2021年中考物理微專題復(fù)習(xí) 專題30 焦耳定律的實(shí)驗(yàn)探究及其應(yīng)用（學(xué)生版）

1、專題30 焦耳定律的實(shí)驗(yàn)探究及其應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)1：探究焦耳定律實(shí)驗(yàn)思路1.控制變量法在探究電熱的多少與電流的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制兩個(gè)電阻絲的阻值相同；在探究電熱的多少與電阻的關(guān)系時(shí)，要控制通過(guò)兩個(gè)電阻絲的電流相同，最好的方法當(dāng)然是采用串聯(lián)。這里就應(yīng)用了控制變量法。 當(dāng)要研究的一個(gè)物理量與另外幾個(gè)物理量都有關(guān)系時(shí)，為簡(jiǎn)化和方便，先研究與其中一個(gè)量的關(guān)系，而要控制其余幾個(gè)量不變這種研究問(wèn)題的方法叫控制變量法。這種方法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格上的反映為：某兩次試驗(yàn)只有一個(gè)條件不相同，若兩次試驗(yàn)結(jié)果不同，則與該條件有關(guān)，否則無(wú)關(guān)。反過(guò)來(lái)，若要研究的問(wèn)題是物理量與某一因素是否有關(guān)，則應(yīng)只使該因素不同，而其他因素均應(yīng)相同。

2、控制變量法是中學(xué)物理中最常用的方法。2.轉(zhuǎn)化法實(shí)驗(yàn)中電流產(chǎn)生的熱量不能直接觀察到，但熱量的變化可以用溫度的變化來(lái)感知。通過(guò)溫度的變化多少來(lái)間接知道電流產(chǎn)生的熱量的多少，這是轉(zhuǎn)化法。物理學(xué)中對(duì)于一些看不見(jiàn)、摸不著的現(xiàn)象或不易直接測(cè)量的物理量，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)，或用易測(cè)量的物理量間接測(cè)量，這種研究問(wèn)題的方法叫轉(zhuǎn)換法。3.注意的問(wèn)題由于實(shí)驗(yàn)中電流產(chǎn)生的熱量較少，液體溫度升高的也較小，所以用溫度計(jì)不易直接測(cè)量比較。為了使現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)采用了兩種方法：不用溫度計(jì)，但采用了放大的“溫度計(jì)”。整個(gè)燒瓶相當(dāng)于一個(gè)溫度計(jì)的玻璃泡。由于燒瓶里的液體較多，使升溫膨脹效果更明顯。采用煤油代替常見(jiàn)的水，用

3、玻璃管插入密封燒瓶里的煤油中代替溫度計(jì)。用煤油代替水，是因?yàn)槊河捅人谋葻崛菪?，在吸收相等的熱量時(shí)溫度上升的多，這樣現(xiàn)象更明顯。當(dāng)然還有一個(gè)重要原因，那就是煤油不導(dǎo)電?？梢栽O(shè)想由于水導(dǎo)電，若用水由水產(chǎn)生的電阻就無(wú)法控制電路中的電阻情況。知識(shí)點(diǎn)2：焦耳定律及其應(yīng)用1.電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量求解公式(1)焦耳定律：QI2Rt(2)純電阻電路中，QW=Pt=U2t/R=UIt=I2Rt2.在利用焦耳定律求解計(jì)算題注意(1)涉及的四個(gè)物理量要一一對(duì)應(yīng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是導(dǎo)體的電阻為R，通過(guò)這個(gè)導(dǎo)體的電流為I，通電時(shí)間為t，則電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量為QI2Rt(2)公式中各個(gè)物理量的單位必須都得是國(guó)際單位，即

