第十五章 电功与电热 第13课时 学案

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第13课时 “电功和电热”复习（二）
预习目标
1．知道电流的热效应，知道一般电热器的工作原理及其应用．
2．理解焦耳定律、公式及适用条件，会对一些家庭电热器进行简单的计算．
3．知道家庭电路的组成，知道家庭电路中电流过大的原因及熔丝的作用．
4．知道安全用电常识．
知识梳理
例题精讲
例1 三个电阻R1、R2、R3串联在电路中，在相同时间内产生的热量之比为1：2：3．当把它们并联在电路中时，相同时间内产生的热量之比Q1'：Q2'：Q3'＝_______．
提示：电流通过纯电阻产生的热量等于电流做的功．由前面总结的比例关系，在串联电路中，Q1：Q2：Q3 ＝R1：R2：R3＝1：2：3；在并联电路中，Q1'：Q2'：Q3'＝：：＝：：＝6：3：2．
解答：6：3：2
点评：当两个电阻并联时，Q1：Q2＝R2：R1＝：．多个电阻并联时规律也如此．
例2　如图所示是一条电热毯电路的示意图．R0是发热电阻丝，R是
串联在电路中的电阻，S是控温开关．电热毯铭牌上有标有“220 V　 40 W”
字样．求：（不考虑温度对电阻值的影响）
(1)要使电热毯处于低温挡，开关S应处于什么状态？
(2)发热电阻丝R0的阻值多大？
(3)当电热毯处于低温挡时，电路中的电流为0.1 A，则在10 s内电阻丝R0产生的热量是多少？
提示：(1)由Q＝I2Rt可知，要使电热毯处于低温挡，通过电热毯中发热电阻丝R0的电流应变小，即电路中电流要小．由欧姆定律I＝可知，当电源电压不变时，电路中总电阻最大，总电流最小，所以开关S应处于断开状态．
(2)从铭牌读出额定电压、额定功率，并用公式R＝计算电阻大小，这是电学中常用到的解题思路．
解答：(1)要使电热毯处于低温挡，开关S应处于断开状态．
(2)电热毯铭牌上标有“220 V 40 W”字样，其中200 V是额定电压，40 W是额定电功率．
(3)Q＝I2Rt＝(0.1 A)2×1 210 ΩX10 s＝121 J．
点评：知道电热毯处于低温挡时，相同时间内电热毯产生的热量少，电路中的电流小，是解答第(1)小题的关键．
例3 某电热毯只有一个挡位，使用不方便．小明想用一电阻丝作为发热体与其串联，将它改造成有两个挡位的电热毯．已知原电热毯的额定电压为220 V，为了测定它的额定功率，小明把它与一个标有“220 V 25 W’’的灯泡串联在家庭电路中（如图甲所示），电压表的示数为176 V．求：（电源电压恒为220 V，不考虑温度对电阻阻值的影响）
(1)原电热毯的额定功率多大？
(2)为了使改造后的电热毯（如图乙所示）在低温挡时的总发热功率为原电热毯额定功率的，小明需要一个阻值多大的电阻丝？（保留一位小数）
(3)改造后的电热毯，在低温挡时工作10 min，R0消耗多少电能？
提示：由于电热毯电阻是不变的，故可根据串联灯泡的实际电压与电源的关系求出电热毯的电阻，从而根据P＝求出电热毯的额定功率；根据P实＝，即R总＝，进而根据串联电阻的特点求出Rx；电流经过电热毯消耗的电能全部转化为热量，故可根据焦耳定律Q＝I2Rt求出低温挡时R0消耗的电能．
点评：在求解额定功率与实际功率时，要根据题意合理地选择公式，如P＝UI＝＝I2R等，公式的正确选择会给解题带来方便，因此要注意审题，找到已知条件，采用分析法来求解．
例4　人们的工作、学习和生活都离不开电，树立安全用电的意识十分重要．下列做法中，不符合安全原则的是 ( )
A．使用测电笔时，手按住笔尾金属体，用笔尖接触被测导线
B．家用电器的金属外壳要接地
C．用湿布擦正亮着的台灯灯泡
D．发现家用电器或导线失火时，必须先切断电源，然后再救火
