資源簡介

（一）電流的熱效應
(1)定義:電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。
(2)實質:電流通過導體發熱的過程實際上是電能轉化為內能的過程。
(3)應用:各種各樣的電熱器都是利用電流的熱效應工作的，如電熨斗、電熱毯、電熱壺、電飯煲等。電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體一般是由電阻大、熔點高的金屬導體制成的。
（二）探究影響電熱的因素
提出問題:電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關呢
猜想與假設:結合生活經驗，可能與導體的電阻有關，可能與電流的大小有關，還可能與通電時間有關。
設計實驗:如圖(注意控制變量法的運用)
控制t、I相同，研究熱效應與電阻的關系。
控制t、R相同，研究熱效應與電流的關系。
控制I、R相同，研究熱效應與時間的關系。
進行實驗:
①將兩根電阻絲串聯，通電加熱一段時間后，觀察兩玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
②當兩玻璃管中的液面降到原來的高度后，減小滑動變阻器接人電路的阻值使電流增大，在與①相同的時間內，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
③保持②電流大小不變，延長通電加熱時間，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。
④比較玻璃管中煤油上升高度的變化，得出結論。
獲得結論:
①當通電時間、電流相等時，電阻越大，電流產生的熱量越多。
②當通電時間、電阻相等時，電流越大，電流產生的熱量越多。
③當通電電流和電阻相等時，通電時間越長,電流產生的熱量越多。
（三）焦耳定律
(1)焦耳定律的內容:電流通過導體產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。焦耳定律是由英國科學家焦耳最先發現的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)對焦耳定律的計算公式Q rPRt的理解要注意以下幾點:
①講到影響電流通過導體產生熱量的因素時要控制好變量，要同時考慮到通過導體的電流、導體電阻和通電時間。例如不能說導體通電時間越長，產生的熱量就越多。
②不能說導體產生的熱量跟電流成正比，只能說跟電流的二次方成正比。
③公式中的各個物理量都是對同一導體或電路而言的，計算時不能張冠李戴。
④電熱和電功的單位是相同的，都是焦(J)。
（四）電熱的檔位問題：
如圖所示R1>R2根據P=U2/R可得出
高溫檔：R2單獨工作
中溫檔：R1單獨工作
低溫檔：R1,R2同時工作
如圖所示R1>R2根據P=U2/R可得出
高溫檔：R1,R2同時工作
中溫檔：R2單獨工作
低溫檔：R1單獨工作
例1、電熱桌墊在冬天很受歡迎（如圖甲）。某校綜合實踐活動小組的同學探究了它的原理，查看說明書后發現：該電熱桌墊由8伏電源供電，發熱部分由R1和R2組成，調溫檔有關、低溫、高溫三檔，已知兩圖中R1均為6歐，R2均為2歐。
（1）按如圖乙的電路，當S1閉合、S2斷開時電熱桌墊處于 檔（選填“關”、“低溫”或“高溫”）。
（2）圖乙中該電熱桌墊消耗的最大功率是多少瓦？
（3）若該電熱桌墊實際電路如圖丙，現電熱桌墊處于高溫檔，開關S1閉合，S2 （選填“斷開”或“閉合”）。
（4）圖乙中當電熱桌墊處于低溫檔時，求10分鐘內產生的熱量是多少焦？（不考慮溫度的變化對電阻的影響）
