13.4 电流的热效应(要点讲解+当堂检测+答案)

北师大版物理九年级上册同步学案
第十三章　电功和电功率
第四节　电流的热效应
要 点 讲 解
要点一　电流的热效应
1. 定义：电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫作电流的热效应。
2. 能量转化：在电流的热效应现象中，电能转化为内能。
3. 影响电流热效应的因素：电流大小、电阻大小、通电时间的长短。
经典例题1　利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。烧瓶中铜丝电阻小于镍铬合金丝电阻。
(1)实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察________________反映出来的。
(2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，A、B两烧瓶中需装入初温相同、质量________(选填“相等”或“不相等”)的同种液体。
(3)为了在较短时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水的主要理由是________。
A. 煤油有颜色便于观察 B. 煤油的密度比较小
C. 煤油的比热容比较小 D. 煤油的热值比较大
解析：(1)电阻丝产生热量的多少可以通过温度计示数变化反映出来，电阻丝产生热量的多少转化为温度计示数的变化，本实验应用了转换法。(2)A、B两烧瓶中需装入初温相同、质量相等的同种液体。(3)因为煤油的比热容比水的比热容小，相同质量的煤油和水比较，吸收相同的热量，煤油温度升高得多，用煤油做实验效果更明显，便于观察。
答案：(1)温度计的示数变化　(2)相等　(3)C
要点二　焦耳定律
1. 内容：电流通过导体时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. 表达式：Q＝I2Rt。
3. 单位：在国际单位制中，电热Q的单位是焦耳(J)；电流I的单位是安培(A)；电阻R的单位是欧姆(Ω)；时间t的单位是秒(s)。
4. 拓展：如果是纯电阻电路，则根据欧姆定律I＝可推知：Q＝UIt＝t。
经典例题2　如图为一台两档式电热水器的内部简化电路，S为温控开关，当S接a时电路中的电流为5A；当S接b时电路消耗的电功率为22W。求：
(1)R1的电阻；
(2)高温档时电路消耗的电功率；
(3)在低温档工作10min，电流通过R2产生的热量。

