浙教版科学2022-2023学年上学期九年级“冲刺重高”讲义（三十四）：电能（2）【word，含答案】

一、电热器与焦耳定律
（一）电流的热效应
(1)定义:电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
(2)实质:电流通过导体发热的过程实际上是电能转化为内能的过程。
(3)应用:各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。
（二）探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验，可能与导体的电阻有关，可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。
设计实验:如图(注意控制变量法的运用)
控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。
控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。
进行实验:
①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接人电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。
获得结论:
①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
③当通电电流和电阻相等时，通电时间越长,电流产生的热量越多。
（三）焦耳定律
(1)焦耳定律的内容: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。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)对焦耳定律的计算公式Q rPRt的理解要注意以下几点:
①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。
②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。
③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。
④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。
二、电热器档位
电路图
低温挡 S闭合、S1断开，R1、R2串联，R总＝R1＋R2 S闭合、S1断开，只有R2接入电路，R总＝R2 S接a端，R1与R2串联．R总＝R1＋R2
高温挡 S、S1都闭合，只有R1接入电路，R总＝R1 S、S1都闭合，R1与R2并联，R总小于R1、R2中的最小值 S接b端，只有R2接入电路中，R总＝R2
例1、如图所示，在四个相同的水槽中盛有质量相等、温度相同的水，现将阻值为R1、R2的电阻丝(R1A.B.C.D.
例2、某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素，实验步骤如下：
①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于 A、B两个盛满煤油的烧瓶中，按图甲所示连接电路。
②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数I。通电一段时间，记录 A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh1、Δh2。
③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。
④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为2I。当通电时间与步骤②相同时，记录 A、 B 烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh3、Δh4 ， 实验数据如表。
电流 烧瓶玻璃管内液面的变化高度
A烧瓶（RA=10欧） B烧瓶（RB=20欧）
I Δh1 Δh2
2I Δh3 Δh4
（1）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为________安。
（2）本实验设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？________和________。
（3）小科认为：只要选择“Δh1、Δh2、Δh3、Δh4”四个量中的某两个量进行比较，就能说明“对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大”，请比较这两个量的大小关系：________。
例3、如图甲所示，有一款平面镜防雾膜，膜内装有电热丝，将它贴在镜的背面并通电，可防止水蒸气在镜面上液化，这是利用电流的 效应。若防雾膜的额定功率为20W，正常工作10min消耗的电能是 J。如图乙所示，给防雾膜电路连接了一个滑动变阻器R，使电热丝的功率在原功率的25%-100%之间变化，以满足不同季节使用，则R的最大阻值为 Ω。
1.下列连接方法中，闭合开关后，在相同时间内虛线框里的电阻丝产生的总热量最少的是（ ）
A. B. C. D.
2.如图所示是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，这样连接实验器材是为了探究电流产生的热量Q与（ ）
A.通过电流I的关系B.电源电压U的关系C.通电时间t的关系D.导体电阻R的关系
