2020浙教版科学九年级上册冲刺重高讲义（十八）：电热器（含答案）

一、焦耳定律
1.
电流的热效应
(1)1840年，英国物理学家焦耳通过大量实验最先确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系．为了纪念他的贡献，将他的名字命名为能量的单位．
(2)定义：电流通过导体时电能转化为内能的现象．
2.
焦耳定律
(1)内容：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
注：纯电阻电路Q＝W＝UIt＝U2t/R＝I2Rt，非纯电阻电路W>Q(含有电动机的电路)．
3.
电热的利用与防止
(1)利用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等．
(2)防止：散热窗、散热片、散热孔、电脑的微型风扇等．
二、电热器
电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。其优点：①清洁卫生，②热效率高，③方便调控，缺点是非加热用电器工作时也产生热量。
(1)电路中挡位问题解决思路
多挡位问题的实质是判断电路总电阻的大小．对于家庭电路，在不同挡位时总电压不变(220
V)，根据P＝U2/R(知，总电阻最小时，总功率最大，用电器处于高温挡；总电阻最大时，总功率最小，用电器处于低温挡．
常见的三种挡位问题
电路图
低温挡
S闭合、S1断开，R1、R2串联，R总＝R1＋R2
S闭合、S1断开，只有R2接入电路，R总＝R2
S接a端，R1与R2串联．R总＝R1＋R2
高温挡
S、S1都闭合，只有R1接入电路，R总＝R1
S、S1都闭合，R1与R2并联，R总小于R1、R2中的最小值
S接b端，只有R2接入电路中，R总＝R2
例1、如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一温度计．请回答下列问题：
（1）合上开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过
反映出来的；
（2）采用这种连接方式的目的是
；
（3）实验采用煤油而不用水的原因是
。
例2.为了探究电流产生的热量跟什么因素有关系，小乐设计了如图1所示的甲、乙两装置．他将两段阻值不同的电阻丝（R1＜R2）分别密封在两个完全相同的烧杯中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变．
（1）甲装置可探究电流产生的热量与
是否有关．
（2）在这个实验中，电流产生热量的多少是通过
体现出来的，像这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫
?A．控制变量法
B．等效替代法
C．转换法
D．类比法
（3）在装置甲、乙的两次实验中，比较相同时间里气球A与C体积变化情况可探究电流产生的热量与
有关．
（4）若甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，A、B、C、D四个气球胀大的程度从大到小的排列顺序是
。
例3、电压力锅集高压锅和电饭锅于一体，既安全又节能，某品牌的电压力锅（如下图）的铭牌如下表所示。其工作原理如图所示，A为密闭锅体，R1、R2分别是主加热器和保温加热器，L是用来指示电压力锅保温状态的发光二极管（电阻忽略不计），S1为电源开关。闭合开关S1后，电路通过R1对电压力锅加热，当锅内水温达到105℃时，锅体向下移动，压力开关S2与触点a断开，与b点接通，电路通过R2对电压力锅保温。求：
（1）电压力锅正常加热工作时，通过加热电阻R1的电流是多大？
（2）电压力锅进入保温状态时，家庭电路电压发生变化降为198V，此时保温电阻R2消耗的实际电功率是多大？
（3）用该电压力锅对2kg、20℃的水正常加热到69.5℃，电压力锅加热的时间是多少？已知消耗的电能有90%被用来给水加热。（水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）。
1．下列用电器工作时，电能的转化与其他三种不同的是（　　）
2．下列常见电器中不是利用电流热效应工作的是(
)
3．下列电器接在照明电路中，正常工作时，通过电器的电流最接近5安的是
(
)
4．将规格都是“220V
100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是(
)
A．三个用电器产生的热量一样多
B．电风扇产生的热量最多
C．电视机产生的热量最多
D．电烙铁产生的热量最多
5．如图所示，在四个相同的水槽中盛有质量和温度都相同的水，现将电阻丝R1、R2（R1＜R2），分别按下图所示的四种方法连接放入水槽，并接入相同的电路．通电相同时间后，水槽中水温最高的是（　　）
A．
B．
C．
D．
6．下列关于如图所示实验的说法中错误的是（
）
A.
该实验研究的是电流的热效应?
B.
实验中采用了控制变量法
C.
观察实验现象可知：在其它条件相同时，电阻越大产生的热量越少
D.
实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热
量的多少
7．如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析正确的是（　　）
A．甲、乙两次实验都应用了控制变量法
B．甲实验通电一段时间后，右侧容器内空气吸收的热量更多
C．乙实验时为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小
8．如图，甲、乙两透明密闭容器中都有一段电阻丝，内有质量相等的空气，U形管中液面高度的变化可以反映密闭容器中空气温度的变化。
（1）此实验是为了研究电流产生的热量与
的关系，将此装置接到电源两端，通电一段时间，电流在
容器中产生的热量较多。
（2）在电路中串联一个滑动变阻器，再接入原电路，可以探究电流产生的热量与
的关系。
9．小明和小红想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”。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻比较小；烧瓶中B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。
（1）经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过　　　　　　反映出来的。
（2）小红问小明“水比较容易获得，为什么不用水代替煤油？”对于这个问题，小明与他的同学给出了下列四种答案，你认为合理的是　　　　　。
A.