提示：测电笔是由两个金属电极、氖管、弹簧和一个高阻值电阻组成的．使用测电笔时，手按住笔尾金属体，用笔尖接触被测导线，当被测导线是火线时，火线、测电笔、人体与大地之间构成一个回路，这时电路中有微弱的电流通过，使氖管发光，但人体不会触电，故A选项符合安全用电原则；若家用电器漏电，则将它的金属外壳接地时，它带的电就会通过接地线流走，人碰到它也不会有电流通过人体，就能避免触电事故的发生，故B选项也符合安全用电原则；由于含有杂质的水是导体，所以C选项不符合安全用电原则；D选项符合安全用电原则．
解答：C
点评：随着人们生活水平的日益提高，家用电器越来越多，与任何事物一样，电也具有两面性，树立安全用电意识十分重要．为了安全用电，除电器安装要符合技术要求之外，还要做到不接触低压带电体，不靠近高压带电体，不弄湿用电器，不损坏电气设备中的绝缘部分．
例5　在安装家庭照明电路的实验活动中，为检测电路的安装是否正确，在接通电源前将火线上的保险丝取下，换成一个额定电压为220 V、额定功率为100 W的普通白炽灯L（检验灯）．先闭合开关S，再进行如下操作，如图所示．
(1)当只闭合开关S1时，检验灯L发光较暗，则该支路_______（有故障／无故障）．
(2)当只闭合开关S2时，检验灯L正常发光，则该支路发生_______故障，
提示：(1)由图可以看出，正确的照明电路中，火线和零线是不相连接的．闭合总开关S后，当只闭合开关S1，开关S2断开时，检验灯L和灯泡L1是串联在电路中的，根据串联电路的分压原理，检验灯L两端的实际电压小于它的额定电压220 V，所以检验灯发光较暗，说明该支路无故障；没有发生短路或断路现象，若该支路发生短路，则检验灯应为正常发光；若该支路发生断路，检验灯L应不亮．
(2)闭合总开关S后，当只闭合开关S2，开关S1断开时，检验灯L和灯泡L2串联在电路里，而此时检验灯L正常发光，其两端的实际电压就是它的额定电压，所以灯泡L2短路，即L2支路发生短路．
解答：(1)无故障　　(2)短路
点评：如何检测电路中是否存在故障，是家庭电路的重点之一，本题提供了一种方法．解答此类型题，有部分同学感到困难，是因为没有根据题意看懂家庭电路图或根据题意画出电路图．在实际生活中，如果有足够的、合适的保险丝，也可以直接将保险丝接上，如果保险丝熔断了，说明电路短路．
例6　在“探究影响电流热效应的因素”的活动中，海洋同学为了探究通电导体电阻的大小对产生热量多少的影响，设计的正确方案：选择两个阻值_______（相等／不等）的电阻丝，控制通过两个电阻丝的电流_______（相等／不等），通电时间相等，比较所产生热量的多少，于是他找来两段材料、粗细相同，长短不同的电阻丝分别绕制成两个外形相同，长度不同的电阻罔串联在电路中，同时将火柴棒分
别插入两个电阻圈中，如图所示．他想通过火柴被点燃的
先后来比较产生热量的多少．当电路接通后，他发现两根
火柴几乎同时被点燃，于是得到电阻大小对产生热量的多
少没有影响的结论，你根据掌握的知识，判断他的结论是
_______（正确／错误）的，请分析他实验时火柴被同时点
燃的主要原因是_____________________________________．
提示：电流产生热量的多少与电流的大小、电阻的大小和通电时间有关，因此在探究电热与电阻大小的关系时，应采用控制变量法，使通电时间和电流大小保持相等，取电阻值不同的电阻；由于线圈的外形相同，材料相同．把火柴头分别放置在不同的线圈上时，火柴头与各线圈接触的面积是相同的，即接触线圈的电阻相同，又由于是串联，因此电阻丝与两火柴接触点处产生的电热相同，所以通过火柴头同时被点燃不能说明电阻大小与产生热量多少的关系．
解答：不等　相等　错误　电阻丝与火柴接触点处产生的电热相同（或相同长度的电阻线产生的电热相同；或电阻丝与火柴接触点处温度相同；或整个电阻丝产生的电热没有全部给火柴加热等）
