物理新设计人教版选修11讲义电场电流第6讲

08/807/8/第6讲电流的热效应[目标定位]1.通过实验方法研究导体通电时发热与导体的电阻之间的关系.2.了解电流热效应跟哪些因素有关，理解焦耳定律，并能用焦耳定律解题.3.知道电功与电热的关系，了解生活中应用焦耳定律的例子，了解节约电能的一些方法.一、电阻与电流的热效应1.电流的热效应：电流通过导体时，使导体温度升高，电能转化为内能.2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比.即Q＝I2Rt.3.热功率：在物理学中，把电热器在单位时间消耗的电能叫做热功率，即P＝eq\f(Q,t)＝I2R.在国际单位制中，热功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W.4.电功率与热功率的关系：电能全部转化为内能时，电功率等于热功率；用电器消耗的电能只有一部分转化为内能时，电功率大于热功率.想一想你所知道的哪些用电器是电能全部转化为内能的？哪些用电器消耗的电能只有一部分转化为内能？它除了转化为内能外，还转化为哪些能量？答案电热器：电能全部转化为内能.电动机：电能主要转化为机械能，少部分转化为内能.二、白炽灯1.白炽灯的工作原理是利用电流的热效应，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光.2.以美国发明家爱迪生和英国化学家斯旺为代表的一批发明家，发明和改进了电灯.想一想电流通过白炽灯泡时，电能转化为什么能？答案电流通过白炽灯泡时，电能全部转化内能.一、电流的热效应及其应用1.电热和热功率电热：Q＝I2Rt.热功率：P＝Q/t＝I2R，电热器在单位时间内消耗的电能.单位：电热的国际单位是“焦耳”，符号是“J”；热功率国际单位是“瓦特”，符号“W”.2.额定功率与实际功率用电器的额定功率是指用电器在额定电压下的功率，这时用电器能安全有效地工作.当电压不符合规定条件时，用电器的功率按实际的电压和电流来计算.实际上用电器并不总是在额定电压下工作，实际功率可以小于额定功率，如果实际电压高于额定电压，实际功率会超过额定功率，容易损坏用电器甚至造成更大的危害，所以实际电压应避免超过额定电压.3.电流热效应的应用(1)各种电热器；(2)电路中的保险丝.例1锂电池能量密度高、绿色环保.现用充电宝为一手机锂电池(图1－6－1甲)充电，等效电路如图乙所示，充电宝的输出电压为U，输出电流为I，该锂电池的内阻为r，则()图1－6－1A.充电宝输出的电功率为UI＋I2rB.电能转化为化学能的功率为UIC.锂电池产生的热功率为I2rD.锂电池产生的热功率为eq\f(U2,r)答案C解析充电宝的输出功率P出＝UI，A错误；锂电池产生的热功率P热＝I2r，C正确，D错误；电能转化为化学能的功率P＝P出－P热＝UI－I2r，B错误.针对训练1通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为eq\f(I,2)时，则在时间t内产生的热量为()A.4Q B.2QC.eq\f(Q,2) D.eq\f(Q,4)答案C解析由焦耳定律得，Q＝I2Rt，Q′＝(eq\f(I,2))2(2R)t＝eq\f(I2R,2)t，所以Q′＝eq\f(Q,2)，只有选项C正确.二、电功与电功率1.电功与电功率电功：W＝UIt，其中U、I分别是用电器两端的电压和通过它的电流.电功率：P＝UI，表示消耗电能的快慢.单位：电功的国际单位是“焦耳”，符号是“J”；电功率国际单位是“瓦特”，符号“W”.2.电功与电热的关系(1)在纯电阻电路中，消耗的电能全部转化为内能，故电功与电热相等，即W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t.(2)在非纯电阻电路中，消耗的电能一部分转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能，故电功大于电热，即W＝UIt>Q＝I2Rt，UIt＝I2Rt＋E其他.例2下表是某电饭锅铭牌上的部分内容，根据表中信息可得该电饭锅的额定电流为()电器名称电饭锅额定电压220V额定功率1100W额定容量4.0LA.0.2A B.0.5AC.2.0A D.5.0A答案D解析根据P＝UI可得I＝eq\f(P,U)＝eq\f(1100,220)A＝5.0A.故D正确，A、B、C错误.针对训练2一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等.停电时，用欧姆表测得A、B间的电阻为R；供电后，各家用电器同时使用，测得A、B间的电压为U，进楼线电流为I，如图1－6－2所示.则计算该幢居民楼用电的总功率P为()图1－6－2A.I2R B.eq\f(U2,R)C.IU D.IU－I2R答案C解析因居民楼里的用电器不全是纯电阻，所以电功率P＝UI，C正确.电流的热效应及其应用1.如图1－6－3所示是某一电器的铭牌.从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是()图1－6－3答案A解析根据铭牌读出用电器的功率为24W，选项中电饭锅、熨斗、电水壶都是大功率用电器，只有电风扇的功率较小，故A正确.2.将一只“220V，100W”的小电动机，一台“220V，100W”的电视机，一把“220V，100W”的电烙铁分别接到220V的电源上，在相同时间内，电流通过它们产生的热量最多的是()A.