因为煤油有颜色便于观察　　　　B.
因为煤油有比较大的热值
C.
因为煤油有比较小的密度　　　　D.
因为煤油有比较小的比热容
（3）实验时，将铜丝和镍铬合金丝串联接入电路中，这是为了控制　　　　　　相同。
（4）实验中，小明和小红发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越____，产生的热量越多。
型号
LZJ620
额定电压
220
V
加热功率
220
W
保温功率
20
W
10.如图甲所示，是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌．暖奶器具有加热、保温双重功能，当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态，连接触点2和3时为保温状态，连接触点3和4时为加热状态．(温馨提示：最适合宝宝饮用的牛奶温度为40
℃)
(1)求电阻R2的阻值；
(2)把400
g牛奶从20
℃加热到40
℃，求牛奶所吸收的热量[c牛奶＝4.0×103
J/(kg·℃)]；
(3)如图乙所示，是暖奶器正常加热和保温过程中温度随时间变化的图像，求暖奶器在加热过程中的热效率．(结果保留到小数点后一位)
甲
乙
11.
某电热砂锅的简化电路如图甲．R1、R2为发热电阻，S为旋转型开关，a、b、c、d为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”、“高挡”之间的转换，工作时先用高挡加热锅内汤料到沸腾，再用低挡持续加热食物，使食物“汤浓味鲜”．
(1)高挡加热时，开关S应旋至触点________(选填“ab”“bc”或“cd”)位置．
(2)某次烹饪一共用时6小时，电功率与加热时间的关系如图乙所示，则本次烹饪共消耗多少电能？
发热电阻R1和R2的阻值分别为多少？
(4)生活中，有时也会选择电压力锅烹饪，因为电压力锅煮熟相同质量的同种食物，通常比电
热砂锅更省电．请你从能量利用率的角度，结合所学知识对电压力锅能省电作出简要的解释．
1．小明利用电能表测量某一家用电器的电功率，当电路中只有这一个用电器连续工作时，测得在1h内消耗的电能为0.8kW?h，那么这一个用电器可能是（　　）
A．家庭电扇
B．笔记本电脑
C．台灯
D．电饭锅
2.
如图所示在四个相同水槽中盛有质量和温度都相同的纯水，现将阻值为R1、R2的电阻丝(R13、某中学的科技研究小组，为“天宫一号”空间站的宇航员设计了如图所示的四种电加热水壶，其中设计合理的是（
）
4、家用电熨斗为适应不同衣料的熨烫，设计了调整温度的多挡开关．?使用时转动旋钮即可使熨斗加热到所需的温度．图是电熨斗的电路图．旋转多挡开关可以改变1、2、3、4之间的连接情况．现将开关置于温度最高挡，这时，1、2、3、4之间的连接是图5中的哪一幅（　
　）
A
B
C
D
5．同种材料制成的两个圆柱形导体甲、乙串联在电路中，如图所示，R甲又粗又长，R乙又细又短，R甲=R乙，通电一段时间后，不计热损失，比较甲、乙两导体升高的温度，正确的是（
）
A．甲导体的温度升高的多
B．乙导体的温度升高的多
C．甲、乙两导体升高的温度相同
D．条件不足，无法判断
6.小明想设计一种能反映并可调节温度高低的电热毯电路，其原理是：顺时针转动旋钮型变阻器触片，通过电热丝的电流增大，产热加快，温度升高，反映温度高低的“仪表”（电压表）示数变大。下列电路符合设计要求的是
(
)
7．为了探究“电流通过导题产生的热量跟什么因素有关”，某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置，已知所用蓄电池电压相等且保持不变，R1＜R2，装入烧瓶的煤油质量相等，下列有关此探究活动的各种表述，错误的是（　　）
A．在此实验中，电流通过导体产生热量的多少是通过温度计示数变化大小体现出来的
B．甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电阻是否有关
C．比较相同通电时间内a，c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关
D．在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多
8.
图甲是某同学家一台快速电热水壶，
为了测量它烧水时的实际功率，他与同学们合作进行了如下实验．关闭家里所有用电器，将该电水壶装了0.6
kg、
20
℃的水，接入家庭电路中，闭合电热水壶的开关．壶中的水从20
℃上升到100
℃所用的时间是4
min，同时现察到家中电能表转过的转数正好为90转．水的比热容c＝4.2×103
J/
(kg·℃)，图乙是该电能表的相关信息．求：
(1)电水壶工作时消耗的电能；
(2)电水壶烧水时的实际功率；
(3)电水壶加热的效率．
热风温度
50～75
℃
额定功率
热风时：990
W
冷风时：110
W
额定电压
220
V
质量
0.5
kg
9.
小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表．电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：
(1)电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？
(2)电热丝工作时的电阻是多大？
(3)电吹风内电动机的电阻是1
Ω，电吹风吹冷风30
min产生的热量是多少？
10.
