2024江西中考物理二轮复习 微专题 焦耳定律及电热相关计算 习题课件(共47张PPT)

(共47张PPT)
焦耳定律及电热相关计算
微专题 　
重难点突破
2
实验突破—科学探究素养提升
3
回归教材
1
考点清单
实验 探究影响电流热效应的因素
4
江西近年真题及拓展
一、电流的热效应：电能转化为____能的现象．
二、发现：英国物理学家______做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流通过导体产生的热量(电热)与电流、电阻和通电时间的关系．(2020.1)
三、内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成______，跟导体的电阻成______，跟通电时间成______．
内
焦耳
正比
正比
正比
回归教材
考点清单
【版本导航】教科：九上P94～P97
四、公式：Q＝_______
Q—热量，单位是J.
I—电流，单位是A.
R—电阻，单位是Ω.
t—通电时间，单位是s.
五、推导式：Q＝W＝Pt＝UIt＝ (仅适用于纯电阻电路)
六、电热的利用与防止
1、利用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等．
2、防止：散热窗、散热片、散热孔、电脑的微型风扇等．
I2Rt
多挡位类相关计算
重难点突破
方法指导
1. 识别挡位方法：判断接入电路中的总电阻的大小，家庭电路中，不同
挡位时电压不变(220 V)，根据P＝ 可知，总电阻最小时，电功率最大，
用电器处于高温挡；总电阻最大时，电功率最小，用电器处于低温挡．
电路图 低温挡 高温挡
(短路式) S闭合、S1断开，R1、R2串联，R总＝R1＋R2 S、S1都闭合，只有R1接入电路，R总＝R1
(并联式) S闭合、S1断开，只有R2接入电路，R总＝R2 S、S1都闭合，R1与R2并联，R总小于R1、R2中的最小值
(单刀双掷式) S接a端，R1与R2串联，R总＝R1＋R2 S接b端，只有R2接入电路中，R总＝R2
2. 常考多挡位电路解读
例　(2021福建改编)如图是某电蒸锅的内部简化电路图，R1、R2均为发热电阻，R1的阻值为484 Ω，加热挡功率为1 200 W．用此电蒸锅对质量为1.2 kg的水加热使其温度升高75 ℃，需要的时间为375 s．求：
(1)保温挡的功率；
(2)电阻R2的阻值；
(3)电蒸锅的加热效率；
(4)关闭家中其他用电器，只让电蒸锅独立工作，用加热挡加热水3 min，家中标有“3 000 r/(kW·h)”的电能表转盘转了150 r，通过计算判断此时电蒸锅是否正常工作？
解：(1)只闭合S1时，只有R1接入电路，电蒸锅处于保温挡
P保＝ ＝ ＝100 W
(2)当S1、S2均闭合时，R1、R2并联，电蒸锅处于加热挡
P2＝P热－P保＝1 200 W－100 W＝1 100 W R2＝ ＝ ＝44 Ω
(3)水吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×1.2 kg×75 ℃＝3.78×105 J
消耗的电能W＝P热 t＝1 200 W×375 s＝4.5×105 J
该电蒸锅的加热效率η＝ ×100%＝ ×100% ＝84%
(4)电能表转150 r时消耗的电能W′＝ ＝0.05 kW·h
电蒸锅消耗的实际功率
P实＝ ＝ ＝1 kW＝1 000 W＜1 200 W＝P热
所以此时电蒸锅不能正常工作
变式1　结合铭牌
如图所示是某品牌电蒸锅的内部电路简化图，R1、R2均为阻值不变的加热电阻，该电蒸锅有高温、中温和低温三种工作挡位，其部分铭牌参数如下表所示，其中高温挡的功率已模糊不清．求：
(1)电阻R1的阻值；
(2)高温挡的功率；
变式训练
额定电压 220 V
高温挡功率
中温挡功率 550 W
低温挡功率 275 W
容积 3 L
(3)若该电蒸锅的加热效率为84%，则高温挡正常加热4 min，可将质量为1.2 kg的水温度从20 ℃加热到多少 ℃？
(4)若某次工作中电路的实际电压为200 V，则中温挡的实际功率为多少？(结果保留到小数点后一位)
额定电压 220 V
高温挡功率
中温挡功率 550 W
低温挡功率 275 W
容积 3 L
解：(1)当开关S1闭合，S2接B时，电路为R1的简单电路，此时处于中温挡则电阻R1的阻值R1＝ ＝ ＝88 Ω