4、電流I 的單位是安培(A)、電阻R的單位是歐姆()、時(shí)間t的單位是秒(s)，則熱量的單位是焦耳(J)3.當(dāng)發(fā)電廠電功率一定，送電電壓與送電電流成反比，輸電時(shí)電壓越高，電流就越小。此時(shí)因?yàn)檩旊娋€路上有電阻，根據(jù)P=I2R可知，電流越小時(shí)，在電線上消耗的電能就會(huì)越少。所以電廠在輸電時(shí)增大送電電壓，減少電能在輸電線路上的損失。4. 應(yīng)用和防止電熱的實(shí)例利用電熱的例子：熱水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等。防止電熱的例子：電視機(jī)外殼的散熱窗；計(jì)算機(jī)內(nèi)的散熱風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)外殼的散熱片等。【例題1】(2020四川南充)小明將線圈電阻為4.84的電動(dòng)機(jī)接人220V的家庭電路中，關(guān)閉其它用電器，只讓電動(dòng)機(jī)工作時(shí)

5、，觀察到他家標(biāo)有2000imp/(kW.h)的電能表3min內(nèi)閃爍了100次，則電動(dòng)機(jī)在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能為_(kāi)kW.h，電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生_J的熱量?！緦?duì)點(diǎn)練習(xí)】一只標(biāo)有”8V 0.4A”的小燈泡，接在電源電壓為12V的電路中，為使其正常發(fā)光，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)的電阻；該電阻通電10s所產(chǎn)生的熱量是J?！纠}2】(2020連云港模擬)已知電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)在探究“電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系”時(shí)，可供選擇的器材有：8V穩(wěn)壓電源一個(gè)；20和50的滑動(dòng)變阻器各一個(gè)；停表和開(kāi)關(guān)各一個(gè)；塑料盒與U形管相連的實(shí)驗(yàn)裝置一個(gè)，盒內(nèi)密封著空氣，盒內(nèi)電阻絲的阻值為20；導(dǎo)線若干(1)該

6、實(shí)驗(yàn)選用 的滑動(dòng)變阻器更好(2)連接好的實(shí)驗(yàn)圖如圖所示每次實(shí)驗(yàn)(即獲得一組數(shù)據(jù))后，都要斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，打開(kāi)盒蓋上的通氣孔，U形管內(nèi)兩液面迅速回到原位，等片刻后，關(guān)閉通氣孔，再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)用的表格，表中要有必要的信息(3)某同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：第一次實(shí)驗(yàn)記錄高度差后，立即移動(dòng)滑片增大電流做第二次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)加熱時(shí)間相同，記錄的U形管內(nèi)兩液面高度差依次為h1、h2在處理數(shù)據(jù)時(shí)，該同學(xué)想用h2來(lái)間接反映第二次實(shí)驗(yàn)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，他這樣處理數(shù)據(jù)是否正確？ 理由是 【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】我們知道：“電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量，與電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。”這

7、就是焦耳定律，用公式可表達(dá)為：Q=I2Rt。愛(ài)動(dòng)腦筋的小明在探究這個(gè)問(wèn)題時(shí)，設(shè)計(jì)了圖所示的實(shí)驗(yàn)，只連接一次電路就完成了實(shí)驗(yàn)探究。他的方法是用電阻絲(其中R甲R(shí)乙)給燒瓶中的煤油(煤油質(zhì)量相同)加熱，然后觀察煤油在插入密封燒瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以對(duì)比電阻絲放熱的多少。請(qǐng)你仔細(xì)觀察小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析回答下列問(wèn)題：(1)探究電熱的多少與電流的關(guān)系，應(yīng)該對(duì)比 兩個(gè)燒瓶中煤油柱上升的高度，而這兩個(gè)燒瓶中電阻絲阻值應(yīng)該 。(2)探究電熱的多少與電阻的關(guān)系，應(yīng)該對(duì)比 兩個(gè)燒瓶中煤油柱上升的高度。(3)有許多家用電器的工作原理即為焦耳定律，請(qǐng)舉兩個(gè)例子。一、選擇題1.圖甲是小燈泡

