3.焦耳定律
【A层 基础必会】
考点一 电流的热效应与什么因素有关
1.如图所示是小亮同学“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的装置。瓶中各放置一根电阻丝,且R甲>R乙,不改变滑动变阻器滑片的位置,相同时间内,可探究电流产生的热量与 电阻 的关系。实验中通过观察 温度计示数的变化 来比较电阻丝产生热量的多少。
2.小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时,采用了如图所示的实验装置,其中A、B、C、D四个相同的容器密闭着等量空气并与U形管紧密相连,实验前U形管两端液面相平,将1、2和3、4导线分别接到电源两端。
(1)在实验过程中,通过观察U形管中 液面高度 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
(2)图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 电阻大小 的关系;由图甲可知,电阻 越大 ,产生的热量越多。
(3)图乙所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 电流大小 的关系;由图乙可知,电流 越大 ,产生的热量越多。
(4)若把乙装置右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内,接通电源一段时间后,产生的热量情况是 左瓶多 (选填“左瓶多”“右瓶多”或“两瓶一样多”)。
考点二 焦耳定律及其应用
3. (2023·南充期末)在寒冷的冬天,为了取暖,我国科研人员设计了一种带电源的智能控温加热手套,如图。下列与加热手套工作原理相同的用电器是(A)
A.电热毯 B.洗衣机 C.电冰箱 D.充电宝
4.(2023·成都期末)如图甲所示为小明家的电能表,若小明家此时只有电炉在烧水,该电能表的转盘在5 min内转了60转,则可以算得电炉的功率为 1 200 W;小明观察到电炉丝热得发红,而跟电炉丝连接的导线却发热不明显,可以通过比较图乙实验中的 B、C (选填“A、B”“B、C”或“A、C”)两个液柱高度差可解释说明这种情况。
5.如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,电阻丝R1的阻值为10 Ω。当开关S闭合后,电压表的示数为2 V,电流表的示数为0.4 A。求:
(1)通电10 s电阻丝R1产生的热量;
解:(1)闭合开关后,R1和R2串联,电流处处相等,通电10 s电阻丝R1产生的热量:
Q=I2R1t=(0.4 A)2×10 Ω×10 s=16 J。
(2)通电1 min整个电路产生的热量。
解:(2)由I=得,R1两端的电压:
U1=IR1=0.4 A×10 Ω=4 V,
根据串联电路电压规律可知,电源电压:
U=U1+U2=4 V+2 V=6 V,
电路是纯电阻电路,整个电路1 min产生的热量:Q=W=UIt=6 V×0.4 A×60 s=144 J。
考点三 电流热效应的利用与危害
6.下列情况中不属于防止电热危害的是(D)
A.电视机的后盖有许多孔
B.电脑机箱内有小风扇
C.电动机外壳有许多散热片
D.家电长时间停用,隔一段时间应通电一次
7.(链接易错点)现有一台电动机,当电动机两端加220 V电压时,通过电动机线圈的电流为50 A。若已知该电动机线圈的电阻是0.4 Ω,通电1 min该电动机消耗6.6×105 J的电能,线圈产生 6×104 J的热量,该电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是 90.9% 。
【B层 能力提升】
8.用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,相同烧瓶内装满了煤油。
(1)烧瓶中装入的煤油是 绝缘体 (选填“导体”或“绝缘体”)。
(2)请根据实物电路,在虚线框图2内画出对应的电路图。
答:
(3)为达到实验目的,选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 相等 ,通过R1的电流 小于 通过R2的电流。
(4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大,说明 在电阻和通电时间相等时,电流越大产生的热量越多 。
(5)用如图3所示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图像,根据焦耳定律可知,图4中能正确反映h-I关系的是 A 。
【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量,能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗 请用实例说明原因 不能。含有电动机的电路,电流做的功大部分转化为机械能,有一小部分转化为内能,即发热了,W=UIt>Q 。
9.如图所示,电源电压为6 V,定值电阻R1、R2的阻值分别为12 Ω、18 Ω,闭合开关S。求:
(1)当S1闭合,S2接1时,通电10 s电路产生的热量;
解:(1)当S1闭合,S2接1时,只有电阻R1接入电路,电阻R2被短路,电路是纯电阻电路,所以通电10 s电路产生的热量:Q1=t1=×10 s=30 J。
(2)当S1断开,S2接1时,通电1 min电阻R2产生的热量;
解:(2)当S1断开,S2接1时,电阻R1和R2串联,电路中的总电阻:R=R1+R2=12 Ω+18 Ω=30 Ω,串联电路电流处处相等,通过电阻R2的电流:
I2=I===0.2 A
电流通过R2产生的热量:
Q2=R2t2=(0.2 A)2×18 Ω×60 s=43.2 J。
(3)当S1闭合,S2接2时,通电10 s电路产生的总热量。
