第十六章 电流做功与电功率
第四节 科学探究:电流的热效应
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知识点一 电流的热效应
1. 下 列 主 要 利 用 电 流 热 效 应 工 作 的 用 电 器 是 ( )
A. 电烤火炉 B. 电风扇 C. 电视机 D.手机
2.将两根电阻丝R1、R2 分别插入甲、乙两瓶等量煤 油中, 串联接入电路,R1 ∶R2=2∶3. 通电一段时间 后,R1、R2 产生的热量之比为( )
A.3∶2 B.2∶3
C.4∶9 D.9∶4
3.如图所示的是探究 “ 电流产生的热量与电阻关 系”的实验装置 . 已知R 甲>R 乙,其余条件均相同 . 将两电阻丝串联接入电路是为了控制通过两电 阻丝的 及通电时间相等 . 实验发现, 甲 瓶温度计的示数升高快,表明该实验条件下,导 体的电阻越大,电流产生的热量越 .
知识点二 焦耳定律
4.如图所示,在四个相同的水槽中盛有质量和温度 都相同的纯水,现将阻值为R1、R2 (R1
A. 甲的发热功率与丙的发热功率相等 B.丁的发热功率是丙的发热功率的 2倍 C. 丙的发热功率是乙的发热功率的 2倍 D.丁的发热功率是乙的发热功率的4倍
6. 电焊利用电流的热效应将焊条熔化,从而使金属 部件连接在一起 . 某电焊机输出电压为 40 V,输 出功率为 2 000 W. 各种橡胶绝缘铜芯导线在常 温下安全载流量 (长时 间通 电时 的最大安全 电 流)如下表 . 从安全角度考虑,应选择 (填写导线规格)作为电焊机的输出导线 .
导线规格
导线横截面积 S/ mm2 2.5 4 6 10
安全载流量 I/A 28 37 47 68
7.两个电阻A 和 B 中的电流与两端电压的关系如 图,则A 的阻值是 Ω. 若将电阻A 和B 并 联后接在电压为 3 V 的电源两端,则总电流是 A,两个电阻A、B 产生的热量之比是
.
综合点一 实验探究电流的热效应
8.为了探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素 有关”,某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2 分 别密封在两个完全相同的烧瓶中,并设计了如图 所示的甲、乙两套装置 . 已知所用蓄电池电压相 等且保持不变,R1
B. 甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电 阻是否有关
C. 比较相同通电时间内a、c 两支温度计示数变化 情况,可探究电流产生的热量与电流是否有关
D. 在相同的通电时间内,d 温度计所在烧瓶中的 电阻丝产生的热量最多
9.如图所示为“探究电流通过导体产生热量与哪些 因素有关 ”的实验装置 . 将 阻值分别为 5 Ω 和 10 Ω 的电热丝R1 和R2,按图中方式接入电压为
3 V 的 电路 中,则 电流通过 (填“R1 ”或 “R2 ”)电热丝产生的热量多 ;通电 10 min,R2 产生 的热量是 J.
10. 小梦选取了如图所示的实验器材,探究电流产 生的热量与哪些因素有关 .
(3)为了探究电流产生的热量与电阻大小的关 系,他连接了如图乙所示的电路,他这样做的好 处是 .
(4)该实验探究过程中应用了控制变量法 .请再 举两个应用此方法的实验 :
① ;② .
