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1、第 15 章电功和电热 15 3 电热器电流的热效应 要点 1 电热器 1 电流的热效应 导体中有电流通过时会发热 将电能转化为内能的现象 2 电热器 主要利用电流的热效应工作的装置 3 常见的电热器 电水壶 电热毯 电暖器 电熨斗 电烤箱等 要点 2 焦耳定律 1 内容 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比 与导体的电阻成正比 与 通电的时间成正比 这个规律叫焦耳定律 2 公式 Q I 2Rt I 通过的电流 R 电阻的阻值 t 通电时间 对于纯电阻电路有 Q 2 Q UIt 3 单位 电热 电功与电能单位相同 都是焦耳 J 4 焦耳定律与热量计算公式的异同点 名称不同之处相同之处 揭示
2、的规律不同能量转化形式 不同 计算公式 不同 单位相同均 是焦耳 J 研究的方法 相同 控制变 量法 焦耳 定律 通电导体产生的热量与导体 的电阻 导体中的电流与通 电时间的关系 电能转化为内 能 能的形式 发生改变 Q I 2Rt 热量 计算 公式 物体吸收或放出热量的多少 与物质的比热容 物体的质 量和升高或降低的温度的关 系 能的形式不 变 只是内能 的转移 Q cm t 5 电功与电热的区别与联系 对于纯电阻电路 工作时将电能几乎全部转化为内能 此时 W Q 对于非纯电阻电路 工作时仅有少量的电能转化为内能 所以 W Q 基础题系列 1 下列现象或装置 利用了电流热效应的是 电视机后盖
3、有许多小孔 电动机外壳上装散热片 长期不用的电视机隔段时间通电 一次去潮湿 白炽灯 电脑机箱里装有小风扇 电暧手宝 A B C D 答案 C 解析 电视机后盖有许多小孔是为把各电器元件产生的热量及时散失掉 故 不符合题意 电流通过电机产生的热量是有害的 电动机外壳上装有散热片可以用来散热 故 不符合 题意 家电长时间停用 隔一段时间应通电一次利用电热防止家电受潮 再次使用时被损坏 故 符合题意 白炽灯通电后发热发光 是利用电流的热效应工作的 故 符合题意 过多的热量会影响计算机的正常工作 机箱内有风扇 这都是为了散失热量 故 不符合 题意 电暖手宝将电能转化为内能 利用了电流热效应工作的 故
4、符合题意 2 2019 镇江 下列选项中 利用电流的热效应工作的家用电器是 A 油烟机B 电热毯C 洗衣机D 电风扇 答案 B 解析 A 油烟机工作时 主要把电能转化为机械能 不是利用电流热效应工作的 故A 错误 B 电热毯工作时 主要把电能转化为内能 是利用电流热效应工作的 故B 正确 C 洗衣机工作时 主要把电能转化为机械能 不是利用电流热效应工作的 故C 错误 D 电风扇工作时 主要把电能转化为机械能 不是利用电流热效应工作的 故D 错误 3 以下说法正确的是 A 焦耳定律反映了电能转化为内能的规律 B 电热器 变阻器都是根据电流的热效应制成的 C 功率大的用电器一定比功率小的用电器做的
5、功多 D 两个灯泡串联使用时 电阻大的灯泡产生的热量多 答案 D 解析 A 焦耳定律的内容 电流通过导体产生的热量与电流的平方 导体电阻的大小及通电时间 成正比 反应的是电流产生热量时的规律 故A 正确 B 变阻器是通过改变接入电路中的电阻丝的长度来改变电阻的 不是电流的热效应 故B 错 C 功率大的用电器 说明做功快 但不一定做功多 故C 错 D 两个灯泡串联 通过的电流相等 通电时间相等 由焦耳定律Q I 2Rt 可知 电流产生的热量 与导体的电阻成正比 故D 正确 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同一家庭 电路中 通电时间相同 下列说法正确
