201x春九年级物理全册第18章电功率第4节焦耳定律新版新人教版

1、第十八章第十八章 电功率电功率 第第4节节 焦耳定律焦耳定律 例1 灵活应用公式Q=I2Rt和Q=U2t/R分析计算(规律方法) 两定值电阻R1=440 ,R2=220 ,若将R1和R2串联后接到220 V的电 源上,在相同时间内,R1和R2上产生的热量之比是. 解析R1和R2串联在电路中,则通过它们的电流I相等,根据公式 Q=I2Rt可知,在相同的时间内,R1和R2上产生的热量跟它们的阻值成正比, 则Q1 Q2=R1 R2=2 1. 2 1 【解题归纳】【解题归纳】在电流和通电时间相等的条件下,由公式Q=I2Rt,电 流通过导体产生的热量与电阻成正比,电阻越大,产生的热量越多. 1.如图所示

2、,在a,b两个量热器的小筒中,装有质量和温度都相同的水,已知 R1=2R2,通电后() A.a筒中的水先沸腾 B.b筒中的水先沸腾 C.两筒中的水同时沸腾 D.无法确定 B 答案 B 混淆纯电阻电路和非纯电阻电路混淆纯电阻电路和非纯电阻电路(易错点易错点) 例2 一个玩具车使用的电动机,当把它接入0.2 V电压的电路时,电动机不转,测得流 过电动机的电流是0.4 A;若把它接入2 V电压的电路中,电动机正常工作,测得 此时流过电动机的电流是1 A.那么该电动机线圈的电阻是 ,电动机 正常工作时的效率是%. 0.2 0.4 UV R IA 20.5 2 PPWW PW 热 解析解析电动机不转时,

3、电能全部转化为内能,此时电路相当于纯电阻电路, 电动机电阻R= =0.5 ;电动机正常工作时,电能转化为内能和机 械能,电功率P=UI=2 V1 A=2 W,电热功率为P热=I2R=(1 A)20.5 =0.5 W, 电动机正常工作时的效率= =75%. 75 0.5 解析解析 直流电动机的电流=0.5 A,所以电动机线圈产生的 热量Q=I2Rt=(0.5 A)22 1060 s=300 J. 2.某直流电动机标有“36 V18 W”字样,经测量其线圈电阻为2 ,使电 动机正常工作10 min.则电动机在这段时间内产生的热量是() A.1.08104J B.300 J C.3.888105J

4、D.1.05104J 18 36 PW I UV B 例1 创新应用题创新应用题 如图18 - 58所示,在四个相同水槽中盛有质 量相等和温度相同的纯水,现将阻值为R1,R2的电阻丝(R1R2) 分别按图中的四种方式连接放入水槽,并接入相同电源.通电 相同时间后,水温最高的是() 2 U QWt R 解析由串并联电路特点可知,串联电路电阻越串越大,并联电路电阻越并 越小;由电路图及已知R1R2可知,图D中电路总电阻最小,四个电路电压相等, 通电时间相等,由可知,D产生的热量最多,水吸收的热量越多, 水的温度最高.故正确答案为D. D 例2 图像分析题如图18 - 59甲所示电路,闭合开关S,将

5、滑动变阻器滑片P 从a端移到b端,电流表和电压表的示数变化关系如图乙所示,当滑片P位于 a端时,滑动变阻器消耗的电功率是W,此时,电阻R1在5 min内 产生的热量为J. 1 5 0.5 UV R IA 总 U I R 解析当P在b端时R2=0 ,因为,所以R1的阻值为: =10 .当滑动变阻器的滑片移到a端时,U2=U总-U1=5 V-1 V=4 V,由图像知,当 R1的两端电压是1 V时,电流为0.1 A,根据串联电路的电流处处相等,则 I2=I1=0.1 A,P2=U2I2=4 V0.1 A=0.4 W.Q1=W1=U1I1t=1 V0.1 A300 s=30 J. 30 0.4 例3

6、11 22 QQQQ 甲甲甲甲 ，则： 11 22 QQQQ 乙乙乙乙 ，则： 实际应用题(2016钦州中考)R1,R2分别连成如图18 - 60所示的甲、乙两 种电路,R1=2R2,电源电压均为U,图甲电路中R1,R2在相同时间内产生的热 量为 =,图乙电路中R1,R2在相同时间内 产生的热量分别为 =. 1 2 122 2 212 2 1 =. 22 U t Q RRR UQRR R 乙 乙 1 2 112 2 2222 22 =; 1 Q I RtRR QI R tRR 甲 甲 2 t U QW R 解析由图甲可知,两只电阻R1,R2串联,因为串联电路中各处的电流都 相等,所以根据Q=I

