浙教版科学2021-2022学年上学期九年级“培优提高”讲义（二十八）：电能3【word，含答案】

一、电流的热效应
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、电流热效应的实质：从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能（热能）的过程。
许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。
电热器:利用热效应来工作的用电器。
主要元件是发热体，由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成的
电流的热效应有什么利和弊？
优点：无污染、热效率高、方便控制和调节温度。
缺点：①在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会
烧毁绝缘层而引发火灾；
②同时，由于电流热效应，会影响家电的使用性能和寿命。
为了防止电热的危害你知道电视机计算机、电动机等采取什么措施吗？
电视机加散热窗、计算机、电动机等还要加风扇来散热。
二、电流产生的热量与什么因素有关
1、猜想与假设
(1)可能与导体电阻的大小有关，R越大，Q越大。
(2)可能与电流的大小有关，I
越大，Q越大。
(3)可能与通电时间的长短有关，t
越大，Q越大。
2、实验方法：控制变量法、转换法。
3、实验器材：煤油、电阻丝R甲实验一：研究电热器电阻的大小对产生热量的影响
设计实验：控制变量法
研究电热器电阻的大小对产生热量的影响要研究电阻对产生热量多少的影响，应该控制电流和通电时间不变，则可以让两个阻值不同的电阻串联后接入电路。
实验步骤
（1）将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
（2）闭合开关，记下电流表的读数：0.45A
（3）经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。
（4）比较2根玻璃管内液面上升的高度发现:当电流相等，通电时间相同时，电阻大的，液柱升高的多。
3、结论：在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。
实验二：探究电流产生的热量与电流是否有关
1、设计实验：控制变量法
要研究电流大小对产生热量的影响,应该控制电阻和通电时间不变，改变电流。
实验步骤：（1）、如图所示，在烧瓶中盛等量的煤油，烧瓶中电阻丝的电阻相同，两瓶中金属丝分别接到两节电池电池组和四节电池的电池组的电源上。
闭合开关经过相同的一段时间比较玻璃管内液面的位置。
3．结论：
在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。
显然，通电的时间越长，电流产生的热量就越多。
实验结论:①在相等的时间内，当电流相等时，电阻越大，电流产生热越多。
②在相等的时间内，当电阻相等时，电流越大，电流产生热越多。
③通电时间越长，电流产生的热量就越多。
二、焦耳定律
1、焦耳定律：
进一步的实验可以得出：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。
这个规律叫做焦耳定律，它最先是由英国科学家焦耳发现的。
2.公式：Q=I2Rt
电流的单位是安(A)，电阻R的单位是欧(?)，时间t的单位是秒(s)。
3.
热量Q的单位是焦(J)
1J=1A2?Ω?s。Q
=
W
=
UIt
=
I2Rt
例1、为了探究“电流通过导题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＜R2，装入烧瓶的煤油质量相等，下列有关此探究活动的各种表述，错误的是（　　）
A．在此实验中，电流通过导体产生热量的多少是通过温度计示数变化大小体现出来的
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
例2、某同学设计的具有保温、加热两挡调节功能的电加热器电路如图所示，已知电源电压为220V，电热丝R1的阻值为60Ω，电加热器处于保温挡时的功率为484W，则电热丝R2的阻值为________Ω，电加热器处于加热挡时的功率为________W。若该同学选用了熔断电流为5A的熔丝，则你认为该电加热器在实际使用中会出现的状况是：________。
例3、某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。
猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；
猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。
为验证猜想一，设计以下方案：
①将电阻丝R甲和R乙串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数l1，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；
②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数l2，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。
请回答下列问题：
（1）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有________（写出一条即可）。
（2）为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是________。
（3）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：________?。
例4、电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果。如图甲是一款市场上的产品，小敏查阅使用说明书，其相关参数如下表乙。
（1）当该款眼罩还剩10%的电池容量时，在额定电压下充电，充满电至少需要多少时间？
（2）图丙是小敏设计的可以手动调节高、中、低三档加热的电热眼罩原理图。电源电压U恒为4.8伏，已知电热丝R1阻值为4欧，电热丝Ra阻值为6欧，开关S3只接a或b。
①丙图电路中S1闭合，S2断开，S3接a时，加热电路为____________（选填“高”、“中”或“低”）温档。
②中温档功率为多少瓦？
③高温档工作20分钟，眼罩消耗的电能为多少焦？
1．小华家电热毯内的电阻丝断了，她爸爸将电阻丝的两个断头接上后继续使用，在使用中发现接头处的电热毯烧焦了，其原因可能是（
）
A.
