第四节 科学探究:电流的热效应
基础主干落实
1.电流的热效应:指电流通过导体时电能转化为 内能 的现象。
2.探究影响电流产生热量的因素时采用的实验方法是 控制变量法 。
3.影响电流产生热量多少的因素有: 通电时间、电流、电阻 。
(1)对同一电阻丝,在电流大小不变的情况下,通电时间越长,电流产生的热量越 多 。
(2)对同一电阻丝,在通电时间相同的情况下,通电电流越大,电流产生的热量越 多 。
(3)在通电电流大小不变,通电时间相同的情况下,电阻越大,电流产生的热量越 多 。
4.焦耳定律内容: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。
5.公式: Q=I2Rt ,公式中各物理量单位: Q-J,I-A,R-Ω,t-s。
重点案例探析
重点一 探究电流产生的热量与哪些因素有关
【典题1】(2023·黔东南模拟)为了探究电流产生的热量跟什么因素有关,小军设计了如图所示的甲、乙两种装置,他将两根阻值不同的电阻丝(R1
(2)甲装置可探究电流产生的热量与 电阻大小 的关系,电路中控制电流和通电时间相等。
(3)在装置甲、乙的两次实验中,通过比较相同时间里气球B与D的变化情况,可探究电流产生的热量与 电流大小 的关系。
(4)甲、乙两装置同时实验,在相同的通电时间里,与 C (选填气球字母标号)气球相通的电阻丝产生的热量最多。
(5)电烘箱高温和低温两挡的调节是通过改变接入电路中电阻丝的长度来实现的。由上述实验可知:低温挡接入电路的电阻丝比高温挡要 长 (选填“长”或“短”)一些。
【点拨】
(1)控制变量法:分析实验装置,看电流、电阻和通电时间中,哪些相同、哪些不同,运用控制变量法判断。
(2)转换法:观察气球膨胀的程度或U形管液面高度差等来反映电流产生热量的多少。
(3)结论:一定要写清前提条件,条件的改变如何影响结论的变化。
重点二 焦耳定律的相关计算
【典题2】(2024·毕节期末)如图所示电路,已知电源两端的电压U=12 V保持不变,电阻R1=2 Ω,当开关闭合时,电压表示数为3 V。求:
(1)电流表的示数I;
(2)电阻R2的阻值;
(3)电路的总功率;
(4)电阻R2在1 min内产生的热量。
解:由电路图可知,R1与R2串联,电压表测R1两端的电压,电流表测量电路中的电流;
(1)根据欧姆定律可得通过电阻R1的电流:I===1.5 A,即电流表的示数为1.5 A;
(2)因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,R2两端的电压:
U2=U-U1=12 V-3 V=9 V;
串联电路中电流处处相等,根据欧姆定律可得电阻R2的阻值:R2===6 Ω;
(3)电路中的总功率为:P=UI=12 V×1.5 A=18 W;
(4)R2在1 min内产生的热量:Q2=I2R2t=(1.5 A)2×6 Ω×60 s=810 J。
【点拨】
(1)焦耳定律Q=I2Rt适用范围:适用于任何用电器产生的热量计算。
(2)纯电阻电路计算用电器产生热量的公式:Q=W=Pt、Q=W=UIt、Q=W=t。
(3)非纯电阻电路计算用电器产生热量的公式:Q=I2Rt,计算消耗的电能:W=Pt、W=UIt。
A层·基础必会
考点一 电流的热效应
1.如图所示,我国科研人员为运动员提供了带电源的智能控温加热手套。下列与加热手套工作原理相同的用电器是 (A)
A.电暖片 B.电动车 C.节能灯 D.洗衣机
2.下列例子中,能防止电热危害的是 (C)
A.供取暖用的电褥子
B.高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置