3.某同学在学习电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关时，设计了如下图所示的实验装置，2只平底烧瓶内装有某种液体，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 ，下列有关该实验的说法正确的是（ ）
①平底烧瓶内装有某种液体，该液体可以选择食盐溶液
②为了使实验现象更加明显，玻璃管内径可以再小一些
③本实验运用了控制变量法和转换法
④通过此实验研究可以得出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
⑥在研究电阻大小因素时，实验装置的电路设计成申联电路只是为了控制电流大小相等
A.②③ B.①⑤ C.②④ D.①④⑤
4.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________
5.在学习“探究影响电流热效应的因素”时,同学们发现用电阻丝对煤油加热时,观察温度计的示数变化的过程非常耗时,为了减少实验的时间,他们提出了如下改进的设想:
设想一:将煤油换成水来做实验
设想二:通过加热空气来做实验
（1）根据所学知识,他们经过讨论,断定设想一是错误的,你认为他们判断的依据是________
（2）为了验证设想二,他们设计了下面的实验:
①在锥形瓶中装入等质量的红墨水,用相同的电阻丝及玻璃管组成如图A、B的装置,通电后通过玻璃管中液柱的高度来显示温度变化的大小。然后把它们分别接入相同的电路,发现在相同的短时间的内A管中的液柱比B管上升迅速,这说明________
②在塞橡皮塞时发现有液体进入玻璃管并高出瓶内的液面,为使管内的液柱与瓶内液面相平,他们用带有针头的注射器通过橡皮塞插入瓶内如图C甲所示,接下来的操作是________
③同学们用两根电阻丝(R甲>R乙)插入相同的甲、乙瓶中并接入电路如图C所示,闭合开关,甲、乙两玻璃管中液面如图D所示,由此得出关于电热的结论是________
6.多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。(C水=4.2×103J/(kg·℃))
项 参数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
（1）.开关S1、S2处于什么状态，养生壶为高温档 ？
（2）.求R1的阻值？
（3）.在标准大气压下，使用高温档将初温是23°C的一壶水烧开，若养生壶高温档加热效率为80%，求烧开一壶水需要的时间？
1．下列连接方法中，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少的是（　　）
A．B．C．D．
2．如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，通电一段时间后体积变化最大的气球是（　　）
A．a B．b C．c D．三个相同
3.有一个标有“220V或110V，500W”的电炉，它对应的电炉丝连线图如图所示，其中B为电热丝AC的中点抽头，下列说法正确的是（ ）
A. 将AB端与220伏特电源相连功率为250瓦特
B. 将AC端与220伏特电源相连功率为500瓦特
C. 将AC连在一起作为一个接线端，再将它和B端与110伏特电源相连功率为1000瓦特
D. 将AC端与110伏特电源相连功率为250瓦特
4.如图所示，2只相同的烧瓶，瓶塞上各插入1支温度计，瓶内装有电阻丝，电阻丝的阻值分别为R1、R2。在烧瓶中装入煤油或水(水的比热容已知)，两电阻丝接入相应电路，无法完成的实验是( )
A. 烧瓶中装入等质量的煤油，若R1B. 烧瓶中装入等质最的煤油，若R1C. 烧瓶中分别装入等质量的水和煤油，若R1=R2且串联，比较水和煤油的吸热能力
D. 烧瓶中分别装入等质量的水和煤油，若R1=R2且串联，粗略测量煤油的比热容
5.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：________ 。
6．小金家买了一个家用电吹风，如图甲所示。其简化电路如图乙所示，部分技术参数如表格所示。请回答如下问题：
型号 SHZ2010﹣624
热风温度 50℃﹣75℃
额定功率 热风挡：1000W
冷风挡：110W
额定电压 220V
（1）当选择开关旋至AB处时，电吹风机处于 　 　挡位；
（2）当电吹风吹冷风时，电路通过的电流；
（3）当电吹风吹热风时，正常工作5min消耗的电能是多少？
7．如图是温度可调的育苗箱电路，电源电压为36V保持不变，发热电阻R1规格是“24V 40Ω”。闭合开关S，调节滑片P的位置，当R1正常工作时，求：
（1）电路中的电流。
（2）R2的阻值。
（3）育苗箱正常工作5min产生的热量。
答案及解析
例1、【答案】 D
【解析】电流通过电阻时，将电能全部转化为热能，根据分析判断即可。
【解答】A图中只有R1 ，则总电阻为R1；B图中两个电阻串联，则总电阻为R串；C图中只有R2 ， 则总电阻为R2；D图中两个电阻并联，则总电阻为R并。
根据串并联电路的电阻特点可知，R并根据可知，当总电压和时间一定时，产生的热量与电阻成反比；
则产生的热量Q并>Q1>Q2>Q串；
那么通电相同时间后，水温最高的是D。
故选D。
例2、【答案】 （1）0.24（2）电流大小；通电时间（3）△H3>△H2
【解析】（1）根据乙图确定电流表的量程和分度值，然后根据指针的位置读出示数；
（2）当两个电阻串联时，开关闭合，同时开始工作；断开开关，同时停止工作，因此可以控制通电时间相同；串联电路各处电流都相等，因此可以控制通过电路的电流相等。
（3）通过△h2可知电阻变成原来2倍时产生热量的变化，通过△h3可知，电流变成原来2倍时产生热量的变化。如果后者大于前者，那么足以说明电流对产生热量的影响大于电阻的影响，据此分析即可。
