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第17课时焦耳定律考点梳理夯实基础考向探究逐个击破考点一焦耳定律1.电流的热效应：电流通过导体时,转化成内能的现象。利用：电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗等。防止：散热窗、散热片等。2.发现：英国物理学家做了大量实验,最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。3.焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成,跟导体的电阻成,跟通电时间成。4.公式：(适用于所有电路)。对于纯电阻电路,可推导出：Q=I2Rt=𝑈2𝑅t。(1)串联电路常用公式：Q=I2Rt,Q1∶Q2=R1∶R2。(2)并联电路常用公式：Q=𝑈2𝑅t,Q1∶Q2=R2∶R1。电能焦耳正比正比正比Q=I2Rt考点梳理夯实基础考向探究逐个击破考点二电功W与热量Q之间的关系对于纯电阻电路可推导出Q=I2Rt=𝑈2𝑅t。纯电阻电路Q=W,非纯电阻电路Q≠W,且WQ。考点梳理夯实基础考向探究逐个击破考点三电热器多挡位问题多挡位电热器的工作原理可用P=𝑈2𝑅来解释。由于家庭电路电压都是220V,根据P=𝑈2𝑅可知,电路中总电阻越大,功率越,为低温挡;电路中总电阻越小,功率越,为高温挡。小大探究一焦耳定律考点梳理夯实基础考向探究逐个击破1.阻值为50Ω的定值电阻R接在电源两端,通过电阻R的电流为0.2A,10s内电流产生的热量是J。20考点梳理夯实基础考向探究逐个击破2.如图17-1所示,闭合S1、S2、S3时,电压表示数为3V,电流表示数为0.5A,R1在10s内产生的热量是J;闭合S1、S3,断开S2时,电压表示数为2V,此时R1与R2的功率之比为。图17-1152∶1考点梳理夯实基础考向探究逐个击破[解析]由图知,闭合S1、S2、S3时,只有R1连入电路中,电压表测电源电压,电流表测电路中电流,所以电源电压为3V,R1的阻值R1=𝑈1𝐼1=3V0.5A=6Ω。R1在10s内产生的热量Q1=𝐼12R1t=(0.5A)2×6Ω×10s=15J。闭合S1、S3,断开S2时,两电阻串联,电压表测R1两端电压,即U1=2V,由串联电路特点可知,R2两端电压U2=U-U1=3V-2V=1V,由P=UI可得两电阻的功率之比𝑃1𝑃2=𝑈1𝐼𝑈2𝐼=𝑈1𝑈2=2V1V=21。3.一只电炉接在220V的电路上时,用10min可把一壶水烧开,那么接在110V的电路上时,同样把这壶水烧开所需要的时间是()A.10minB.20minC.30minD.40min考点梳理夯实基础考向探究逐个击破D探究二有关电热器的多挡位问题考点梳理夯实基础考向探究逐个击破4.如图17-2所示,是一个电热器的原理图,R1、R2为两个发热电阻,且R1=R2,当开关S闭合、S1断开时是(选填“高温”或“低温”)挡,高温挡与低温挡的功率之比是。图17-2低温2∶1考点梳理夯实基础考向探究逐个击破5.林红家买了一台电烤箱,发热功率有高温、中温、低温3个挡位,图17-3是其内部简化电路图,电源电压U保持不变,开关S1可分别与触点a、b接触。则当开关S1置于b点、S2断开时,电烤箱处于挡位;当开关S1置于a点、S2闭合时,电烤箱处于挡位;中温挡位电功率的表达式是P中=。图17-3低温高温𝑼𝟐𝑹𝟏考点梳理夯实基础考向探究逐个击破[解析]电烤箱的挡位由发热功率决定,发热功率越大,温度越高;根据公式P=𝑈2𝑅可知,电烤箱接入电路电阻越大,电功率越小。当开关S1置于b端、S2断开时,两个电阻串联,总电阻最大,电功率最小,处于低温挡位;当开关S1置于b点、S2闭合时,R2短路,电路中只有电阻R1工作,此时处于中温挡位,则中温挡位电功率的表达式P中=𝑈2𝑅1;当开关S1置于a点、S2闭合时,两个电阻并联时,总电阻最小,电功率最大,处于高温挡位。6.[2019·江西]如图17-4甲、乙、丙所示是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌,暖奶器具有加热、保温双重功能,当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态,连接触点2和3时为保温状态,连接触点3和4时为加热状态。(温馨提示：最适合宝宝饮用的牛奶温度为40℃)(1)求电阻R2的阻值。(2)把400g牛奶从20℃加热到40℃,求牛奶所吸收的热量。[c牛奶=4.0×103J/(kg·℃)](3)如图丁所示是暖奶器对400g牛奶正常加热和保温过程中温度随时间变化的图像,求暖奶器在加热过程中的加热效率。(结果精确到0.1%)考点梳理夯实基础考向探究逐个击破考点梳理夯实基础考向探究逐个击破图17-4考点梳理夯实基础考向探究逐个击破解：(1)由题意可知,当开关连接触点2和3时,电路为R1的简单电路,暖奶器处于保温状态;当连接触点3和4时,R1、R2并联,暖奶器处于加热状态。因电路中的总功率等于各用电器功率之和,所以R2的电功率P2=P加热-P保温=220W-20W=200W,电阻R2的阻值R2=𝑼𝟐𝑷𝟐=(𝟐𝟐𝟎𝐕)𝟐𝟐𝟎𝟎𝐖=242Ω。考点梳理夯实基础考向探究逐个击破解：(2)牛奶吸收的热量Q=c牛奶m(t-t0)=4.0×103J/(kg·℃)×0.4kg×(40℃-20℃)=3.2×104J。6.[2019·江西]如图17-4甲、乙、丙所示是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌,暖奶器具有加热、保温双重功能,当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态,连接触点2和3时为保温状态,连接触点3和4时为加热状态。(温馨提示：最适合宝宝饮用的牛奶温度为40℃)(2)把400g牛奶从20℃加热到40℃,求牛奶所吸收的热量。