(2)当开关S1断开，S2接B时，电阻R1与R2串联，电路处于低温挡
此时电路中的总电阻R总＝ ＝ ＝176 Ω
所以电阻R2的阻值R2＝R总－R1＝176 Ω－88 Ω＝88 Ω
当开关S1闭合，S2接A时，电阻R1与R2并联，电路处于
高温挡，由于R1＝R2 则高温挡的功率P高＝2P中＝2×550 W＝1 100 W
(3)高温挡加热4 min放出的热量W＝P高t高＝1 100 W×4×60 s＝2.64×105 J
根据 可知，水吸收的热量
Q吸＝ηW ＝84%×2.64×105 J＝2.217 6×105 J
根据Q＝cm(t－t0)可知，可将水加热到的温度
t＝ ＋t0＝ ＋20 ℃＝64 ℃
(4) 当实际电压为200 V时，中温挡的实际功率
变式2　结合坐标图像
如图甲是某电蒸锅的内部电路的工作原理简图，R1、R2均为阻值不变的加热电阻，通过旋钮开关可以实现加热和保温两个挡位功能的切换，某次使用该电蒸锅烧水过程中，消耗的电功率随时间变化的图像如图乙所示．求：
(1)电阻R1的阻值；
(2)把体积为1.2 L、初温为30 ℃
的水加热至沸腾，水吸收的热量
(1标准大气压下)；
(3)已知(2)过程用时7 min，则该电蒸锅的加热效率．
解：(1)由图乙可知，P加热＝1 000 W，P保温＝400 W
由P＝ 可知，电压不变时，电阻越小，电功率越大
旋钮开关旋至1时，电阻R1、R2串联工作，电路处于保温挡
由P＝ 可知，此时电路中的总电阻R总＝ ＝ ＝121 Ω
当旋钮开关旋至2时，电路为R2的简单电路，电路处
于加热挡,电阻R2的电阻R2＝ ＝ ＝48.4 Ω
所以电阻R1的阻值R1＝R总－R2＝121 Ω－48.4 Ω＝72.6 Ω
(2)水的质量m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×1.2×10－3 m3＝1.2 kg
水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.2 kg×(100 ℃－30℃)＝3.528×105 J
(3)消耗的电能W＝P加热t加热＝1 000 W×7×60 s＝4.2×105 J
则电蒸锅的加热效率η＝ ×100%＝ ×100%＝84%
变式3　结合电路设计
小华利用电源、两个相同的发热电阻和两个开关也设计了一个电蒸锅的内部简化图，其仍然具有加热和保温两个挡位．已知该电蒸锅的加热挡功率为1 100 W.
(1)请在图中虚线框内画出两个电阻和开关S2三个元件的符号，将电蒸锅的电路图连接完整；
(2)求电蒸锅内部一个发热电阻的阻值；
(3)用该电蒸锅将质量为2 kg、初温为20 ℃的水
用加热挡正常加热至75 ℃，求水吸收的热量；
(4)已知该电蒸锅的加热效率为80%，求上述过程需要正常加热多长时间？
R1
R2
S2
解：(2)当开关S1、S2闭合时，电路处于加热挡，
则电阻R2＝ ＝ ＝44 Ω
(3)水吸收的热量
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(75 ℃－20 ℃)＝4.62×105 J
(4)由于电蒸锅的加热效率为80%，则电蒸锅放出的热量
W＝ ＝ ＝5.775×105 J
需要正常加热的时间为t＝ ＝ ＝525 s
控制通过电热丝的_____和通电时间相同，改变电
热丝的阻值(将阻值不同的电热丝串联在电路中)
实验突破—科学探究素养提升
实验
1
探究影响电流热效应的因素(近10年未考)
1. 探究电流的热效应与电阻是否有关　　 转换法：通过玻璃管内_______________来反映电阻丝产生热量的多少
实验结论：在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量_____
电流　
液柱上升的高度
多
图示法过实验
2. 探究电流的热效应与电流的大小是否有关 控制电热丝的_____和通电 时间相同, 改变通过电热丝 的电流(两个阻值相同的电 热丝, 分别连在并联电路的 干路和支路上) 实验结论：在相等时间内，电阻相同时，电流较大的电阻比电流较小的电阻产生的热量____
3. 实验注意事项： (1)被加热物质的种类、质量和初温均______ (2)煤油和空气的比热容小，可以使实验现象更明显 阻值
多
相同
【设计实验与进行实验】
(1)请根据实物电路，在虚线框内画出对应的电路图.
