164科學探究電流的熱效應-

第十六章電流做功與電功率課時16.4科學探究：電流的熱效應素養(yǎng)目標素養(yǎng)目標物理觀念1.概念電流的熱效應：電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象。2.規(guī)律焦耳定律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，通電時間成正比?？茖W探究在探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)時，運用控制變量法設計實驗；實驗中還運用了轉(zhuǎn)換法，通過溫度計上升的示數(shù)來顯示電流產(chǎn)生熱量的多少?？茖W態(tài)度與責任了解焦耳定律的發(fā)現(xiàn)過程，學會利跟用能量守恒的思想解決問題。題型匯總：電流熱效應的利用、探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)、電熱的計算。知識梳理知識梳理電流的熱效應1.電流的熱效應:電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫做電流的熱效應。許多用電器接通電源后，都伴有熱現(xiàn)象發(fā)生。2.電流的熱效應在生活中的應用（1）電熱毯就是利用電流的熱效應制作的,通電后可以供人們?nèi)∨?。?）電燈在工作時把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，人們利用電燈來照明。（3）電爐子在工作時把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，人們利用電爐子來燒水。實驗探究：電流產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)實驗探究一：探究電流產(chǎn)生的熱量與通電時間是否有關(guān)。實驗探究二：探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小是否有關(guān)。實驗探究三：探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小是否有關(guān)。結(jié)論：在通電電流大小不變，通電時間相同的情況下，電阻越大，煤油的溫度越高，表明電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。焦耳定律1.內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。為了紀念焦耳，這一規(guī)律又被稱為焦耳定律。2.公式：3.單位：I——安，R——歐，t——秒，Q——焦。1J=1A2?Ω?s。理論推導：焦耳定律是焦耳在大量實驗基礎上歸納總結(jié)得出來的規(guī)律，還需要理論上的支持，我們能不能通過理論來推導出焦耳定律的數(shù)學表達式呢？思考：電流通過導體時，如果消耗電能全部轉(zhuǎn)化為熱即：Q＝WW=UIt，且U=IR∴Q=W=UIt=I2Rt∴通過理論推導，同樣得出了焦耳定律的數(shù)學表達式，達到理論和實踐的完美的統(tǒng)一。5.電流通過導體做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時熱量的計算方法：（1）Q=W；（2）Q=UIt；（3）Q=Pt；（4）；（5）?？键c突破考點突破考點一電流的熱效應下列用電器中，主要利用電流熱效應工作的是(

)A.收音機 B.電視機 C.電飯鍋 D.電冰箱【答案】C

【解析】A.收音機利用電能轉(zhuǎn)化為聲能，故A不符合題意；

B.電視機主要是利用電能，將電能轉(zhuǎn)化為光能，故B不符合題意；

C.電飯鍋是將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，且利用產(chǎn)生的內(nèi)能工作的，故C符合題意；

D.電冰箱通過壓縮機制冷，而壓縮機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，故D不符合題意。

例2.如圖所示是探究電流通過導體時產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)的實驗裝置。兩個透明容器中密封著等量的空氣，通電一段時間后，右側(cè)U形管中液面高度差比左側(cè)的大。下列說法正確的是(

)A.左側(cè)容器中電阻絲的阻值比右側(cè)容器中的大

B.該裝置用來探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流大小的關(guān)系

C.該裝置可以用來探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系

D.U形管中液面高度發(fā)生變化是因為U形管中液體的熱脹冷縮造成的【答案】C

【解析】解：A、容器中的兩個電阻絲串聯(lián)，通過它們的電流I與通電時間t相同，由焦耳定律可知，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，故A錯誤；

B、C、在裝置中，容器中的兩個電阻絲串聯(lián)，通過它們的電流I與通電時間t相同，左邊容器中的電阻與右邊容器中的電阻不同，所以實驗是為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系。只觀察其中一個U形管液面高度差的變化，來探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系，故B錯誤，C正確；

D、U形管中液面高度發(fā)生變化是因為透明容器中密封著等量空氣的熱脹冷縮造成的，故D錯誤。

考點二電流熱效應簡單計算例3.如圖所示電路中，電源電壓為15V且保持不變，R1和R2為定值電阻，R1=10Ω閉合開關(guān)S1，斷開開關(guān)S2，電流表示數(shù)I=0.3A求：

(1)10s內(nèi)電阻R1上產(chǎn)生的電熱；

(2)電阻R2的阻值；

(3)開關(guān)S1、S2都閉合時，電路的總功率?！敬鸢浮?J40Ω22.5W【解析】解：(1)閉合開關(guān)S1，斷開開關(guān)S2，R1與R2串聯(lián)，電流表測電路中的電流，

