13、焦耳定律.doc

焦耳定律基础知识过关1、电流通过导体时电能要_，这个现象叫做电流的热效应。2、利用电流热效应工作的用电器叫做电热器，如 、 、 等。3、焦耳定律（1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的 。跟导体的 ，跟 。（2）公式：Q= 4、电热的利用如：电饭煲、电熨斗、电热毯、电热水器等等5、电热的防止如： 、 等。6、探究电流产生的热跟电流的关系应控制 、和 相等，比较电流大小产生热的多少。7、探究电流产生的热跟电阻的关系应控制 和 相等。通过 的现象比较 电流产生的热的多少。8、实验时加热的物质用煤油而不用水的原因是 。9、根据公式 ，可知相同时间内串联电路中电阻大的产生的热 。10、根据公式 ，可知相同时间内并联电路中电阻大的产生的热 。典型例题讲解考点一：电热器、电流的热效应【例题1】（2007防城港）小强家新买了一个电热水壶，使用前小强细读电热水壶的铭牌（如下图）他理解错误的是（）电热水壶铭牌额定电压220V额定功率400W容量500ml频率50HzA.电热水壶正常工作时的电压为220VB.电热水壶工作时实际消耗的功率都是400W C.电热水壶每次烧水时最多只能盛水500ml D.电热水壶应接在电压为220V，频率为50Hz的交流电源上使用 解析解：由铭牌可知，电热水壶额定电压为220V，额定功率为400W，电热水壶最大容量500ml，交流电频率为50HzA、C、D正确，B错误答案B考点二：利用焦耳定律解释生活现象【例题2】用电炉烧水时，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接着铜导线却不怎么热，这是为什么?解析电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的，所以通过的电流是相同的，时间也是相同的，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当两导体中电流和通电时间均相同时，电流产生的热量与导体的电阻成正比.由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的电 阻大得多，所以电炉丝产生的热量比铜导线要大得多. 【例题3】.在家庭电路中为什么保险丝要选用镍铬合金来做？解析 由于保险丝与导线串联在干路中，当导线与保险丝中电流和通电时间均相同，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，电流产生的热量与导体的电阻成正比，由于镍铬合金电阻远大于导线，所以就可以保证在导线过热之前及时熔断从而起到保护作用。总结归纳：对于简答题回答应有四项：（1）写原理：常以公式形式体现（2）控变量：写明在什么前提下，一般是在某些条件一定时。（3）比不同：结合题意（4）做结论。考点三：比例计算【例题4】两个电热器的电阻之比是3：2，把它们串联在电路中使用，在相同时间内它们放出的热量之比是A3：2 B2：3C9：4 D4：9解析在串联电路，电流相等，通电时间相同，由Q=I2Rt推得放出热量与电阻成正比例答案A总结归纳：在串联电路中电流相同（非不变），其他的电压之比，电功率之比，放热之比，做功之比均与电阻成正比；在并联电路中电压相同，其他的电压之比，电功率之比，放热之比，做功之比均与电阻成反比。【例题5】将两个阻值相同的电阻串联后接入电路中，时间t内产生的热量为Q1；如果将它们并联后接入同一电路中，相同的时间内产生的热量为Q2则Q1Q2为（ ）A4：1 B1：4 C2：1 D1：2解析在串联电路，相同两个电阻的等效电阻等于2R，在并联电路中，相同两个电阻的等效电阻等于1/2R；由Q=I2Rt变形公式（纯电阻），由于总电压U相同，时间t相同，可知两次比值为1:4。答案B【例题6】一个电炉接在220V的电路上时用10min可以烧开一壶水，若该接在110V的电路上（忽略散热等因素影响），烧开这壶水需要的时间为（ ）A10min B20min C 30min D40min 解析在两次过程中由于定值电阻阻值不变，根据推导式可以得出两次时间比值进而可以计算出时间。答案D【例题7】 有两根电阻丝R1、R2和一个电源E，且电源E两端电压保持不变。如果只将电阻丝R1接在电源E两端，电阻丝R1在120s内产生的热量为12Q；如果将电阻丝R1、R2并联接在电源E两端，电阻丝R1、R2在60s内产生的总热量为8Q；如果将电阻丝R1、R2串联接在电源E两端，为使电阻丝R1、R2产生的总热量为3Q，则需要通电的时间是 s。解析由于三次过程中电源电压不变，定值电阻阻值不变，利用公式可以计算得出答案应为120s。答案120总结归纳：在同一个电阻两次不同状态中，两次电阻消耗的功率之比符合P:P/=（U:U/）2；设计此类计算常使用此公式进行计算。