专题(四十七) 能的转化与能量守恒(五)——电热
电流的热效应
1.概念:电流通过各种导体时,会使导体的温度 升高 的现象。
2.实质:电能转化为 内能 的过程。
焦耳定律
1.焦耳定律: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。
2.公式:Q= I2Rt (其中Q表示热量,单位为J;t表示时间,单位为s)。
3.影响因素
(1)电流、通电时间相同时,电阻 越大 ,产生的热量越多。
(2)电阻、通电时间相同时,电流越大,产生的热量 越多 。
电热器
1.原理:利用电流的 热效应 工作。
2.主要组成部分:发热体。发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。
3.应用:电熨斗、电吹风机、电热毯、电热壶、电饭煲等。
课标要点一电流的热效应
考向1 电流热效应的概念
例1 将规格都是“220 V 180 W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯,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( D )
A.电冰箱产生的热量最多
B.电脑产生的热量最多
C.电热毯消耗的电能最多
D.通过三者的电流做功一样多
例2 下列用电器主要利用电流的热效应工作的是( A )
A.电饭煲 B.电视机
C.洗衣机 D.油烟机
考向2 探究影响电流热效应的因素
例3 研究电热与哪些因素有关的装置如图所示,两个烧瓶内装有煤油,瓶塞上各插一根玻璃管,瓶内各装一根阻值不同的电阻丝R甲和R乙,将两根电阻丝串联在电路中。
(1)烧瓶内装的是比热容小的煤油而不是水,优点是 煤油比热容小,吸收相同的热量,温度变化大(或玻璃管内液面上升高),实验效果明显 。
(2)闭合开关,一段时间后甲烧瓶内玻璃管中的液面上升得更高,则两电阻丝的电阻大小关系是R甲 > (填“>”“<”或“=”)R乙。
课标要点二电流热效应的应用
例4 电热桌垫在冬天很受欢迎(如图甲所示)。某校综合实践活动小组的同学要探究它的原理,查看说明书后发现:该电热桌垫由8 V电源供电,发热部分由R1和R2组成,调温挡有关、低温、高温三挡。已知图乙和图丙中R1均为6 Ω,R2均为2 Ω。
(1)若按图乙所示电路,当S1闭合、S2断开时,电热桌垫处于 低温 (填“关”“低温”或“高温”)挡。
(2)在图乙电路中,该电热桌垫消耗的最大功率是多少
(3)在图乙电路中,当电热桌垫处于低温挡时,求10 min内电路产生的热量。(不考虑温度的变化对电阻的影响)
解:(2)在图乙电路中,当S1、S2均闭合时,电热桌垫消耗的功率最大,P==32 W。
(3)在图乙电路中,开关S1闭合、S2断开时,电热桌垫处于低温挡,10 min内电路产生的热量:
Q=×10×60 s=4 800 J。
(4)若该电热桌垫实际电路如图丙所示,当电热桌垫处于高温挡时,开关S1闭合,开关S2 闭合 (填“断开”或“闭合”)。
课堂练习
概念理解与迁移
1.小乐猜想:“电流通过导体产生热量的多少可能跟电流、电阻和通电时间有关”。于是他设计了装置①和②(如图所示),先将电阻丝(R1A.探究电流产生的热量与电流大小的关系,可比较气球甲、乙的体积变化
B.探究电流产生的热量与电阻大小的关系,可比较气球丙、丁的体积变化
C.装置①和②同时实验,通电相同时间后,体积变化最大的气球是丙气球
D.装置①和②同时实验,通电相同时间后,体积变化最大的气球是甲气球
2.探究电流通过导体时产生热量的多少(电热)与什么因素有关的实验装置如图所示。两个相同烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油,煤油中都浸泡着一段金属丝,甲烧瓶中金属丝电阻较大,乙烧瓶中金属丝电阻较小。下列说法不正确的是( A )
A.实验时选用煤油而不是水,是因为煤油的密度小
B.通过观察煤油升高的温度高低可判断产生电热的多少
C.将甲、乙两金属丝串联,是为了控制电流和通电时间相同,研究电阻对电热的影响
D.实验时甲瓶中煤油温度升高得多,说明在其他条件相同时,电阻越大,电热越多
3.焦耳定律是电学史上的重大发现。焦耳研究电流通过导体产生的热量和电流大小关系的实验装置如图所示,电阻R1、R2由粗细均匀的金属丝缠绕在玻璃棒上制成。接通电路,1 h后记录数据,再改变R2的阻值,重复实验。下表是焦耳实验时获得的部分数据。
实验组别 1 2 3 4
自制电流表读数 0.43 0.92 2.35 2.73
1 h后水温升高值/℃ 1.2 4.7 39.6
(1)实验中,电阻R1 和电阻R2的连接方式是 串联 。
(2)结合数据,判断表中“ ”的值最接近 C (填字母)。