解：(1)当S接a时，电路为R1的简单电路，电热水器处于高温档位，根据欧姆定律可得：R1＝＝＝44Ω。
(2)高温档时电路消耗的电功率P高＝UI高＝220V×5A＝1100W。
(3)当S接b时，两电阻串联，电热水器处于低温档位，电路中的电流：I低＝＝＝0.1A，电路中的总电阻R总＝＝＝2200Ω，串联电路中总电阻等于各分电阻之和，R2＝R总－R1＝2200Ω－44Ω＝2156Ω，工作10min电流通过R2产生的热量Q2＝IR2t＝(0.1A)2×2156Ω×10×60s＝12936J。
点拨：在运用Q＝I2Rt求电热时，一定要结合欧姆定律及串、并联电路的规律进行综合分析，并注意单位的换算、各物理量都是针对同一导体而言。
要点三　电热的利用和防护
1. 电热的利用
利用电流热效应而制成的设备有：电饭煲、电烤箱等。
2. 电热负面作用的防护
在有的用电器中，由于电流产生的热使用电器的温度上升，当温度上升到一定程度而又未被散发出去时，会加速绝缘体和电子元件老化，甚至损坏电子元件。
解决办法：利用流动空气散热。如：电视机的后盖开散热孔；电脑安装风扇；电动机外壳上的皱褶可增大散热的面积。
3. 电热器：将电能转化为内能的设备，其主要组成部分是发热体，发热体选用电阻率大、熔点高的合金线制成。
经典例题3　关于电热的利用，下列说法中正确的是(　　　)
A. 电热对我们来说总是有利的
B. 电热对我们来说总是不利的
C. 电饭煲是利用电流热效应的原理制成的
D. 电视机工作过程中没有产生电热
解析：电热有有利的一面，如电暖器、电炉是利用电来加热的设备；也有有害的一面，如用电器的温度过高造成用电器的寿命缩短。各种用电器里都有电阻，只要电流通过电阻就会发热，电视机存在电阻，在工作过程中同样会产生电热。
答案：C
易错易混警示　易错判焦耳定律的适用范围
焦耳定律是计算电流通过导体时产生热量多少的定律。在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，除用公式Q＝I2Rt外，还可以用公式Q＝W＝Pt＝UIt＝t计算电热；在非纯电阻电路中，有电流通过时，电能除了转化为内能外，还转化为其他形式的能，此时电流产生的热量小于消耗的电能，即Q经典例题4　一电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。
(1)在求电动机正常工作1min所消耗的电能时，有以下两种不同的解法：
小明解：W＝UIt＝2V×0.8A×60s＝96J
小华解：W＝I2Rt＝(0.8A)2×1Ω×60s＝38.4J
你认为哪位同学做得对，请作出判断并说明理由。
(2)求电动机正常工作1min所转化的机械能是多少？
解析：W＝UIt是计算电功的基本公式，而W＝I2Rt只适用于纯电阻电路，题中电压是2V，电阻是1Ω，在纯电阻电路中电流不会是0.8A，即电路中对电流有阻碍作用的不仅是电阻，该电动机不是纯电阻用电器。电流做的功只能用公式W＝Pt＝UIt进行计算，电流产生的热量只能用Q＝I2Rt进行计算。
解：(1)小明做得对。因为电动机工作时，电能没有全部转化成内能，大部分电能转化成机械能，所以电动机工作时电功大于电热(或电动机的电流与电压、电阻之间的关系不满足欧姆定律)，计算时应选用公式W＝UIt。小华计算的是电路产生的电热。
(2)1min内这台电动机所转化的机械能W′＝W－Q＝96J－38.4J＝57.6J。
当 堂 检 测
1. 下列家用电器中，将电流热效应作为工作原理的是(　　)
A. 电视机 B. 电热水器
C. 抽油烟机 D. 电冰箱
2. 电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接的导线却不怎么热，主要是(　　)
A. 通过导线的电流小于通过电阻丝的电流
B. 导线的绝热皮隔热
C. 导线的电阻远小于电阻丝的电阻
D. 导线散热比电阻丝快
3. 下列措施中，属于利用电流热效应的是(　　)
A. 电视机的后盖有很多孔 B. 电饭锅的发热板装在底部
C. 与空调器相连的导线很粗 D. 电脑的主机中安装微型风扇
4. 在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中，为了比较两根不同的电阻丝放出的热量跟电阻的关系，实验时应该同时保持两根电阻丝的(　　)
A. 两端的电压和通过的电流相同
B. 电阻和通电时间相同
C. 通电时间和通过的电流相同
D. 两端的电压、通过的电流和通电时间相同
5. 三个电阻的阻值比为R1∶R2∶R3＝1∶3∶5，若把它们串联在电源上，在相同的时间内产生的热量之比为Q1∶Q2∶Q3＝ ，若把它们并联在同一电源上，在相同的时间内三个电阻产生的热量之比为Q1′∶Q2′∶Q3′＝ 。

第5题 第6题
6. 如图是小明探究“影响电流热效应因素”的部分实验装置图。通电一段时间后，两段完全相同的液柱从同一高度上升到图示位置，可知电阻 产生热量多，由此可以说明： 。
7. 小蕾把两段电阻不同的金属丝A、B(RA8. 如图甲所示，电源电压为6V且恒定不变，滑动变阻器R2的最大阻值是20Ω。闭合开关，滑动变阻器的PR图像如图乙所示，则R1＝ Ω；当滑片P滑至最右端时，电流表的示数为 A，通电10s，电流通过R1产生的热量是 J。
9. 如图所示的电路中，已知电阻R＝20Ω，滑动变阻器的最大阻值为20Ω，求滑片置于a端5min内和置于中点c处5min内电阻R产生的热量之比。
当堂检测参考答案
1. B 2. C 3. B 4. C
5. 1∶3∶5 15∶5∶3
6. R1 当电流和通电时间相同时，电阻较大的R1比电阻较小的R2产生的热量多
7. 电阻 热 增大 B
8. 10 0.2 4
9. 解：由公式Q＝I2Rt可得Q＝t，则Qa端∶Qc处＝×5×60s∶×5×60s＝∶＝3∶2。