例2、養生壺是一種用于養生保健的可以烹飲的容器，類似于電水壺，其最大的特點是采用一種新型的電加熱材料，通過高溫把電熱膜電子漿料（金屬化合物）噴涂在玻璃表面形成面狀電阻，在兩端制作銀電極，通電后產生熱量把壺內的水加熱。小明家買了一把養生壺（圖甲）小明關閉了家中的其它所有用電器，并在壺中加入初溫為25℃的水，6分鐘將水燒開（標準大氣壓下），求：
（1）在加熱過程中家用電能表（圖乙）的轉盤轉了300轉，此過程中養生壺消耗的電能是多少J？
（2）如果養生壺的熱效率是87.5%，則壺中水的質量是多少？
（3）養生壺兩端的實際電壓是多少？（不考慮溫度對電阻的影響）
項 參數
電源電壓(V) 220
低溫檔功率(W) 275
中溫檔功率(W) 550
高溫檔功率(W) 1100
容積(L) 1
例3、多功能養生壺具有精細烹飪、營養量化等功能，深受市場認可和歡迎。圖乙是某品牌養生壺簡化電路圖。(C水=4.2×103J/(kg·℃))
（1）開關S1、S2處于什么狀態，養生壺為高溫檔 ？
（2）求R1的阻值？
（3）在標準大氣壓下，使用高溫檔將初溫是23°C的一壺水燒開，若養生壺高溫檔加熱效率為80%，求燒開一壺水需要的時間？
例4、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，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。將電飯煲接入220V電路中，在電飯煲工作的30min內，它消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖丙所示。求：
（1）S和S1均閉合時，電路中的總電流；
（2）R2的阻值和0~30min電飯煲產生的總熱量；
（3）在不考慮熱損失的條件下，當用電高峰期實際電壓為200V時，使用該電飯煲，從開始工作到S1第一次自動斷開需要的時間比在額定電壓時使用多了多長時間？
1.小峻家中有一個足浴盆，其部分銘牌信息如表格所示，圖甲為足浴盆的工作電路，R1、R2均為電熱絲，當開關S接a、b觸點時，足浴盆的擋位不同。求：
型號 MLJY－01
額定電壓 220V
額定加熱功率 880W
額定保溫功率 100W
（1）額定加熱電流。
（2）R1和R2的阻值各為多少歐？
（3）在用電高峰期，小峻關閉家中其他用電器，只讓足浴盆通電，使其處于加熱狀態1min，電能表(如圖乙所示)的圓盤轉了30轉，則浴足盆加熱的實際功率為多少瓦？
2.智能家居帶給我們健康、舒適的生活，如智能馬桶(圖甲)。某品牌智能馬桶座圈的簡易加熱電路如圖乙所示，電阻R1和R2是阻值恒定的電熱絲，單刀雙擲開關S2；可接a或b，再通過開關S1的通斷，實現“高、中、低"三種溫檔的調節，其中低溫檔的功率為20瓦，電阻R1為1210歐。
（1）座圈加熱時，把電能轉化為________能；
（2）當開關S1閉合、S2接a時，該座圈的電路相當于下列選項中的________；
（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫檔工作多少小時？
（4）該座圈處于中溫檔工作時的電功率為多少？
3.如圖甲所示的電熱杯墊，它能夠對杯子進行加熱或保溫，杯墊內部簡化電路如圖乙所示，R1、R2為加熱電阻，其中R1=10Ω。只閉合開關S1，通過電源線的電流為0.5A，杯墊處于保溫狀態：同時閉合開關S1、S2，通過電源線的電流為1.5A，杯墊處于加熱狀態。求：
（1）杯墊工作時的電源電壓U；
（2）杯墊保溫100s產生的熱量Q；
（3）杯墊加熱時消耗的電功率P。
4.如圖所示，燈L標有“6V 2W”字樣，電源電壓恒為6V，定值電阻R=12Ω，設燈L的阻值不隨溫度變化而變化，求：
（1）燈L正常發光時的電阻是多少？
（2）只閉合S1、S3時，電阻R在60s內產生的熱量是多少？
（3）要使整個電路消耗的電功率最小（且電路電流不為0），各開關的合閉情況應如何？此時的最小電功率為多少？