A.5 B.15 C.30 D.45
(3)焦耳在实验中测得导体产生的热量远小于理论值,若要减小两者的差值,可以如何改进实验装置 加装隔热装置,减少热量散失 (列举一点即可)。
4.学习了电学知识后,某科学兴趣小组开展“制作电热水壶”的项目化学习。
【项目任务】制作一款电热水壶。
小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下。
容积:1 L。
功能:①加热;②保温。
性能:能在7 min内将1 L水从20 ℃加热到100 ℃(不计热量损失)。
【方设计】为实现上述功能,同学们利用两个不同阻值的电阻(R1【答】如答图所示
【器材选择】若该壶是按照方一设计的,根据项目任务中的性能要求,选择的加热电阻阻值最大为多少 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
【答】方一,选择的加热电阻阻值最大为60.5 Ω。
【方反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全,从安全角度提出一条设计建议: 增加一个温度控制开关 。
【项目制作】……
能力沉淀与升华
5.用图甲电路研究电热与电流的关系,若要比较不同设定电流值时的电热多少,调节电流大小过程中,电热丝已经开始加热,因而会影响实验的准确性。为解决这一问题,小明设计图乙电路进行研究。
图乙中电路包括调试电路和实验电路,R1 和R2是阻值都为20 Ω的电热丝,R2放置在装有煤油的保温容器中。实验时通过调试电路,使电热丝R2在调试过程中不发热。实验步骤如下:
①用数字温度计测量并记录装有R2的保温容器内煤油的温度。
②将开关S与“1”连接,调节滑动变阻器,直至电流表示数为0.2 A。
③将开关S拨至“2”,使R2工作50 s,断开开关S,测量并记录 煤油的温度 。
④再将电流值分别设定为0.3 A、0.4 A、0.5 A、0.6 A,重复上述步骤。记录相关数据,并计算每次升高的温度Δt(Δt可反映电热的多少),整理Δt、I2的数据如图丙所示。
(1)将步骤③补充完整。
(2)在图丙中画出Δt与I2的关系图像。
【答】如答图所示
(3)小明想改变电热丝阻值,用上述实验中设定的电流值,继续研究电热与电流的关系:保持R1 不变,将R2更换为30 Ω的电热丝,重复上述步骤。他的做法是否合理,说明理由: 不合理。当调试电路的电流为设定值时,开关S由“1”拨至“2”,通过30 Ω 电热丝的电流发生变化,电流不是设定值,对实验结果产生影响 。 专题(四十七) 能的转化与能量守恒(五)——电热
电流的热效应
1.概念:电流通过各种导体时,会使导体的温度 的现象。
2.实质:电能转化为 的过程。
焦耳定律
1.焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟 的二次方成 ,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。
2.公式:Q= (其中Q表示热量,单位为J;t表示时间,单位为s)。
3.影响因素
(1)电流、通电时间相同时,电阻 ,产生的热量越多。
(2)电阻、通电时间相同时,电流越大,产生的热量 。
电热器
1.原理:利用电流的 工作。
2.主要组成部分:发热体。发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。
3.应用:电熨斗、电吹风机、电热毯、电热壶、电饭煲等。
课标要点一电流的热效应
考向1 电流热效应的概念
例1 将规格都是“220 V 180 W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯,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.电冰箱产生的热量最多
B.电脑产生的热量最多
C.电热毯消耗的电能最多
D.通过三者的电流做功一样多
例2 下列用电器主要利用电流的热效应工作的是( )
A.电饭煲 B.电视机
C.洗衣机 D.油烟机
考向2 探究影响电流热效应的因素
例3 研究电热与哪些因素有关的装置如图所示,两个烧瓶内装有煤油,瓶塞上各插一根玻璃管,瓶内各装一根阻值不同的电阻丝R甲和R乙,将两根电阻丝串联在电路中。
(1)烧瓶内装的是比热容小的煤油而不是水,优点是 。
(2)闭合开关,一段时间后甲烧瓶内玻璃管中的液面上升得更高,则两电阻丝的电阻大小关系是R甲 (填“>”“<”或“=”)R乙。
课标要点二电流热效应的应用
例4 电热桌垫在冬天很受欢迎(如图甲所示)。某校综合实践活动小组的同学要探究它的原理,查看说明书后发现:该电热桌垫由8 V电源供电,发热部分由R1和R2组成,调温挡有关、低温、高温三挡。已知图乙和图丙中R1均为6 Ω,R2均为2 Ω。
