝的熔点时 保险丝就熔断 电路就会被自动切断 因此保 险丝起到 保险 的作用 问 家庭电路中为什么不能用铜丝 铁丝等金属丝代替保险丝 答 答 选作保险丝的材料应具备电阻率较大和熔点较低这两个条件 而铜 铁这类材料 不但电阻率小而且熔点较高 是不适合做保险丝的 如果家庭电路中用铜丝 铁丝代替保 险丝 就埋下了事故的隐患 当电路中的电流过大时 铜丝 铁丝不会熔断 不能起到有 效的保险作用 据消防人员讲 用铜丝 铁丝代替保险丝是引起用电事故或火灾的一个重 要原因 典型例题典型例题 电与热 例 1 长短粗细均相等的铜丝 铁丝 铝丝串联在电路中 通电后 A 铜丝发热多B 铁丝发热多 C 铝丝发热多D 三者相同 解答 解答 电流通过导体时的发热功率 与电流的二次方和导体的电阻成正比 三根金属 丝串联时 因为通电时间及电流强度均相等 且铁丝的电阻最大 所以铁丝发热最多 例 2 老奶奶冬天用的电热毯通电后太烫 应该如何改造才能让它适当降温 解答 解答 由于是家用的电热毯 所以电源电压一定 使它降温就是控制其发热功率使之 减小 这时也可直接改变通过它的电流 因为 P IU 简便易行的方法是增加一个用来控温 的电阻 与电热毯中的电热丝串联 这时流过电热丝的电流就减小了 当然这样做改动了 原有设计 要十分注意安全 你一定想说 增加的这个控温电阻不是也要发热吗 为什么把它与电热丝看作一个整 体后发热功率反而减小呢 写出你的思考 思考 一 基础题 例 1 在验证焦耳定律的实验中 为了研究电流通过两根不同电阻丝产生的热量跟电阻的 关系 实验时 A 通过它们的电流和加在它们两端的电压相同 B 通过它们的电流和它们的电阻相同 C 通过它们的电流和通电时间相同 D 通过它们的电流 加在它们两端的电压和通电时间都相同 精析 精析 由焦耳定律知 电阻丝产生的热量由通过电阻丝的电流 通电时间和加在它们 两端的电压共同决定 要研究其中一个因素与电阻丝产生的热量关系 应让其他两个因素 相同 故本题应选 C 答案 答案 C 说明 说明 本题应用了控制变量法 控制变量法是初中物理学中的一种重要解题方法 要 求学生必须掌握 二 能力题 例 2 为研究某种植物在恒温下生长的规律 某中学物理兴趣小组的同学 设计制作了一 台如图所示的恒温箱 箱内安装了一根电热丝 按实际需要 电热丝每秒应向箱内提供 539J 的热量 经选用合适的材料制成后 用 220V 的恒压电源供电 测得该电热丝每秒实 际供热 1100J 为使电热丝供热达到设计要求 在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下 应在箱外怎样连接一个电阻元件 并通过计算确定这个电阻元件的阻值 精析与解答 精析与解答 要使电路改装后达到设计要求 即减小电热丝的电功率 由 知 应在箱外电路中串联一个电阻 RUP 2 1 R 由得电热丝电阻 t R U Q 2 44 1100 1 220 22 t Q U R 串联电阻后电热丝两端的电压 VV t RQ UR154 1 44539 1 串联电阻两端的电压 VVVUUU RR 66154220 1 由于 R 与串联 则有 1 R R U R U R R 1 1 9 18 154 4466 1 1 R R U RU R 三 应用题 例 3 两烧瓶中盛有等量的煤油并浸泡着一段电阻丝 如图所示 烧瓶 A 中电阻丝的阻值 小于烧瓶 B 中电阻丝的阻值 将它们串联接入电路中 通电后温度计读数上升较快的是 原因是 精析 精析 A 与 B 串联 电流相等 把可知 P 与 R 成正比 R 越大 P 越大 RIP 2 在相同时间内 电能转化为热能越多 温度计示数上升越快 答案 答案 B 四 探究题 例 4 某同学用如图所示的装置研究电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系 图中两个烧瓶内盛有质量和温度都相同的煤油 温度计显示煤油的温度 两瓶煤油中都浸 泡着一段金属丝 烧瓶 A 中的金属丝是铜丝 电阻比较小 烧瓶 B 中的金属丝是镍铬合金 