第三章7焦耳定律、電熱計算-浙教版九年級科學上冊復(fù)習講義（機構(gòu)）

焦耳定律和電熱計算一、知識點1.電流的熱效應(yīng)1、定義：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。2、電熱器：利用電流的熱效應(yīng)來工作的設(shè)備叫電熱器，所有電熱器都是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置。如：電烙鐵、電熨斗、電爐子、電飯鍋、電暖氣、電烤箱、電熱水器等。2.電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)。猜想：產(chǎn)生熱的多少可能跟電阻的大小有關(guān)；通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱也會越多。設(shè)計并進行實驗：（1）探究電流產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系如圖所示，在兩個透明容器中封閉著等量的空氣，容器分別連著U形管的一端；沒有加熱時，U形管中液面是相平的。兩密閉容器中各有一段電阻絲，且右邊容器中的電阻比較大。當通電時，電阻絲發(fā)熱，加熱容器中的空氣，空氣受熱膨脹，U形管中液面高度會發(fā)生變化，U形管中液面高度的變化反映了密閉空氣溫度的變化。將兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩電阻絲的電流相等。通電一段時間后，比較兩個U形管中液面高度的變化。發(fā)現(xiàn)與右邊容器相通的U形管中液面高度的變化更大些。結(jié)論：在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。（2）探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系如圖所示，兩個密閉容器中的電阻絲阻值均是5Ω，在右側(cè)容器的外部，將一個5Ω的電阻與這個容器中的電阻并聯(lián)，因此通過左側(cè)容器中電阻絲的電流大于通過右側(cè)容器中電阻絲的電流。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化，發(fā)現(xiàn)左側(cè)U形管中液面高度的變化更大一些。結(jié)論：在電阻、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。（3）探究電流產(chǎn)生的熱量與通電時間的關(guān)系將套裝置接到電源兩端，在通電過程中，只觀察左側(cè)U形管中液面高度的變化，發(fā)現(xiàn)隨著通電時間的增加，U形管中液面高度的變化逐漸變大。結(jié)論：在電流、電阻相同的情況下，通電時間越長，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。2.焦耳定律1、內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫做焦耳定律。2、公式：；在國際單位制中，熱量Q的單位是焦耳，符號“J”。3、電流通過導(dǎo)體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能（或電功）W，即。注意：對焦耳定律的進一步理解（1）焦耳定律是一個實驗定律，當電流做的功全部轉(zhuǎn)化為熱時，可根據(jù)電功公式和歐姆定律，從理論上證明該定律的正確性。在純電阻電路中：，由于，，所以。（2）該定律適合于任何用電器產(chǎn)生的熱量計算。對于純電阻電路也可用：，，進行計算。（3）在非純電阻電路中，電流做功，只有一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，所以消耗的電能大于電熱，即W＞Q，例如：電流通過電動機，一少部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，還有一大部分轉(zhuǎn)化成機械能，此時。在非純電阻電路中，計算消耗的電能（電功）只能用，計算電熱只能用。二、考點1.探究焦耳定律1.為了探究電流產(chǎn)生的熱量跟什么因素有關(guān)，某同學設(shè)計了如圖所示的裝置。將兩段阻值不同的電阻絲分別密封在兩個完全相同的小塑料盒中，塑料盒內(nèi)分別插著相同的溫度計，電源電壓不變。閉合開關(guān)，相同時間內(nèi)A的溫度計溫度上升快，則下列說法不正確的是(

)BA.相同時間內(nèi)電阻R1產(chǎn)熱量多B.電阻R1>R2C.R1兩端電壓大于R2兩端的電壓D.該實驗為探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小是否有關(guān)2.如圖為“探究焦耳定律”的實驗裝置。兩個相同燒瓶內(nèi)置電阻絲，密封有初溫和質(zhì)量相同的煤油，兩玻璃管中液面高度相同。通電一段時間后，右側(cè)玻璃管中液面比左側(cè)高。下列說法正確的是(