综合点二 关于电热的分析与计算
11.把“220 V 800 W”的电炉丝改装后接在 110 V 的电路上,欲使改装后的实际功率仍为 800 W, 下列方案中,行之有效的做法是( )
A.截取原电热丝长度的二分之一接入电路 B.将两根相同规格电热丝串联接入电路
C.将两根相同规格电热丝并联接入电路
D.将原电热丝对折成两段后,并联接入电路
12. 电饭煲具有保温和加热功能,晓东同学设计了 如图所示的模拟电路(R1>R2),其中保温状态和 加热状态电功率都最小的是( )
13.如图所示,阻值为R 的电阻丝,用四种方法分别 接在电压为 U 或 2U 的电源上 . 闭合开关后,在 相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最 多的是( )
14.如图甲所示, 电源电压恒为 6 V,滑动变阻器的 最大阻值为 50 Ω, 电流在 0.1 A~0.4 A 之间时 电子元件均能正常工作 . 若通过此电子元件的 电流与其两端电压的关系如图乙所示 为使电 子元件处于正常工作状态,滑动变阻器接入电 路 的 最 大 阻值 为 Ω ;在 电子 元件 处 于 正 常工作状态 下, 电路消耗 的最大功率为 ;在 电子元件 处于 正 常工作状态 下且 电路消耗的功率最大时,滑动变阻器每分钟 发热 J.
15.如图甲所示, 电源电压为 6 V 恒定不变,滑动变 阻器R2 最大阻值是 20 Ω. 闭合开关,滑动变阻 器的 P-R 图像如图乙所示,则 R1= Ω ; 当滑片P滑至最右端时,电流表的示数为 A, 通电10 s电流通过R1产生的热量是 J.
甲 乙
16. 学习完电热和电功率的知识后,小明和小红将 相关知识归纳总结在下表中,你认为正确的 有 . (只填序号)
观点 小明 小红
①根据 Q=I2Rt可知, 电阻越大,相同时间 内产生的热量越多 ②根据 Q=t可知, 电阻越大,相同时间内产 生的热量越少
③根据 Q=UIt可知 , 相同时间内, 电流产 生 的 热 量 与 电 阻 无关 ④根据 Q=I2Rt可知,在 电 流 一 定 时 , 电 阻 越 大,相同时间内产生的 热量越多
⑤用 P=UI计算电动 机所消耗的电功率 ⑥ 用 P=I2R来 计 算 电 动机所消耗的电功率
⑦ P=I2R 只 适 用 于串 联 电 路 ; P= 只适用于并联电路 ⑧ P=I2R、P=既适用于串联电路,又适用于 并联电路
17. 下表所示为一台电烤箱的铭牌,其内部简化电 路如图所示,R1 和R2 均为电热丝 .求 :
××牌电烤箱
额定电压 220 V
额定 功率 高温挡 1 100 W
低温挡 440 W
电源频率 50 Hz
(1)电烤箱在高温挡正常工作 15 min 所消耗的 电能 ;
(2)电烤箱在低温挡正常工作时,R2 的 阻值是 多少 ;
(3)假设在用 电高峰时,家庭 电路实 际 电压为 200 V, 电烤箱在高温挡的实际功率是多少 (实 际功率计算结果保留到小数点后 1位)
18.某三挡电炖锅的工作电路可简化为如图所示的 电路图,其两段电热丝的阻值分别为R1 和R2,且 R1>R2,说明书的部分参数如表 .
额定电压 电炖锅挡位 额定功率
220 V 低温 200 W
中温 400 W
高温 600 W
(1)在低温挡工作时,电路中的电流多大 (结果 保留一位小数)
(2)请直接判断当开关S1 断开、S2 闭合时,电炖锅 处于哪个挡位,并求出R2 的阻值 .
(3)小颖对该电炖锅说明书中所标的功率值产 生怀疑,她用所学知识和爸爸进行了如下实验 : 关掉家里的其他用电器,只让电炖锅在高温挡 单独工作,她观察到家中的电能表标着“1 800 revs/(kW·h)”,且在 1 min 内电能表的转盘转了 15 转 . 请帮助她计算出电炖锅在高温挡工作时 的实际功率,如与额定功率有差异,试写出一种 可能原因 .