7、2Rt可得,在相同时间内产生的热量之比: 由图乙可知,两只电阻R1,R2并联,因为并联电路中各并联支路两端的电压相等, 所以根据 可得,在相同时间内产生的热量之比: 1 2 2 1 例4 学科综合题某电热壶铭牌上标有“220 V1000 W”字样,当其正常工作 时,把质量为2 kg、温度为30 的水加热到80 ,用时10 min.加热过程中, 水吸收的热量是J,电热壶烧水的效率是.c水 =4.2103J/(kg) 5 5 4.2 10 6 10 Q W 吸 解析解析水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2103J/(kg)2 kg(80 - 30 )=4.2105J;电热壶正常工作时的功率

8、为1000 W,工作10 min消耗的 电能W=Pt=1000 W600 s=6105J,电热壶烧水的效率= =70%. 4.210570% 例5 实际应用题如图18 - 61所示是某种电热饮水机的简化电路示意图.它有加热 和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制),阅读该饮水机说明书可知: 热水箱容积2 L,额定电压220 V,加热时的功率400 W,保温时的功率40 W.求: (1)当饮水机处于保温状态时温控开关S0应处于什么状态? (2)R1和R2的电阻值各是多大? (3)在用电高峰期,该饮水机的实际工作电压只有200 V,加热效率为80%,若将 装满水箱的水从20 加热至100

9、,需要多长时间?c水=4.2103J/(kg),水 =1.0103 kg/m3,忽略温度对电阻的影响 2 U P R 解析(1)由电路图可知,开关S0断开时两电阻串联,电路电 阻较大,开关S0闭合时,只有电阻R1接入电路,电阻R2被短路,此 时电路电阻较小,电源电压U一定,由可知,电阻越大,饮 水机功率越小,电阻越小,饮水机功率越大,因此当开关S0断开时, 电路阻值较大,电功率较小,饮水机处于保温状态.(2)由电功率公 式的变形公式求出电阻阻值. 解:(1)断开 2 1 22 1 (2) 220 ) =121 400 U PR R UV R PW 加热 由可知，电阻 阻值： （ ， 处于保温状

10、态时的总电阻: 22 220 ) =1210 40 UV R PW 总 保温 （ ， 保护电阻R2=R总-R1=1210 -121 =1089 . 饮水机消耗的电能:=8.4105J, m V (3)由 可知,水的质量: m=水V=1103kg/m3210-3m3=2 kg, 水吸收的热量:Q=c水m(t-t0)=4.2103J/(kg)2 kg(100 -20 )=6.72105J, 5 6.72 10 J = 80% Q W 25 1 22 1 8.4 10 J 121 =2541s 200V WRU Wtt RU ，解得：， （） 例6 实验探究题小明利用如图18 - 62所示的装置,探

11、究电流通过导体时产生热量的多少 与电阻大小的关系:在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油,煤油中都浸泡着一段 金属丝,甲烧瓶中的金属丝是铜丝,电阻比较小,乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大. (1)通电一段时间后,小明发现烧瓶中温度计的示数大,表明其他条件相同时,导体的 电阻越 ,产生的热量越多. (2)本实验使用了控制变量的科学方法:通过两段金属丝串联的方式, 控制及相同;还使用了转换的科学方法,实验中采取的措施 是. (3)小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置,则他应将其中一个烧瓶中的煤油换成 相同的水,将甲烧瓶中的铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的相等的镍铬合金丝, 并将

12、两个烧瓶中的金属丝做绝缘处理. (3)探究“比较水和煤油比热容的大小”的实验,控制水和煤油两种物质的 质量相等,吸收相等的热量,通过比较温度变化量来比较比热容,或控制水和 煤油两种物质的质量相等,升高相同的温度,通过吸收热量的多少来比较比 热容.所以将其中一烧瓶的煤油换成质量相等的水,将甲烧瓶中的铜丝换成 与乙烧瓶中镍铬合金丝的电阻相等的镍铬合金丝. 解析解析(1)因为两电阻串联,所以通过它们的电流相等; 由焦耳定律Q=I2Rt得,电阻大的在相同时间内产生的热量 多,升高的温度高.因此,乙烧瓶中温度计的示数升高多. (2)实验时,将铜丝和镍铬合金丝串联接入电路中,这是为 了控制通过两电阻的电流

13、相同;实验中,我们通过温度计 的示数变化反映导体产生热量的多少,即采用转换法. 大 乙 观测煤油温度的变化多少 电流大小通电时间 质量电阻 例7 分析说理题(2016宁夏中考)小明家的电饭锅电源线坏了,他在网上新买了 一根,使用时闻到橡胶的焦煳味,他立即拔下电源插头,发现这根电源线很热,其 他用电器仍然正常工作,你认为引起电源线过热的原因可能是. A.电路的电压过高 B.新买的电源线过细 C.新买的电源线过粗D.新买的电源线过短 选择理由:. 解析家庭电路中各用电器之间属于并联,其他用电器仍正常工作,说明电 路电压正常,所以选项A不符合题意;电饭锅跟电源线串联,通过它们的电流大小 和通电时间相

