《焦耳定律》同步练习
1.下列用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )
A.电视机 B.电热毯 C.电风扇 D.电脑
2.如图所示是研究电流热效应的部分实验电路,甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小,下面关系中正确的是 ( )
A.U甲=U乙,Q甲=Q乙 B.U甲Q乙
C.U甲U乙,Q甲3.电热丝R1、R2串联起来,接在电路中(如图所示)。若R1>R2,则先被点燃的火柴是 ( )
A.电热丝R1上的火柴
B.电热丝R2上的火柴
C.两电热丝上的火柴同时被点燃
D.无法确定
4.两个电阻R1和R2,且R1A.只用R1 B.只用R2
C.R1和R2串联 D.R1和R2并联
5.一根电热丝通电后,20min可将一壶水烧开,再取一根相同的电热丝,并将它们并联接在原来的电源上,需 min可将同样一壶水烧开。
6.有一电热水壶中装水2.5 kg,若温度由20℃升高到100℃,则水吸收的热量是 J;若消耗的电能是QJ,则水吸收的热量 QJ
(选填“大于”“等于”或“小于”)。
7.某电饭锅内有R0=44Ω、R=2 156Ω的两根电热丝,将它们接入电路。如图,当S分别置于“1”挡和“2”挡时, 挡是保温状态,当S接“2”挡时,电路中的电流大小是 ,通电100 s电路产生的热量是 J。
8.因为忙于中考复习,小丽已经很长时间没有打开过自己的电脑了,进入潮湿的夏季后,爸爸建议小丽定期给电脑通一会儿电。请你解释这样做的道理。
9.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 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 的大小。然后把它们分别接入相同的电路,发现在相同的时间内A管中的液柱比B管中的液柱上升迅速,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,这是因为 ,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)分别插入相同的甲、乙两瓶中并接入电路如图C所示,闭合开关,甲、乙两玻璃管中液柱高度如图D所示,由此得出关于电热的结论是 。
10.将光敏电阻R和定值电阻R0、电流表、电压表连接成电路,接在9 V的电源上,如图。光敏电阻阻值随光强变化关系见表:(“光强”是表示光强弱程度的物理量,符号为E,单位坎德拉,即cd)
光强/cd
1
2
3
4
5
6
光敏电阻R/Ω
36
18
12
9
7.2
6
(1)若电流表的示数增大,表示光强在 (选填“增大”“减小”或“不变”),电压表示数将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)由表中数据可知当光强E=2 cd时,电流表的示数为0.3 A,则定值电阻R0为多少?通电1 min,R0上产生的热量为多少?
(3)结合表中数据分析,当光强E=1.5 cd时,电流表示数是多少?
答案和解析
1.【答案】 B
【解析】本题考查电流热效应的应用。电流的热效应是指电流通过导体时电能转化成内能的现象,电热毯是利用电流热效应工作的。电视机、电脑主要是将电能转化为光能和声能,电风扇主要是将电能转化为机械能。故本题选B。
2.【答案】 C
【解析】本题考查通电导体产生的热量与哪些因素有关。由题意知R甲Q甲=I2R甲t,Q乙=I2R乙t,所以有U甲3.【答案】 A
【解析】本题考查电热的应用。两电热丝R1、R2串联,流过它们的电流相等,工作时间也相等,而R1>R2,根据公式P=I2R可知:P1>P2,所以电热丝R1上的火柴先被点燃。
4.【答案】 D
【解析】本题考查电热的有关计算。根据电阻越串越大、大于任何一个分电阻和电阻越并越小、小于任何一个分电阻可知,当两个电阻并联时总电阻最小;根据Q=W=t可知,两电阻并联时,电路的总电阻最小,相同时间内产生的热量最多。故选D。
5.【答案】10
【解析】本题考查了电热多少与通电时间的关系。将两根电阻丝并联后,电阻变为原来的,由公式Q=t可知,电压不变,放出相同的热量,加热时间变为原来的,即10分钟。
6.【答案】8.4×105 小于
【解析】本题主要考查物体吸热计算及电热的利用问题。水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×2.5 kg×(100℃-20℃) =8.4×105J;电热水壶将电能转化为内能,释放的热量大部分被水吸收,但也存在热量损失,所以水吸收的热量要小于消耗的电能。
7.【答案】1 5 A 1.1×105
【解析】本题主要考查电热器挡位及电热的计算。电源电压220 V保持不变,当开关接1时,两电阻串联,电路电阻很大,根据欧姆定律可知,电流很小,根据P=UI,可知电路功率较小,为保温状态;当开关接2时,电阻R被短路,且R0的阻值较小,则电路中电流较大,实际功率较大,为加热状态;当接2时,根据欧姆定律可以计算电路中电流的大小I===5 A,根据电热公式可以计算电路中产生的热量Q=I2Rt=(5 A)2×44Ω×100 s=1.1×105J。
8.【答案】利用电流的热效应,产生电热来驱潮。
【解析】本题考查了电热的利用。在潮湿的夏季,电脑长时间不使用,内部各元件表面容易附有小水珠,开机后可能造成短路,烧坏电脑。因此在潮湿的夏季,要经常通电一会儿,利用电流的热效应,产生热量驱潮。
9.【答案】(1)水的比热容大,温度难升难降 (2)①等质量 温度变化 气体传热本领比液体好 ②瓶内气压大于外部气压 抽气 ③电流和通电时间一定时,电阻越大,产生的热量越多
