第四节-科学探究：电流热效应

第四节__科学探究：电流热效应第一页，共29页。电油炸锅电饭煲电熨斗电取暖器电烤箱电热水器第二页，共29页。电烙铁电热水壶电热毯电吹风机第三页，共29页。这些常见家用电器的共同特点：1.电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。2.利用电流的热效应工作的电器叫做电热器。3.电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。发热体材料及优缺点：（1）铁铬铝合金系列。优点：铁铬铝电热合金其使用温度高，最高使用温度可达1400度，使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、电阻率高，价格便宜等。缺点：主要是高温强度低，随着使用温度升高其塑性增大，元件易变形，不易弯曲和修复。（2）镍铬电热合金系列。优点：高温强度较铁铬铝高，高温使用下不易变形，其结构不易改变，塑性较好，易修复，其辐射率高，无磁性，耐腐蚀性强，使用寿命长等。缺点：由于采用较稀缺的镍金属材料制成，故该系列产品价格高出铁铬铝最多达几倍，使用温度较铁铬铝低。第四页，共29页。优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等优点。缺点：用电器功率较大，浪费电能，工作电流大，易造成电线老化,影响用电器使用寿命。大电流通过导线就会产生大量的热，破坏导线的绝缘性能，导致线路短路，引发电火灾。为了避免导线过热造成损害，不同材料不同截面的导线规定了最大允许电流（安全电流）。导线截面越大，允许通过的电流也越大。电流的热效应有什么利和弊？第五页，共29页。电流的热效应与哪些因素有关？导线和电炉串联，为什么电炉很热，而导线并不很热？说明什么？第六页，共29页。电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？首先猜测电流I、电阻R、时间t三者对电流产生的热量Q的多少有影响，然后对电流I、电阻R、时间t三者进行探究。第七页，共29页。控制电流I、时间t相同:研究电阻R变化→对电热Q的影响控制电阻R、时间t相同:研究电流I变化→对电热Q的影响控制电阻R、电流I相同:研究时间t变化→对电热Q的影响控制变量法探究实验用什么物理方法？第八页，共29页。电流通过导体产生热量,其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？既看不见也摸不着的科学量既看得见也能测量的科学量转化转化让电流产生的热量被煤油吸收，通过观察煤油的热膨胀来测量。第九页，共29页。控制电阻R、电流I相同:研究通电时间t变化→对电热Q的影响结论：在电阻通过电流Ｉ相同时，电流产生热量多少与通电时间t长短有关，并且通电时间t越长电流产生热量越多。每隔一分钟记录一下温度计的示数第十页，共29页。控制电阻R、时间t相同:研究电流I变化→对电热Q的影响结论：在电阻Ｒ和通电时间t相同时，电流产生热量多少与通过导体的电流Ｉ大小有关，并且电流Ｉ越大，电流产生热量越多。相同时间内通过R的电流为Ｉ，移动R0的滑片,使通过R的电流为0.5Ｉ。比较R两次所产热的多少第十一页，共29页。控制电流I、时间t相同:研究电阻R变化→对电热Q的影响结论：在电流I和通电时间t相同时，电流产生热量多少与导体的电阻Ｒ大小有关，并且电阻Ｒ越大，电流产生热量越多。第十二页，共29页。1.焦耳定律的内容：电流通过导体所产生的热量与导体的电阻大小成正比，与电流的平方成正比，与通电时间成正比。2.公式：Ｑ＝Ｉ２Ｒt实验总结论二、焦耳定律一般公式，普遍适用第十三页，共29页。焦耳（1818～1889），英国物理学家。1818年12月24日生于曼彻斯特附近的索尔福德，1889年10月11日卒于塞尔。3.焦耳定律的发现者第十四页，共29页。4.焦耳定律的理论推导电流通过纯电阻导体时所做电功W=UIt①在串联电阻电路中，因为通过导体的电流相等。通电时间也相等，根据焦耳定律，可知导体产生的热量跟电阻成正比。②在并联电阻电路中,导体两端的电压相等,通电时间也相等,根据,可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。（1）电流通过纯电阻导体时所做电功全部转化为电热Q=W=UIt对于纯电阻导体U=IRQ=W=UIt=I2Rt=（2）在非纯电阻电路中，电能只有一部分用来产生热量，所以电功大于电热，即：W＞Q。在非纯电阻电路中，计算电功只能用W=UIt，计算电热只能用Q=I2Rt第十五页，共29页。问题1.灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和导线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什么?原因：导线是有电阻的，导线的电阻与灯泡灯丝的电阻串联，流过的电流相同，通电的时间也相同，但灯泡灯丝的电阻比导线的电阻大得多，因此，产生的热量也多。所以灯泡比导线热的多。5.焦耳定律的应用第十六页，共29页。问题2.电路中负荷过大有什么危险？为什么？电路中负荷过大时，使电路中电流增大，按Q=I2Rt计算，容易引起线路发热，易使导线绝缘老化，破坏导线的绝缘性能，甚至导致线路短路，烧毁线路，引发电火灾。导线接头处，由于接触电阻较大，当电流过大时，极易烧断。第十七页，共29页。问题4：我们希望热量更多地集中在电炉的发热体上，而不是与电炉相连的导线上。根据今天所学的焦耳定律Q=I2Rt，你对发热体和导线的材料有何建议？发热体：电阻率大、熔点高导线：电阻率小、熔点高问题3：假设所有导体都没有电阻，当用电器通电时，下列说法中正确的是()A.白炽灯仍能发光