)AA.右側(cè)燒瓶中電阻絲的阻值比左側(cè)燒瓶中電阻絲的阻值大B.該裝置用于探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少與電流大小的關(guān)系C.通過觀察玻璃管中液面高度的變化來判斷電流產(chǎn)生熱量的多少，這種方法是控制變量法D.若用水替換該裝置中的煤油進行實驗，由于水的比熱容大，相同時間內(nèi)溫度變化更為明顯3.圖實驗裝置可用于探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少與電阻大小的關(guān)系”。實驗裝置中，兩根電阻絲R1（5Ω）、R2(10Ω）串聯(lián)后分別放入兩個相同的封閉空氣盒中；兩個空氣盒各自連接一個相同的U形管，兩U形管裝有同種液體并封閉等量的空氣，且兩U形管內(nèi)的各液面相平。下列說法正確的是（

）BA.該實驗裝置是利用U形管中液體的熱脹冷縮來反映電阻絲產(chǎn)生熱量的多少B.通電一段時間后，會發(fā)現(xiàn)左側(cè)U形管的液面高度差小于右側(cè)U形管C.兩側(cè)空氣盒與U形管中裝等量的煤油也可以完成探究任務(wù)，且更節(jié)省時間D.利用該實驗裝置無法探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少與通電時間長短的關(guān)系”4.如圖所示，為“探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實驗電路，以下說法正確的是（）CA.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.先閉合開關(guān)S1

，再閉合開關(guān)S2

，通過右容器中電阻絲的電流變小D.閉合開關(guān)S1、S2一段時間后，右邊U形管內(nèi)的液面比左邊U形管內(nèi)的液面高電熱計算命題角度1：“電熱水器型”，此類題目應(yīng)用公式：消耗的電能W=UIt或W=Pt被水吸收的熱量Q=cm（t-t0）若不計能量損失，則W=Q，若考慮轉(zhuǎn)化效率W=Q+W損失例題：某品牌電磁爐銘牌部分參數(shù)如圖所示，現(xiàn)將其接入220V電路中給鍋內(nèi)25℃的水加熱5min，鍋內(nèi)的水溫度升高到88℃，已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)，求：(1)電磁爐在5min內(nèi)消耗的電能；(2)假設(shè)電磁爐工作時產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，那么鍋內(nèi)水的質(zhì)量是多少？變式訓練：某款電熱水壺的相關(guān)信息如表所示，現(xiàn)在該水壺內(nèi)裝入質(zhì)量為1kg、初溫為20℃的水，放置在水平桌面上接通電源使其正常工作，在標準大氣壓下將水燒開(不計熱量損失)求：(1)裝入水后水壺對桌面的壓強p；750Pa(2)水吸收的熱量Q；3.36X105J(3)將水燒開所需時間t；(c=4.2×103J/(kg·℃),g=10N/kg)336S命題角度2：“保溫、加熱”型此類題目一般分為三種電路原理圖，分“高、中、低三檔位”和“保溫、加熱兩檔位”。應(yīng)用公式為一、如果是兩檔位型，該電路原理圖是一個單開關(guān)控制型，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型a.若是并聯(lián)型：則兩電阻并聯(lián)一起工作是高功率（加熱）檔位；其中一個電阻工作為低功率（保溫）檔位例題：圖甲為某款新型電飯煲，額定電壓為220V，它采用了“聰明火”技術(shù)，智能化地控制不同時間段的烹飪溫度，以得到食物最佳的營養(yǎng)和口感。圖乙為其電路原理圖，R1和R2為電阻不變的電熱絲，S1是自動控制開關(guān)。將電飯煲接入220V電路中，在電飯煲工作的30min內(nèi)，它消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖丙所示。求：（1）0～10min，電飯煲產(chǎn)生的總熱量；（2）S和S1均閉合，電路中的總電流；（3）電阻絲R2的阻值。(1)3.96X105J(2)3A（3）220Ω變式訓練：圖甲是小明家安裝的即熱式熱水器，其具有高、低溫兩檔加熱功能，低溫檔功率為5500W，內(nèi)部等效電路如圖乙所示，R1和R2是兩個電熱絲。某次小眀用高溫檔淋浴時，水的初溫是20℃，淋浴頭的出水溫度為40°C，淋浴20min共用水100L．假設(shè)熱水器電熱絲正常工作且產(chǎn)生的熱量全部被水吸收【c水=4.2×103J/（kg?°C）】求：