(2)为了在较短的时间内达到明显的实验效果，常选用空气而不用水做实验，是因为空气具有________较小的特点.
例　 小刚在“探究影响电流热效应的因素”实验中，所用的实验装置如图所示.
比热容
一题多设问
(3)实验中通过观察玻璃管内液柱____________来反映电热丝产生热量的多少，这里采用的方法是_______．在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是___.
A. 探究电流与电压、电阻的关系
B. 用铁屑显示磁体周围磁场分布
C. 研究光的传播时，引入“光线”
D. 探究真空能否传声
(4)闭合开关，通过两个电阻丝的电流______，该装置可以探究电流的热效应跟_____的关系.
上升的高度
转换法　
B
相等
电阻　
【分析与论证】一段时间后，观察到甲玻璃管内液柱上升的高度较大, 由此可以得出的结论是_____________________________________________
__________.
【交流与反思】
(1)若通电一段时间后，发现其中一个玻璃管中液柱的高度几乎不变，出现该现象的原因可能是__________________.
其他条件不变时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多
装置的气密性不好
(2)容器中的电阻采用金属丝，在电流与通电时间相同的条件下，选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验．为了使实验现象最明显，可以选用表中的铜与_________进行对比.
镍铬合金
长1米、横截面积1毫米2的几种材料的电阻(20 ℃时)
材料 铜 铝 钨 镍铬合金
电阻(欧) 0.0175 0.029 0.053 1.0
(3)(2022怀化)英国物理学家焦耳通过大量实验，最先精确地确定了电流通过导体时产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的_____成正比，跟_________成正比．这个规律叫做焦耳定律，其表达式为________.
【结论应用】(2023嘉兴改编)请说出生活中支持“电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多”这个结论的一个实例：____________________
______________________.
电阻
通电时间
Q＝I2Rt
电炉丝热得发红，与它串联的导线却不怎么热
1. (2020江西1题2分)1840年英国物理学家_____最先精确地确定了电流通过
导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，其表达式为：Q＝____.