6、的是 A 三个用电器产生的热量相同B 电风扇产生的热量最多 C 电烙铁产生的热量最多 D 电视机产生的热量最多 答案 C 解析 因为U 220V 所以三种用电器的实际功率 P P 额 100W 又因为 W Pt 所以三种用电器消耗的电能相同 由于电视机将一部分电能转化为光能 电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能 电烙铁 将电能全部转化为内能 则产生热量最多的是电烙铁 5 甲 乙两个容积相等的电热水器 接在照明电路上 甲的电热丝阻值为121 乙的电 热丝阻值为72 6 将它们都放到盛满温度相同的冷水后接入家庭电路 通电6min 乙电热 水器中的水被烧开 则甲电热水器将水烧开需要的时间为 A 4
7、 min B 6 min C 8 min D 10 min 答案 D 解析 已知通电6min 乙电热水器中的水被烧开 即Q乙 2 乙 t 乙 Q甲 Q乙 Q甲 2 甲 t甲即 2 乙 t乙 2 甲 t甲 t 甲 甲 乙 121 72 6 6min 10min 故选 D 6 某电动机线圈的电阻为R 正常工作时两端的电压为U 通过的电流为I 则该电动机 工作时 输出的最大机械功率为 A UI B I 2R C UI I 2R D UI I2R 答案 D 解析 该电动机工作时的最大功率P UI 线圈消耗功率P圈 I 2R 所以输出的最大机械功率为P输出 P P圈 UI I2R 7 如图所示 有两根长
8、短 粗细相同但不同的材料制成的电阻丝 R1 R2 将 a b 接入 电路中时 通过足够大的电流 火柴棒甲 乙的情况是 A 甲先点燃B 乙先点燃C 同时被点燃D 无法判断 答案 A 解析 根据图示可知 两电阻串联 因此通过它们的电流相等 又 R1 R2 I1 I2 t1 t2 由 Q I 2Rt 可知 Q1 Q2 所以电阻 R1的温度高 故甲先被点燃 8 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 B U 甲Q乙 D Q 甲
9、 Q乙 答案 C 解析 由于两电阻丝串联 流过它们的电流I 相等 通电时间t 相等 由题意知 R甲 R乙 由 U IR 知 U甲 U乙 由 Q I2Rt 知 Q甲R2 则高挡 中挡 和低挡对应的电路图分别是 图 图和 图 选填 甲 乙 或 丙 答案 丙 乙 甲 解析 由图甲知 只有开关S0 S1闭合 此时只有电阻丝 R1接入电路中 由图乙知 只有开关S0 S2闭合 此时只有电阻丝 R2接入电路中 由图丙知 三个开关都闭合 此时两电阻丝R1 R2并联接入电路中 由题知 R1 R2 由并联电路的电阻特点知 三个电路的电阻 R 丙 R 乙P 乙 P 甲 所以高挡 中挡和低挡对应的电路图分别是丙 图
10、乙图 甲图 15 2018 扬州 如图所示 电源电压为6V 当 S1 S2闭合 S3断开时 电流表示数为 0 5A 则 R1的电阻值为 当 S1 S3断开 S2闭合时 电压表示数为3V 则通 过 R1的电流 A 电路的总电功率是W 通电 5min 电路中 R2产生的热量是 J 答案 12 0 25 1 5 225 解析 当 S1 S2闭合 S3断开时 电路为 R1的简单电路 电流表测通过R1的电流 由 I U R 可得 R1的阻值 R1 U I1 6V 0 5A 12 当 S1 S3断开 S2闭合时 R1与 R2串联 电压表测R2两端的电压 因串联电路中总电压等于各分电压之和 所以 R1两端的
11、电压 U1 U U2 6V 3V 3V 因串联电路中各处的电流相等 所以 电路中的电流 I I1 U1 R1 3V 12 0 25A 由 I U R 可得 R2的阻值 R2 U2 I2 U2 I 3V 0 25A 12 电路的总电功率 P UI 6V 0 25A 1 5W 通电 5min 电路中 R2产生的热量 Q I 2R 2t 0 25A 2 12 5 60s 225J 16 2018 盐城 在综合实践活动中 小明设计了一种电热饮水机电路 如图甲所示 R1 和 R2均为电热 丝 S2是自动控制开关 可实现 低挡 高挡 之间的转换 饮水机工作时功率随时间的关 系图像如图 乙所示 求 1 30
