第十六章第四节

第四节科学探究 电流的热效应 体验 电流的热效应活动 在电饭锅内装入等质量的初温相同的水 加热 观察电饭锅中的水及其导线的发热情况 活动1 加热两分钟 用温度计测量锅内水的温度 并用手摸导线感受其温度 活动2 加热五分钟 用温度计测量锅内水的温度 并用手摸导线感受其温度 活动3 加热十分钟 用温度计测量锅内水的温度 并用手摸导线感受其温度 1 对比三次活动中温度计示数的变化 可看出 随着通电时间的加长 锅内水的温度越来越 选填 高 或 低 2 对比在相同时间内 电饭锅和导线的温度 可看出 在相同时间内 产的热多 提示 1 高 2 电饭锅 1 电流产生的热量与哪些因素有关 有什么关系 2 焦耳定律的内容和公式分别是什么 探究1电流产生的热量与哪些因素有关结合 体验 思考以下问题 1 电流的热效应 通过 体验 可知 电流通过导体时 将能转化为能 导体发热 这种现象即为电流的热效应 提示 电流的热效应是指电流通过导体时 将电能转化成热 内 能 参考答案 电热 内 2 猜想与假设 通过体验和日常现象 电流的热效应与 有关 提示 由体验可看出 通电时间越长 产热越多 电阻越大 产热越多 故导体的产热多少与通电时间和电阻大小有关 根据生活现象 一般通过导体的电压越大 它的电流越大 导体发热也越多 故还可以猜想电流的热效应与通过导体的电流有关 参考答案 通电时间电阻大小电流 3 实验方法 和 提示 导体产热与多个因素有关 为了保证探究的准确性 应采用控制变量法 由体验可知 导体产热的多少是通过用温度计测量水的温度变化看出来的 所以还用到转换法 参考答案 控制变量法转换法 4 测量器材 实验中为了明显观察到导体产热的变化 所以应选用的液体是 为了方便研究产热多少与电流大小的关系 还应选用的器材是 提示 液体的比热容越小 吸收相同的热量 温度升高得越明显 在电压一定时 电阻越大 电流越小 所以为了方便改变电流大小 可选用滑动变阻器接入电路 参考答案 煤油滑动变阻器 5 实验设计及分析 1 探究电流热效应与通电时间的关系 思路 需控制 不变 改变 参考答案 电阻电流通电时间 总结结论 实验中发现 通电时间越长 瓶中的温度上升得越高 说明了 提示 同一个瓶中的电阻不变 通过电阻的电流不变 通电时间越长 温度计示数变化越大 表明电流通过导体产生的热量跟通电时间有关 参考答案 电流通过导体产生的热量跟通电时间有关 通电时间越长 产生的热量越多 2 探究电流热效应与电流的关系 思路 需控制 不变 改变 参考答案 电阻通电时间电流 根据探究目的连接电路 提示 根据探究思路 要探究电流热效应与电流的关系 需控制电阻和通电时间相同 改变电流 故通过调节滑动变阻器连入电路的阻值 改变电流 参考答案 如图所示 总结结论 实验中发现 电流越大 温度上升越明显 由此得出结论 提示 调节滑动变阻器 使滑动变阻器的电阻不同 电流不同 加热相同的时间 发现电流大的煤油温度升高得多 说明产生的热量跟电流有关 参考答案 电流通过导体产生的热量跟电流有关 电流越大产生的热量越多 3 探究电流热效应与电阻的关系 思路 需控制 不变 改变 参考答案 电流通电时间电阻 根据探究目的连接电路 提示 根据探究思路可知 需控制电流和通电时间相同 故需要使两个电热丝串联 且保证两个电热丝的材料不同 才能改变电热丝的电阻 参考答案 如图所示 总结结论 实验中发现 电阻越大 温度上升越明显 由此得出结论 提示 两个电阻串联 通过两个电阻的电流相等 在相等的时间内 电阻大的电热丝放出的热量多 说明电流产生的热量跟电阻有关 参考答案 电流通过导体产生的热量跟电阻有关 电阻越大产生的热量越多 6 交流与评估 1 在实验中 滑动变阻器的作用是 提示 把滑动变阻器接入电路 增大了电路中的电阻 可以限制电路中的电流 有保护电路的作用 另外 选用两个阻值相同的电阻 各串联一个滑动变阻器 通过调节滑动变阻器的阻值 在相同的时间内通过大小不同的电流 比较使质量相同的同种液体温度升高的情况 判断电阻产生热量的多少 参考答案 保护电路 改变电阻中的电流 2 实验中为什么选用煤油而不是水 提示 由于煤油的比热容比水的比热容小 吸收相同的热量后 煤油升高的温度高 实验现象明显 参考答案 煤油的温度变化明显 探究2焦耳定律1 填一填 1 通过 探究1 可知 电流产生的热量与通电时间 电流大小和导体的电阻都有关 具体关系是电流通过导体时产生的热量跟成正比 跟成正比 跟成正比 这个规律就叫做焦耳定律 参考答案 电流的二次方导体的电阻通电时间 2 