即1选（选公式），2代（代物理量的数据），3、计算。考点四：焦耳定律实验【例题8】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，电阻较大。实验时，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 。(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，这表明 解析为了探究放热多少与电阻之间的关系，我们需要保持电流大小与通电时间相同，所以串联起来恰可以解决这两个问题；产生热量的多少可以由温度计示数间接得出。【答案】(1)略 (2)控制电流、通电时间相同在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多。 【例题9】（2007韶关）我们知道：“电流通过导体时产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比”这就是焦耳定律，有公式可表达为：Q=I2Rt爱动脑筋的小明在探究这个问题时，设计了如图所示的实验，只连接一次电路就完成了实验探究他的方法是用电阻丝（其中R甲R乙）给烧瓶中的煤油（煤油质量相同）加热，然后观察煤油在插入密封烧瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以对比电阻丝放热的多少请你仔细观察小明设计的实验电路，并应用所学知识分析回答下列问题（1）探究电热的多少与电流的关系，应该对比 两个烧瓶中煤油柱上升的高度，而这两个烧瓶中电阻丝阻值应该 （2）探究电热的多少与电阻的关系，应该对比 两个烧瓶中煤油柱上升的高度（3）有许多家用电器的工作原理即为焦耳定律，请举两个例子 分析（1）该题利用了控制变量法，为了探究电热的多少与电流的关系，由公式Q=I2Rt可知，应控制两电阻丝的电阻和通电时间相等，而其中R甲R乙，所以应选取甲丙（或乙丙）（2）探究电热的多少与电阻的关系，由公式Q=I2Rt可知，应控制两电阻丝的电流和通电时间相等，从图中可知，甲和乙两根电阻丝串联，因此通过它们的电流和时间相等，所以应选取甲乙（3）在家用电器中利用焦耳定律，把电能转化为热能的有：电饭锅，电热毯，电暖器，电烙铁，电水壶（任意选取两个即可）总结归纳：控制变量法是初中物理研究中常用的实验方法。核心内容是：即研究谁，谁就变，其它因素都不变。答案：（1）甲丙（或乙丙），相等（2）甲乙（3）电饭锅，电热毯 考点五：纯电阻电路与非纯电阻电路计算【例题10】 某商场一批顾客乘坐自动扶梯上楼，自动扶梯由电动机带动匀速运动。电动机的电阻为r，两端的电压为U，工作电流为I，上楼时间为t，在此过程中，电动机消耗的电能为 ，产生的热量为 。解析公式W=UIt是计算电流电能形式能量转化多少的定义式；Q=I2Rt是计算电能向内能转化部分的定义式。在纯电阻电路中二者通用，但是电动机属于非纯电阻电路于是只能用定义式计算。答案UIt，I2Rt总结归纳：公式W=UIt是计算电流电能形式能量转化多少的定义式；Q=I2Rt是计算电能向内能转化部分的定义式。在纯电阻电路中二者通用。电动机把绝大部分电能转化为机械能，充电器把绝大部分电能转化为化学能，所以均属于非纯电阻电路，于是只能用定义式计算。考点六：设计实验【例题11】（2006锦州）小亮是一个爱动脑筋的学生，他发现他家电炉子的电阻丝断了，他爸爸把电阻丝接上，通电后，接头处又烧断了小亮依据电热方面的知识猜想：接头处被烧断，可能是接头处的电阻变大了为了验证自己的猜想，小亮设计了一个实验他选择的实验器材有：与电炉丝规格（材料、横截面积）相同的带有接头的电阻丝（足够长）、电源一个、开关一个、电流表一块、滑动变阻器一个、导线若干以及刻度尺和剪刀下面请你和小亮一起利用上述器材，继续完成该探究实验（1）在右边方框内画出该实验的电路图（2）写出主要的实验步骤：（3）分析论证：解析（1）根据焦耳定律公式Q=I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，温度越高，接头处烧断就是因为电阻过大造成的；（2）可以控制电压不变，对比同样材料、长度、横截面积的电阻丝带接头和不带接头时通过电流的大小，得出电阻的大小不同，验证猜想（1）利用电源电压不变这一条件，截取等长的有接头和无接头的两端电阻丝分别接入电路，比较电流的大小；（2）如果带接头的电阻丝接入后，电流变小，说明小亮的猜想是正确的答案：（1）电路图（右图）（2）主要的实验步骤：剪下含有接头的电阻线一段，设它的电阻为R1，在电阻线上再截取（不带接头）与R1等长的电阻线，设其电阻为R2；把R1连入右图的电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，读出电流表的示数I1；将R1换成R2连入电路，闭合开关（保持滑动变阻器电阻不变），读出电流表示数I2；（3）分析论证：如果I1I2，则R1R2，小亮的猜想是正确的 考点七：电热的应用【例题12】小林家的理发用电热吹风机，由于使用多年，其铭牌已模糊不清为了测出它的额定功率，小林让家中所有的用电器都停止工作，只将电热吹风机接入220V的照明电路中让其正常工作，然后利用手表计时，观察家中电能表的运行情况（电能表的铭牌如图（甲），发现10min电能表的转盘转了363R问：（1）电热吹风机的额定功率是多大？