【解析】本题考查了焦耳定律的实验。(1)设想一是错误的,因为水的比热容大,吸收相同的热量后,温度升高得少;放出相同的热量后,温度降低得少;(2)①为了便于比较,两锥形瓶中的红墨水的质量应该是相等的。本实验采用了转换法,用玻璃管中液柱的高度变化来显示物体温度变化的大小。把它们分别接入相同的电路,发现在相同的时间内A管中的液柱比B管中的液柱上升迅速,说明A瓶中气体的导热能力比B瓶中液体的导热能力要好一些。②在塞橡皮塞时,瓶内气体的体积变小,压强变大,使瓶内的气压大于外部的气压,把红色墨水压入到玻璃管中。要使管内的液柱与瓶内液面相平,就要让瓶中的气压减小,可以用带有针头的注射器通过橡皮塞插入瓶内把瓶内的气体抽出一部分。③图C中的两个电热丝串联,电流相等,且同时通断电,加热相等时间后,甲、乙两玻璃管中液面如图D所示,甲管中的液面比乙管中液面上升得高,表明电阻丝放出热量的多少和电阻丝电阻值的大小有关,电阻越大放出的热量越多。可以得出的结论是电流和通电时间一定时,电阻越大,产生的热量越多。
10.【答案】(1)增大 减小 (2)12Ω 64.8 J (3)0.25 A
【解析】本题考查了光敏电阻的特点及电热的计算。(1)定值电阻、电流表、光敏电阻串联,电流表示数增大,则光敏电阻的阻值变小,由表格可知光强增大。电压表测量光敏电阻两端的电压,故电压表的示数减小。
(2)由表格可知当E=2 cd时, R=18Ω,
电阻R0与光敏电阻R串联,
则R总===30Ω,R0=R总-R=12Ω,
Q=I2R0t=(0.3 A)2×12Ω×60 s=64.8 J
(3)由表格可知光强与光敏电阻阻值成反比,当E=1.5 cd时,R=24Ω,
R总=R+R0=36Ω,则I===0.25 A
《焦耳定律》
【知识与能力目标】
1.知道电流的热效应.
2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.
3.了解电热在生产和生活中的应用
【过程与方法目标】
知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法.
【情感态度价值观目标】
通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学,勇于克服困难的信念.
【教学重点】
通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系,并确定研究方法及实验操作中各个环节应注意的问题。
【教学难点】
对焦耳定律的理解及焦耳定律在实际生活中的应用
1.多媒体课件。
2.实验器材：焦耳定律演示器、电流表、电源、开关、导线、滑动变阻器等。
一、创设情境
1、灯泡发光一段时间后,用手触摸灯泡,有什么感觉?为什么?
2、电风扇使用一段时间后,用手触摸电动机部分有什么感觉?为什么?
学生回答:发烫.是电流的热效应.
二、新课讲授
1、演示实验
介绍实验装置,在两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各装一根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高,体积膨胀,煤油在玻璃管里会上升,电流产生的热量越多,煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况,就可以比较电流产生的热量.
2、实验探究过程
第一次实验:两个电阻串联它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较大,甲瓶中的煤油上升得高.表明:电阻越大,电流产生的热量越多.
第二次实验:在两玻璃管中的液柱降回来的高度后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前次相同,两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度,第二交煤油上升的高,表明:电流越大,电流产生的热量越多.
第三次实验:如果加长通电的时间,瓶中煤油上升越高,表明:通电时间越长,电流产生的热量越多.
3、自学讨论 焦耳定律的有关内容
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟电阻成正比,跟通电时间成正比。(板书)
如果热量用Q表示,电流用I表示,电阻用R表示,时间用t表示,则焦耳定律可以用下面的公式表示: Q=I 2Rt。(板书)
公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J).
强调:电流对电热大小的影响更显著。
一、学生活动 [理论推导焦耳定律]
当电流做的功全部转化为内能时: Q = W
由于 W =UIt,U=IR 得
Q =W =I2Rt(板书)
讲授 电功与电热的关系
请比较电炉与电风扇的的工作特点(课件出示)
电功与电热的联系与区别
1.纯电阻电路中Q =W
2.非纯电阻电路中Q电热Q=I 2Rt
三、练习 利用焦耳定律解决问题
一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上,在5min内共产生多少热量.
解: I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
在一定的条件下,根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式如果电流通过导体时,其电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,也就是电流所作的功全部用来产生热量.那么,电流产生的热量Q就等于电流做的功W,即Q=W. W=UIt,根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt,
四、思考与讨论
为什么电炉接入照明电路后,能放出大量的热来,而与电炉连接的导线却不怎么热?