如图甲是某工厂的水平传送带上产品运输及计数器的示意图．S为激光光源，能连续发射粗细忽略不计的激光束；R为光敏电阻，当有激光照射时，其阻值较小．无激光照射时，其阻值较大．每当水平传送带上的产品和传送带一起匀速通过S与R之间时，射向光敏电阻的激光被产品挡住，通过电压表测出光敏电阻R两端电压随时间变化的规律如图乙所示．已知计数器的电源电压为3
V，保护电阻R0＝200
Ω.若水平传送带上的产品均是边长a＝0.1
m、质量m＝2.5
kg的实心正方体，求：
(1)产品的密度；
(2)产品对传送带的压强；
(3)传送带传输产品的速度；
(4)计数器工作1
min，光敏电阻R在有激光照射时消耗的电能．
参考答案
例1、（1）温度计升高的温度（2）控制通过的电流和通电时间相同；
（3）煤油的比热小，吸收相同热量，能升高较高的温度，现象明显。
例2.（1）电阻
（2）气球胀大程度
C
（3）CDBA
例3、（1）由P=UI得电压力锅正常加热的电流：I1=
P1/
U=1100W/220V=5A；
（2）由P=
U2/
R2
得：R2=
U2/
P2=(220V)
2/20W=2420Ω，电饭锅实际消耗的电功率：
P实=
U2/
R2=(198V)2/2420Ω=16.2W；
（3）水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）
由加热消耗的电能90%被水吸收有：Q吸=0.9W电，
根据W=Pt得加热时间：
t=
W/
P=
Q吸/90%P加热=
cm△t/90%P加热
=4.2×103J/(kg?℃)×2kg×(69.5℃-20℃)/
90%×1100W=420s．
1．D
2．B
3．B
4．D
5．D
6．C
7．C
8．电阻
乙
电流
9．（1）温度计的示数（2）D（3）通过电阻的电流和通电时间（4）大
10.解：(1)电路处于保温状态时，只有R1工作；处于加热状态时，R1与R2并联工作，P2＝P加热－P保温＝220
W－20
W＝200
W
R2＝＝＝242
Ω
(2)Q吸＝c牛奶m(t－t0)＝4.0×103
J/(kg·℃)×0.4
kg×(40
℃－20
℃)＝3.2×104
J
(3)由图像可知，t1＝200
s
W＝P加热t1＝220
W×200
s＝4.4×104
J
η＝×100%＝×100%≈72.7%
11.
(1)cd
解：(2)W高＝P高t高＝0.44
kW×1
h＝0.44
kW·h
W低＝P低t低＝0.1
kW×5
h＝0.5
kW·h
W＝W高＋W低＝0.44
kW·h＋0.5
kW·h＝0.94
kW·h
(3)高挡加热时，R1＝＝＝110
Ω
低挡加热时，R1＋R2＝＝＝484
Ω
所以R2＝484
Ω－110
Ω＝374
Ω
(4)电压力锅锅内气压大，所以水的沸点高，食物在高温下容易熟，可以减少用电时间；加热时间短，散失到空气中的热量少，能量利用率高，所以更省电．
1．D
2.
D
3、D
4、A
5．B
6、D
7．D
8.
解：(1)电热水壶工作4
min消耗的电能：W＝
kW·h＝0.06
kW·h＝0.06×3.6×106
J＝2.16×105
J
(2)电热水壶烧水的实际功率：P＝＝＝900
W
(3)水吸的热量：Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103
J/(
kg·℃)×0.6
kg×(100
℃－20
℃)＝2.016×105
J
电热水壶加热的效率：η＝×100%＝×100%≈93.3%
9.
(1)当开关只接触B时，电吹风吹冷风
通过电动机的电流I＝＝＝0.5
A
(2)当开关同时接触A、B时，电动机和电热丝都工作
电热丝的功率P丝＝P热－P冷＝990
W－110
W＝880
W
电热丝的电阻R丝＝＝＝55
Ω
(3)根据焦耳定律可知：电吹风吹冷风30
min产生的热量
Q＝I2Rt＝(0.5
A)2×1
Ω×30×60
s＝450
J
10.
解：(1)产品的体积：V＝a3＝(0.1
m)3＝0.001
m3
产品的密度：
ρ＝＝＝2.5×103
kg/m3
(2)
产品与传送带的接触面积：
S＝a2＝(0.1
m)2＝0.01
m2
产品对传送带的压力：F＝mg＝2.5
kg×10
N/kg＝25
N
产品对传送带的压强：
p＝＝＝2
500
Pa
(3)传送带传送产品的速度：
v＝＝＝＝0.5
m/s
(4)R0两端电压：
U0＝
U－U2＝3
V－1
V＝2
V
有激光照射时电路中的电流：
I＝＝＝0.01
A
光敏电阻R在有激光照射时消耗的电能：W＝U2It＝1
V×0.01
A×40
s＝0.4
J
2020浙教版科学九年级上册“冲刺重高”讲义（十八
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电热器