初中物理九上16第4节科学探究电流的热效应

第四节科学探究:电流的热效应

【体验】电流的热效应

活动:在电饭锅内装入等质量的初温相似的水,加热。观察电饭锅中的水及其导线的发热状况。活动1:加热两分钟,用温度计测量锅内水的温度,并用手摸导线感受其温度。活动2:加热五分钟,用温度计测量锅内水的温度,并用手摸导线感受其温度。活动3:加热十分钟,用温度计测量锅内水的温度,并用手摸导线感受其温度。(1)对比三次活动中温度计示数的变化,可看出,随着通电时间的加长,锅内水的温度越来越(选填“高”或“低”)。(2)对比在相似时间内,电饭锅和导线的温度,可看出,在相似时间内,产的热多。提示:(1)高(2)电饭锅1.电流产生的热量与哪些因素有关?有什么关系?2.焦耳定律的内容和公式分别是什么?探究1电流产生的热量与哪些因素有关

结合“体验”,思考下列问题:1.电流的热效应:通过“体验”可知,电流通过导体时,将能转化为能,导体发热。这种现象即为电流的热效应。提示:电流的热效应是指电流通过导体时,将电能转化成热(内)能。参考答案:电热(内)2.猜想与假设:通过体验和日常现象,电流的热效应与、、有关。提示:由体验可看出,通电时间越长,产热越多;电阻越大,产热越多,故导体的产热多少与通电时间和电阻大小有关。根据生活现象,普通通过导体的电压越大,它的电流越大,导体发热也越多,故还能够猜想电流的热效应与通过导体的电流有关。参考答案:通电时间电阻大小电流3.实验办法:和。提示:导体产热与多个因素有关,为了确保探究的精确性,应采用控制变量法。由体验可知,导体产热的多少是通过用温度计测量水的温度变化看出来的,因此还用到转换法。参考答案:控制变量法转换法4.测量器材:实验中为了明显观察到导体产热的变化,因此应选用的液体是;为了方便研究产热多少与电流大小的关系,还应选用的器材是_____________。提示:液体的比热容越小,吸取相似的热量,温度升高得越明显;在电压一定时,电阻越大,电流越小,所觉得了方便变化电流大小,可选用滑动变阻器接入电路。参考答案:煤油滑动变阻器5.实验设计及分析:(1)探究电流热效应与通电时间的关系①思路:需控制

、

不变,改变

。参考答案:电阻电流通电时间②总结结论:实验中发现,通电时间越长,瓶中的温度上升得越高,阐明了。提示:同一种瓶中的电阻不变,通过电阻的电流不变,通电时间越长,温度计示数变化越大,表明电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。参考答案:电流通过导体产生的热量跟通电时间有关,通电时间越长,产生的热量越多(2)探究电流热效应与电流的关系①思路:需控制、不变,变化。参考答案:电阻通电时间电流②根据探究目的连接电路提示:根据探究思路,要探究电流热效应与电流的关系,需控制电阻和通电时间相似,变化电流,故通过调节滑动变阻器连入电路的阻值,变化电流。参考答案:如图所示③总结结论:实验中发现,电流越大,温度上升越明显,由此得出结论。提示:调节滑动变阻器,使滑动变阻器的电阻不同,电流不同,加热相似的时间,发现电流大的煤油温度升高得多,阐明产生的热量跟电流有关。参考答案:电流通过导体产生的热量跟电流有关,电流越大产生的热量越多(3)探究电流热效应与电阻的关系①思路:需控制

、

不变,改变

。参考答案:电流通电时间电阻②根据探究目的连接电路。提示:根据探究思路可知,需控制电流和通电时间相似,故需要使两个电热丝串联,且确保两个电热丝的材料不同,才干变化电热丝的电阻。参考答案:如图所示③总结结论:实验中发现,电阻越大,温度上升越明显,由此得出结论________________________________________________。提示:两个电阻串联,通过两个电阻的电流相等,在相等的时间内,电阻大的电热丝放出的热量多,阐明电流产生的热量跟电阻有关。参考答案:电流通过导体产生的热量跟电阻有关,电阻越大产生的热量越多6.交流与评定:(1)在实验中,滑动变阻器的作用是:①__________________________________________________;②__________________________________________________。提示:把滑动变阻器接入电路,增大了电路中的电阻,能够限制电路中的电流,有保护电路的作用;另外,选用两个阻值相似的电阻,各串联一种滑动变阻器,通过调节滑动变阻器的阻值,在相似的时间内通过大小不同的电流,比较使质量相似的同种液体温度升高的状况,判断电阻产生热量的多少。参考答案:①保护电路②变化电阻中的电流(2)实验中为什么选用煤油而不是水?提示:由于煤油的比热容比水的比热容小,吸取相似的热量后,煤油升高的温度高,实验现象明显。参考答案:煤油的温度变化明显探究2焦耳定律