点评：将电阻丝放出电热的多少转化为火柴被点燃的先后，是探究“焦耳定律”常用的一种转化方法，大多数同学对此耳熟能详，但本题恰恰在同学们“最熟悉”、“最没有问题的地方”设置问题，引发同学们对“转化的正确性”进行分析、判断，本题既考查了同学们对“转化法”掌握的水平，也通过试题对同学们进行了更高层次的科学方法的教育，丰富了同学们探究的经历，有利于探究素质的提高．
热身练习
1．家庭照明电路的电压为_______V；电灯与电灯之间是_______（串联／并联）的；电能表是用来测量_______的仪表．
2．大量事实表明，不高于_______V的电压才是安全电压，当因出汗或其他因素导致双手潮湿时，人若接触较高的电压，发生危险的可能性_______（变大／变小），这是因为此时人的电阻明显_______（变大／变小）．
3．小明想在家里安装一盏照明灯，如图所示是他设计的电路图，请你帮他在图中的虚线框内填入开关和电灯的符号．小明请电工师傅正确安装完毕，闭合开关，电灯不亮，电工师傅用测电笔分别测试电灯两接线柱和插座的两孔时，测电笔的氖管都发光，则电路的故障为_________________________________________________．
4．如图所示，这个人发生触电事故的原因是_____________________．要避免此事故应采取的有效措施是_____________________．
5．小洁家购买了一台电饭锅，在使用时闻到橡胶的焦糊味，用手摸其电源线发现很热，而其他用电器仍正常工作．请你用所学的物理知识帮小洁分析一下，发生这一现象的 原因是 ( )
A．电压太高 B．导线太粗 C．导线太细 D．导线太短
6．当温度降到很低时，某些金属的电阻会突然消失，这种现象称为超导现象．假如所有导体都没有了电阻，当用电器通电时，下列说法中正确的是 ( )
A．白炽灯仍然能发光 　　　　　　　 B．电动机仍然能转动
C．电饭锅仍然能煮饭 　　　　　　　D．取暖器仍然可以发热
7．小明买来新的三线插座，在更换插座时，他发现自己家的老式楼
房里没有安装地线．小明认为，零线在户外就已经和大地相连，
把图中A孔与B点连接起来，就可以将A孔接地了．如果按小明
的说法连接，当C点出现断路时，将带有金属外壳的用电器接入
插座后，带来的安全隐患是 ( )
A．用电器开关闭合时，外壳会带电，人接触外壳易触电
B．用电器开关闭合时，会短路，造成电流过大，引起火灾
C．无论用电器开关是否闭合，外壳都会带电，人接触外壳易触电
D．用电器外壳无法接地，当用电器绝缘部分破损或潮湿时，外壳才带电，人接触外壳易触电
8．如图甲是王璇家一台快速电热水壶，铭牌如图乙所示．为了测量它烧水时的实际功率，王璇和她父亲合作进行了如下实验：关掉家里所有用电器，将该电水壶装了0.6 L、20℃的水，接入家庭电路中，闭合壶的开关，测得壶中的水从20℃上升到100℃所用的时间是3.5 min，同时观察到家中电能表（如图丙所示）转过的转数正好为90 r．请根据相关信息，求：
(1)电热水壶中水的质量．
(2)电热水壶中水吸收的热量．
(3)电热水壶烧水的实际功率．
(4)电热水壶加热的效率．
9．南京市某实验学校科技小组的同学制作了一个三挡位的“小小电热宝”，如图所示，R1、R2都是发热电阻，电源电压保持36 V不变．
(1)当S1闭合，S2接a时为中温挡，电热宝的功率为18 W，求R1的阻值是多少？
(2)当S1闭合，S2接b时为高温挡，电热宝的功率为45 W，求电路中的总电流和R2的阻值各是多少？
(3)电热宝在低温挡时，开关S1和S2各处于什么状态？
参考答案
1．220　并联 电能　2．36　变大 变小　3．如图所示　进户线的零线断路
4．冰箱外壳带电（或冰箱外壳与火线连通） 把冰箱外壳接地 5．C 6．B　7．A
8．(1)0.6 kg　(2)201600 J　(3) 960 W　(4)93.3%　
9．(1)72 Ω　(2)1.25 A 　48Ω　(3)开关S1断开，S2接a
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