（1）電熱絲R1的阻值。8.8Ω

（2）該熱水器高溫檔功率。7000w

b.若是串聯(lián)型：則其中一個電阻工作是高功率（加熱）檔位；兩個電阻串聯(lián)一起工作為低功率（保溫）檔位例題（2019湘西州，27）下圖是普通家用兩檔電取暖器內(nèi)部簡化電路圖，R1、R2為電熱絲，且電阻不變，高溫檔位功率為1100W，低溫檔位功率為440W，家庭電路電壓U=220V，求：

（1）電取暖器處于高溫檔位時電路中的電流強度；5A

（2）電路中R1的阻值；44Ω

（3）如果普通家庭生活用電的電費價格為每度0.55元，試計算用該電取暖器的低溫檔位取暖4小時需要繳納的電費。變式訓練（2019孝感）家用電飯鍋中自動開一般由感溫鐵氧體組成，將電飯鍋的自動開關(guān)S按下，電飯鍋處于別熱狀態(tài)，，當感溫鐵氧體溫度達到103℃時失去磁性，被吸鐵塊由彈簧彈開使電飯鍋進入保溫狀態(tài)。某家用電飯鍋內(nèi)部電路簡化示意圖如圖甲，某次使用該電飯鍋在220V的電壓下煮飯過程中，通過的電流隨時間變化的圖象如圖乙。(1)當鍋內(nèi)溫度為100℃時，自動開關(guān)S與________(選填“1”或“2”)連接，此時電飯鍋處于________(選填“加熱“或“保溫”)狀態(tài)。(2)該電飯鍋此次工作30分鐘消耗的電能為多少?(3)電阻R與R2的阻值之比為多少?(4)若要使該電飯鍋的加熱功率提高到1100W，可以給電阻R1并聯(lián)一個阻值為多大的電阻R3？（1）1加熱（2）0.22Kwh（3）1:3（4）220Ω二、如果是三檔位型，該電路原理圖是一個多開關(guān)控制型（電路中的電阻一般為兩個）通過投擲開關(guān)達到三檔條件高功率（加熱）檔位：為兩電阻并聯(lián)連接中檔位（文火）：其中一個電阻工作低功率（保溫）檔位：兩電阻串聯(lián)連接例題：小洋媽媽在國外旅游時買了一臺家用智能電熱馬桶蓋（如圖甲），圖乙是小洋設(shè)計的便座加熱電路，R1和R2是兩個定值電阻（表示兩個電熱絲），單刀雙擲開關(guān)S2可接a或b，該電路通過開關(guān)S1和S2的不同接法組合，實現(xiàn)“高溫擋、中溫擋、低溫擋”三種加熱功能（見下表）．S1斷開斷開閉合閉合S2接b接a接a接b功率P0=0P1=22WP2=44WPx（1）求R1和R2的阻值；（2）求出表中的“Px”；（1）R1=R2=1100ΩPx=88w變式訓練：電加熱眼罩對緩解眼疲勞有一定效果。如圖甲是一款市場上的產(chǎn)品，小敏查閱使用說明書，其相關(guān)參數(shù)如下表乙。（1）當該款眼罩還剩10%的電池容量時，在額定電壓下充電，充滿電至少需要多少時間？（2）圖丙是小敏設(shè)計的可以手動調(diào)節(jié)高、中、低三檔加熱的電熱眼罩原理圖。電源電壓U恒為4.8伏，已知電熱絲R1阻值為4歐，電熱絲R2阻值為6歐，開關(guān)S3只接a或b。①丙圖電路中S1閉合，S2斷開，S3接a時，加熱電路為（選填“高”、“中”或“低”）溫檔。②中溫檔功率為多少瓦？③高溫檔工作20分鐘，眼罩消耗的電能為多少焦？2.某電器廠設(shè)計了一種具有高、中、低溫三擋的家用電火鍋，該火鍋產(chǎn)品銘牌和電路圖如圖所示：（1）當開關(guān)S1斷開，S2接a時，該電火鍋選用______檔工作（選填“高溫”、“中溫“或“低溫”）。