解:(3)当S1闭合,S2接2时,R1、R2并联,电路产生的总热量Q总=QR1+QR2
QR1=t=×10 s=30 J
QR2=t=×10 s=20 J
则Q总=QR1+QR2=30 J+20 J=50 J。
【C层 素养培优】
10. (2022·兰州模拟)如图所示,在甲、乙两地之间沿直线架设两条输电线,由甲地向乙地输电,两条输电线总电阻为2 Ω,甲地电源的电压为220 V不变,线路电流为10 A,下列说法正确的是(D)
A.乙地用户用电器上的电压为220 V
B.在100 s的时间内,输电线上产生的热量为4×105 J
C.当乙地用户消耗的总功率增大时,用户用电器上的电压也增大
D.当乙地用户消耗的总功率增大时,相同时间内输电线上产生的热量增多
点思路:关键是考虑到导线的分压作用,再结合欧姆定律和焦耳定律解题。3.焦耳定律
【A层 基础必会】
考点一 电流的热效应与什么因素有关
1.如图所示是小亮同学“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的装置。瓶中各放置一根电阻丝,且R甲>R乙,不改变滑动变阻器滑片的位置,相同时间内,可探究电流产生的热量与 的关系。实验中通过观察 来比较电阻丝产生热量的多少。
2.小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时,采用了如图所示的实验装置,其中A、B、C、D四个相同的容器密闭着等量空气并与U形管紧密相连,实验前U形管两端液面相平,将1、2和3、4导线分别接到电源两端。
(1)在实验过程中,通过观察U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
(2)图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系;由图甲可知,电阻 ,产生的热量越多。
(3)图乙所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系;由图乙可知,电流 ,产生的热量越多。
(4)若把乙装置右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内,接通电源一段时间后,产生的热量情况是 (选填“左瓶多”“右瓶多”或“两瓶一样多”)。
考点二 焦耳定律及其应用
3. (2023·南充期末)在寒冷的冬天,为了取暖,我国科研人员设计了一种带电源的智能控温加热手套,如图。下列与加热手套工作原理相同的用电器是( )
A.电热毯 B.洗衣机 C.电冰箱 D.充电宝
4.(2023·成都期末)如图甲所示为小明家的电能表,若小明家此时只有电炉在烧水,该电能表的转盘在5 min内转了60转,则可以算得电炉的功率为 W;小明观察到电炉丝热得发红,而跟电炉丝连接的导线却发热不明显,可以通过比较图乙实验中的 (选填“A、B”“B、C”或“A、C”)两个液柱高度差可解释说明这种情况。
5.如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,电阻丝R1的阻值为10 Ω。当开关S闭合后,电压表的示数为2 V,电流表的示数为0.4 A。求:
(1)通电10 s电阻丝R1产生的热量;
(2)通电1 min整个电路产生的热量。
考点三 电流热效应的利用与危害
6.下列情况中不属于防止电热危害的是( )
A.电视机的后盖有许多孔
B.电脑机箱内有小风扇
C.电动机外壳有许多散热片
D.家电长时间停用,隔一段时间应通电一次
7.(链接易错点)现有一台电动机,当电动机两端加220 V电压时,通过电动机线圈的电流为50 A。若已知该电动机线圈的电阻是0.4 Ω,通电1 min该电动机消耗 J的电能,线圈产生 J的热量,该电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是 。
【B层 能力提升】
8.用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,相同烧瓶内装满了煤油。
(1)烧瓶中装入的煤油是 (选填“导体”或“绝缘体”)。
(2)请根据实物电路,在虚线框图2内画出对应的电路图。
(3)为达到实验目的,选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 ,通过R1的电流 通过R2的电流。
(4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大,说明 。
(5)用如图3所示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图像,根据焦耳定律可知,图4中能正确反映h-I关系的是 。
【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量,能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗 请用实例说明原因 。
9.如图所示,电源电压为6 V,定值电阻R1、R2的阻值分别为12 Ω、18 Ω,闭合开关S。求:
(1)当S1闭合,S2接1时,通电10 s电路产生的热量;
(2)当S1断开,S2接1时,通电1 min电阻R2产生的热量;
(3)当S1闭合,S2接2时,通电10 s电路产生的总热量。
【C层 素养培优】
10. (2022·兰州模拟)如图所示,在甲、乙两地之间沿直线架设两条输电线,由甲地向乙地输电,两条输电线总电阻为2 Ω,甲地电源的电压为220 V不变,线路电流为10 A,下列说法正确的是( )
A.乙地用户用电器上的电压为220 V
B.在100 s的时间内,输电线上产生的热量为4×105 J
C.当乙地用户消耗的总功率增大时,用户用电器上的电压也增大
D.当乙地用户消耗的总功率增大时,相同时间内输电线上产生的热量增多
点思路:关键是考虑到导线的分压作用,再结合欧姆定律和焦耳定律解题。
