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第19课时电与热考点知识聚焦考点一流的热效应定义电流通过导体时转化内能的现象探究课题:电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关实验装置探究方法、转换法实验设计①在电流和电阻相同时,探究电热与通电时间的关系;②在电流和通电时间相同时,探究电热与电阻的关系(电路设计:两阻值不同的电阻串联,目的是控制电流和通电时间相同,如图甲);③在电阻和通电时间相同时,探究电热与电流的关系(电路设计:将阻值相同的电阻分别放在并联电路的干路和支路上,如图乙)电能控制变量法考点知识聚焦（续表）结论①在电阻、电流相同的情况下,通电时间越长,产生的热量越;②在电流、通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越;③在电阻、通电时间相同的情况下,通过的电流越大,产生的热量越实验说明①两装置的密闭容器中,空气的初温相同、质量相等;②选用空气的原因是:空气比热容,在相同条件下吸热,温度升高快,易进行观察;空气是绝缘体,导电多多多小不考点知识聚焦考点二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,跟通电时间成公式①数学表达式:(适用于所有电路)。②对于纯电阻电路可推导出:Q=UIt=U2Rt正比正比正比Q=I2Rt考点知识聚焦考点三电热与电能的关系物理量电能(电功)电热计算公式W=UItQ=I2Rt快慢程度P电=UIP热=I2R关系在纯电阻电路中:W=Q,P电=P热;在非纯电阻电路中:WQ,P电P热考点知识聚焦考点四电热的利用和防止1.利用:电炉、电饭锅、电热毯等。2.防止:散热窗、散热片、散热孔等。考点知识聚焦/知识纵横/纯电阻电路与非纯电阻电路中的公式应用种类公式物理量纯电阻电路非纯电阻电路电能W=UIt=P电t=I2Rt=U2RtW=UIt=P电t电功率P电=Wt=UI=I2R=U2RP电=Wt=UI电热Q=I2Rt=UIt=U2RtQ=I2Rt=P热t发热功率P热=Qt=I2R=UI=U2RP热=I2R热点考向探究探究一电流的热效应例1[2017·潍坊]下列家用电器中,利用电流热效应工作的是()图19-1C热点考向探究探究二焦耳定律及其应用例2[2017·赤峰]在赤峰市某中学科技小制作活动中,小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯,原理图如图19-2所示。其中灯泡L上标有“6V6W”字样。当开关S接a时,L恰好正常发光;当开关S接b时,L中的电流为0.2A。R1为定值电阻,且电源电压和小灯泡L电阻保持不变。求:(1)小灯泡L的电阻及电源电压。(2)R1的阻值。(3)开关S接b时,小灯泡L的实际功率。(4)开关S接b时,10s内R1上产生的热量。图19-2解:(1)当开关S接a时,只有灯泡L接入电路,此时灯泡正常发光,则电源电压U=UL=6V。此时灯泡中电流IL=𝑃L𝑈L=6W6V=1A,灯泡的电阻RL=𝑈L𝐼L=6V1A=6Ω。热点考向探究例2[2017·赤峰]在赤峰市某中学科技小制作活动中,小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯,原理图如图19-2所示。其中灯泡L上标有“6V6W”字样。当开关S接a时,L恰好正常发光;当开关S接b时,L中的电流为0.2A。R1为定值电阻,且电源电压和小灯泡L电阻保持不变。求:(2)R1的阻值。图19-2解:(2)当开关S接b时,灯泡L与电阻R1串联在电路中,灯泡L两端的电压U0=IRL=0.2A×6Ω=1.2V,R1两端的电压U1=U-U0=6V-1.2V=4.8V,R1的阻值R1=𝑈1𝐼=4.8V0.2A=24Ω。热点考向探究例2[2017·赤峰]在赤峰市某中学科技小制作活动中,小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯,原理图如图19-2所示。其中灯泡L上标有“6V6W”字样。当开关S接a时,L恰好正常发光;当开关S接b时,L中的电流为0.2A。R1为定值电阻,且电源电压和小灯泡L电阻保持不变。求:(3)开关S接b时,小灯泡L的实际功率。(4)开关S接b时,10s内R1上产生的热量。图19-2解:(3)当开关S接b时,灯泡L的实际功率P0=U0I=1.2V×0.2A=0.24W。(4)当开关S接b时,10s内R1上产生的热量Q=I2R1t=(0.2A)2×24Ω×10s=9.6J。热点考向探究【变式】[2017·包头]容积为1L的某品牌电热水壶如图19-3甲所示,其加热功率为1000W,保温功率为121W,简化电路如图乙所示,S为加热和保温自动转换开关。在标准大气压下,该电热水壶正常工作,将一满壶初温为20℃的水烧开,此过程中电热水壶的效率为70%。求:[已知c水=4.2×103J/(kg·℃)](1)电阻R2的阻值。(2)在此过程中,水吸收的热量。(3)烧开一壶水需要的加热时间。图19-3解:(1)由题图乙可知,当开关S断开时,只有R2工作,电热壶处于保温状态,则R2的阻值为R2=𝑈2𝑃保=(220V)2121W=400Ω。热点考向探究【变式】[2017·包头]容积为1L的某品牌电热水壶如图19-3甲所示,其加热功率为1000W,保温功率为121W,简化电路如图乙所示,S为加热和保温自动转换开关。在标准大气压下,该电热水壶正常工作,将一满壶初温为20℃的水烧开,此过程中电热水壶的效率为70%。求:[已知c水=4.2×103J/(kg·℃)](2)在此过程中,水吸收的热量。图19-3解:(2)一满壶水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg,水吸收的热量Q=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J。热点考向探究【变式】[2017·包头]容积为1L的某品牌电热水壶如图19-3甲所示,其加热功率为1000W,保温功率为121W,简化电路如图乙所示,S为加热和保温自动转换开关。