19. 小翔随爸爸在商店选中一款速热式电热水器, 它的工作电路图和铭牌如图所示(图中R 是加热 电阻,其电阻不随温度而变化)则 :
(1)电热水器正常工作时, 电路 中 的 电流是多
大 (结果保留一位小数)
(2)电热水器正常工作 15 min,加热电阻R 消耗 的电能是多少kW·h
(3)根据题中电路图,再给你一个加热电阻R0 和 两个开关 S1、S2,请你对该电热水器进行电路改 装 . 设计要求:不同季节电热水器的额定功率不 同,夏天的额定功率是 2 000 W,春、秋两季的额 定功率是4 000 W,冬季的额定功率是 6 000 W, 请画出改装后的电路图,并计算R0.
(4)从安全用电考虑,如果该电热水器直接安装 到家庭电路中,可能会造成什么后果及影响 (写一种)
20.某型号的电饭锅有两挡,其原理如图所示,电阻 R1=44 Ω,当开关 S 闭合时,电饭锅处于高温挡, 当开关 S 断开时, 电饭锅处于焖饭、保温挡,焖 饭、保温时电饭锅的功率为高温挡功率的 0.02 倍,求 :
(1)高温挡的功率 ;
(2)焖饭、保温时电路中的电流 ;
(3)电阻R2 的阻值 .
第十六章 电流做功与电功率
第四节 科学探究:电流的热效应 答案与点拨
1.A 2.B 倍,不合要求 ;C,将两根相同规格电热丝并联接
Q1=(I')2R1t=(0.2A)2 × 10 Ω × 10 s=4 J.] 16.④⑤⑧
17. (1)W 高=P 高 t=1 100 W× 15×60 s=9.9×105 J ; (2) 当 S 闭合 时 ,R2 被短路 , 电烤 箱在 高 温 挡 工作,
则
当 S 断开时,R1 与 R2 串联,此时电烤箱在低温挡 工作,
则 =110 Ω,
所 以 R2 的 阻 值 为 R2=R总-R1=110 Ω -44 Ω =
66 Ω.
(3)当实际电压为 200 V 时,电烤箱在高温挡的 实际功率为 :
18. (1)在低温挡工作时,电路中的电流为 I低温=P 温
根据 P=可知,电路中的电阻越大,电功率
越小 ;电阻越小,电功率越大 .
当只闭合 S1 时,R1接入电路,电阻最大,电功率最 小,电炖锅为低温挡,
当只闭合 S2 时,R2 接入电路,R2
电炖锅为中温挡时,R2 的阻值
121 Ω ;
(3)关掉家里的其他用电器,电炖锅在高温挡时
消耗的电能 =3× 104 J,
(1)选取两个相 EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 1(同),·)的玻璃瓶,装入相 EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 1(同),·)质量煤油 并插上温EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 2(度),·)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 2(计),·)的目的是 .
(2)为了探究电流产生的热量与电流大小的关 系,他连接了如图甲所示的电路 . 闭合开关,调 节滑动变阻器使电流为I1,按下计时器并同时每 隔 1 min 记录一次温度计的示数 . 他接下来的 操作应该是 .
3. 电流 多 入电路,电阻变为原来的一半,不符合要求 ;D,将 4.D(点拨:本题为纯电阻电路,根据焦耳定律得 Q=W 原电热丝对折成两段后,每段的电阻变为原来的
U 2 一半 再并联接入电路 总电阻变为原来的四分
=I2Rt= t,U、t 一定时,Q 与R 成反比 . 串联电路 , ,
R 之一,符合要求 .)