（2）若电热丝的电阻是100，则电热吹风机正常工作时，通过电动机的电流是多大？（3）若小林欲对电热吹风机进行改装，使改装后的电热吹风机的热风档电热丝的功率为309.76W请你在不损坏电热丝的情况下帮助他完成这个改装工作，在图丙中仿照图乙画出改装电路，并计算出改装所用电阻的大小分析：（1）通过电能表的参数3000r/kWh可求出吹风机消耗电能，再根据功率公式P= W/t可计算出吹风机的额定功率（2）求出吹风机的额定功率后利用公式P=UI可求出吹风机的总电流，根据欧姆定律可求出通过电热丝的电流，再根据并联电路中电流的特点，可求出通过电动机的电流1、 已知电热丝的改装功率和电热丝的电阻，根据功率公式P=I2R，可求出通过电热丝的电流，再根据欧姆定律公式和串联电路中电阻的特点，可求出串联电阻的大小答案：（1）电热吹风机的额定功率是726W （2）若电热丝的电阻是100，则电热吹风机正常工作时，通过电动机的电流是1.1A（3）若小林欲对电热吹风机进行改装，使改装后的电热吹风机的热风档电热丝的功率为309.76W请你在不损坏电热丝的情况下应串联一个25的电阻（如右图所示）【例题13】.如图所示为某电热饮水机的电路原理图，饮水机有加热和保温两种工作状态，饮水机热水箱内水温达到92时开关S1自动断开，处于保温状态；当水温降至一定温度时，S1又闭合重新加热 已知电源电压保持220V不变，电阻R1的阻值为1210，电阻R2的阻值为121求：（1）饮水机处于保温状态时的电功率是多少？（2）饮水机处于加热状态时电路的总电流是多少？解析（1）分析保温状态时的电路，掌握电功率的计算公式及推导公式P=UI= U2/R=I2/R，根据已知条件电路中的电压和电路中的电阻，根据公式P= U2/R进行计算（2） 要掌握并联电路中的电流关系：干路电流等于各支路电流之和同时要掌握欧姆定律的计算公式及其变形公式I= U/R答案解：（1）保温状态时，S1断开，电路中只有R1此时电路中的电功率是P1= U2/R1= (220V)2/1210=40W答：饮水机处于保温状态时的电功率是40W（1） 当S1闭合时，饮水机处于加热状态，此时R1和R2并联在电路中，则I=I1+I2= U/R1+ U/R2= 220V/1210+ 220V/121=2A答：饮水机处于加热状态时电路的总电流是2A总结归纳：一般认为家庭电路两端的电压保持220V不变，根据公式Q可知，家庭电路中的电热器，电阻小的是高温档，电阻大的是低温档；电阻串联，接入电阻多的是低温档；在并联电路中接入电阻多的是高温档。课堂小测1、下列事例中，不属于利用电热的是（） A、用电饭锅煮饭 B、用电熨斗熨衣服 C、用电热孵卵器孵小鸡 D、电视机设置散热窗 2. 一只标有“220 V、45 W”的电热器，在额定电压下使用时，通过它的电流为_A，通电30 min可以产生_J的热量。3如下图中甲所示是用来研究焦耳定律的实验装置：甲 乙ad+-图甲甲 乙甲 甲 R甲R乙第一组 第二组图乙+ （1）实验采用的是_研究方法，实验的设计原理是根据电流的_效应。（2）选用图乙中第一组电阻来进行实验，接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油_上升得高。我们可以推测：在通电时间相同、通过电流相等的情况下_越大放热越多。这个实验是控制_、_两个物理量不变，来研究_和_两个物理量的关系。（3）选用图乙中第二组电阻来进行实验，分别在通电时间相同时，调解滑动变阻器，加大电流，发现电流越大，电阻丝放热越_，说明_。电热丝热冷4题图4. 如图所示，是电吹风机送热风的工作电路，对应的额定功率为1100 W。 将它接入到电压为220V电路中，正常工作(送热风)10 min，电吹风机消耗的电能为 。如果电热丝电阻为48.4，则此时电热丝消耗的功率为 W，在10 min内它产生的热量为 J。5、.甲、乙两段实心铁导体的电阻值相等。甲导体比乙导体的长度和横截面积都小。将它们如图所示串联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙导体升高的温度，正确的是（ ）A甲导体的温度升高的多 B乙导体的温度升高的多C甲、乙导体升高的温度相同 D条件不足，无法判断6. 