8、的電壓電流圖像。將此燈泡L與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)在電壓為4.5V的電路中(如圖乙)，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P，當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時(shí)，( )A電流表的示數(shù)為0.2A B滑動(dòng)變阻器R接入電路中的電阻為15C電路消耗的總功率為1.35W。 D10s內(nèi)滑動(dòng)變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J2如圖甲所示，兩電熱絲R1與R2并聯(lián)，R1=20，電源電壓保持不變，閉合開(kāi)關(guān)，電流表A1和電流表A2表盤指針均指如圖乙所示位置，則以下判斷正確的是()AR1：R2=5：1B電源電壓是10VCR2的電功率是20WDR1工作2分鐘所放出的熱量為600J二、填空題3.(2020安徽)如圖所示的電路中，電源電壓U=9V，電阻R1

9、=200，R2=100，則通電1min該電路產(chǎn)生的熱量為_(kāi)J。4.(2020四川成都)小彬用圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“電流的熱效應(yīng)跟電阻大小的關(guān)系”，電源電壓為3V，電阻絲R1=10，R2=20，兩氣球相同。閉合開(kāi)關(guān)后，密閉燒瓶?jī)?nèi)的空氣被加熱，他觀察到_氣球先鼓起來(lái)。甲氣球乙氣球通電1min，R2產(chǎn)生的熱量為_(kāi)J。5(2020甘肅天水)現(xiàn)有兩電熱絲，甲標(biāo)有“10 1A”，乙標(biāo)有“15 0.6A”，把它們并聯(lián)起來(lái)，通電10s后，甲、乙兩電熱絲產(chǎn)生的總熱量最多是 J。6.有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，額定電壓3V，額定電流1A，電動(dòng)機(jī)線圈電阻0.5這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作1min，消耗的電能為J產(chǎn)生的熱量為J，輸出的機(jī)械能

10、為J。7.如圖所示，電源電壓恒定不變，小燈泡L標(biāo)有“2.5V 0.75W”的字樣，R1、R2為定值電阻，其中R1=25，R2=50，當(dāng)S1、S2都斷開(kāi)時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，電源電壓是 V：當(dāng)S1閉合，S2斷開(kāi)時(shí)，電流表的示數(shù)是 A：當(dāng)S1、S2都閉合時(shí)，R2通電1分鐘產(chǎn)生的熱量為 J(不考慮溫度對(duì)電阻的影響)。 8.如圖所示，電源電壓不變，R2=30，R3=10只閉合S1，電流表示數(shù)為0.2A，電壓表示數(shù)為4.0V，則定值電阻R1為 ，電源電壓為 V閉合S1、S2、S3，電流表A1、A2示數(shù)之比為 ，通電lmin電阻R1產(chǎn)生的熱量為 J。 三、分析簡(jiǎn)答題9.小明冬天取暖時(shí)發(fā)現(xiàn)：電暖器的電熱絲熱的

11、發(fā)紅，而與電熱絲相連的導(dǎo)線卻不怎么熱(1)請(qǐng)你根據(jù)小明發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象提出一個(gè)需要探究的物理問(wèn)題；(2)如圖是小明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的部分電路，A、B燒瓶中裝有質(zhì)量相等、初溫相同的煤油，金屬絲電阻分別為RA、RB，RARB通電一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)B燒瓶中溫度計(jì)的示數(shù)大些請(qǐng)用所學(xué)的知識(shí)解釋此現(xiàn)象10據(jù)生活報(bào)訊，2017年4月14日起，插線板新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，要求插線板的插孔須設(shè)置“保護(hù)門”，“保護(hù)門”可有效防止兒童將手指插入插孔而造成觸電事故，同時(shí)可避免灰塵長(zhǎng)期沉積而造成的內(nèi)部(選填“斷路”或“短路”)在線材方面要求：如果最大工作電流16A的延長(zhǎng)線插座，導(dǎo)線的最小橫截面積由原來(lái)的1mm2增加到1.5mm2請(qǐng)你