則10s內(nèi)電阻R1上產(chǎn)生的電熱：

Q1=I2R1t=(0.3A)2×10Ω×10s=9J；

(2)閉合開關(guān)S1，斷開開關(guān)S2，R1與R2串聯(lián)，由I=UR可得，電路的總電阻：

R=UI=15V0.3A=50Ω，

因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，

所以，電阻R2的阻值：

R2=R?R1=50Ω?10Ω=40Ω；

(3)開關(guān)S分層提分分層提分題組A基礎過關(guān)練1.將規(guī)格都是“220V?180W”的一臺電冰箱、一臺電風扇和一床電熱毯，分別接入同一家庭電路中，若通電時間相同，則下列說法正確的是(

)A.電冰箱產(chǎn)生的熱量最多 B.電風扇產(chǎn)生的熱量最多

C.電熱毯產(chǎn)生的熱量最多 D.三者產(chǎn)生的熱量一樣多【答案】C

【解析】解：∵接在家庭電路中，U=220V，

∴三種用電器的實際功率：P實=P額=180W；

又∵W=Pt，用電器工作時間t相等，

∴三種用電器消耗的電能相同；

∵電冰箱與電風扇工作時，主要把電能轉(zhuǎn)化為機械能，產(chǎn)生的熱量很小，

電熱毯工作時電熱絲產(chǎn)生熱量，把電能全部轉(zhuǎn)化為熱量；

∴產(chǎn)生熱量最多的是電熱毯。甲圖是小燈泡L和電阻R的I?U圖象。將小燈泡L和電阻R接入乙圖所示電路中，只閉合開關(guān)S1時，小燈泡L的實際功率為1W，下列說法正確的是(

)A.只閉合開關(guān)S2時，小燈泡L的電阻為40Ω

B.再閉合開關(guān)S2時，電流表示數(shù)增加0.2A

C.再閉合開關(guān)S2時，電路總功率為1.0W

D.再閉合開關(guān)S2后，在1min內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量為2.4J【答案】B

【解析】解：A、由圖乙可知，只閉合S1時，該電路為只含有燈L的簡單電路，電流表測電路中的電流；已知此時燈L的實際功率為P=UI=1W，由圖甲可知，此時燈L的電流為IL=0.5A，UL=2V，

由I=UR可知此時小燈泡L的電阻為：RL=ULIL=2V0.5A=4Ω，故A錯誤；

B、由圖乙可知，閉合S1，再閉合S2時，該電路為L和R的并聯(lián)電路，電流表測干路電流；

由并聯(lián)電路的電壓特點可知電源電壓為：U=UL=2V，則R兩端的電壓為UR=U=2V，

由圖甲可知，此時通過R的電流為：IR=0.2A，并聯(lián)電路中各個支路之間互不影響，因此電流表示數(shù)增加了0.2A，故下列說法正確的是(

)A.電荷的移動形成電流

B.電路中有電壓就一定有電流

C.把一根銅絲均勻拉長后電阻變小

D.長時間使用的發(fā)燙，是因為電流的熱效應【答案】D

【解析】A、電荷的定向移動形成電流，該說法中缺少“定向”二字，故

A

錯誤。

B、電路中有電壓時，要形成電流還必須保證電路是通路，故

B錯誤。

C、銅絲被均勻拉長之后，銅絲的橫截面積變小，長度變長，則銅絲的電阻增大，故C錯誤。

D、電路中的元件有電阻，長時間使用后，由于電流的熱效應會使得發(fā)熱，故D正確。題組B能力提升練4.如圖所示，為“探究電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實驗電路，兩密封容器內(nèi)部盛有等量的空氣，以下說法正確的是(

)A.閉合開關(guān)S1、S2，通過三根電阻絲的電流相同

B.先閉合開關(guān)S1，再閉合開關(guān)S2，電流表示數(shù)保持不變

C.同時閉合開關(guān)S1和S2，可以比較電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系

D.閉合開關(guān)S2、S2一段時間后，右邊U形管內(nèi)的液面高度差比左邊U形管的高【答案】C

【解析】解：ACD、由圖可知，閉合開關(guān)S1、S2，右邊兩個電阻并聯(lián)然后與左邊電阻串聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過左邊電阻的電流最大，故通過三根電阻絲的電流不相同，故A錯誤；

比較電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，根據(jù)控制變量法，要控制通電時間和電阻大小相同，只改變電流的大??；