电熨斗通电一段时间后，熨斗面很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这是因为 （ ） A导线电阻远小于熨斗电阻，导线消耗的电能很少； B导线外有绝缘皮隔热 C通过导线的电流远小于通过熨斗的电流； D导线的散热比熨斗快； 7、（2012吉林）因为忙于中考复习，小丽已经很长时间没有打开过自己的电脑了，进入潮湿的夏季后，爸爸建议小丽定期给电脑通一会儿电。请你解释这样做的道理。8. 关于电热的下列几个说法，错误的是 （ ） A. 电热会烧毁电器元器件，引发火灾，是有百害而无一利 B. 电流通过任何用电器，都或多或少的会产生热量 C. 因为电流过大产生电热而烧坏局部电路，可用于整体电路的保护 D. 为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热9、（2012包头）用如图15所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。 实验中通过观察 来比较电流产生的热量的多少。 为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入 、 的同种液体。 为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能 。 实验结论是 。 该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与 的关系。10、一个保温杯内装有质量为0.5 kg,初温为20 的水,把额定电压为220 V的“热得快”放入这些水中,结果只需2 min 48 s,就能使水温上升到100 求:电热器功率是多少? 保温杯吸收的热量不计,假设无热量散失。C水=4.2103J/(kg)11题图11、 普通电熨斗工作时可以看成一根电热丝，通电加热即可使用强强同学把电熨斗串联一只“220 V 40 W”的灯泡，用来调节电熨斗的温度，方便熨烫不同衣物，如图13-23所示。电熨斗的额定电压和额定功率分别为220 V、100 W。（1）用物理知识分析开关S的通断对电熨斗温度的影响；（2）计算在开关通断两种状态下电熨斗所消耗的电功率。课后作业1、某电热器的电阻是55欧姆，把它接在电源上5分钟产生2.65105焦的热量，则电源电压是_伏2、阻值为R的电阻丝，接到电源上6min烧开一壶水，现在用两根同样的电阻丝串联起来，接到同一电源上烧开同一壶水，需要的时间是（）A、12minB、4min C、8minD、6min3、一只电炉接在220伏的电路上时，用10分钟可把一壶水烧开，那么接在110伏的电路上时，同样把这壶水烧开所需要时间是（）A、10分钟B、20分钟 C、30分钟D、40分钟4、（2009兰州）电炉丝断了，去掉后，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、5：4B、1：5 C、5：1D、4：5甲 乙图65、(2012年桂林)如图6所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是：AU甲U乙，Q甲Q乙BU甲U乙，Q甲Q乙CU甲U乙，Q甲Q乙DU甲U乙，Q甲Q乙6、为了探究影响电热的因素，实验室准备了两个装满煤油的烧瓶、两个带有橡皮塞的粗细均匀的相同玻璃管，两根不同阻值的电阻丝，以及滑动变阻器、开关、导线、电源等两个实验小组根据提供的实验器材，分别设计了甲、乙所示的两个方案 (1)这两个方案的共同点是通过观察什么知道电热的多少 (2)甲方案探究的问题是什么? (3)乙方案探究的问题是什么? 7、一个“220V 1000W”的电热器，在额定电压下通电15分钟，（1）产生的热量是多少焦？（2）若家用电能表上标有“3000r/KWh”的字样，则在这段时间内电能表的转盘转过了多少转？8、如图所示的电路，电源电压为12伏，R2的最大阻值为30欧（1）当S断开，移动滑片P使灯正常发光时，电流表的示数为0.5安，电压表的示数为4伏，则滑动变阻器接入电路的电阻多大？灯泡的额定功率多大？（2） S合上移动滑动变阻器的滑片，又使灯L正常发光时，电流表的读数为0.7安，则R1的阻值为多大？每分钟通过R1产生的热量为多大？此电路的总功率为多大？9题图9、.某加热装置的工作原理如图所示，两电阻丝的阻值相等，电源电压不变，它有加热和保温两个工作状态。当开关S1接b，S2断开时，它是处于 状态，此时时间t内电路产生的热量为Q1；当开关S1接a，S2闭合时此时时间t内电路产生的热量为Q2，则Q1Q2。10、（2012广东广州）小明把两电热棒R 1、R 2分别通过规格完全相同的两个电能表接到电压恒为220V照明电路. 电能表转盘每转一圈表明消耗电