14、等,电源线烧焦说明导线的电阻过大(电源线过细),所以选项B符 合题意;电饭锅跟电源线串联,通过它们的电流大小和通电时间相等,如果电源 线太粗,电源线的电阻将会很小,产热将会很少,不会烧焦,所以选项C不符合题 意;电饭锅跟电源线串联,通过它们的电流大小和通电时间相等,如果电源线短, 电源线的电阻将会很小,产热将会很少,不会烧焦,所以选项D不符合题意. 电源线过细时,电阻较大,因为电源线与电饭锅串联,所以电流相等, 由Q=I2Rt可知,电流和通电时间一定时,电阻越大,产生热量越多. B 例8 实验评估题小明猜想电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间 有关.为了探究“电流通过导体产生的热量与电

15、流是否有关”,所用的实验器材有:稳 压电源、电流表、滑动变阻器、开关、停表各一个;绝热的塑料盒一个,盒内密封着 空气,盒内电阻丝的阻值是10 ,插在盒中温度计的量程是0100 ;导线若干. (1)用笔画线代替导线,将图18 - 63中的电路连接完整. (2)记录的实验数据如下表 分析表中数据,得到的探究结论是. 从表格中提取的能得出该结论的信息是. (3)实验结束后,小明为了缩短实验时间,对原实验方案稍 加改动:实验器材不变,通电时间和电流的预设值不变, 在每完成一次实验(收集一组数据)后,不断开开关,也不 打开通气孔,直接把前一次实验的末温作为下一次实 验的初温,再移动滑动变阻器滑片,使电流

16、达到预设值 时开始计时,20 s后记录末温 指出改动后方案的两点不足(可以结合原方案的实验数据) . . (3)实验器材不变,通电时间和电流的预设值不变,在每完成一次实验(收集一组数据) 后,不断开开关,也不打开通气孔,直接把前一次实验的末温作为下一次实验的初温, 再移动滑动变阻器滑片,使电流达到预设值时开始计时,20 s后记录末温;根据原实验 数据可知,若把上一次末温作为下一次的初温,则改动后导致第三次实验的末温会超 出温度计的量程,无法完成第三次实验;改动后,前一次实验的末温并不是下一次实 验的初温,所以初温记录有误.另外在两次实验之间调节滑动变阻器使得电流达到预 设值过程中,盒内的空气温

17、度还在上升. 解析(1)滑动变阻器串联在电路中,接线“一上一下”,所接 电路如图18 - 64所示. (2)由数据分析可知,电阻相等,通电时间相等,电流越大,盒内空气升高的温 度越高,说明电流越大产生的热量越多,故可以得出结论是:电流通过导体产生 的热量与电流有关;通过表格中数据分析可得出:在通电时间和电阻一定时, 电流越大,导体产生的热量越多. 答案答案(1)如图18 - 64所示.(2)电流 通过导体产生的热量与电流有关通电时 间和电阻一定时,电流越大,导体产生的热量 越多(3)改动后导致第三次实验的末温 超过了温度计的量程,无法完成第三次实验 改动后,前一次实验的末温并不是下一次 实验的

18、初温,所以初温记录有误. 例8 实验评估题小明猜想电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间 有关.为了探究“电流通过导体产生的热量与电流是否有关”,所用的实验器材有:稳 压电源、电流表、滑动变阻器、开关、停表各一个;绝热的塑料盒一个,盒内密封着 空气,盒内电阻丝的阻值是10 ,插在盒中温度计的量程是0100 ;导线若干. (1)用笔画线代替导线,将图18 - 63中的电路连接完整. (2)记录的实验数据如下表 分析表中数据,得到的探究结论是. 从表格中提取的能得出该结论的信息是. 如图18 - 64所示. 电流通过导体产生的热量与电流有关 (3)实验结束后,小明为了缩短实验时间,对原实验方

19、案稍 加改动:实验器材不变,通电时间和电流的预设值不变, 在每完成一次实验(收集一组数据)后,不断开开关,也不 打开通气孔,直接把前一次实验的末温作为下一次实 验的初温,再移动滑动变阻器滑片,使电流达到预设值 时开始计时,20 s后记录末温 指出改动后方案的两点不足(可以结合原方案的实验数据) . . 通电时间和电阻一定时,电流 越大,导体产生的热量越多 改动后导致第三次实验的 末温超过了温度计的量程, 无法完成第三次实验 改动后,前一次实验的末温 并不是下一次实验的初温, 所以初温记录有误 例9计算分析题计算分析题 在一次课外活动中,小明同学对家里的电磁炉进行了相关的观察和研究,并记录了电磁 炉及他家电能表的有关数据,如下表所示: 请你根