1.填一填:(1)通过“探究1”可知,电流产生的热量与通电时间、电流大小和导体的电阻都有关,具体关系是电流通过导体时产生的热量跟

成正比,跟

成正比,跟

成正比,这个规律就叫做焦耳定律。参考答案:电流的二次方导体的电阻通电时间(2)如果用Q表达电流流过导体时产生的热量,I表达导体中的电流,R表达导体的电阻,t表达通电时间,那么焦耳定律用公式表达为。参考答案:Q=I2Rt(3)上式中I的单位是

,R的单位是

,t的单位是

,Q的单位是

。参考答案:A

Ω

s

J2.练一练:小吴同窗自制了一种简易的“电热驱蚊器”，发热元件是一种阻值为1.0×104Ω的电阻。当发热元件两端的电压为220V时，通电100s产生的热量为多少？提示:Q＝I2Rt=(0.022A)2×1.0×104Ω×100s=484J。参考答案:484J3.议一议:(1)电热与电功在大小上有什么关系？参考答案:电流通过导体时，如果电流所做的功全部用来产生热量，则W=Q；如果电流所做的功只有一部分用来产生热量，则W＞Q。(2)如果电流所做的功全部用来产生热量，你能推导出计算热量的其它公式吗？参考答案:(3)你尚有哪些办法求解第2题中发热元件产生的热量？参考答案:Q=W=UIt=220V×0.022A×100s=484J一、电流的热效应1.定义:电流通过导体时,电能转化为_____的现象。2.影响因素:(1)在电流和通电时间相似时,_____越大,产生的热量就_____。(2)在电阻和通电时间相似时,_____越大,产生的热量_____。(3)在电阻和电流相似时,_________越长,产生的热量_____。热能电阻越多电流越多通电时间越多二、焦耳定律1.内容:电流通过导体产生的热量跟_____________成正比,跟___________成正比,跟_________成正比。2.公式:______。电流的二次方导体的电阻通电时间Q=I2Rt【拓展延伸】电流的效应电流的效应是指电流的热效应、化学效应和磁效应。电流的热效应:电流通过导体要发热,这叫作电流的热效应。例如,电灯、电炉、电烙铁、电焊等都是应用电流的热效应的例子。电流的化学效应:电流通过导电的液体,会使液体发生化学变化,产生新的物质。电流的这种效果叫作电流的化学效应。例如,电解、电镀、电离等就属于应用电流的化学效应的例子。电流的磁效应:给绕在软铁芯周边的导体通电,软铁芯就产生磁性,这种现象就是电流的磁效应。例如,电铃、蜂鸣器、电磁扬声器等都是运用电流的磁效应制成的。考点1通电导体放出的热量跟哪些因素有关

【典例1】小明利用如图所示的实验装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。甲、乙两瓶中装有质量与初温都相同的煤油,甲瓶中铜丝的电阻比乙瓶中镍铬合金丝的电阻小。(1)实验中煤油吸热的多少是通过(选填“温度计示数”或“加热时间”)来反映的。(2)为了在较短的时间内达成明显的实验效果,小明选用煤油而不用水做实验,是由于煤油的比热容(选填“不不大于”或“不大于”)水的比热容。(3)通电一定时间后,乙瓶中的温度计示数升高得快,由此得出的实验结论是______________________________________________________________________________________________。(4)该实验中用到的研究物理问题的办法是。【思路导引】本题解题思路以下:【精讲精析】本题考察导体产生的热量与电阻大小关系的实验探究。(1)实验前,甲、乙中的煤油温度相似,在实验过程中,两电热丝放热,煤油吸热,温度升高,故煤油吸热的多少是通过温度计的示数来反映的;(2)在吸取相等热量和等质量的状况下,因煤油的比热容不大于水的比热容,根据Q吸=cmΔt可知煤油升温比水明显,实验效果明显;(3)由题图可知,两电热丝串联,通过的电流及通电时间相等,乙瓶中的温度计示数升高得快,阐明乙瓶中电阻较大的镍铬合金丝放热多,故可得出结论:在电流和通电时间相似时,导体电阻越大产生的热量越多;(4)在该实验中,两电热丝放热的多少,通过煤油升温的高低来反映,这是转换法;两电热丝串联,控制电流及通电时间相等,而电阻大小不同,这是控制变量法。答案:(1)温度计示数(2)不大于(3)在电流和通电时间相似时,导体电阻越大产生的热量越多(4)控制变量法或转换法(填对一种即可)【办法归纳】运用转化法和控制变量法(1)转化法:通过温度计变化的示数判断放出热量的多少。(2)控制变量法:①探究与电流的关系:需要用到滑动变阻器和两个相似的电热丝,且要并联连接;②探究与电阻的关系:将两个不同的电热丝串联连接;③探究与通电时间的关系:用同一种电路,变化加热时间。考点2焦耳定律的应用