C.收音机、电视机的机壳上有许多小孔
D.孵化家禽的电热孵卵机
考点二 探究电流产生的热量与哪些因素有关
3.如图所示是小明探究“电流产生的热量与电阻的关系”的实验电路。
(1)连接电路前,小明应在甲、乙两瓶中倒入 质量 、初温相同的煤油。
(2)连接电路时,应使R1、R2(R1>R2)串联接入电路,目的是控制 电流 和通电时间相同。
(3)闭合开关后,将滑动变阻器的滑片调到适当的位置,进行实验。实验中我们通过观察 温度计示数的变化 (选填“加热时间”或“温度计示数的变化”),判断甲、乙两瓶中液体吸收热量的多少。
(4)在测量中,记录温度的时间间隔不能太少,原因是 温度计示数的变化小,不便于观察比较 。
(5)观察到左侧瓶中煤油的温度高于右侧瓶。这表明:在 电流和通电时间 相同时, 电阻 越大,电流产生的热量越多。
考点三 焦耳定律的相关现象
4.如图是“3 15”晚会上曝光的劣质导线,不良商家为了降低成本,将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根,导致导线横截面积减小。对于长度相等的标准导线和劣质导线,劣质导线的电阻 较大 (选填“较大”或“较小”),若在通有相同电流的情况下,相同时间内劣质导线产生的热量 较多 (选填“较多”或“较少”)。
5.如图左边这种“万能插座”已被禁止,你家还在用吗 这种插座孔大,人更容易触电,再者这种插座的内部金属插套与电器插头插销接触面积过小,导致该处的电阻较 大 ;根据 焦耳 定律可知,在使用中容易出现过热情况,从而引发火灾事故。
考点四 电热的相关计算
6.如图甲是一只便携塑料封口机,电路原理图如图乙所示,电源电压为3 V,电热丝R的电阻为0.4 Ω,开关闭合,电热丝温度升高,这是利用电流的 热 效应工作的,通电2 min产生的热量为 2 700 J。
7.(2023·金昌中考)如图所示,电源电压为9 V且保持不变。闭合开关后,电流表A1的示数为0.4 A,电阻R2=15 Ω。求:
(1)电流表A2的示数;
(2)1分钟内,电阻R2上产生的热量。
解:由图可知,R1、R2并联,电流表A1测量通过R1的电流,电流表A2测量干路的总电流;
(1)由并联电路的电压特点可知,R2两端的电压:U2=U=9 V,
通过R2的电流:I2===0.6 A,
根据并联电路的电流特点可知,干路的总电流:I=I1+I2=0.4 A+0.6 A=1 A,
即电流表A2的示数为1 A;
(2)1分钟内,电阻R2上产生的热量:
Q2=R2t=(0.6 A)2×15 Ω×1×60 s=324 J。
易错点 计算电热时公式选择错误
8.如图所示:当电压表示数为180 V时,电流表示数为15 A。
(1)求此时电动机消耗的功率。
(2)若电动机的内阻为0.4 Ω,工作时间为10 s,则电动机电阻产生的热量为多少。
解:由图可知,电动机和滑动变阻器串联,电压表测量电动机两端的电压,电流表测量电路中的电流。
(1)此时电动机消耗的功率:P=UI=180 V×15 A=2 700 W;
(2)电动机电阻产生的热量:Q=I2Rt=(15 A)2×0.4 Ω×10 s=900 J。
纠错:电动机为非纯电阻电路,计算电热时,只能用公式Q=I2Rt。
B层·能力提升
9.额定电压均为220 V、额定功率均为800 W的电热水壶和洗衣机,正常工作时(D)
A.电热水壶消耗的电能少
B.相同时间内,两者产生的热量一样多
C.洗衣机产生的热量多
D.相同时间内,两者消耗的电能一样多
