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第四节焦耳定律习题,新泰市金斗中学张光彩,知识点一：电流的热效应,（1）电流三大效应：热效应磁效应化学效应（2）热效应：电流通过导体时，电能要转化成热，这个现象叫做电流的热效应。（3）利用电流热效应工作的用电器叫做电热器，如电炉、电热水器等（4）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时都会发热，如果电阻为零（如超导体）。则没有电流的热效应产生。,例1、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（）A.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400WC.电热水壶每次烧水时最多只能盛水500mlD.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：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,例2、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,解析：通过电流做功使电器发热，我们可以利用电热但有时还要防止电热A、B、C三个都是利用电热为我们工作，D是防止电视发热过多而损坏电器，故设置散热窗故D不是电热的利用，答案：D,跟踪练习：1、电热壶的工作原理是利用了电流的效应利用电热壶烧水时，将电能转化为能，使水烧开给手机电池充电，这是将能转化为能2、关于电热的利用，下列说法中正确的是（）A、电热对我们来说总是有利的B、电热对我们来说总是不利的C、电饭锅是利用电流热效应的原理制成的D、电视机工作过程中没有产生电热,答案：1、解析：电流的热效应是指导体通电时会发热的现象，它的一个应用是电热壶，它将电能转化为内能，而蓄电池充电时，是把电能转化为化学能答案：热；电内；电；化学2、解析：电热是指电流通过导体时会产生热量的现象，对于我们的生活也有利也有害A、说法错误，电热会造成导线温度上升，引发事故B、说法错误，利用电热可以取暖C、说法正确，电饭锅是利用电流热效应的原理制成的D、说法错误，电视机工作过程中会产生电热答案：C,知识点二：探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关研究方法：控制变量法:探究电热与电阻的关系，要保持电流和时间相等，改变导体的电阻，把阻值不同的电阻串联，比较产生热的多少。探究电热与电流的关系，应控制电阻和时间相等，比较电流产生热的多少。转化法：根据U形管液面高度差，比较电流产生热的多少。两个密封的容器中封着等量的空气，U形管中液面高度变化反映密封空气温度的变化。结论：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。,例1、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。图中两个空气盒内分别封闭了质量相等的空气，橡胶管将空气盒与U形管相连用笔画线代替导线，把电路图连接完整，并画出对应的电路图。（2）根据实验电路图，可以知道这个同学研究的是：电流通过导体产生的热量与的关系。（3）在实验中，观察U形管中液面高度差的目的是为了判断（4）通过一段时，发现其中一个U形管液面高度几乎不变，则出现该现象的原因可能是。,解析：实验时需将电源、开关、和两个电阻丝串联起来，电路图如图所示。两个电阻丝串联，通电电流和时间相等，是为了探究放热多少与电阻之间的关系。空气受热膨胀明显，方便观察。如果空气盒漏气，U形管的液面不会发生变化。,答案：(1)如图所示(2)电阻（3）电流通过导体产生热的多少（3）空气盒可能漏气,跟踪练习：,1、为了探究影响电热的因素，实验室准备了两个装有质量相等的空气盒、如图所示连接电路,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?,解析：我们在实验探究中常使用转换法进行研究，本题就是通过空气的热胀冷缩观察出放热的多少；根据控制变量的思想，谁变研究谁可知，甲研究的是放热多少与电流的关系；乙研究的是放热多少与电阻的关系。答案：（1）.观察U形管中液面的高度（2）在电阻和时间一定时，电热与电流的关系（3）在电流和时间一定时，电热与电阻的关系,知识点三：焦耳定律,（1）内容：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。（2）公式：Q=I2Rt（3）单位：Q-热量-焦耳（J），R-电阻-欧（），I-电流-安培（A），t-时间-秒（s）（4）电热与电功：用电器工作时只有一部分电能转化为热。WQW其它IRtW其它,例题讲解：题型一、焦耳定律的简单计算,例1、有一电热水壶，铭牌如表所示求：（1）该电热水壶的额定电流和电阻（2）该电热水壶正常工作100s消耗了多少电能？,（例1题表）,解析：（1）从铭牌中读出电热水壶的额定电压和额定功率，利用I=P/U求出电热水壶的额定电流，再利用R=U/I求出电热水壶的电阻；（2）已知电热水壶的额定功率和工作的时间，利用W=Pt即可求出电热水壶消耗的能答案：（1）额定电流：I=PU=1100W220V=5A电阻：R=U/I=220V/5A=44；（2）消耗的电能：W=Pt=1100W100s=1.1105J；,例2、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1.0104定值电阻将这个驱蚊器接到220V的电源上，1min内产生的热量为J；若加到该定值电阻上的电压减小到原来的1/2，则在相同时间内产生的热量是原来的倍,解析：（1）产生热量Q=（2）当该定值电阻上的电压减小到原来的时，Q1答案：290.4J倍,跟踪练习：1、某导体的电阻是2，通过2A的电流时，1min导体产生的热量是（）A、4JB、8JC、240JD、480J,2、如右图所示是额定电压为220V的理发用电吹风的典型电路，其中电热丝通电后可以发热，电动机通电后可以送风，且电动机的额定功率为120W。