【典例2】图示为一款有高、低温两挡的蒸汽电熨斗电路原理图。R1、R2为电热丝,其中R2=242Ω,水升温并汽化成水蒸气,从而熨烫衣服。(1)电热丝是运用电流的_________效应工作的。分析电路图,闭合S1,当S2________时,电熨斗处在高温挡。(2)电熨斗处在低温挡时,正常工作功率为100W。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挡功率为1000W。规定只变化其中一种电热丝的阻值,请你通过分析和计算,求出该电热丝变化后的阻值应为多少?【思路导引】分析本题的两个核心点:核心点1:电压一定,电路电阻越小,功率越大。核心点2:电热丝放出热量的计算公式:Q=I2Rt。【精讲精析】本题考察焦耳定律的应用。(1)电熨斗工作时，电流流过电阻产生热量，对水加热，使水汽化为蒸汽，因此电热丝是运用电流的热效应工作的；由电路图知，闭合S1，当S2闭合时，两电阻丝并联，电路电阻最小，电源电压U一定，由P=可知此时电路功率最大，电熨斗处在高温挡。(2)由电路图知:当S1闭合，S2断开时，电熨斗处在低温挡，此时只有电阻R1接入电路；通过电路的电流≈0.45A，R1的电阻；通电t=3min=180s产生的热量:Q=I2Rt=(0.45A)2×484Ω×180s=1.8×104J。(3)当开关S1与S2都闭合时，电熨斗处在高温挡，电阻R1的功率P1=P低温挡=100W，电阻R2的功率P2=P-P1=1000W-100W=900W，则电阻R2变化后的阻值答案:(1)热闭合(2)0.45A484Ω1.8×104J(3)53.78Ω【办法归纳】焦耳定律的理解和应用(1)公式的应用应用公式电热(焦耳定律)适用范围基本公式Q=I2Rt普遍适用导出公式

·t=UIt仅适用于纯电阻电路W=Q(2)串、并联电路中电流产生热量的分派①串联电路中,各处的电流都相等,各电阻的通电时间也相等,因此电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成正比。即Q1∶Q2=R1∶R2。②在并联电路中,各电阻两端电压相等,各电阻的通电时间也相等,因此电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成反比,即Q1∶Q2=R2∶R1。1.请你想象一下,如果没有电流的热效应,下列设备还能工作的是()A.白炽灯B.电烤箱C.保险丝D.电电扇【解析】选D。本题考察电流热效应的应用。运用电流热效应工作的用电器将电能转化为内能,故白炽灯、电烤箱、保险丝都是运用电流热效应工作的;电电扇重要是把电能转化为机械能,因此如果没有电流的热效应,电电扇还能够工作,故D选项对的。2.电烙铁通电一段时间后变得很烫,而连接电烙铁的导线却没有明显发热,这重要是由于()A.导线的绝缘皮隔热B.导线散热比电烙铁快C.通过导线的电流不大于通过电烙铁的电流D.导线的电阻远不大于电烙铁电热丝的电阻【解析】选D。本题考察焦耳定律的应用。导线与电烙铁串联,流过它们的电流相似,由于导线的电阻远不大于电烙铁的电阻,根据公式Q=I2Rt可知,导线产生的热量远不大于电烙铁产生的热量,故选D。3.在“探究焦耳定律”的实验中,为了找出电流做功产生的热量与电阻的关系,必须同时保持()A.电阻相等和电流相等B.电阻相等和通电时间相等C.通电时间相等和电流相等D.电阻相等、通电时间相等、电流相等【解析】选C。本题考察焦耳定律实验中的研究办法——控制变量法。由焦耳定律Q=I2Rt知,在研究电热与电阻的关系时,应保持电流和通电时间相似。故选C。4.某暖手宝的部分性能指标如表,当袋内的水原来温度是20℃时,在额定电压下加热至批示灯熄灭,此过程水吸取的热量是J;若加热过程所需要的时间为210s,不计热量的损失,则加热电阻为Ω。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]额定电压加热电阻袋内充水自动断电温度220V1L70℃【解析】本题考察的是物体吸热和电流产热的计算。由题意可知:水的体积V=1L=1×10-3m3,水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg,Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(70℃-20℃)=2.1×105J;由于不计热量的损失,有W=Q吸,则暖手宝的功率该暖手宝的电阻答案:2.1×10548.45.如图所示的装置可用来定性研究定律。将电阻R甲与R乙(R甲>R乙)串联在电路中是为了使时间和相似,通过温度计示数的变化能够比较的多少。【解析】本题考察电流热效应与哪些因素有关的探究。根据题图可知该实验装置是研究电流通过导体产生的热量与什么因素有关,由此可得到焦耳定律。两电阻串联,可控制通电时间相似、通过的电流相似,研究电热与电阻的关系。通过温度计示数的变化能够比较电流产生热量的多少。温度计示数变化越大,电流产生的热量越多。答案:焦耳电流电流产生热量6.如图所示是“探究电流的热效应跟电阻大小的关系”的实验装置图。A、B两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,烧瓶A内的金属丝是铜丝,电阻较小;烧瓶B内的金属丝是镍铬合金丝,电阻较大。在实验中应使两瓶中盛装的煤油质量