第五节 焦耳定律
【A层 基础必会】
考点一 探究电流通过导体产生的热量和哪些因素有关
1.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中,实验装置如图,电阻丝R1>R2。
(1)实验中,通过观察 温度计示数 来比较电阻丝产生热量的多少,此方法称为 转换法 。
(2)为了使实验现象明显便于观察,应选择比热容较 小 的液体,如:煤油。
(3)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应处于最 右 (选填“左”或“右”)端;目的是防止电路中的 电流 过大,烧坏电路元件。
(4)实验装置中,两电阻丝是 串 联的;实验目的是探究电流产生的热量与 电阻 的关系。
(5)闭合开关,发现电流表无示数,移动滑片,现象没有改变,于是同学猜想,电路可能某处 断路 (选填“断路”或“短路”)。
(6)排除故障后,通电一会儿,观察到甲瓶中的温度计的示数较乙的高,说明电阻丝 R1 (选填“R1”或“R2”)产生的热量较多。
(7)结论:在 电流 和通电时间相同时,导体电阻越大,电流产生的热量越 多 。
考点二 焦耳定律及其应用
2.最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系的科学家是 焦耳 。有一个导体的电阻是2 Ω,当它通过5 A的电流时,60 s能产生 3 000 J的热量。
3.小明在一次野炊活动中,由于没带火柴,他将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看作导体)接在干电池正负两极上,如图所示,锡箔纸较窄处就会先燃烧起来。这是因为较窄处 电阻 较大,根据 焦耳定律 可知,相同时间内产生的热量较多。
4.某电炉丝电阻为100 Ω,通电10秒钟产生热量4×103 J,则通过电炉丝的电流是(A)
A.2 A B.4 A C.20 A D.40 A
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。
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)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 电热的利用和防止
6.下列生活中的用电器不是利用电热工作的是(C)
A.电炉 B.电熨斗
C.电风扇 D.电饭锅
7.(2022·滨州质检)下列事例属于防止电流热效应产生危害的是 (D)
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
易错点 不能正确辨别电功和电热的关系
8.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】
9.小明仔细观察家中的电视机、电风扇、电烙铁和节能灯四种电器,发现它们上面都标有“220 V 40 W”的字样,若它们都在额定电压下工作相同的时间,则产生的热量最多的是 (C)
A.电视机 B.电风扇 C.电烙铁 D.节能灯
10. (2022·烟台中考)如图所示,电源电压不变,灯泡L标有“6 V 6 W”字样。闭合开关S1,灯泡L正常发光,此时灯泡L的电阻为 6 Ω;再闭合开关S2,前后两次电流表的示数之比为2∶3,则电阻R的阻值为 12 Ω,电阻R在10 s内产生的热量为 30 J。
11.同学们在探究“电流通过导体产生的热量的多少与什么因素有关”,实验小组同学猜想:电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。于是他们利用如图器材进行了探究实验。
甲、乙、丙三个装置的透明容器中各有一段电阻丝,容器中密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。
(1)选用 甲、乙 组合,并将它们 串 联接到电源两端进行实验,可以探究电热与电阻的关系。实验时, 甲 (选填“甲”或“乙”)容器中U形管液面高度差较大。
(2)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,可以探究电热与 电流 的关系,其中15 Ω电阻的作用是 使通过乙、丙容器中电阻的电流不相等 。
(3)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,发现乙装置U形管中液面无高度差,丙装置U形管中液面有高度差,产生此现象的原因可能是乙装置 电阻出现短路 。
12.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。
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=W1=t1=×10 s=30 J。
(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,R1、R2并联,电路产生的总热量Q总=QR1+QR2
QR1=W1=t=×10 s=30 J
QR2=W2=t=×10 s=20 J
则Q总=QR1+QR2=30 J+20 J=50 J。
【C层 创新培优】
13.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:关键是考虑导线的分压作用,再结合欧姆定律和焦耳定律解题。第五节 焦耳定律
【A层 基础必会】
考点一 探究电流通过导体产生的热量和哪些因素有关
1.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中,实验装置如图,电阻丝R1>R2。
(1)实验中,通过观察 来比较电阻丝产生热量的多少,此方法称为 。
(2)为了使实验现象明显便于观察,应选择比热容较 的液体,如:煤油。
(3)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应处于最 (选填“左”或“右”)端;目的是防止电路中的 过大,烧坏电路元件。
(4)实验装置中,两电阻丝是 联的;实验目的是探究电流产生的热量与 的关系。
(5)闭合开关,发现电流表无示数,移动滑片,现象没有改变,于是同学猜想,电路可能某处 (选填“断路”或“短路”)。
(6)排除故障后,通电一会儿,观察到甲瓶中的温度计的示数较乙的高,说明电阻丝 (选填“R1”或“R2”)产生的热量较多。
(7)结论:在 和通电时间相同时,导体电阻越大,电流产生的热量越 。
考点二 焦耳定律及其应用
2.最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系的科学家是 。有一个导体的电阻是2 Ω,当它通过5 A的电流时,60 s能产生 J的热量。
3.小明在一次野炊活动中,由于没带火柴,他将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看作导体)接在干电池正负两极上,如图所示,锡箔纸较窄处就会先燃烧起来。这是因为较窄处 较大,根据 可知,相同时间内产生的热量较多。
4.某电炉丝电阻为100 Ω,通电10秒钟产生热量4×103 J,则通过电炉丝的电流是( )
A.2 A B.4 A C.20 A D.40 A
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 电热的利用和防止
6.下列生活中的用电器不是利用电热工作的是( )
A.电炉 B.电熨斗
C.电风扇 D.电饭锅
7.(2022·滨州质检)下列事例属于防止电流热效应产生危害的是 ( )
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
易错点 不能正确辨别电功和电热的关系
8.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】
9.小明仔细观察家中的电视机、电风扇、电烙铁和节能灯四种电器,发现它们上面都标有“220 V 40 W”的字样,若它们都在额定电压下工作相同的时间,则产生的热量最多的是 ( )
A.电视机 B.电风扇 C.电烙铁 D.节能灯
10. (2022·烟台中考)如图所示,电源电压不变,灯泡L标有“6 V 6 W”字样。闭合开关S1,灯泡L正常发光,此时灯泡L的电阻为 Ω;再闭合开关S2,前后两次电流表的示数之比为2∶3,则电阻R的阻值为 Ω,电阻R在10 s内产生的热量为 J。
11.同学们在探究“电流通过导体产生的热量的多少与什么因素有关”,实验小组同学猜想:电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。于是他们利用如图器材进行了探究实验。
甲、乙、丙三个装置的透明容器中各有一段电阻丝,容器中密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。
(1)选用 组合,并将它们 联接到电源两端进行实验,可以探究电热与电阻的关系。实验时, (选填“甲”或“乙”)容器中U形管液面高度差较大。
(2)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,可以探究电热与 的关系,其中15 Ω电阻的作用是 。
(3)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,发现乙装置U形管中液面无高度差,丙装置U形管中液面有高度差,产生此现象的原因可能是乙装置 。
12.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 创新培优】
13.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:关键是考虑导线的分压作用,再结合欧姆定律和焦耳定律解题。