电阻丝总长度变短，总电阻变小，电流变大
B.
电阻丝总长度变短，总电阻变大，电流变小
C.
接头处电阻变小，相同时间内释放的热量更多
D.
接头处电阻变大，相同时间内释放的热量更多
2.如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气,通电一段时间后,右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是?(　　)
?
A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大??
B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系?
C.该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系?
D.U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的
3．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?
A.在此实验中,电流通过导体产生热量的多少是通过温度计示数变化的大小体现出来的
?
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.比较相同的通电时间内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
4.为了探究“电流通过导题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＜R2，装入烧瓶的煤油质量相等，下列有关此探究活动的各种表述，错误的是（　　）
A．在此实验中，电流通过导体产生热量的多少是通过温度计示数变化大小体现出来的
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
5.如图是某电烤箱的内部简化电路图，图乙是电烤箱铭牌的部分信息，R0和R均为电热丝，其他电阻均忽略不计，已知R=202欧。
（1）电烤箱A，B触点中连接火线的是________触点。
（2）闭合总开关，将旋钮开关转到如图所示位置，此时电烤箱处于________?(选填“高温档”或“低温档”)。
（3）在额定电压下，电烤箱高温档工作2分钟产生内能________焦。
6.电热水壶由分离式底座和壶身两个部分组成。分离式底座由电源线、圆形底座和供电插座组成，如图甲；电热水壶内部简化电路，如图乙。
（1）为防止触电，供电插座的外壳材料应是________(选填“绝缘体”或“导体”)。
（2）电热水壶额定电压为220伏，额定功率为1000瓦，求；
①电阻R的阻值是多少?
②正常工作时，烧开一壶水需要300秒，消耗多少电能?
（3）为满足人们随时取用热水需求，电热水壶需设置保温功能。现有一个温控开关(一定温度时,可以自动断开或闭合：元件符号为“
”）,一个阻值远大于R1的定值电阻R2(元件符号为“
”)。要求利用提供的器材对原电热水壶的简化电路进行改进，实现既可加热又能保温的功能，且加热功率保持不变。请在答题卷的虚线框内画出电路图、并说明保温的工作原理。
1.将规格都是“220V
180W”的一台电视机、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是（　　）
A．电视机产生的热量最多
B．电风扇产生的热量最多
C．三者产生的热量一样多
D．电热毯产生的热量最多
2.用如图的装置探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是（　　）
A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系
B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快
C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水，可比较煤油和水的比热容大小
3．如图所示,将三个相同的空烧瓶口分别用完全相同的气球密封,用三个阻值不同的电阻丝(R1?