B.电动机仍能工作C.电饭锅仍能煮饭

D.电熨斗仍能熨烫衣服第十八页，共29页。电流热效应的利用制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）制白炽灯制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）第十九页，共29页。电热的作用：有害的一面电热产生的根本原因是：导体存在电阻导线上的热损耗应尽量减少。家用导线一般用电阻率很小的铜导线。高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减少热损耗。预计未来导线可用超导体从而避免电流在导线上的热损耗。无用的电流热效应应尽量减少第二十页，共29页。加快电热的扩散的方法：加快散热的方法三：散热风扇加快散热的方法二：散热孔加快散热的方法一：散热片第二十一页，共29页。典型例题1.一台阻值为50Ω的电热水器,接入220V的电路中，正常工作通过电热水器的电流为5A，则热水器10min消耗的电能是

J，如果该能量的70%被水吸收，能使

kg的水温度升高20℃。【C水=4.2*103J/（kg·℃）】2.图示为一款有高、低温两档的蒸汽电熨斗电路原理图，R1、R2为电热丝，其中R2=242Ω，工作时，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，电熨斗处于高温档。

（2）电熨斗处于低温档时，正常工作功率为1100W。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档功率为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？

第二十二页，共29页。3.如图所示的实验装置中，三个相同的烧瓶A、B、C内都盛有质量和初温均相等的液体，其中A、B烧瓶中装的是水，C烧瓶中装的是煤油，A、B、C瓶中电阻丝的阻值分别为RA、RB、Rc且RA=Rc>RB。当合上开关S通电一定时间后(三个烧瓶中的液体均未达到沸腾)，A、B、C瓶中温度计示数分别为TA、TB、TC。对三支温度计示数的判断，下列说法正确的是(均不计热损失，比热容C水>C煤油)：（）A．TA＝TB＜TCB．TA＝TC＞TB

C．TC＞TA＞TBD．TA＞TB＞TC

4.电风扇、白炽灯、电烙铁三个用电器上都标有“220V60W”字样，正常工作时，相同的时间内产生的热量（）A．电风扇最多 B．白炽灯最多 C．电烙铁最多 D．三者一样多第二十三页，共29页。5.如图所示，在四个相同水槽中盛有质量和温度都相同的纯水，现将阻值为R1、R2的电阻丝(R1<R2)，分别按下图的四种方式连接放人水槽，并接人相同电源。通电相同时间后，水温最高的是6.家用电器使用日益广泛，好学的瑞瑞突发奇想，想检验电热水壶与电饭煲谁的热效率高，如图所示是瑞瑞家两种电器及铭牌，下表是瑞瑞在使用这两种电器（正常工作）烧水时所记录的数据：（1）在1标准大气压下，把电热水壶中的水烧开，水需要吸收多少热量？（2）试通过计算说明电热水壶与电饭煲谁的热效率高．第二十四页，共29页。1.一个20Ω的电阻，通过0.5A的电流2min，电阻上消耗的电能是_____,释放热量为______。2.一个电阻通过0.2A的电流5min，电阻上产生的热量为600J，这个电阻的阻值是___Ω。3.一个200Ω的电阻通电2min，电阻上消耗的电能是4.5×104J,则通过电阻的电流是______。600J600J501.37A4.一个40Ω的电阻，通过0.3A的电流，则通电______min释放热量为2160J。第二十五页，共29页。6.当0.2A的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4A时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的()A.2倍B.4倍C.0.25倍D.0.5倍B5.两个电热器的电阻之比为4︰3，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为_____；若两个电热器的电阻相同，通过的电流之比为1︰3，在