(1)要送冷风，选择开关应放在_位置；要送热风，选择开关应放在_位置。(填“A”、“B”或“C”)(2)若电吹风在额定电压下工作，送冷风时，通电8min电流所做的功是多少(3)若电吹风在额定电压下工作，送热风时电路消耗的总功率为560W，则电热丝R的阻值应为多大？,2题图,2题图,3、一只烘干箱，当通过的电流是5安时，每分钟产生的热量是6.6104焦，求该烘干箱发热体的电阻和功率？工作5小时用几度电？4、一个“220V1000W”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？,答案：1、答案：产生的热量Q=I2Rt=（2A）2260s=480J；2、答案：（1）BA(2)电流做的功W=P1t=120W860S=57600J（3）电热丝发热功率为P2=560W-120W=440W电热丝的电阻R由得3、答案：441.1KW5.5KWh4、答案：（1）9105J（2）750,题型二、比值计算,例1、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（）A3：2B2：3C9：4D4：9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例2、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（）A4：1B1：4C2：1D1：2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,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。,跟踪练习：1、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（）A10minB20minC30minD40min2、用电热丝烧水，当电压为U时，t秒内可将水烧开.如果电压降为原来的一半，则同样烧开这些水所需的时间应为()At4Bt2C2tD4t,答案：1、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：D2、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为4t。答案：D,题型三、电热器的档位计算例1、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？,1题图,1题图,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：（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（2）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,例2、如图是一条电热毯电路的示意图，R0是发热电阻丝，R是串联在电路中的电阻，S是控温开关电热毯标牌上标有“220V40W”字样（不考虑温度对电阻值的影响）要使电热毯处于低温挡时，开关S应处于状态,例2题图,解析：根据图示，当S闭合时，只有R0在电路中；当S断开时，R与R0串联在电路中；当开关S处于断开状态时，电热毯处于低温档因为电路中总电阻大，通过R0的电流小，根据焦耳定律Q=I2Rt，R0在一定时间内产生的热量就少答案：断开,跟踪练习：1、有一电热毯，其说明书上标明它所用的电压为220V，电热毯电阻由R1和R2组成，已知R1=605，如图所示，利用开关S的通断可以使电热毯的发热功率（指电路的总功率）分为两档，两档的功率之比为1：4，问：（1）开关S处于什么状态时，电热毯的功率最大？最大功率是多大？（2）电阻R2的阻值应为多大？（3）电热毯处于低档时，1小时内发热多少J？,1题图,2、如图所示，是某电器内部的电路结构图，R1、R2为阻值相同的电热丝，不同的连接方式其发热功率不同，下列说法不正确的是（）A甲的发热功率与丙的发热功率相等B丁的发热功率是丙的发热功率的2倍C丙的发热功率是乙的发热功率的2倍D丁的发热功率是乙的发热功率的4倍,2题图,3、小彭家的电热饮水机有加热和保温两种工作状态，饮水机的铭牌数据如下，电路工作原热水箱水量额定电压加热时功率保温时功率2kg220V660W44W理如图所示当开关S闭合，S1断开，它是处于状态；正常加热时通过饮水机的电流大小为A,3题图,3题图,4、小明同学家里的电热饮水机有加热和保温两种功能，可由机内温控开关S0进行自动控制。小明从说明书上收集到如下表中的部分数据和图所示的电路原理图。额定电压220V频率50Hz额定加热功率920W请解答如下问题：（计算结果若不能整除，保留一位小数）（1）这个电热饮水机正常工作时，在加热状态下的总电流大约是多大？（2）若电阻R2的阻值为1210，则电阻R1的阻值为多少？,4题图,知识点四：纯电阻电路和非纯电阻电路,纯电阻电路：只含电热元件的电路为纯电阻电路（电能全部转化为热能）如电炉、白炽灯等。纯电阻电路中：电功=电热：W=Q=UIt=IRt=Ut/R;电功率=热功率：P=P热=UI=IR=U/R(2)非纯电阻电路：有些用电器如转动的电扇、正在充电的电池等，再消耗电能转化为热能的同时，还转化为其他能，这样的电路为非纯电阻电路。非纯电路中电功：W=UIt大于电热：Q=IRtP电=P热+P其他(3)电功率与热功率的区别：电功率是指某段电路上消耗的全部电功率。决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；热功率是指这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。