2. (2020江西8题2分)给手机快速充电的过程，主要是将电能转化为_____
能，过一会儿，充电器发烫，这是通过电流_____的方式，增大了物体的内能．
江西近年真题及拓展
命题点
1
焦耳定律理解(10年4考)
焦耳
I2Rt
化学
做功
3. (04江西26题改编)在家庭电路中同时接入如图所示的用电器，会造成电路总功率过大，从而引起干路中的电流过大，根据_____定律，可知导线中将产生大量的_____，使导线发热，甚至燃烧引起火灾．
老题翻新
焦耳
热量
类型1　纯铭牌类(2021.17，2022.20，2022.17)
4. (2021江西17题8分)如表一所示是小红同学家的燃气热水器正常工作时显示的部分参数．已知水的初温为20 ℃，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)．求：
(1)燃气热水器正常工作10 min流出的热水的质量；
(2)燃气热水器正常工作10 min流出的热水所吸收的热量；
命题点
2
电热相关计算(10年7考)
(3)小红同学观察到学校用的是即热式电热水器，铭牌如表二所示．若要得到(2)问中热水所吸收的热量，即热式电热水器需正常工作16 min 40 s，则该即热式电热水器的加热效率为多少；
(4)请写出使用电能的两个优点．
表一 表二
燃气热水器 设定温度 50 ℃
气量 1.0 m3/h
水量 5.0 L/min
即热式电热水器 额定功率 7 000 W
额定电压 220 V
额定频率 50 Hz
解：(1)燃气热水器正常工作10 min流出的热水的体积
V水＝5.0 L/min×10 min＝50 L＝5×10－2 m3
则10 min流出的热水的质量
m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×5×10－2 m3＝50 kg
(2)燃气热水器正常工作10 min流出的热水所吸收的热量
Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(50℃－20℃)＝6.3×106 J
(3)t即热＝16 min 40 s＝1 000 s
即热式电热水器消耗的电能W＝Pt即热＝7 000 W×1 000 s＝7×106 J
即热式电热水器的加热效率η＝ ×100%＝ ×100%＝90%
(4)环保、方便
5. (2022江西17题8分)家用电器使用日益广泛，好学的瑞瑞突发奇想，想检验电热水壶和电饭煲谁的热效率高，如图所示是瑞瑞家两种电器及铭牌．下表是瑞瑞在使用这两种电器(正常工作)烧水时所记录的数据．
(1)在1标准大气压下，把电热水壶中的水烧开，水需要吸收多少热量？
(2)试通过计算说明电热水壶和电饭煲的热效率谁高．
电热水壶 电饭煲
装水质量/kg 1.8 1.8
水的初温/℃ 20 20
水烧开时间/s 480 840
解：(1)水吸收的热量
Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.8 kg×(100℃－20℃)＝6.048×105 J
(2)电热水壶的热效率
η壶＝ ×100%＝ ×100%＝ ×100%＝70%
电饭煲的热效率
η煲＝ ×100%＝ ×100%＝ ×100%＝80%
所以η壶< η煲 ，因此电饭煲的热效率高
6. (2022江西20题6分)如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心渗透着社会主义核心价值观．小姬给爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙所示，足浴器某次正常工作时控制面板显示如图丙所示，求：
(1)此时足浴器的工作电流；(计算结果保
留一位小数)
(2)足浴器装入最大容量初温22 ℃的水，
当水温达到控制面板上显示的温度时水
所吸收的热量；
(3)上述加热过程耗时16 min，该足浴器
的热电效率．
解：(1)由P＝UI得，此时足浴器的工作电流I＝ ＝ ≈ 2.3 A
(2)水的质量m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×5×10－3 m3＝5 kg
水吸收的热量
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/( kg· ℃)×5 kg×(42 ℃－22 ℃)＝4.2×105 J
(3)足浴器消耗的电能W＝Pt＝500 W×16×60 s＝4.8×105 J
足浴器的热电效率
类型2　含电路图的多挡位类(10年4考)
7. (2020江西22题8分)冬天打出来的果汁太凉，不宜直接饮用，如图所示，是小丽制作的“能加热的榨汁杯”及其内部电路简化结构示意图，该榨汁杯的部分参数如表所示．
榨汁杯部分参数表 额定电压 220 V
加热功率 300 W