电动机 B.电烙铁C.电视机 D.一样多答案B解析电动机、电视机消耗的电能没有完全用来发热，只有电烙铁消耗的电能全部转化为热量，选项B正确.电功与电功率3.对计算任何类型的用电器的电功率都适用的公式是()A.P＝I2R B.P＝U2/RC.P＝UI D.P＝W/t答案CD4.如图1－6－4为一种服务型机器人，其额定功率为48W，额定工作电压为24V，机器人的锂电池容量为20A·h.则机器人()图1－6－4A.额定工作电流为20AB.充满电后最长工作时间为2hC.电池充满电后总电量为7.2×104CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J答案C解析由P＝IU知额定电流I＝eq\f(P,U)＝2A，选项A错误；充满电后，锂电池容量为20A·h，最长工作时间t＝eq\f(Q,I)＝10h，选项B错误；电池充满电后总电荷量Q＝It＝20×3600C＝7.2×104C，选项C正确；以额定电流工作时每秒消耗能量W＝IUt＝48J，D错误.(时间：60分钟)题组一、电流的热效应及其应用1.通电导体发热的规律是由下列哪位物理学家总结的()A.欧姆 B.焦耳C.安培 D.法拉第答案B2.下列用电器的工作原理是利用电流的热效应的是()A.电烙铁 B.电炉子C.电磁炉 D.微波炉答案AB解析电烙铁、电炉子是电流通过电热丝而发热，是利用了电流的热效应，故A、B正确；电磁炉是利用交变电流产生交变的磁场，从而在锅体中产生涡流而发热；微波炉的工作原理是电流在微波管中产生了电磁波(微波)，微波使水分子高速振荡而加热食物，所以C、D项错误.3.电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为()A.通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少B.电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热C.通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多D.铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少答案D解析电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多.因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热.4.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.都一样答案C解析三个用电器的电功率相同，工作相同的时间消耗的电能相同.电风扇把电能大部分转化为机械能，只有一小部分转化为内能；白炽灯把电能全部转化为内能，又有很少部分的内能转化为光能；电热器把电能全部转化为内能并全部以热量的形式放出.所以A、B、D项错误，只有C项正确.题组二、电功与电功率5.两个电阻并联在同一电路中，下列说法正确的是()A.电阻大的发热多 B.电阻小的发热多C.一样多 D.无法比较答案B6.从白炽灯上标有“220V，100W”的数据中，我们可以确定(不考虑温度对电阻的影响)()A.该电灯的额定电压为220V，额定功率为100WB.给电灯加上220V的直流电压，通过它的电流一定为eq\f(5,11)AC.该电灯的电阻为48.8ΩD.该电灯在电路中发光时，它实际消耗的电功率可能不是100W答案ABD解析用电器铭牌上的数字为额定值，故选项A正确；给电灯加上220V的直流电压，通过它的电流为I＝eq\f(P,U)＝eq\f(100,220)A＝eq\f(5,11)A，故选项B正确；电灯的电阻根据R＝eq\f(U2,P)得R为484Ω，故选项C错误；而“220V，100W”为正常发光的值，当不正常发光时电功率可能小于100W，故选项D正确.7.不考虑温度对电阻的影响，一个“220V，100W”的灯泡，下列说法正确的是()A.接在110V的线路上的功率为50WB.接在110V的线路上的功率为25WC.接在440V的线路上的功率为400WD.接在55V的线路上的功率为6.25W答案BD解析不考虑温度对电阻的影响，电灯的电阻为定值，即R＝eq\f(Ueq\o\al(2,0),P0)＝eq\f(48400,100)Ω＝484Ω.由P′＝eq\f(U′2,R)，将110V和55V分别代入求得实际功率分别为25W和6.25W.而当灯两端电压为440V时，已超过额定电压，灯将被烧坏.8.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，设通过的电流相同，则(在相同时间内)下列说法正确的是()A.电炉和电动机的产生的电热相等B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等答案ABC解析由Q＝I2Rt知A正确；由P＝IU知B正确；对于电炉U＝IR，而电动机U>IR，所以C正确，D错误.9.浙江临海括苍山风电场总装机33台，其中1号风场10台，2号风场7台，3号风场16台，总容量1.98×107W.在家电中待机能耗较大是电视机，现阶段我国平板电视保有量达到2.5亿台，平均每台待机功率为8W.请估算括苍山风电场发电多久可供全国的平板电视待机一天()A.一天 B.一个月C.一百天 D.一年答案C解析2.5亿台电视机每天耗电E＝npt天，设括苍山风电场发电t天可供全国的平板电视待机一