在标准大气压下,该电热水壶正常工作,将一满壶初温为20℃的水烧开,此过程中电热水壶的效率为70%。求:[已知c水=4.2×103J/(kg·℃)](3)烧开一壶水需要的加热时间。图19-3解:(3)烧开一壶水消耗的电能W电=𝑄𝜂=3.36×105J70%=4.8×105J,需要的加热时间t=𝑊电𝑃加=4.8×105J1000W=480s。热点考向探究例3如图19-4所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能转化成内能。已知线圈电阻为1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈的电流为2A,物体质量为540g,以10m/s的速度匀速上升。不计绳的重力和一切摩擦。物体上升20s的过程中,求:(g取10N/kg)(1)电压表的示数。(2)电流通过线圈产生的热量。(3)提升物体的有用功。(4)电动机的工作效率。探究三非纯电阻电路的有关计算图19-4热点考向探究解:(1)电动机做功的功率P机械=𝑊有𝑡=𝐺ℎ𝑡=𝑚𝑔ℎ𝑡=mgv=540×10-3kg×10N/kg×10m/s=54W,线圈的发热功率P线圈=I2R=(2A)2×1.5Ω=6W,电动机的总功率P=P机械+P线圈=54W+6W=60W,则电压表的示数U=𝑃𝐼=60W2A=30V。热点考向探究例3如图19-4所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能转化成内能。已知线圈电阻为1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈的电流为2A,物体质量为540g,以10m/s的速度匀速上升。不计绳的重力和一切摩擦。物体上升20s的过程中,求:(g取10N/kg)(2)电流通过线圈产生的热量。(3)提升物体的有用功。图19-4(2)电流通过线圈产生的热量Q=P线圈t=6W×20s=120J。(3)提升物体的有用功W有=P机械t=54W×20s=1080J。热点考向探究例3如图19-4所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能转化成内能。已知线圈电阻为1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈的电流为2A,物体质量为540g,以10m/s的速度匀速上升。不计绳的重力和一切摩擦。物体上升20s的过程中,求:(g取10N/kg)(4)电动机的工作效率。图19-4(4)电动机消耗的电能W=Pt=60W×20s=1200J,则电动机的工作效率η=𝑊有𝑊=1080J1200J=90%。热点考向探究【点拨】在纯电阻电路中,消耗的电能全部转化为电热,即W=Q,此时公式W=UIt、W=I2Rt、W=𝑈2𝑡𝑅可以通用;在电动机、电解槽等非纯电阻电路中,消耗的电能只有很少一部分转化为电热,此时,计算消耗的电能只能用W=UIt,计算电热只能用Q=I2Rt,且WQ。(特别要注意公式的适用范围)热点考向探究实验突破突破探究影响电流热效应的因素【考点归纳】(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,都能使实验现象明显。(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。(4)控制变量法的应用:①探究电热与电流的关系时,控制电热丝的电阻值与通电时间相同,改变通过两电热丝的电流大小;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,控制两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。(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。热点考向探究例小静同学设计了一套实验装置,如图19-5所示,通过这套装置能探究电热的影响因素。图19-5(1)两个透明容器中密闭了等量的空气,通过观察反映电流通过电阻丝产生的热量的多少。(2)小静用空气而不用水主要是因为。U形管中液面高度的变化空气受热膨胀明显,实验效果好热点考向探究(3)按图甲进行实验发现随着通电时间的延长,玻璃管A、B中的液面均逐渐上升,这表明;用图乙实验探究电流产生的热量跟的关系,通电一段时间(选填“左瓶”或“右瓶”)内的电阻产生的热量多。在电阻和电流不变时,导体通电时间越长,电流通过导体产生的热量越多电流左瓶热点考向探究实验拓展小明和小红想利用如图19-6所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”,两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,烧瓶A中的金属丝是铜丝,电阻比较小,烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大。两瓶煤油中温度计可以显示煤油的温度。图19-6(4)根据法的研究思想,应该使这两个烧瓶中煤油的质量相等。控制变量热点考向探究(5)小红问小明:“打开水龙头就可以得到水,干吗不用水代替煤油?”对于这个问题,小明与他的同学给出了下列四种答案,你认为最合理的是。A.因为煤油有颜色便于观察B.因为煤油有比较大的热值C.因为煤油有比较小的密度D.因为煤油有比较小的比热容(6)实验中,小明和小红发现烧瓶B中温度计的示数升高得快,这表明:在电流和通电时间相同的情况下,导体的电阻越,产生的热量越多。D大热点考向探究(7)小红把实验装置做了一些改动:在相同的烧瓶A、B中装满煤油,用细玻璃管代替温度计做实验,当煤油温度上升时,会看到细玻璃管内的液面明显上升,下列实验中也用到这种思想和方法的是。A.将不同的电阻丝分别接到同一电路中,通过比较电流的大小来比较电阻的大小B.将乒乓球靠近发声的音叉,通过乒乓球被弹开显示音叉在振动C.让不同的纸团从相同高度同时下落,通过落地的先后判断运动的快慢D.将小铁屑均匀撒在磁体周围,通过观察铁屑的分布情况来认识磁场的分布情况(8)有许多家用电器是根据焦耳定律设计的,请举两个例子:①;②。B电饭锅电烙铁