保温功率 80 W
榨汁功率 66 W
容量 300 mL
求：
(1)仅榨汁时的正常工作电流；
(2)R2的阻值；
(3)已知该榨汁杯正常工作时的加热效率为90%，给杯子盛满果汁并加热，使其温度升高30 ℃，需要加热多长时间．[c果汁＝4×103 J/(kg·℃)，ρ果汁＝1.2×103 kg/m3]
解：(1)仅榨汁时的正常工作电流I＝ ＝0.3 A
(2)根据P＝UI＝ 可知，电压一定时，S2闭合时，只有R1接入电路，为保温挡，S2、S3均闭合时，R1和R2并联，电阻最小，总功率最大，为加热挡
R2的功率P2＝P加－P保＝300 W－80 W＝220 W
R2的阻值为R2＝ ＝220 Ω
(3)果汁的质量m＝ρ果汁V＝1.2×103 kg/m3×300×10－6 m3＝0.36 kg
果汁吸收的热量
Q吸＝c果汁mΔt＝4×103 J/(kg·℃)×0.36 kg×30 ℃＝4.32×104 J
由公式η＝ ×100%得 W＝ ＝4.8×104 J
则需要加热的时间t＝ ＝160 s
8. (2023江西22题8分)如图甲所示，是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌．暖奶器具有加热、保温双重功能，当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态，连接触点2和3时为保温状态，连接触点3和4时为加热状态．(温馨提示：最适合宝宝饮用的牛奶温度为40 ℃)
型号 LZJ620
额定电压 220 V
加热功率 220 W
保温功率 20 W
(1)求电阻R2的阻值；
(2)把400 g牛奶从20 ℃加热到40 ℃，求牛奶所吸收
的热量[c牛奶＝4.0×103 J/(kg·℃)]；
(3)如图乙所示，是暖奶器正常加热和保温过程中温
度随时间变化的图像，求暖奶器在加热过程中的热
效率．(结果保留到小数点后一位)
解：(1)电路处于保温状态时，只有R1工作；处于加热状态时，R1与R2并联工作，P2＝P加热－P保温＝220 W－20 W＝200 W
电阻R2的阻值R2＝ ＝ ＝242 Ω
(2)牛奶吸收的热量
Q吸＝c牛奶m(t－t0)＝4.0×103 J/(kg·℃)×0.4 kg×(40℃－20℃)＝3.2×104 J
(3)由图像可知，加热所用时间t1＝200 s
暖奶器加热所需电能W＝P加热t1＝220 W×200 s＝4.4×104 J
暖奶器在加热过程中的热效率η＝ ×100%＝ ×100% ≈72.7%
9. (2022江西22题8分)如图所示，是某型号的爆米花机的电路图，该爆米花机具有制作和保温的功能．只闭合开关S1时，R1加热，电动机搅拌, 开始制作爆米花；只闭合S2时，R2保温，防止爆米花变凉；
爆米花机的铭牌如表所示．[c玉米＝1.2×103 J/(kg·℃)]
(1)将100 g、20 ℃的玉米粒加热到300 ℃成
为爆米花时，求玉米粒需要吸收的热量；
(2)电阻R1发热，把100 g、20 ℃的玉米粒加热
成为爆米花，需要用时5 min，求R1加热效率；
(3)求保温电阻R2的阻值．
额定电压 220 V
加热功率 200 W
保温功率 22 W
电动机功率 40 W
解：(1)解：玉米粒吸收的热量
Q＝c玉米m(t－t0)＝1.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(300 ℃－20 ℃)＝3.36×104 J
(2)加热电阻R1工作5 min消耗的电能
W＝P加热t＝200 W×5×60 s＝6×104 J
加热效率
(3)保温电阻
10. (2023江西22题8分)如图所示，是某家用电热水壶内部的电路简化结构图,其中R1、R2为阻值相同的电热丝，有甲、乙、丙、丁四种不同的连接方式．该电热水壶加热有高温、中温、低
温三挡，中温挡的额定功率为500 W. 求：
(1)电热水壶调至中温挡正常加热，将2 kg
温度为30℃的水烧开(标准大气压下)需要
20min,水所吸收的热量及电热水壶的效率；
(2)电热水壶高温挡的额定功率；
(3)若某次电热水壶用高温挡加热0.1h,耗电 0.09 kW·h，通过计算判断此时电热水壶是否正常工作？
解：(1)水吸收的热量
Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－30 ℃)＝5.88×105 J
消耗的电能W＝P中t＝500 W×20×60 s＝6×105 J
电热水壶的效率η＝ ×100%＝ ×100%＝98%
(2)由题图可知，中温挡时R1单独工作，高温挡时两等值的
电阻并联接入电路中工作则R1＝ ＝ ＝96.8 Ω
由于R1、R2阻值相等，所以高温挡时电路中的电阻
R＝ ＝48.4 Ω 高温挡的额定功率P高＝ ＝ ＝1 000 W
(3)电热水壶的实际功率P实＝ ＝ ＝0.9 kW＝900 W
由于900 W