丝 电阻比较大 该同学想把两段金属丝串联接入电路 1 请你用笔画线作导线 帮他完成电路 2 这样连接的目的是 3 实验过程中可以观察到 A 瓶中温度计的示数小于 B 瓶中温度计的示数 这表 示 精析 精析 此题将实验操作 理论知识有机地结合在一起 考查学生探究新知识和解决实 际问题的能力 接滑动变阻器时 应注意接线柱的连入方式 要遵循 一上一下 原则 将两电阻丝串联是为了控制电流相等 答案 答案 1 电路连接如图所示 2 控制电流和通电时间相等 3 电流和通电时间相同时 电阻越大 电流通过导体产生的热量越多 说明 说明 本题用实验探究电流通过导体产生的电热跟电阻的大小关系 电功率和安全用电 一 基础题 例 1 家庭电路的保险丝断了 下列做法中正确的是 A 用铜丝代替 B 为了保险 选择尽量粗的保险丝 C 选择额定电流等于或稍大于电路中最大正常工作电流的保险丝代替 D 选择额定电流等于或稍小于电路中最大正常工作电流的保险丝代替 精析 精析 如果保险丝熔断时 电路中并没有故障 则可能是选择的保险丝额定电流太小 应选择额定电流等于或稍大于电路中的最大工作电流的保险丝即可 应选 C 如果盲目的 选择额定电流更大的保险丝或用铜丝 可能会使电路中电流很大而保险丝不熔断 发生危 险 或使电路中产生巨大热量 烧坏用电器 甚至引起火灾 答案 答案 C 说明 说明 对保险丝的 保险 原理含糊不清 认为用铜丝替代或选择尽量粗的 额定电 流大得多的保险丝差 当电路中电流过大时 保险丝不熔断 反而起不了保险的作用 例 2 下表为某型号 新科 空调铭牌上的部分数据 关于这种型号的空调 下列说法正 确的是 A 若正常工作且连续制冷 0 5h 空调消耗的电能为 0 66kw h B 若正常工作且连续制热 0 5h 空调消耗的电能为 0 55kw h C 空调的专用保险丝的额定电流应略大于 6A D 空调的专用保险丝的额定电流应略大于 5A 精析 精析 若正常工作且连续制冷 0 5h 空调消耗的电能为 若正常工作且连hkW 55 0 续制热 0 5h 空调消耗的电能为 用电器最大工作电流hkW 66 0 A V W U P I6 220 1320 答案 答案 C 二 能力题 例 3 某学校电能表允许通过的最大电流是 25 安 学校已经装了 40 瓦的电灯 50 盏 60 瓦的电灯 20 盏 想要再装些电灯 至多能装多少盏 40 瓦的电灯 精析与解答 精析与解答 家庭电路电压是 220 伏 根据题目所给的条件有两种解题思路 一是先求每盏 40 瓦和 60 瓦的电灯的电流和 然后求出已装电灯的总电流 1 I 2 I 电路中允许通过的电流为 25 安 则再安装电灯的总电流为 21 2050III III 因此可再安装电灯的盏数为 但结果要采取 去尾 法求近似值 1 IIn 二是先求出已装电灯的总功率 电路中允许通过的电流为 25 安 则 21 2050PPP 电路中允许安装电灯的总功率为 再安装的电灯总功率 因此可再安UIP PPP 装电灯的盏数为 1 PPn 解法一 解法一 每盏 40 瓦和 60 瓦电灯所通过的电流为 瓦 200 伏安40 11 UPI11 2 60 瓦 220 伏 3 11 安 UPI 22 已装电灯的总电流为 安安安11 2502050 21 III11 320 5 14 电路中所允许通过的最大电流为 25 安 可再装电灯的总电流为 安安安25 III 5 14 5 10 因此可再装 40 瓦电灯的盏数为 安 安 57 5 10 1 IIn 11 2 解法二 解法二 电路中所允许通过的最大电流为 25 安 电路中所允许安装电灯的总功率为 伏安 5500 瓦220 UIP25 学校已安装电灯的总功率为 瓦瓦 3200 瓦40502050 21 PPP6020 因此学校再安装电灯的总功率为 瓦瓦 2300 瓦5500 PPP3200 再安装 40 瓦电灯的盏数为 瓦 40 瓦 57 2300 1 PPn 三 创新题 例 4 下面是 5 种规格的保险丝的有关数据 1 由表中的数据 你能得到哪些有关保险丝的知识 写出 