12、min 内电路消耗的总电能 2 饮水机工作时 通过电阻R1的电流 3 电阻 R2的阻值 答案 1 0 44kW h 2 2A 3 73 3 解析 1 由图乙知 高档功率 P 高 1100W 工作时间 t 高 20min 13h 低档功率 P低 440W 0 44kW 工作时间t低 10min 16h 由 P W t 可得 30min 内电路消耗的总电能 W 高 W低 P高t高 P低t低 1 1kW 13h 0 44kW 16h 0 44kW h 2 由图甲可知 当 S1 S2都闭合时 R1 R2 并联 电路中电阻较小 由 P U 2 R 可知 电功率较 大 为 高档 当 S1闭合 S2断开时
13、电路中只有 R1 电路中电阻较大 由 P U 2 R 可知 电功率较小 为 低 档 由 P UI 可得通过R1的电流 I1 P 低 U 440W 220V 2A 3 从 低档 到 高档 只是并联了R2 电源电压不变 R1的功率不变 则 R2的功率 P2 P 高 P低 1100W 440W 660W 由 P U2 R 可得 电阻 R2 的阻值 R2 U 2 P2 220V 2 660W 73 3 答 1 30min 内电路消耗的总电能为0 44kW h 2 饮水机工作时 通过电阻R1 的电流为2A 3 电阻 R2 的阻值为73 3 17 2019 盐城 新型电饭锅在煮饭时采用 高温 和 低温 两
14、种方式交替加热 其内部电 路如图 所示 R1和 R2均为电热丝 S1是温度自动控制开关 高 低温挡的额定功率见下表 煮饭 时 闭合开关S 电饭锅正常工作30min 消耗的电能为0 44kW h 求 1 煮饭时通过R1的电流 2 电热丝R2的电阻 3 30min 内 R2消耗的电能 答案 1 2A 2 73 33 3 0 22kw h 解析 电饭锅是利用电流的热效应工作的 当开关S S1均闭合时 电热丝 R1 R2并联 处于加 热状态 当闭合S 断开 S1时 处于保温状态 额定电压220V 额定 功率 低温挡440W 高温档1100W 1 由电路图可知 当闭合S 断开 S1时 电路为 R1的简单
15、电路 处于保温状态 根据 P UI 可知 通过R1的电流 I1 1 440 220 2A 2 当开关S S1均闭合时 电热丝 R1 R2并联 处于加热状态 电路中总功率等于各用电器功率之和 所以 R2的电功率 P2 P高温 P低温 1100W 440W 660W 根据 P 2 可知 R2 的电阻 R2 U 2 P2 220V 2 660W 73 3 3 由题意可知 该电饭锅在煮饭时采用 高温 和低温两种方式交替加热 电饭锅处于低 温档和高温档R1均工作 由 P W t 可得 R1消耗的电能 W1 P 低温t 0 440KW 0 5h 0 22 KW h 30min 内 R2消耗的电能 W2 W
16、 W1 0 44KW h 0 22KW h 0 22KW h 18 2019 宿迁 某电器厂设计了一种具有高 中 低温三挡的家用电火锅 该火锅产 品铭牌和电路 图如图所示 额定电压220V 额定功率高温档中温档低温档 880W 440W 220W 1 当开关 S1断开 S2接 a时 该电火锅选用 档工作 选填 高温 中温 或 低温 2 当电火锅使用中温档正常工作时 电路中电流是多大 接入电路的电热丝的阻值是多少 3 用电火锅高温档在额定电压下烧水7 分钟 电流做了多少功 若电热丝产生的热量全部被 水吸收 在 1 个标准大气压下 能使 1kg 初温为 20 的水升高多少 c 水 4 2 103J kg 答案 1 低温 2 当电火锅使用中温档正常工作时 电路中电流是2A 接入电路的电热丝的阻值是110 3 用电火锅高温档在额定电压下烧水7 分钟 电流做了3 696 10 5J的功 若电热丝产生 的热量全部被 水吸收 在1 个标准大气压下 能使1kg 初温为 20 的水升高80 解析 1 由图知 当 S1断开 S2接 a 端 R1和 R2串联 此时电路的总电阻最大 由 P U 2 R 可知