10.如图所示,用电动机提升重物时,电动机将电能大部分转化为重物的 机械 能,如果电动机正常工作的电压为220 V,电阻为5 Ω,通过的电流为10 A,则5 min内电动机产生的热量为 1.5×105 J。
11.在某汽车尾部的挡风玻璃上,有一种电加热除雾装置,它由5条阻值均为12 Ω的电阻丝并联而成,简化结构如图所示。该装置与12 V的汽车电池接通工作1 min,通过每条电阻丝的电流为 1 A,产生的总热量为 3 600 J。
12.(2024·安顺期末)喜欢实验的小科,在实验室里用口香糖包装锡纸做了一个有趣的实验,他将一张口香糖包装锡纸用剪刀修剪成中间狭窄的条形,然后把锡纸接在5号电池的正负极(如图所示),过一会儿,锡纸竟然燃烧起来,请结合所学知识对“锡纸燃烧”的现象做出合理的解释。
答:因为锡属于金属,因此具有导电性,将锡纸条一端接在电池的正极,另一端接在电池的负极,形成了电源短路,此时电路中迅速产生大量热量使温度达到锡纸的着火点而使之燃烧;由图知,锡纸中间狭窄处横截面积较小,所以电阻较大,由公式Q=I2Rt知,在电流、通电时间一定时,电阻越大,产生的热量越多,所以锡纸中间狭窄处容易燃烧。
13.(2024·贵阳月考)在探究电流产生的热量多少与哪些因素有关的实验中,小明作出了以下猜想:
A.可能与导体的电阻大小有关
B.可能与通过导体电流的大小有关
C.可能与通电时间的长短有关
(1)为了探究猜想A,小明安装了如图甲所示的实验装置:在6个相同玻璃盒中分别装入不同阻值的电阻,并在其中均加入70 g的水。通电一段时间后,测量玻璃盒中水升高的温度。实验中,将不同阻值的电阻串联起来的目的是方便控制通电时间和 电流 相等。测量水升高的温度,其目的是间接测量 电流产生的热量 这个物理量。
(2)在探究猜想B时,小明采用了如图乙所示的装置,则他可以通过 改变滑动变阻器接入的阻值 来改变通过定值电阻的电流大小。
(3)在保证通电时间相同的前提下,某次实验后,小明绘制出液体温度与电流的关系图,如图丙所示。通过观察图像,他发现,开始加热后,图中ab段水的温度却在下降,你认为,产生这一现象的原因可能是 水的初温高于环境温度 。提出一条对应的改进措施 使用与环境温度相同的水,并在加热过程中不断搅拌 。
14.(2024·遵义期末)如图所示为某款电热饮水机发热部分的简化电路图。电源电压为220 V,R1、R2均为阻值不变的发热电阻丝,其部分参数如表所示。在该饮水机正常工作时,求:
名称 某款电热饮水机
额定电压 220 V
额定功率 保温60 W
加热660 W
(1)保温1 min消耗的电能;
(2)加热状态下通过饮水机的电流;
(3)R2的阻值。(计算结果保留一位小数)
解:(1)由P=可得保温1 min消耗的电能:W=P保温t=60 W×60 s=3 600 J;
(2)由P=UI可得加热状态下通过饮水机的电流:I===3 A;
(3)当开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的简单电路,电路中电阻较大,电源电压一定,由P=可知,此时电功率较小,电热饮水机处于保温状态;当所有开关均闭合时,R1和R2并联,电路中电阻较小,电源电压一定,由P=可知,此时电功率较大,电热饮水机处于加热状态。保温、加热两种状态下,R1两端的电压不变、电功率不变,在加热状态下,R2的功率:P2=P加热-P保温=660 W-60 W=600 W,由P=可得:R2==≈80.7 Ω。第四节 科学探究:电流的热效应
基础主干落实
1.电流的热效应:指电流通过导体时电能转化为 的现象。
2.探究影响电流产生热量的因素时采用的实验方法是 。
3.影响电流产生热量多少的因素有: 。