（2）當電火鍋使用中溫檔正常工作時，電路中電流是多大？接入電路的電熱絲的阻值是多少？

（3）用電火鍋高溫檔在額定電壓下燒水7分鐘，電流做了多少功？若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，在1個標準大氣壓下，能使1kg初溫為20℃的水升高多少℃（c水=4.2×103J/（kg?℃））？命題角度3：“豆?jié){機、電吹風”型（內(nèi)有電動機）此類題目在純電阻加熱的基礎(chǔ)上再增加一個電動機進行工作。簡單用公式表達為電路消耗的電能W=UIt轉(zhuǎn)化為電阻發(fā)熱Q=I2Rt=和電動機的機械能。即W消耗=Q熱+W機械在解這類題目時要小心使用公式。最后一小題求整個工作過程消耗掉的總電能一般使用公式W總=P電機t電機+P加熱t(yī)加熱計算。例題：小華家買了一個家用電吹風，其簡化電路如圖所示，主要技術(shù)參數(shù)如下表。電吹風在額定電壓下工作，請解答如下問題：熱風溫度50﹣75℃額定功率熱風時：990W冷風時：110W額定電壓220V質(zhì)量0.5kg（1）電吹風吹冷風時，通過電動機的電流是多大？（2）電熱絲工作時的電阻是多大？（3）電吹風內(nèi)電動機的電阻是1Ω，電吹風吹冷風30min產(chǎn)生的熱量是多少？0.5A55Ω450j變式訓練1：如圖甲所示是一款超市用的透明玻璃門冷飲展示冰柜，該冰柜的玻璃門采用的是防霧玻璃，玻璃夾層中有電熱絲用來加熱玻璃，可以有效防止在玻璃上出現(xiàn)水霧，電熱絲與冰柜中的電動制冷壓縮機連接的簡化電路如圖乙所示，其相關(guān)參數(shù)如表所示。超市內(nèi)溫度一般調(diào)節(jié)在26℃左右。求：額定電壓220V電動制冷壓縮機額定功率220W防霧電熱絲的額定功率110W（1）其中防霧電熱絲的電阻為多少？（2）冰柜的電動制冷壓縮機和防霧電熱絲同時正常工作時干路上的電流為多少？（3）冰柜的電熱絲與電動制冷壓縮機同時正常工作10分鐘，消耗多少電能？2.如圖甲是豆?jié){機的工作原理圖，其中電動機是用來帶動刀頭將原料進行粉碎打漿的，額定功率是200W。R是加熱電阻，加熱豆?jié){的，其額定功率是1100W。圖乙是此豆?jié){機做一次豆?jié){時的工作信息。求:（1）豆?jié){機正常工作，加熱豆?jié){時的工作電流是多少?（2）豆?jié){機正常工作做一次豆?jié){，總共消耗的電能是多少?（3）豆?jié){機中的加熱電阻因為氧化，導(dǎo)致其電阻變大，為保證加熱功率不變，下列改進方法合理的是(

)A.在AB間并聯(lián)一個加熱電阻B.在CD間串聯(lián)一個加熱電阻C.在DE間并聯(lián)一個加熱電阻其他雙頭開關(guān)型1.

(2019九上·新昌期末)?干燥的空氣讓人不舒服，電熱加濕器能改變空氣的