A.a?????B.b?????C.c??????D.三个相同
4、“电热驱蚊器”是利用了电流的　
　效应工作的，发热元件是一个阻值为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　
　J。
5.在验证焦耳定律（Q=I?Rt)中电热与电阻的定性关系时，实验小组出现了如图三种电路连接情况（已知R甲实验电路
玻璃管内液面高度
小组结论
你的合理解释与评价
A
液面都不上升
导体产生的热量跟电阻无关
⑴________
B
液面都上升，且△h甲<△h乙
电流通过导体时，电阻越大，产生的热量就⑵________
电流和时间都相同，验证了焦耳定律中Q与R的定性关系
C
液面都上升，且△h甲⑶________△h乙
电流通过导体时，电阻越小，产生的热量就越多
⑷________
6.小明的妈妈为了丰富早餐的营养，买了一台全自动豆浆机，如图甲所示。图乙所示是豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，负责对液体加热煮沸；图丙所示是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作的“P－t”图像。表中是这个豆浆机的主要技术参数。
型号
SYL－624
额定电压
220V
额定频率
50Hz
额定功率
120W
加热功率
1210W
请解答下列问题：
（1）豆浆机正常工作时的最大电流是多大？
（2）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？
（3）在一次豆浆机工作的时候，小明将家中其他用电器都关闭，他观察到豆浆机的电热管工作时，家里标有“2400r/(kW·h)”字样的电能表转盘在2min内转过了80转。此时电路的实际电压是多大？
7.某电热砂锅的简化电路如图甲。R1、R2为发热电阻，S为旋转型开关，a、b、c、d为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低档”、“高档”之间的转换，工作时先用高档加热锅内汤料到沸腾，再用低档持续加热食物，使食物“汤浓味鲜”。
（1）高档加热时，开关S应旋至触点________（选填“ab”、“be”或“cd”)位置。
（2）某次烹饪一共用时6小时，电功率与加热时间的关系如图乙所示，则本次烹饪共消耗多少电能?
（3）发热电阻R1和R2的阻值分别为多少？
（4）生活中，有时也会选择电压力锅烹饪，因为电压力锅煮熟相同质量的同种食物，通常比电热砂锅更省电。请你从能量利用率的角度，结合所学知识对电压力锅能省电作出简要的解释。
参考答案
例1、B
例2、40；1210；电路中的熔丝会熔断
例3、（1）通过玻璃管内液面上升的高度来反映电热丝产生热量的多少（其它合理也给分）
（2）保持前后两次电阻的大小相同
（3）电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多（其它合理也给分）
例4、（1）1=800mAh×(1-10%）/500mA=1.44h
（2）①低
②当S1闭合，S2闭合，S3接a时为中温档：P1=U?/R1=（4.8伏）/4欧=5.76瓦
①当S1闭合，S2闭合，S3接b时为高温档，
R2的功率：P2=U2/R2=（4.8伏）?/6欧=3.84瓦
R1的功率：P1=5.76瓦
总功率：P=P1+P2=5.76K+3.84瓦-9.6瓦
消耗的总电能：W=Pt=9.6瓦×20×60秒=-11520焦
1．D
2.C
3．D
4.B
5.（1）A（2）低温档（3）145200
6.（1）绝缘体
（2）①R1=
=
=48.4欧
②W=Pt=1000瓦×300秒=3×105焦
（3）S闭合，温控开关断开，R1、R2同时工作，电路处于保温状态。
1.D
2.C
3．C
4、热；484
5.两实验电阻没接入电路，无现象，无法验证焦耳定律中Q与R定性关系；越多；>；两实验电阻并联，电流不同，实验现象无法验证焦耳定律中Q与R定性关系
6.（1）已知最大功率P1＝1210W，所以正常工作时的最大电流I1＝
＝5.5A。
（2）由图像可知，豆浆机正常工作一次电热管工作时间t1＝9min，电动机工作时间t2＝2min，消耗的电能W＝P1t1＋P2t2＝1210W×9×60s＋120W×2×60s＝667800J。
（3）豆浆机2min内消耗的电能W＝
kW·h＝
kW·h＝1.2×105J，
豆浆机实际功率P＝
＝1000W，
电热管电阻R＝
＝40Ω，
电路实际电压U＝
＝200V。
7.（1）cd
（2）W1=P1t1=0.44kW×1h=0.44kWh
W2=P2t2=0.1kW×5h=0.5kWh
W=W1+W2=0.44kWh+0.5kWh=0.94kWh
（3）高档加热时，R1=
=110Ω
低档加热时，R1+R2=
=484Ω
R2=484Ω-110Ω=374Ω
（4）电压力锅锅内气压大，所以水的沸点高，食物在高温下容易熟，可以减少用电时间；加热时间短，散失到空气中的热量少，能量利用率高，所以更省电。
2021-2022学年上学期浙教版科学九年级“培优提高”讲义（二十八）
电能3