(1)若按图乙所示电路,当S1闭合、S2断开时,电热桌垫处于 (填“关”“低温”或“高温”)挡。
(2)在图乙电路中,该电热桌垫消耗的最大功率是多少
(3)在图乙电路中,当电热桌垫处于低温挡时,求10 min内电路产生的热量。(不考虑温度的变化对电阻的影响)
解:(2)在图乙电路中,当S1、S2均闭合时,电热桌垫消耗的功率最大,P==32 W。
(3)在图乙电路中,开关S1闭合、S2断开时,电热桌垫处于低温挡,10 min内电路产生的热量:
Q=×10×60 s=4 800 J。
(4)若该电热桌垫实际电路如图丙所示,当电热桌垫处于高温挡时,开关S1闭合,开关S2 (填“断开”或“闭合”)。
课堂练习
概念理解与迁移
1.小乐猜想:“电流通过导体产生热量的多少可能跟电流、电阻和通电时间有关”。于是他设计了装置①和②(如图所示),先将电阻丝(R1A.探究电流产生的热量与电流大小的关系,可比较气球甲、乙的体积变化
B.探究电流产生的热量与电阻大小的关系,可比较气球丙、丁的体积变化
C.装置①和②同时实验,通电相同时间后,体积变化最大的气球是丙气球
D.装置①和②同时实验,通电相同时间后,体积变化最大的气球是甲气球
2.探究电流通过导体时产生热量的多少(电热)与什么因素有关的实验装置如图所示。两个相同烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油,煤油中都浸泡着一段金属丝,甲烧瓶中金属丝电阻较大,乙烧瓶中金属丝电阻较小。下列说法不正确的是( )
A.实验时选用煤油而不是水,是因为煤油的密度小
B.通过观察煤油升高的温度高低可判断产生电热的多少
C.将甲、乙两金属丝串联,是为了控制电流和通电时间相同,研究电阻对电热的影响
D.实验时甲瓶中煤油温度升高得多,说明在其他条件相同时,电阻越大,电热越多
3.焦耳定律是电学史上的重大发现。焦耳研究电流通过导体产生的热量和电流大小关系的实验装置如图所示,电阻R1、R2由粗细均匀的金属丝缠绕在玻璃棒上制成。接通电路,1 h后记录数据,再改变R2的阻值,重复实验。下表是焦耳实验时获得的部分数据。
实验组别 1 2 3 4
自制电流表读数 0.43 0.92 2.35 2.73
1 h后水温升高值/℃ 1.2 4.7 39.6
(1)实验中,电阻R1 和电阻R2的连接方式是 。
(2)结合数据,判断表中“ ”的值最接近 (填字母)。
A.5 B.15 C.30 D.45
(3)焦耳在实验中测得导体产生的热量远小于理论值,若要减小两者的差值,可以如何改进实验装置 (列举一点即可)。
4.学习了电学知识后,某科学兴趣小组开展“制作电热水壶”的项目化学习。
【项目任务】制作一款电热水壶。
小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下。
容积:1 L。
功能:①加热;②保温。
性能:能在7 min内将1 L水从20 ℃加热到100 ℃(不计热量损失)。
【方设计】为实现上述功能,同学们利用两个不同阻值的电阻(R1【答】如答图所示
【器材选择】若该壶是按照方一设计的,根据项目任务中的性能要求,选择的加热电阻阻值最大为多少 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
【答】方一,选择的加热电阻阻值最大为60.5 Ω。
【方反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全,从安全角度提出一条设计建议: 。
【项目制作】……
能力沉淀与升华
5.用图甲电路研究电热与电流的关系,若要比较不同设定电流值时的电热多少,调节电流大小过程中,电热丝已经开始加热,因而会影响实验的准确性。为解决这一问题,小明设计图乙电路进行研究。
图乙中电路包括调试电路和实验电路,R1 和R2是阻值都为20 Ω的电热丝,R2放置在装有煤油的保温容器中。实验时通过调试电路,使电热丝R2在调试过程中不发热。实验步骤如下:
①用数字温度计测量并记录装有R2的保温容器内煤油的温度。
②将开关S与“1”连接,调节滑动变阻器,直至电流表示数为0.2 A。
③将开关S拨至“2”,使R2工作50 s,断开开关S,测量并记录 。
④再将电流值分别设定为0.3 A、0.4 A、0.5 A、0.6 A,重复上述步骤。记录相关数据,并计算每次升高的温度Δt(Δt可反映电热的多少),整理Δt、I2的数据如图丙所示。
(1)将步骤③补充完整。
(2)在图丙中画出Δt与I2的关系图像。
【答】如答图所示
(3)小明想改变电热丝阻值,用上述实验中设定的电流值,继续研究电热与电流的关系:保持R1 不变,将R2更换为30 Ω的电热丝,重复上述步骤。他的做法是否合理,说明理由: 。