2 条 2 小华家有 PZ220 40 的电灯 4 盏 功率为 60W 的电风扇一台 1000W 的电 热水器一个 请你帮他家选择一种合适的保险丝 精析 精析 1 可以通过比较分析保险丝的直径与额定电流 或熔断电流 的关系 或比 较分析保险丝的熔断电流与额定电流之间的关系来得到有关知识 2 通过计算得到小华家的所有用电器的总电流 根据这个值对比保险丝的额定电流 选择合适的保险丝 答案 答案 1 保险丝越粗 额定电流越大 保险丝的熔断电流是额定电流的 2 倍 2 所有用电器同时工作时 干路中的总电流为 A V WWW U P I5 5 22 100060440 总 因为 所以应选用直径为的保险丝 AA65 5 mm02 1 说明 说明 选用保险丝应以其 额定电流 为标准 而不能以其 熔断电流 为标准 在家庭电路中 选用保险丝的规格应与电能表的额定电流相匹配 四 应用题 例 5 阅读下列短文 央视 中国新闻 8 月 3 日摘要 并回答后面问题 持续高温 闷热的天气让大家感到酷热难耐 而这样的天气也使各大商场的空调卖得 十分火爆 北京市某商场周三到周四的销售量在四千套左右 空调的大量安装使用给大家带来了凉爽 但同时 也使北京地区用电负荷迅速上升 一些地区的电网已经处于严重超负荷的状态 北京供电局副总经济师谢志国对这两天的线路故障进行了简要统计 从 8 月 1 日零点 至 8 月 3 日 我们一共接到用户的报修电话 7200 多个 各类故障 851 件 我们出车 880 多 车次 参加的抢救人员达 2600 多人 从 8 月 1 日起 北京供电客户服务中心负责接待客户用电故障的报修电话就一直响个 不停 谢志国解释道 居民住宅如果没有经过线路改造 那么在夏天高温大负荷用电是 很困难的 因为这个线路比较老旧 承载的负荷很小 如果把空调 电热器和其他家用电 器全部开起来 肯定要吃不消的 所以我们呼吁尽量要躲开高峰用电 减少家里边的其他 负荷 1 你知道谢总经济师所说的 线路改造 的含义是什么吗 2 请根据电功率和电流 电压的关系 P UI 分析空调的大量安装会造成什么样的 后果 精析与解答 精析与解答 本题考查家庭电路中安全用电知识 要解释 线路改造 的含义 必须 结合自己的经验及已有知识 注重原因的分析 第 2 题则用干路电流与用电器总功率的 关系来分析 1 线路改造 的含义是指将破损和老化的电线及额定电流过小的电线更换 2 空调之间是并联的 装的空调越多 干路上的总功率越大 由可知 干 U P I 路上的电流也越大 容易造成用电事故或火灾 说明 说明 家庭电路中的线路应讲求规格配套 从电能表到导线 保险丝等都要按总功率 或总电流来选配 切不可 超载 模拟试题模拟试题 电与热 达标自查 1 电流通过导体时会发热 这个现象我们称之为 等电器都是根 据这个原理来工作的 2 电炉通电后热得发烫 与之相连的导线 实验表明 在电流相同的条件 下 越大 产生热量的功率 3 有三个用电器 其中一个为 220V 60W 的电风扇 一个为 220V 60W 的白 炽灯 另一个是 220V 60W 的电热器 都在额定电压下工作相同的时间 比较这三个 用电器产生的热量是 A 电风扇最多B 白炽灯最多 C 电热器最多D 都一样 4 下列电器中没有利用电热的是 A 电烙铁B 电视机 C 电饭锅D 电熨斗 能力提高 5 你能否列出一些事例来说明电流的热效应在工程和技术上的应用 写出两个例子即可 例 1 例 2 6 探究与实践 同时给家中的电灯和电饭锅通电 过一段时间后再去用手摸一下电线的 绝缘胶皮 它们的温度相同吗 说一说可能是什么原因造成的差异 你的根据是什么 7 调查 向老师或同学询问在电脑机箱中是如何采取散热措施的 其他电器的散热还用 到了哪些方法 举例说明 8 一只 220V 800W 的电饭锅 接在家庭电路中 求 1 电饭锅正常工作时的电流 2 电饭锅工作时的电阻 3 该电饭锅工作 1h 消耗的电能是多少 4 它 1h 放出的热量是多少 电功率和安全用电 达标自查 1 某家庭选购的电能表上标有 220V 10A 20A 字