兩容器內(nèi)部都為5Ω的電阻絲，通電時間相同，而通過兩電阻絲的電流不同，故同時閉合開關(guān)S1和S2，可以比較電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系(根據(jù)轉(zhuǎn)換法，氣體吸熱越多，氣體膨脹程度越大，U形管內(nèi)的液面高度差越大)，C正確；

因通過左邊容器內(nèi)電阻絲的電流大于通過右邊容器內(nèi)電阻絲的電流，通電時間也相同，根據(jù)Q=I2Rt可知，電流通過左邊電阻絲的電流產(chǎn)生的熱量多，根據(jù)轉(zhuǎn)換法，左邊U形管內(nèi)的液面高度差比右邊U形管的高，D錯誤；

B、先閉合開關(guān)S1，兩容器內(nèi)的電阻絲串聯(lián)，電流表測電路的電流；

當再閉合開關(guān)S圖甲是小燈泡的電壓電流圖象。將此燈泡L與滑動變阻器R串聯(lián)在電壓為4.5V的電路中(如圖乙)，閉合開關(guān)，移動滑片P，當小燈泡的功率為0.75W時，(

)

A.電流表的示數(shù)為0.2A

B.滑動變阻器R接入電路中的電阻為15Ω

C.電路消耗的總功率為1.35W

D.10S內(nèi)滑動變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J【答案】C

【解析】A.當小燈泡的功率為0.75W時，根據(jù)圖甲可知，燈泡L兩端的電壓為2.5V，通過燈泡的電流為I=0.3A，即電流表的示數(shù)為0.3A，故A錯誤；

B.根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器兩端的電壓：U滑=U?UL=4.5V?2.5V=2V，

由I=UR可得，滑動變阻器R接入電路中的電阻：?R滑=U滑I=2V0.3A≈6.7Ω，故B錯誤；

C.電路消耗的總功率：電爐絲通電一段時間后熱得發(fā)紅，而連接電爐絲的導線卻不怎么熱，這主要是因為(

)A.導線的絕緣皮隔熱 B.通過導線的電流小于通過電爐絲的電流

C.導線散熱比電爐絲快 D.導線的電阻遠小于電爐絲的電阻【答案】D

【解析】解：電爐絲與導線串聯(lián)，通過它們的電流I和通電時間t相等，

∵Q=I2Rt，R電爐絲>R導線，∴Q題組C培優(yōu)拔尖練6.如圖甲所示，電源電壓不變，將小燈泡L和電阻R接入電路中，只閉合開關(guān)S1時，小燈泡L的實際功率為1W圖乙是小燈泡L和電阻R的I?U圖象。下列說法中正確的是(

)A.只閉合開關(guān)S1時，L的電阻為10Ω

B.再閉合開關(guān)S2后，電路總功率為1.2W

C.再閉合開關(guān)S2后，電流表示數(shù)增加0.5A

D.再閉合開關(guān)S2后，在1min內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量是24J【答案】D

【解析】A.只閉合開關(guān)S1時，電路為小燈泡L的簡單電路，此時小燈泡L的實際功率為1W，

由圖象可知，當UL=2V時，IL=0.5A，其實際功率為：PL=ULIL=2V×0.5A=1W，

則電源的電壓U=UL=2V，

由I=UR可得，小燈泡L的電阻：RL=ULIL=2V0.5A=4Ω，故A錯誤；

B.再閉合S2后，R與L并聯(lián)，電流表測干路電流，

因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，

所以，R兩端的電壓也為2V，由圖象可知，此時通過R的電流為0.2A，

因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，

所以，干路電流為：I=IR+IL=0.2A+0.5A=0.7A，

電路總功率：P=UI=2V×0.7A=1.4W甲圖是小燈泡L和電阻R的I?U圖象。將小燈泡L和電阻R接入乙圖所示電路中，只閉合開關(guān)S1時，小燈泡L的實際功率為1W，下列說法正確的是(

)A.只閉合開關(guān)S1時，小燈泡L的電阻為40Ω

B.再閉合開關(guān)S2時，電流表示數(shù)增加0.2A

C.再閉合開關(guān)S2時，電路總功率為1.4W

D.再閉合開關(guān)S2后，在1min內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量為2.4J【答案】BC

【解析】解：A、由圖乙可知，只閉合S1時，該電路為只含有燈L的簡單電路，電流表測電路中的電流；已知此時燈L的實際功率為P=UI=1W，由圖甲可知，此時燈L的電流為IL=0.5A，UL=2V，

由I=UR可知此時小燈泡L的電阻為：RL=ULIL=2V0.5A=4Ω，故A錯誤；

B、由圖乙可知，閉合S1，再閉合S2時，該電路為L和R的并聯(lián)電路，電