如果用Q表示电流流过导体时产生的热量 I表示导体中的电流 R表示导体的电阻 t表示通电时间 那么焦耳定律用公式表示为 参考答案 Q I2Rt 3 上式中I的单位是 R的单位是 t的单位是 Q的单位是 参考答案 A sJ 2 练一练 小吴同学自制了一个简易的 电热驱蚊器 发热元件是一个阻值为1 0 104 的电阻 当发热元件两端的电压为220V时 通电100s产生的热量为多少 提示 Q I2Rt 0 022A 2 1 0 104 100s 484J 参考答案 484J 3 议一议 1 电热与电功在大小上有什么关系 参考答案 电流通过导体时 如果电流所做的功全部用来产生热量 则W Q 如果电流所做的功只有一部分用来产生热量 则W Q 2 如果电流所做的功全部用来产生热量 你能推导出计算热量的其他公式吗 参考答案 3 你还有哪些方法求解第2题中发热元件产生的热量 参考答案 Q W UIt 220V 0 022A 100s 484J 一 电流的热效应1 定义 电流通过导体时 电能转化为 的现象 2 影响因素 1 在电流和通电时间相同时 越大 产生的热量就 2 在电阻和通电时间相同时 越大 产生的热量 3 在电阻和电流相同时 越长 产生的热量 热能 电阻 越多 电流 越多 通电时间 越多 二 焦耳定律1 内容 电流通过导体产生的热量跟 成正比 跟 成正比 跟 成正比 2 公式 电流的二次方 导体的电阻 通电时间 Q I2Rt 拓展延伸 电流的效应电流的效应是指电流的热效应 化学效应和磁效应 电流的热效应 电流通过导体要发热 这叫作电流的热效应 例如 电灯 电炉 电烙铁 电焊等都是应用电流的热效应的例子 电流的化学效应 电流通过导电的液体 会使液体发生化学变化 产生新的物质 电流的这种效果叫作电流的化学效应 例如 电解 电镀 电离等就属于应用电流的化学效应的例子 电流的磁效应 给绕在软铁芯周围的导体通电 软铁芯就产生磁性 这种现象就是电流的磁效应 例如 电铃 蜂鸣器 电磁扬声器等都是利用电流的磁效应制成的 考点1通电导体放出的热量跟哪些因素有关 典例1 2012 德州中考 小明利用如图所示的实验装置探究 导体产生的热量与电阻大小的关系 甲 乙两瓶中装有质量与初温都相同的煤油 甲瓶中铜丝的电阻比乙瓶中镍铬合金丝的电阻小 1 实验中煤油吸热的多少是通过 选填 温度计示数 或 加热时间 来反映的 2 为了在较短的时间内达到明显的实验效果 小明选用煤油而不用水做实验 是因为煤油的比热容 选填 大于 或 小于 水的比热容 3 通电一定时间后 乙瓶中的温度计示数升高得快 由此得出的实验结论是 4 该实验中用到的研究物理问题的方法是 思路导引 本题解题思路如下 精讲精析 本题考查导体产生的热量与电阻大小关系的实验探究 1 实验前 甲 乙中的煤油温度相同 在实验过程中 两电热丝放热 煤油吸热 温度升高 故煤油吸热的多少是通过温度计的示数来反映的 2 在吸收相等热量和等质量的情况下 因煤油的比热容小于水的比热容 根据Q吸 cm t可知煤油升温比水显著 实验效果明显 3 由题图可知 两电热丝串联 通过的电流及通电时间相等 乙瓶中的温度计示数升高得快 说明乙瓶中电阻较大的镍铬合金丝放热多 故可得出结论 在电流和通电时间相同时 导体电阻越大产生的热量越多 4 在该实验中 两电热丝放热的多少 通过煤油升温的高低来反映 这是转换法 两电热丝串联 控制电流及通电时间相等 而电阻大小不同 这是控制变量法 答案 1 温度计示数 2 小于 3 在电流和通电时间相同时 导体电阻越大产生的热量越多 4 控制变量法或转换法 填对一个即可 方法归纳 利用转化法和控制变量法 1 转化法 通过温度计变化的示数判断放出热量的多少 2 控制变量法 探究与电流的关系 需要用到滑动变阻器和两个相同的电热丝 且要并联连接 探究与电阻的关系 将两个不同的电热丝串联连接 探究与通电时间的关系 用同一个电路 改变加热时间 考点2焦耳定律的应用 典例2 2012 陕西中考 图示为一款有高 低温两挡的蒸汽电熨斗电路原理图 R1 R2为电热丝 其中R2 242 水升温并汽化成水蒸气 从而熨烫衣服 1 电热丝是利用电流的 效应工作的 分析电路图 闭合S1 当S2 时 电熨斗处于高温挡 2 电熨斗处于低温挡时 正常工作功率为100W 求 通过电路的电流是多大 R1的电阻是多大 通电3min产生的热量是多少 3 若将该款电熨斗进行改造 使其正常工作时高温挡功率为1000W 要求只改变其中一个电热丝的阻值 请你通过分析和计算 求出该电热丝改变后的阻值应为多少 