【解答】（1）根据乙图可知，电流表选择量程0~0.6A，分度值为0.02A，那么读数为0.24A；
（2）本实验设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制电流和通电时间相同。
（3）小科认为：只要选择“Δh1、Δh2、Δh3、Δh4”四个量中的某两个量进行比较，就能说明“对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大”，这两个量的大小关系：△H3>△H2。
例3、【答案】 热；12000；2420
【解答】（1）有一款平面镜防雾膜，膜内装有电热丝，将它贴在镜的背面并通电，可防止水蒸气在镜面上液化，这是利用电流的热效应。
（2）正常工作10min消耗的电能W=Pt=20W×（60s×10）=12000J；
（3）电热丝的电阻：；
当变阻器R的阻值最大时，通过电路的电流最小，此时电热丝的功率最小。
根据得到：；
解得：U'=110V； 此时变阻器两端的电压：U变=U总-U'=220V-110V=110V； 根据串联电路电压与电阻呈正比得到：;
；解得：R=2420Ω。
1.【答案】 C
【解析】根据公式分析判断。
【解答】根据图像可知，四个电路图中总电阻的大小依次为：RC>RB>RA>RD。
根据公式可知，当电压和时间相同时，电阻丝产生的热量与电阻成反比，即电阻越大，产生热量越少，故C符合题意，而A、B、D不合题意。
故选C。
2.【答案】 A
【解析】根据图片分析哪个因素不同即可。
【解答】根据图片可知，两个发热电阻的阻值相等，通电时间也相等。左边的电阻在干路上，右边的电阻在支路上，则左边电阻的电流大于右边电阻，因此这些器材可以探究电流产生的热量与通过电流的关系，故A正确，而B、C、D错误。
故选A。
3.【答案】 A
【解析】根据对探究焦耳定律的实验过程、现象和结论的认识判断。
【解答】①食盐溶液为导体，在烧瓶内加入食盐溶液后，两根电阻丝被短路，不能正常发热，故①错误；
②根据V=Sh可知，玻璃管内径可以再小一些，那么液柱上升的高一些，则实验现象更明显，故②正确；
③探究导体产生的热量与电阻的关系时，控制电流和时间相同，使用了运用了控制变量法；电流产生的热量看不见，将其转化为液柱的高度变化，则使用了转换法，故③正确；
④通过此实验研究只能得到电阻越大，电流越大，时间越长，电流产生的热量越多，而不能得到定量的结论，故④错误；
⑥在研究电阻大小因素时，实验装置的电路设计成申联电路为了控制电流和通电时间大小相等，故⑥错误。那么正确的是②③。故选A。
4.【答案】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
【解析】（1）电流通过导体产生的热量与电阻成正比，既然液面高度不变，说明根本没有热量产生；观察电路A可知，这时电阻根本没有接入电路；
（2）两个电阻串联，通过它们的电流和通电时间都相同，根据液面的高度变化量可以推得产生热量的多少；
（3）当两个电阻并联时，电压相等，根据公式 可知，甲产生的热量多，自然液面上升的高度就比乙上升的大；但是根据控制变量法的要求，探究电阻对热量的影响，必须控制电流相等，而此时没有做到。
【解答】
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 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 ；
B 液面都上升，且△h甲<△h乙 电流通过导体时，电阻越大，产生的热量就越多 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＞△h乙 电流通过导体时，电阻越小，产生的热量就越多 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 。
5.【答案】 （1）水的比热容较大，温度难以改变
（2）气体导热本领比液体强；抽气；电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多
【解析】焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：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，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I^2R*t（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt;Q=UIt;Q=(U^2/R)t；
【解答】（1）该实验之所以加以改进就是因为观察温度计的示数变化的过程非常耗时，如果换成水的话，观察温度计会更加耗时，因为水的比热容比煤油大，温度更加难以改变；故答案为：水的比热容较大，温度难以改变；
（2）对比图A、B的装置，发现A电阻丝在空气中，B电阻丝在液体中，而实验的结果肯定与这个变量有关，电阻丝在空气中依然能够加热，说明空气可以传递热量，所以A管中的液柱比B管上升迅速，说明空气传热更快；故答案为：气体导热本领比液体强；
塞橡皮塞时发现有液体进入玻璃管并高出瓶内的液面，说明锥形瓶内的气压大于外界气压，所以只要把锥形瓶内的气体抽出一部分即可；故答案为：抽气；
观察C装置可以发现，除了电阻丝的阻值不同以外，没有别的变量了；而结果是阻值大的锥形瓶内玻璃管中液面更高，说明在其他条件相同时，电阻越大，产热越多；故答案为：电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多；