12、根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)解釋增加導(dǎo)線橫截面積的好處四、實(shí)驗(yàn)探究題11小明利用圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系”甲、乙兩瓶中裝有質(zhì)量與初溫都相同的煤油，甲瓶中銅絲的電阻比乙瓶中鎳鉻合金絲的電阻小(1)實(shí)驗(yàn)中煤油吸熱的多少是通過(guò) 來(lái)反映的(選填“溫度計(jì)示數(shù)”或“加熱時(shí)間”)(2)為了在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到明顯的實(shí)驗(yàn)效果，小明選用煤油而不用水做實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)槊河偷谋葻崛菟谋葻崛?選填“大于”或“小于”)(3)通電一定時(shí)間后，乙瓶中的溫度計(jì)示數(shù)升高的快，由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是 (4)該實(shí)驗(yàn)中用到的研究物理問(wèn)題的法是 (填對(duì)一種即可)12在做“電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小于

13、采用了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置兩個(gè)透明的容器中密閉了等量的空氣，U型管中液面變化反映了密閉空氣溫度的變化(1)若通電時(shí)間相同，發(fā)現(xiàn)B玻璃管內(nèi)液面上升較高，這表明：在電流和通電時(shí)間相同的情況下，導(dǎo)體的越大，產(chǎn)生的熱量越多(2)小剛采用了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通電相同時(shí)間，發(fā)現(xiàn)A玻璃管液面上升較高，這表明：在電阻和通電時(shí)間相同的情況下，通過(guò)導(dǎo)體的越大，產(chǎn)生的熱量越多(3)該實(shí)驗(yàn)中用到的研究物理問(wèn)題的方法是 法和轉(zhuǎn)換法13.小明和小華同學(xué)為了探究“電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)際電路，兩個(gè)燒瓶A、B中盛有等量、初溫相等的煤油，RA與RB是阻值不同的電熱絲(1)RA與RB采用串聯(lián)

14、的方式，其目的是為了控制通電時(shí)間、 相等(2)小明同學(xué)為了比較RA與RB阻值的大小，用電壓表分別測(cè)出RA與RB兩端電壓的大小，發(fā)現(xiàn)UAUB，則RARB(選填“”“”或“=”)(3)在相同的時(shí)間內(nèi)，可通過(guò)觀察 來(lái)比較電流通過(guò)電熱絲產(chǎn)生的熱量多少；為了升溫較快，試驗(yàn)液體選用煤油而不選水，主要是水的比熱容比煤油 (選填“大”或“小”)(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)燒瓶B中煤油吸熱多，這表明：在電流、通電時(shí)間相同的情況下，電阻 (選填“越大”或“越小”)，產(chǎn)生的熱量越多(5)小華想改裝此實(shí)驗(yàn)裝置用來(lái)“測(cè)量煤油的比熱容的大小”，則他們應(yīng)將燒瓶A中煤油換成與其(選填“質(zhì)量”或“體積”)相等的水，并將電熱絲RA換成

15、的電熱絲測(cè)量時(shí)，水和煤油的初溫均為t0，通電一段時(shí)間后，水和煤油的末溫分別為t水、t煤油，請(qǐng)寫出煤油比熱容的表達(dá)式：c煤油= (已知水的比熱容為c水)小明認(rèn)為這樣測(cè)量煤油的比熱容會(huì)有較大的誤差，原因主要有： (只要寫出一條即可) 五、計(jì)算題14.如圖所示的電路中，電源兩端電壓保持不變，電阻絲R1的阻值為10當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為0.4A求：(1)通電10s電阻絲R1產(chǎn)生的熱量；(2)電源兩端的電壓。15.如圖所示電路中，電阻Rl的阻值為2 ，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，電壓表V1的示數(shù)為1 V，V2的示數(shù)為2 V。求：(1)電源兩端的電壓；(2)迪過(guò)R1的電流和R2的阻值；(3)