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物理第21讲焦耳定律及其应用1．探究电热的影响因素2.焦耳定律1．电热的利用——电热器2.电热危害及防止【特别提醒】保险丝利用电热将自身烧断，从而保护电路中的导线不被烧坏，这里利用了“逆向思维”。【例1】(2015，济南)把一个标有“10V3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上(如图所示)。小灯泡恰能正常工作。通过计算回答：(1)通过小灯泡的电流是多少？(2)串联在电路中的定值电阻的阻值多大？(3)该电路工作10s，定值电阻产生的热量是多少？(1)I额＝P额U额＝3W10V＝0.3A(2)R＝URI＝U－U额I额＝12V－10V0.3A≈6.7Ω(3)QR＝I2Rt＝(0.3A)2×203Ω×10s＝6J。【点拨】灯泡正常工作时，由P＝UI可求得额定电流；串联分压，电流相等可求出分压电阻值，由Q＝I2Rt求出电热。【例2】(2015，泰州)某型号的电饭锅有两挡，其原理如图所示，电阻R1＝44Ω，当开关S闭合时，电饭锅处于高温挡，当开关S断开时，电饭锅处于焖饭、保温挡，焖饭、保温时电饭锅的功率为高温挡功率的0.02倍。求：(1)高温挡的功率；(2)焖饭、保温时电路中的电流；(3)电阻R2的阻值。(1)P高＝U2R＝（220V）244Ω＝1100W(2)P保＝0.02P高＝22W，I保＝P保U＝22W220V＝0.1A(3)R总＝UI保＝220V0.1A＝2200Ω，R2＝R总－R1＝2200Ω－44Ω＝2156Ω。【点拨】由题意，处于高温挡时只有R1接入电路，由P高＝U2R1可求得高温挡功率，由P保＝0.02P高＝UI，可求出保温时串联电路中的电流和R2阻值。【方法归纳】根据P＝U2R可知，在家庭电路电压一定时，接入的电阻越小消耗的电功率越大，处于高温挡，反之处于低温挡，从而可以判断不同的加热挡位或可以设计不同的加热挡位。1．探究方法：____法和法。2．选择加热物质的要求：物质种类____、质量____、初温____。(均填“相同”或“不同”)3．被加热的物质选用空气的好处：利用空气的比热容____，效果明显且安全。4．电热丝的选择：根据探究要求，如果探究电热与电阻的关系，应选用阻值____的电阻丝串联在电路中，若要探究电热与电流的关系，两电阻丝的阻值____。(填“相同”或“不同”)5．转换法的应用：通过气体或液体的膨胀程度(U形管两侧液柱高度差或液柱上升的高度或温度计示数)显示电热的多少。6．控制变量法的应用。7．实验结论。转换控制变量相同相同相同小相同相同【例】(2015，衡阳)为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如下图所示的甲、乙两种装置，他将两根阻值不同的电阻丝(R1＜R2)分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变。(1)实验中通过观察的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少。(2)甲装置可探究电流产生的热量与________的关系。(3)在装置甲、乙的两次实验中，通过比较相同时间里气球B与D的变化情况可探究电流产生的热量与________的关系。(4)甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与________(填气球字母标号)气球相通的电阻丝产生热量最多。气球的体积电阻电流C【点拨】甲图中，R1、R2串联，由Q＝I2Rt可知产生的电热QA＜QB，乙图R1、R2并联，由Q＝U2Rt可知产生的电热QD＜QC，在相同时间t内，甲、乙两图中QD＝U2R2，QB＝U2（R1＋R2）2·R2，QDQB＝U2R2×（R1＋R2）2U2·R2＞1，所以QD＞QB，QC＞QD＞QB＞QA，产生热量最多是与C气球相通的电阻丝。【易错易混】1．误认为额定电压，额定功率相同的用电器在相同时间内产生的电热相同。(不同的用电器在消耗相同的电能时，转化的内能不一定相同)。2．在计算电动机这类非纯电阻用电器产生的电热时，错用公式Q＝W＝Pt＝UIt或Q＝W＝U2Rt进行计算。(只能用Q＝I2Rt计算产生的电热)1．(2015，南昌)走进物理世界，基本概念和规律非常重要，请你写出电学中两个定律的名称：和。2．(2015，荆门)冬季，输电线结冰容易造成倒塔(杆)断线，影响电能的输送。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使电路____，输电线中的电流____，产生的增加，使冰____(填物态变化名称)。3．(2015，镇江)家用电水杯利用了电流的____效应。某型号电水杯铭牌标有“220V400W”字样，它正常工作时，发热元件的阻值为____Ω。正常工作5min，电水杯消耗的电能为J。4．(2014，兰州)有两个电阻R1＝3Ω，R2＝4Ω。若将它们串联在电路中，则在相同时间内消耗的电能之比W1∶W2＝____；若将它们并联在电路中，则在相同时间内产生的热量之比Q1∶Q2＝____。欧姆定律焦耳定律短路增大热量(内能)熔化热1211.2×1053∶44∶35．(2015，广元)若某家庭使用功率为2000W，容积为100L的电热水器，加满水后，把初温是10℃的水加热到70℃，这些水需要吸收的热量是J，若该电热水器的效率为75%，则需要加热的时间为s。[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]6．(2015，黑龙江)如图是某电热水壶加热和保温电路原理图，R1＝44Ω，R2＝440Ω，当开关S1断开、S2闭合，电热水壶处于____状态；该电热水壶的加热功率是____W。2.52×1071.68×104保温11007．(2015，怀化)下面生活用具中，不是利用电流的热效应工作的是()A．电饭锅B．电热水壶C．电风扇D．电烤火箱8．(2015，武汉)如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法正确的是()A．