故答案为：（1）电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多；（2）气体导热本领比液体强；抽气；电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多。
6.【答案】 （1）S1闭合，S2接B时，高温档。
（2）解：S2断开，S1闭合，只有R1接入电路，中温档
（3）解：水的质量为1kg
℃ ℃ ℃)=3.234×105J
【解析】（1）根据公式判断不同状态下的电功率，然后确定与三个状态的对应关系；
（2）结合图像，确定只有R1正常工作时的电功率，然后根据计算即可；
（3）首先根据Q=cm△t计算出烧开这壶水需要的热量，然后根据计算出消耗的电能，最后根据计算烧开这壶水需要的时间。
【解答】（1）根据可知，当电压相等时，功率与电阻成反比。
当开关S1断开，S2接A时，两个电阻串联，总电阻为R串；
当开关S1闭合，S2接断开时，只有R1工作，总电阻为R1；
当开关S1闭合，S2接B时，两个电阻并联，总电阻为R并；
因为R串>R1>R并；
所以P串那么三种状态依次为低温、中温和高温档。
（2）S2断开，S1闭合，只有R1接入电路，此时为中温档，
那么R1的阻值为：。
（3）养生壶内水的质量为：m=ρV=103kg/m3×10-3m3=1kg；
水吸收的热量为： ；
消耗的电能；
烧开一壶水需要的时间：。
1．【解答】解：串联电路总电阻大于任何一个分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，
根据电阻串联和并联的特点可知，四个图中电路的总电阻关系为：RC＞RB＞RA＞RD，
由题知，甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，
由Qt可知，C图中电路的总电阻最大，相同时间内产生的总热量最少。
故选：C。
2．【解答】解：
由图可知，三个烧瓶的电阻（相同的电阻R）以不同方式接入电路中时是串联的，所以通过电流相等，通电时间也相等，
由电阻的串联和并联特点知，电阻串联后电阻最大，并联后电阻最小，即被b气球密封的烧瓶里的电阻最大，由Q＝I2Rt可知这个烧瓶里电阻放出热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大。
故选：B。
3.【答案】 B
【解析】根据公式 ，结合电压和电阻的变化，对功率的大小进行推导计算即可。
4.【答案】 B
【解答】A.探究电热与电阻大小的关系时，必须控制电流和通电时间相同而改变电阻；两个电阻串联时，通电时间和电流相等，且电阻不等，根据等质量煤油的温度变化判断生成热量的多少，故A不合题意；
B.探究电热与电流的关系时，必须控制电阻和通电时间相同而改变电流，两个电阻不等肯定不能完成实验，故B符合题意；
C.根据Q=cm△t可知，比较水和煤油的吸热能力时，必须控制吸收的热量和液体的质量相等。如果两个电阻相等且串联，根据可知Q=I2Rt可知，在相同的时间内它们产生的热量相等，可以完成实验，故C不合题意；
D.两个相同的电阻串联，根据Q=I2Rt可知，相同的时间内水和煤油吸收相同的热量，即Q水=Q煤油。根据公式Q=cm△t可知，c水m△t水=c煤油m△t煤油 ， 化简得到： ， 故D不合题意。
故选B。
5.【答案】（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）
【解析】（1）热量看不到，摸不着，且没有测量仪器将它准确的测量出来，但是可以借助玻璃管内液面的高度变化判断吸热的多少，这种方法叫转换法；
（2）电流产生热量与电流大小和电阻、时间有关；要探究电热与电流的关系，就必须控制电阻和时间相同；
（3）电水壶和导线串联，电饭锅也和导线串联，这时电流相同，当水烧开，饭蒸熟时，导线几乎没有发热，因此可以猜想电热与导体电阻大小有关。
【解答】（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：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；
（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，原因是保持前后两次电阻的大小相同；
（3）科学研究倡导有依据的猜想，生活中支持猜想二实例：电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多。
6．【解答】解：（1）读图可知，开关旋至AB处时，电热丝与电动机并联，此时功率最大，电吹风正常工作且处于吹热风状态；
（2）由P＝UI得，电吹风吹冷风时，电路通过的电流I0.5A；
（3）电吹风吹热风时，正常工作5min消耗的电能W＝P热t＝1000W×5×60s＝3×105J。
答：（1）吹热风；
（2）当电吹风吹冷风时，电路通过的电流是0.5A；
（3）当电吹风吹热风时，正常工作5min消耗的电能是3×105J。
7．【解答】解：（1）闭合开关，两电阻串联接入电路，发热电阻R1规格是“24V 40Ω”，当R1正常工作时通过电路的电流：I0.6A；
（2）串联电路总电压等于各部分电压之和，此时滑动变阻器两端的电压：U2＝U﹣U1＝36V﹣24V＝12V，
串联电路中电流处处相等，根据欧姆定律可得滑动变阻器接入电路的阻值：R220Ω；
（3）育苗箱正常工作5min产生的热量：Q＝W＝U1It＝24V×0.6A×5×60s＝4320J。
答：（1）电路中的电流为0.6A；
（2）R2的阻值为20Ω；
（3）育苗箱正常工作5min产生的热量为4320J。
2022-2023学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义（三十四）
电能（2）