(1)对同一电阻丝,在电流大小不变的情况下,通电时间越长,电流产生的热量越 。
(2)对同一电阻丝,在通电时间相同的情况下,通电电流越大,电流产生的热量越 。
(3)在通电电流大小不变,通电时间相同的情况下,电阻越大,电流产生的热量越 。
4.焦耳定律内容:电流通过导体产生的热量跟 成正比,跟导体的 成正比,跟 成正比。
5.公式: ,公式中各物理量单位: Q-J,I-A,R-Ω,t-s。
重点案例探析
重点一 探究电流产生的热量与哪些因素有关
【典题1】(2023·黔东南模拟)为了探究电流产生的热量跟什么因素有关,小军设计了如图所示的甲、乙两种装置,他将两根阻值不同的电阻丝(R1
(2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系,电路中控制电流和通电时间相等。
(3)在装置甲、乙的两次实验中,通过比较相同时间里气球B与D的变化情况,可探究电流产生的热量与 的关系。
(4)甲、乙两装置同时实验,在相同的通电时间里,与 (选填气球字母标号)气球相通的电阻丝产生的热量最多。
(5)电烘箱高温和低温两挡的调节是通过改变接入电路中电阻丝的长度来实现的。由上述实验可知:低温挡接入电路的电阻丝比高温挡要 (选填“长”或“短”)一些。
【点拨】
(1)控制变量法:分析实验装置,看电流、电阻和通电时间中,哪些相同、哪些不同,运用控制变量法判断。
(2)转换法:观察气球膨胀的程度或U形管液面高度差等来反映电流产生热量的多少。
(3)结论:一定要写清前提条件,条件的改变如何影响结论的变化。
重点二 焦耳定律的相关计算
【典题2】(2024·毕节期末)如图所示电路,已知电源两端的电压U=12 V保持不变,电阻R1=2 Ω,当开关闭合时,电压表示数为3 V。求:
(1)电流表的示数I;
(2)电阻R2的阻值;
(3)电路的总功率;
(4)电阻R2在1 min内产生的热量。
【点拨】
(1)焦耳定律Q=I2Rt适用范围:适用于任何用电器产生的热量计算。
(2)纯电阻电路计算用电器产生热量的公式:Q=W=Pt、Q=W=UIt、Q=W=t。
(3)非纯电阻电路计算用电器产生热量的公式:Q=I2Rt,计算消耗的电能:W=Pt、W=UIt。
A层·基础必会
考点一 电流的热效应
1.如图所示,我国科研人员为运动员提供了带电源的智能控温加热手套。下列与加热手套工作原理相同的用电器是 ()
A.电暖片 B.电动车 C.节能灯 D.洗衣机
2.下列例子中,能防止电热危害的是 ()
A.供取暖用的电褥子
B.高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置
C.收音机、电视机的机壳上有许多小孔
D.孵化家禽的电热孵卵机
考点二 探究电流产生的热量与哪些因素有关
3.如图所示是小明探究“电流产生的热量与电阻的关系”的实验电路。
(1)连接电路前,小明应在甲、乙两瓶中倒入 、初温相同的煤油。
(2)连接电路时,应使R1、R2(R1>R2)串联接入电路,目的是控制 和通电时间相同。
(3)闭合开关后,将滑动变阻器的滑片调到适当的位置,进行实验。实验中我们通过观察 (选填“加热时间”或“温度计示数的变化”),判断甲、乙两瓶中液体吸收热量的多少。
(4)在测量中,记录温度的时间间隔不能太少,原因是 。
(5)观察到左侧瓶中煤油的温度高于右侧瓶。这表明:在 相同时, 越大,电流产生的热量越多。
考点三 焦耳定律的相关现象