电功率：P=UI大于热功率：P热=IR若用电器是电热器，此时电能完全转化为热则有：WQ,例题讲解：,例1、小华组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接入如图（a）所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，接通电路后，电动机没转动时，电流表读2A；电动机正常转动，电流表读数I=0.8A，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图（b）所示，摩擦不计，求：（1）电动机正常转动1min消耗的电能W和线圈产生的热量Q(2）电动机输出的机械功率P（3）电动机能量转换效率,例1题图,解析:（1）t=1min=60s，由W=UIt得电机正常运转时消耗的电能W=3V0.8A60s=144J电机不转时：由I=UR得：R=UI=3V2A=1.5；由Q=I2Rt得Q=（0.8A）21.560=57.6（2）由能量守恒得，电机输出的机械功W1=W-Q=144J-57.6J=86.4J机械功率P=W-Qt=W1t=86.4J60s=1.44W（3）由能量转化与守恒知，电能转化为机械能与内能,能量利用率=W1W100%=86.4J144J100%=60%答案：（1）电机正常运转时消耗的电能为144J，线圈产生的热量Q为57.6J（2）电动机输出的机械功率P为1.44W（3）电动机能量转换效率为60%,跟踪练习：1、一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈电阻为2，线圈中电流为10A这台电动机正常工作10s消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（）AW=38000J，Q=2000JBW=38000J，Q=38000JCW=722000J，Q=2000JDW=722000J，Q=38000J,知识点五：电热的利用和防止,日常生活中有时要利用电热，有时又要避免电热带来的各种危害。例如：（1）电热的利用：电饭煲、电熨斗、电热毯、电热水器等等（2）电热的防止：电视机的散热窗、电脑CPU上方的散热风扇等等(3)区别一些日常生活中用来加热的用电器原理：电磁炉电能-电磁能-锅的内能微波炉电能-电磁波能-食物的内能,例题讲解：,例1、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.,1、在家庭电路中为什么保险丝要选用镍铬合金来做？2、电炉丝通电后热得发红，而与电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这是因为（）A通过电炉丝的电流比通过铜导线的电流大B铜导线的电阻小，消耗的电能少，产生的热量少，所以不怎么热C铜导丝有绝缘层，所以不怎么热D铜导丝比电阻丝传热快，所以不怎么热3、(2014黑龙江龙)小明和姐姐一起去买电水壶，当他们选择某一品牌的电水壶时，发现有800W和1200W两种功率可选，如图是他们针对买哪一软更省电的问题出现的不同意见请你在相同质量的水升高相同的温度的前提下，帮他们分析：(1)不考虑热损失，_(选填“800W”、“1200W”，“一样”)省电理由是。(2)考虑热损失，(选填“800W”、“1200W”，“一样”)省电理由是_。,答案：1、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。2、B3、(1)一样电能完全转化成内能被水吸收，水吸收的热量相同，所以省电情况一样(2)1200W水吸热相同，根据W=Pt，功率大的加热时间短，热损失少，所以省电,课后作业：1、电热器是利用电流的效应工作的。我们日常使用的电热器有、_、。2、一只标有“220V、45W”的电热器，在额定电压下使用时，通过它的电流A，通电30min可以产生J的热量。,3、如下图中所示是用来研究焦耳定律的实验装置：（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）选用图乙中装置来进行实验，接通电路一段时间，比较两瓶中的U形管容器液面上升得高。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）选用图甲中装置来进行实验，分别在通电时间相同时，电阻相同，通过容器中电阻丝的电流大一些，发现电流越大，电阻丝放热越_，说明。,4、（2014长沙）在做“电流电流通过导体时产生的热量与与什么因素有关”的实验时，小于采用了如图甲所示的实验装置。两个透明的容器中密闭了等量的空气，U型管中液面变化反映了密闭空气温度的变化。若通电时间相同，发现B玻璃管内液面上升较高，这表明：在电流和通电时间相同相同的情况下，导体的越大，产生的热量越多。小刚采用了如图乙所示的实验装置，通电相同时间，发现A玻璃管液面上升较高，这表明：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的越大，产生的热量越多。该实验中用到的研究物理问题的方法是法和转换法。,甲5题图乙,5、（2014襄阳）某电熨斗内有R1R2两段发热丝，其简化电路如图，它在220V或110V电压下都能正常工作：110V时将S打至1挡，220V时将S打至2挡，这两种情况下熨斗的电功率均为1100W则电熨斗在220V电压下正常工作的电流是_A，两发热丝的电阻之比R1：R2为_某保温电热水壶电路如图21，S是温控开关，R1为加热器。当开关S接到a时，电热水壶处于加热状态，此时通过电热水壶的电流是5A；当水烧开时，开关S自动切换到b，电热水壶处于保温状态，此时电热水壶的电功率为165W。(不考虑温度对电阻阻值的影响)，求：（1）加热电阻R1的阻值是多大?（2）在保温状态下，通过电阻R2的电流是多少?,(4题图）,6、两个电阻，R1和R2，且R1R2