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻的关系B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系C．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少的CC9．(2015，自贡)将规格都是“220V100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列有关说法正确的是()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10．(2015，泸州)粗细均匀的电热丝放入一壶水中，通电一段时间将水加热至沸腾。若将电阻丝对折并联后放入同样一壶水中，通电到将水加热至沸腾。所需时间与第一次的通电时间相比(电源电压恒定，不计一切热损失)。下列判断正确的是()A．相等B．增加C．减少D．无法确定CC11．(2014，昆明)当一个电阻的阻值为R时，将它接在电路中通电一段时间，产生的热量为Q。如果要使它产生的热量为2Q，下列办法中可行的是()A．将电压变为原来的2倍，通电时间变为原来的12B．将电阻变为原来的2倍，通电时间变为原来的12C．将电阻变为原来的12，通电时间变为原来的2倍D．将电压变为原来的12，电阻变为原来的2倍A12．(2015，漳州)电饭煲具有保温和加热功能，晓东同学设计了如图所示的模拟电路(R1＞R2)，其中保温状态和加热状态电功率都最小的是()C13．(2015，枣阳)下图是某家用电热器内部电路结构图，其中R1、R2为加热电阻丝(R1＞R2)下列有关电阻丝的四种连接方式，可使电热器提供不同的发热功率，其中说法正确的是()A．甲的连接方式发热功率最小B．乙的连接方式发热功率最小C．丙的连接方式发热功率最大D．丁的连接方式发热功率最小B14．(2015，常州)严寒冬季，我国北方哨兵脚上穿有电热靴。一只靴内加热电路如图所示，电源电压恒定，S2为三挡旋钮开关(金属片M可分别拨至a、b、c处)，电阻丝R1、R2规格相同且阻值不变，b为电阻丝R1的中点。这只电热靴的低温挡为6W，则其中温挡和高温挡分别为()A．8W，12WB．8W，24WC．12W，18WD．12W，24WA15．(2015，自贡)如图甲所示，电源电压恒为6V，滑动变阻器的最大阻值为50Ω，电流在0.1A～0.4A之间时电子元件均能正常工作。若通过此电子元件的电流与其两端电压的关系如图乙所示，为使电子元件处于正常工作状态，滑动变阻器接入电路的最大阻值为____Ω；在电子元件处于正常工作状态下，电路消耗的最大功率为____W；在电子元件处于正常工作状态下且电路消耗的功率最大时，滑动变阻器每分钟发热____J。402.44816．(2013，广东)小明在探究“比较水和煤油的吸热能力”的实验时，利用两根完全相同的电阻丝作为发热体给质量相同的两种液体加热，为了节省时间，他将两根电阻丝并联接入电路，用一个开关控制同时通电或断电，请在图中用笔画线代替导线，使电路满足要求。17．(2015，福州)小华做了以下电学实验：他想设计一个电路探究电流产生的热量与电流和电阻的关系。提供的器材是：如图所示的三个插有温度计的相同玻璃瓶(瓶内装有质量、温度相同的煤油，三根电阻丝的电阻大小关系为R甲＝R乙＞R丙)，一个滑动变阻器，一个单刀单掷开关，一个单刀双掷开关(符号)，电源以及若干导线。(1)本实验中通过观察比较电流产生的热量多少。(2)请你选择合适的器材，设计一个不用拆装且合理的实验电路，在虚线框内画出实验电路图，并标出选择的电阻。温度计示数18．(2015，淄博)小明利用如图所示的装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油，煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。(1)通电一段时间后，小明发现____烧瓶中温度计的示数大，表明其他条件相同时，导体的电阻越____，产生的热量越多。(2)本实验使用了控制变量的科学方法：通过两段金属丝串联的方式，控制_及相同；还使用了转换的科学性，实验中采取的措施是。(3)小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置，则他应将其中一个烧瓶中的煤油换成____相同的水，将甲烧瓶中的铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的____相等的镍铬合金丝，并将两个烧瓶中的金属丝做绝缘处理。乙大电流大小通电时间观测煤油温度的变化多少质量电阻19．(2013，武汉)如图是一种调温型电热毯的电路示意图，R1和R2是两根相同的电热丝。图中虚线框内是“三刀四挡”滑动式调温开关，“三刀”(即AB、CD、EF三个滑片)只能同时并排向左或向右滑动，使开关处于“1”“2”“3”“4”挡中的某一挡位上。当开关处于“4”挡时，电热毯不发热；当开关处于其他三挡中的某一挡位时，电热毯的最小发热功率为30W。(1)电热毯以最小发热功率工作时，流过电路中的电流为________A。(结果保留两位小数)(2)开关处于“1”、“2”挡时，电热毯的发热功率分别为________W、________W。(3)开关处于“3”挡时，电热毯工作30分钟产生的热量是多少焦？0.1412060当开关位于“3”时，R1、R2串联，P＝30W，Q＝W＝Pt＝30W×30×60s＝5.4×104J20．(2015，武威)在一次课外探究中，王华观察了他家的某品牌双层电烤箱。看说明书后得知此电烤箱采用双控电路，电路如图所示，S为总开关，S1和S2为两个温控开关，R1和R2为上、下两层的加热电阻，上、下层同时加热时额定功率为1600W，其中R1＝3R2。(1)电烤箱上、下两层同时正常工作时，R1消耗的电功率是多少瓦？(2)只有R1正常工作时，通过R1的电流是多少？(计算结果保留一位小数)(3)王华妈妈总感觉做晚饭时烤熟同一种食物所用时间比在其他时段要长。王华决定用家中的电能表和手表测量做晚饭时电烤箱的实际功率。他观察家里电能表标有“220V20(40)A50Hz3200r/(kW·h)”的字样。于是，他关闭家中其他用电器，仅让电烤箱单独工作(