中,总电阻大于任何一个分电阻,并联电路中,总 12.C[点拨:A 中,保温状态时R1 工作,保温功率为P保 电阻小于任何一个分电阻 . 图中A 为R1、R2 串联,B U 2
只接 R1,C 只接 R2,D 为 R1、R2 并联,并联时总电阻 = R1 ;加热状态时,R1、R2 并联,加热功率为 P热 =
5.EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 13(最),BC)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 13(小),D)(点.)拨:假设R1=R2=R,甲图中由于没有接到 3接 .B 中,保温状态时 R2 工作,保温功率
EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(线柱),以电)功,R率1EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(和),P)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(R),甲)2=EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(中),0);EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(没),乙)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(有),图)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(电),中)流,R通1,EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(属),电)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(于),功)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(开),率)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(路),为),EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(所),P 乙) 为 加热状态时,R1、R2 并联,加热功率为
丙图中,R2 并未接入电路中,只有 R1 P热=.C 中,保温状态时 R1、R2 串联,保 工作,P丙 =丁图 中 R1 与 R2 属于并联, 电功 温功率为 加热状态时,R1 工作,加热 率为 综上分析,可知答案为BCD.) 功率为 .D 中,保温状态时R1、R2 串联,保温 6.横截面积为 10 mm2 的导线 (点拨:根据电焊机的 功率为 加热状态时,R2 工作,加热功
输出电压和输出功率,利用P=UI 的变形公式求出
电焊机工作时电流为 =50 A, 由表可 率为 P热= . 保温功率和加热功率都最小的是
知,应选横截面积为 10 mm2 的导线 .) ,P热=,故选C.]
7.5 0.9 2∶1
13.D
8.D
14.40 2.4 W 48
9.R2 240
15 10 0 2 4[点拨 :由图像知,当R2=10 Ω 时,P2=
10. (1)显示电流产生热量的多少 . .
(2)调节滑动变阻器改变电流,重复以上操作 0.9 W, 由 P=I2R 得 电 路 中 的 电 流 为 I= =
(3)可以保证电流和通电时间相同
(4)①探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关 ② 0.9W =0 3 A 电路中的总电阻为 R=U= 6V =
\ 10 Ω . , I 0.3A
探究压力的作用效果与哪些因素有关
20 Ω,所以,R1=R-R2=20 Ω-10 Ω=10 Ω. 滑片
11.D(点拨:根据公式知道,电压由 220 V 变为 P 滑至最右端时,滑动变阻器接入电路中的电阻
110 V,功率会变为原来的四分之一,如果想改装 最 大 , 此 时 电 路 中 的 电 流 I' = U =
后实际功率仍不变,则电阻应该为原来的四分之 R1 + R2 '
一 .A,截取原电热丝长度的二分之一接入电路 =0.2 A,通电 10 s 电流通过R1 产生
电阻变为原来的一半,不合要求 ;B,将两根相同
的热量为
规格电热丝串联接入电路,电阻增大为原来的 2
电炖锅的实际功率 =500 W.
实际功率小于额定功率,可能是实际电压低(或 在用电高峰时测量)、电热丝的阻值不符合设计 要求、电能表测量电能存在误差等 .
19. (1)电热水器正常工作时的电流
18.2 A ;
(2)正常工作 15 min,加热电阻R 消耗的电能 :W= P额 t=4 kW×0.25 h=1 kW·h ;
(3)由题意可知,两加热电阻并联,分别由一个开 关控制,电路设计如下 :
夏天,断开 S1,闭合 S、S2 时,R0 接入电路中,电功
率P0=2 000 W,就有R0==24.2 Ω ;
(4)可能是总电流过大、保险丝熔断、空气开关跳 闸、电能表工作不正常或损坏等 .
20. (1)当开关 S 闭合时,电路为R1 的简单电路,电饭
锅 处 于 高 温 挡 , 则 高 温 挡 的 功 率 P 高温 == =1 100 W;
(2)当开关 S 断开时,R1 与 R2 串联,电饭锅处于焖 饭、保温挡, 由题意可知,保温挡的功率 P保温 = 0.02P 高温=0.02 × 1 100 W=22 W,由P=UI 可得,电
路中的电流 =0.1 A ;
可得,保温时电路中 的总 电阻 R== =2 200 因串联电路中总电阻等于各分
电阻之和,所以, 电阻 R2 的阻值 R2=R-R1=2 200 Ω-44 Ω=2 156 Ω.