答:因为电线和电炉串联,通过它们的电流是一样的,而电炉的电阻比电线的电阻大的多,所以根据焦耳定律Q=I2Rt可知,在相同时间内电流通过电炉产生的热量比通过电线产生的热量大,因此电炉热而电线却不热。
五、小结
这节课你学到了什么知识?
六、课堂检测
1.电热器是利用电流的 制成的加热设备,是将 能转化为 能的过程,请你再写出两种常见的电热器:① ---- -- ;② ------------ 。
2、一只电烙铁的额定电压是220V,在额定电压下工作时的电阻是1210欧姆,它的额定功率是多大?在额定电压下通电10分钟产生多少热量?
3、小宇同学按如图所示的装置,研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油,温度计显示煤油的温度,两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,R甲>R乙。
①闭合开关后,通过两段金属丝中的电流是 。
②一段时间后,可观察到甲瓶中温度计的示数 (填“大于”、“小于”或“等于”)乙瓶中的温度计的示数。
③由上述实验可知,在电流和通电时间都相同时,导体电阻越大,产生的热量 。
4、在家庭电路中,导线相互连接的位置往往比别处更容易发热,加速老化,甚至引起火灾.这是为什么?
答:导线相互连接的位置电阻较___________,根据Q=__________可知:通电时间、电流一定时,_____________________________与导体的_____________成正比,所以在家庭电路中,导线相互连接的位置往往比别处更容易发热,加速老化,甚至引起火灾.
5.电热既有有利的一面,也有有害的一面,要防止它造成的危害,你能各举两例吗?
略。
课件24张PPT。 生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。电流通过导体时电能转化成内能，
这个现象叫做电流的热效应。电流的热效应 电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?想想议议电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?一、电流的热效应与什么因素有关结论1： 在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量就 。越多实验1：研究电热与电阻关系结论2：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个
电阻的电流越大，这个电阻产生的热量 。越多实验2：研究电热与电流关系1．内容： 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
2．公式：Q = I 2Rt?
3．单位：焦耳（J）二、焦耳定律1．在纯电阻电路中（如：电暖器，电饭锅，电炉子等），当电流通过导体时，电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，这样电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，
即Q = W = UIt = I 2Rt=Pt= 电能和电热关系2．在非纯电阻电路中，如当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：W＞Q热此时，只能用Q=I 2Rt（焦耳定律）来计算电热分析论证：电流热效应与电阻关系利用欧姆定律，可以推导出电流热效应与电阻的定量关系1.在串联电路中，由P=UI，U=IR，可以得出P= 。这个式子表明：电流相等时，在一定时间内，导体产生的
热量跟电阻成 。2.在并联电路中，由P=UI， ，可以得出P= 。这个式子表明：电压相等时，在一定时间内，导体产生的
热量跟电阻成 。I2R正比反比Q = I2Rt =(0.6 A)2×60 W×300 s
= 6 480 J 一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量?答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。解:例题一 有一电动机，它正常工作时的电阻为5Ω，电流为5A，正常工作的电压为220V，通电10min，电动机消耗的电能为多少？产生的热量为多少？有多少电能转化为机械能？解：消耗的电能：W= UIt =220V×5A×600s=6.6×105J 电热Q = I2Rt =(5A)2×5Ω×600s=7.5×104J转化为的机械能：E机=W－Q=6.6×105J －7.5×104J=5.85×105J答：电动机消耗的电能为6.6×105焦,产生的热量为7.5×104焦，有5.85×105焦电电能转化为机械能例题二 额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事? 答：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。想想议议1.电热的利用利用电热孵化器孵小鸡用来加热 电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。三、电流热效应的利用与危害1.原理：利用电流的热效应来工作的。2.核心部分：发热体，它是有电阻率大，熔点高的材料制成的3.电热器的电热和电功的关系因为电热器中消耗的电能只用来发热，所以电热Q=电功W1、电热器 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。2、电热的危害(1)列举两个生活或者生产中利用电流热效应的实例电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等(2)列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、电动机外壳有许多散热片 随堂练习 电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。课堂小结1.某导体的电阻是2Ω,通过2A的电流时，1min产生多少焦耳的热量？解：Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J若电流变为原来的2倍，其它条件不变，则电热是原来的_______倍4关于焦耳定律（电热）的计算练习题 随堂练习解：电饭锅是纯电阻电路所以，Q=W=Pt=450W×60s=27000J2.一只额定功率是450w的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生多少热量？ 3.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10min产生多少热量？解：因为电烙铁消耗的电能全部用来发热，所以Q=W=Pt=40W×10×60s=24000J 4.某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5A的电流时，每分钟可产生6.6×104J的热量。求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。解：∵ P=I2R∴ 6.在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是为什么？ 根据公式P=I2R可知，在电流相等时，电阻越大，电功率越大。导线相互连接的位置接触电阻比较大，因而电能转化为热的功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至引起火灾 答：