思路导引 分析本题的两个关键点 关键点1 电压一定 电路电阻越小 功率越大 关键点2 电热丝放出热量的计算公式 Q I2Rt 精讲精析 本题考查焦耳定律的应用 1 电熨斗工作时 电流流过电阻产生热量 对水加热 使水汽化为蒸汽 因此电热丝是利用电流的热效应工作的 由电路图知 闭合S1 当S2闭合时 两电阻丝并联 电路电阻最小 电源电压U一定 由P 可知此时电路功率最大 电熨斗处于高温挡 2 由电路图知 当S1闭合 S2断开时 电熨斗处于低温挡 此时只有电阻R1接入电路 通过电路的电流 0 45A R1的电阻 通电t 3min 180s产生的热量 Q I2Rt 0 45A 2 484 180s 1 8 104J 3 当 开关S1与S2都闭合时 电熨斗处于高温挡 电阻R1的功率P1 P低温挡 100W 电阻R2的功率P2 P P1 1000W 100W 900W 则电阻R2改变后的阻值答案 1 热闭合 2 0 45A484 1 8 104J 3 53 78 方法归纳 焦耳定律的理解和应用 1 公式的应用 2 串 并联电路中电流产生热量的分配 串联电路中 各处的电流都相等 各电阻的通电时间也相等 所以电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成正比 即Q1 Q2 R1 R2 在并联电路中 各电阻两端电压相等 各电阻的通电时间也相等 所以电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成反比 即Q1 Q2 R2 R1 1 2012 青岛中考 请你想象一下 假如没有电流的热效应 下列设备还能工作的是 A 白炽灯B 电烤箱C 保险丝D 电风扇 解析 选D 本题考查电流热效应的应用 利用电流热效应工作的用电器将电能转化为内能 故白炽灯 电烤箱 保险丝都是利用电流热效应工作的 电风扇主要是把电能转化为机械能 因此假如没有电流的热效应 电风扇还可以工作 故D选项正确 2 电烙铁通电一段时间后变得很烫 而连接电烙铁的导线却没有明显发热 这主要是因为 A 导线的绝缘皮隔热B 导线散热比电烙铁快C 通过导线的电流小于通过电烙铁的电流D 导线的电阻远小于电烙铁电热丝的电阻 解析 选D 本题考查焦耳定律的应用 导线与电烙铁串联 流过它们的电流相同 由于导线的电阻远小于电烙铁的电阻 根据公式Q I2Rt可知 导线产生的热量远小于电烙铁产生的热量 故选D 3 在 探究焦耳定律 的实验中 为了找出电流做功产生的热量与电阻的关系 必须同时保持 A 电阻相等和电流相等B 电阻相等和通电时间相等C 通电时间相等和电流相等D 电阻相等 通电时间相等 电流相等 解析 选C 本题考查焦耳定律实验中的研究方法 控制变量法 由焦耳定律Q I2Rt知 在研究电热与电阻的关系时 应保持电流和通电时间相同 故选C 4 2012 日照中考 某暖手宝的部分性能指标如表 当袋内的水原来温度是20 时 在额定电压下加热至指示灯熄灭 此过程水吸收的热量是J 若加热过程所需要的时间为210s 不计热量的损失 则加热电阻为 水的比热容为4 2 103J kg 解析 本题考查的是物体吸热和电流产热的计算 由题意可知 水的体积V 1L 1 10 3m3 水的质量m V 1 0 103kg m3 1 10 3m3 1kg Q吸 cm t 4 2 103J kg 1kg 70 20 2 1 105J 由于不计热量的损失 有W Q吸 则暖手宝的功率该暖手宝的电阻答案 2 1 10548 4 5 2012 广东中考 如图所示的装置可用来定性研究定律 将电阻R甲与R乙 R甲 R乙 串联在电路中是为了使时间和相同 通过温度计示数的变化可以比较的多少 解析 本题考查电流热效应与哪些因素有关的探究 根据题图可知该实验装置是研究电流通过导体产生的热量与什么因素有关 由此可得到焦耳定律 两电阻串联 可控制通电时间相同 通过的电流相同 研究电热与电阻的关系 通过温度计示数的变化可以比较电流产生热量的多少 温度计示数变化越大 电流产生的热量越多 答案 焦耳电流电流产生热量 6 2012 内江中考 如图所示是 探究电流的热效应跟电阻大小的关系 的实验装置图 A B两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝 烧瓶A内的金属丝是铜丝 电阻较小 烧瓶B内的金属丝是镍铬合金丝 电阻较大 在实验中应使两瓶中盛装的煤油质量 那么 当开关S闭合 通电一段时间后 两瓶中温度上升较快的是