4.如图是“3 15”晚会上曝光的劣质导线,不良商家为了降低成本,将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根,导致导线横截面积减小。对于长度相等的标准导线和劣质导线,劣质导线的电阻 (选填“较大”或“较小”),若在通有相同电流的情况下,相同时间内劣质导线产生的热量 (选填“较多”或“较少”)。
5.如图左边这种“万能插座”已被禁止,你家还在用吗 这种插座孔大,人更容易触电,再者这种插座的内部金属插套与电器插头插销接触面积过小,导致该处的电阻较 ;根据 定律可知,在使用中容易出现过热情况,从而引发火灾事故。
考点四 电热的相关计算
6.如图甲是一只便携塑料封口机,电路原理图如图乙所示,电源电压为3 V,电热丝R的电阻为0.4 Ω,开关闭合,电热丝温度升高,这是利用电流的 效应工作的,通电2 min产生的热量为 J。
7.(2023·金昌中考)如图所示,电源电压为9 V且保持不变。闭合开关后,电流表A1的示数为0.4 A,电阻R2=15 Ω。求:
(1)电流表A2的示数;
(2)1分钟内,电阻R2上产生的热量。
易错点 计算电热时公式选择错误
8.如图所示:当电压表示数为180 V时,电流表示数为15 A。
(1)求此时电动机消耗的功率。
(2)若电动机的内阻为0.4 Ω,工作时间为10 s,则电动机电阻产生的热量为多少。
B层·能力提升
9.额定电压均为220 V、额定功率均为800 W的电热水壶和洗衣机,正常工作时()
A.电热水壶消耗的电能少
B.相同时间内,两者产生的热量一样多
C.洗衣机产生的热量多
D.相同时间内,两者消耗的电能一样多
10.如图所示,用电动机提升重物时,电动机将电能大部分转化为重物的 能,如果电动机正常工作的电压为220 V,电阻为5 Ω,通过的电流为10 A,则5 min内电动机产生的热量为 J。
11.在某汽车尾部的挡风玻璃上,有一种电加热除雾装置,它由5条阻值均为12 Ω的电阻丝并联而成,简化结构如图所示。该装置与12 V的汽车电池接通工作1 min,通过每条电阻丝的电流为 A,产生的总热量为 J。
12.(2024·安顺期末)喜欢实验的小科,在实验室里用口香糖包装锡纸做了一个有趣的实验,他将一张口香糖包装锡纸用剪刀修剪成中间狭窄的条形,然后把锡纸接在5号电池的正负极(如图所示),过一会儿,锡纸竟然燃烧起来,请结合所学知识对“锡纸燃烧”的现象做出合理的解释。
13.(2024·贵阳月考)在探究电流产生的热量多少与哪些因素有关的实验中,小明作出了以下猜想:
A.可能与导体的电阻大小有关
B.可能与通过导体电流的大小有关
C.可能与通电时间的长短有关
(1)为了探究猜想A,小明安装了如图甲所示的实验装置:在6个相同玻璃盒中分别装入不同阻值的电阻,并在其中均加入70 g的水。通电一段时间后,测量玻璃盒中水升高的温度。实验中,将不同阻值的电阻串联起来的目的是方便控制通电时间和 相等。测量水升高的温度,其目的是间接测量 这个物理量。
(2)在探究猜想B时,小明采用了如图乙所示的装置,则他可以通过 来改变通过定值电阻的电流大小。
(3)在保证通电时间相同的前提下,某次实验后,小明绘制出液体温度与电流的关系图,如图丙所示。通过观察图像,他发现,开始加热后,图中ab段水的温度却在下降,你认为,产生这一现象的原因可能是 。提出一条对应的改进措施 。
14.(2024·遵义期末)如图所示为某款电热饮水机发热部分的简化电路图。电源电压为220 V,R1、R2均为阻值不变的发热电阻丝,其部分参数如表所示。在该饮水机正常工作时,求:
名称 某款电热饮水机
额定电压 220 V
额定功率 保温60 W
加热660 W
(1)保温1 min消耗的电能;
(2)加热状态下通过饮水机的电流;
(3)R2的阻值。(计算结果保留一位小数)