[c牛奶=4.0×103J/(kg·℃)]图17-4考点梳理夯实基础考向探究逐个击破6.[2019·江西]如图17-4甲、乙、丙所示是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌,暖奶器具有加热、保温双重功能,当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态,连接触点2和3时为保温状态,连接触点3和4时为加热状态。(温馨提示：最适合宝宝饮用的牛奶温度为40℃)(3)如图丁所示是暖奶器对400g牛奶正常加热和保温过程中温度随时间变化的图像,求暖奶器在加热过程中的加热效率。(结果精确到0.1%)图17-4考点梳理夯实基础考向探究逐个击破解：(3)由图丁可知,0~200s为加热时间,消耗的电能W=P加热t时=220W×200s=4.4×104J。暖奶器在加热400g牛奶过程中的加热效率η=𝑸𝑾=𝟑.𝟐×𝟏𝟎𝟒𝐉𝟒.𝟒×𝟏𝟎𝟒𝐉≈72.7%。考点梳理夯实基础考向探究逐个击破【总结】电热器的高低挡指的是不同“功率”,电功率大的为高挡位,电功率小的为低挡位。在电源电压不变的情况下,通过改变电路的总电阻从而改变用电器的总功率,实现高、中、低挡位之间的转换,一般情况是通过电阻短路或改变电路连接方式等方法实现(如图所示)。(串“低”并“高”)考点梳理夯实基础考向探究逐个击破探究三非纯电阻电热的计算考点梳理夯实基础考向探究逐个击破7.一台线圈电阻为0.3Ω的电动机,接在12V的电源上时,通过电动机的电流为0.5A,在2min内电流产生的热量是J,转化成的机械能是J,此电动机的效率为。971198.75%[解析]线圈电阻2min内产生的热量Q=I2Rt=(0.5A)2×0.3Ω×2×60s=9J;电动机2min消耗的电能W=UIt=12V×0.5A×2×60s=720J,电流做的功转化为的机械能W'=W-Q=720J-9J=711J。这台电动机电能转化机械能的效率η=𝑊'𝑊=711J720J=98.75%。实验突破素养提升【设计和进行实验】1.被加热的物质选用空气(或煤油)的原因：空气受热膨胀明显(煤油比热容小),能使实验现象明显。2.选择被加热物质时需要保证物质的种类相同、质量相同、初温相同。3.转换法的应用：通过U形管中液面高度的变化(或温度计示数的变化)反映电流通过导体产生热量的多少。突破探究电热的影响因素实验突破素养提升4.控制变量法的应用：①探究电热与电流的关系时,控制电热丝的电阻与通电时间相同,改变通过电热丝的电流大小;②探究电热与电阻的关系时,控制通过电热丝的电流与通电时间相同,选择两电阻不同的电热丝;③探究电热与通电时间的关系时,控制电热丝的电阻和通过的电流相同,改变通电时间的长短。5.多次测量的目的：使实验结论具有普遍性。【实验结论】6.实验结论：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,与通电时间成正比。实验突破素养提升例小华、小玲分别设计了两个装置,用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。(1)请用笔画线代替导线,把图17-5中两个容器中的电阻丝连接到电路中。图17-5如图所示实验突破素养提升(2)实验中,电流产生热量的多少是通过体现出来的,可知他们在实验探究过程中使用了法。(3)小华按如图甲将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,他探究的是导体产生的热量与的关系,这样做的好处是。连接好电路,闭合开关,通电一段时间后,侧U形管液面高度变化大,得出的结论是。U形管中液面的高度差转换电阻保证电流与通电时间相同右在电流和通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多实验突破素养提升(4)小玲设计的两容器中的电阻丝电阻一样大,并在其中一个容器的外部并联了一个电阻丝,如图17-6所示,这是为了探究导体产生的热量与的关系。通电一段时间后发现侧U形管液面高度变化大,得出的结论是。图17-6电流左在电阻和通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越大,产生的热量越多实验突破素养提升(5)若要探究导体产生的热量与通电时间的关系,实验中还需要的测量器材是。(6)通电一段时间后,发现其中一个U形管中液面的高度几乎不变,出现该现象的原因可能是。停表U形管气密性不好实验突破素养提升·实验拓展·小辉和小王想探究电流通过电阻时产生的热量与电阻、电流的关系。小辉连接了如图17-7所示的电路进行实验,装置中三个完全相同的烧瓶A、B、C内都盛有质量和初温均相等的液体,其中A、B烧瓶中装的是水,C烧瓶中装的是煤油,A、B、C三个烧瓶中电阻丝的阻值分别为RA、RB、RC,且RARB=RC。闭合开关S通电一定时间后：(均不计热损失,比热容c水c煤油)图17-7实验突破素养提升AB、CCA(7)在A、B两烧瓶中,相同的时间内,烧瓶中的电阻产生的热量多。(8)利用两烧瓶可探究不同物质的吸热能力,这两个烧瓶加热相同的时间,烧瓶中温度计的示数高。(9)小王用如图17-8Ⅰ所示的装置进行探究,经过多次实验测量,收集实验数据,给制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图像。根据焦耳定律可知,图Ⅱ中能正确反映h-I关系的是。图17-8实验突破素养提升(10)用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量。能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗?请用实例说明原因。。电风扇工作时消耗的电能W=UIt,产生的热量Q=I2Rt,转化成的机械能是W-Q=UIt-I2Rt,所以不能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量