5.小亮家新買了一輛汽車，車上的座椅墊具有電加熱功能，如圖甲所示。通過觀察和研究，他了解到該座椅墊有“高溫”、“低溫”和“關”三個擋位。“低溫”擋功率為24W。該座椅墊加熱部分的電路簡圖如圖乙所示，電源電壓為24V，S為擋位切換開關。R1和R2為電熱絲，電熱絲R2阻值為12Ω。求：
（1）電熱絲R1的阻值是多少？
（2）“高溫”擋的功率為多少？
（3）座椅墊高溫擋工作3min電流做了多少功？
1.電壓力鍋結合了壓力鍋和電飯鍋的優點，解決了壓力鍋的安全問題，如圖是某品牌的電壓力鍋和它的簡化電路圖，R1為工作時的加熱電熱絲，額定功率為800W；R2為保溫保壓電熱絲，且R2=4R1，使用時同時閉合開關S1、S2，S1為壓力開關，當壓強達到設定值時S1會自動斷開，排氣閥開始排氣；S2為限時開關，可以設定保溫保壓時間。
（1）電壓力鍋工作時，把電能轉化為________能；
（2）加熱功率為額定功率800W時，電阻絲R的阻值為多少歐姆
（3）用電壓力鍋煮骨頭湯時食物更容易煮透。假設某次要煮水和骨頭共計4千克，水的初溫20℃，不計熱損失，加熱到最高溫度120℃時，至少需要多少時間 (C水=4.2×103J/（kg℃），設骨頭的比熱容與水相同)
2.小明的媽媽為了豐富早餐的營養，買了一臺全自動豆漿機，如圖甲所示。圖乙所示是豆漿機的主要結構：中間部位是一個帶動刀頭的電動機，用來將原料進行粉碎打漿；外部是一個金屬圓環形狀的電熱管，負責對液體加熱煮沸；圖丙所示是豆漿機正常工作做一次豆漿的過程中電熱管和電動機交替工作的“P－t”圖像。表中是這個豆漿機的主要技術參數。
型號 SYL－624
額定電壓 220V
額定頻率 50Hz
額定功率 120W
加熱功率 1210W
請解答下列問題：
（1）豆漿機正常工作時的最大電流是多大？
（2）豆漿機正常工作做一次豆漿，總共消耗的電能是多少？
（3）在一次豆漿機工作的時候，小明將家中其他用電器都關閉，他觀察到豆漿機的電熱管工作時，家里標有“2400r/(kW·h)”字樣的電能表轉盤在2min內轉過了80轉。此時電路的實際電壓是多大？
3.圖甲為某款電餅鐺，其工作原理電路圖如圖乙所示，R1、R2分別為上、下盤的發熱電阻，某次烙餅過程中正常加熱和保溫時的功率隨時間變化關系如圖丙所示，求：
（1）該電餅鐺正常加熱時的總電流；
（2）R2的阻值；
（3）本次烙餅共消耗的電能。
4.小明家新買了一個電水壺，原理圖如圖甲所示，其額定電壓為220V，R1和R2是電熱絲，該水壺有高溫擋、中溫擋和保溫擋，其中保溫擋額定功率為242W。圖乙是一種新型插座，它能即時顯示用電器的工作電壓和所耗電費等，將該水壺單獨插在該插座上，用中溫擋加熱一段時間后，屏幕兩次顯示如圖丙，[電費單價：0.5元/，忽略溫度對電阻的影響]。求：
（1）電阻R1的阻值；
（2）電阻R2的阻值；
（3）該電水壺的中溫擋額定功率及高溫擋額定功率。
參考答案
例1、（1）低溫
（2）當S1、S2均閉合時，電熱桌墊消耗的功率最大，
答：圖乙中該電熱桌墊消耗的最大功率是32瓦
（3）閉合
（4）當圖乙開關S1閉合，S2斷開，低溫檔，
答：10分鐘內產生的熱量是4800焦。
【解析】（1）根據電功率的公式比較三種狀態下總功率的大小即可；
（2）當S1、S2均閉合時，R1被短路，只有R2工作，電熱桌墊消耗的功率最大，根據 計算出最大功率即可；
（3）根據電功率的公式比較三種狀態下總功率的大小即可；
（4）當圖乙開關S1閉合，S2斷開，兩個電阻串聯，此時為低溫檔，根據 計算出產生的熱量即可。
【解答】（1）根據乙圖可知，當開關S1斷開時，整個電路沒有電流，此時為“關”；
當開關S1閉合，S2閉合時，此時只有R2工作，總電阻為R2；
當開關S1閉合，S2斷開時，此時兩個電阻串聯，總電阻為R串；則R2根據電功率的公式可知，P2>P串； 則前者為高溫，后者為低溫。
（3）根據圖丙可知，開關S1閉合，S2斷開時，只有R1單獨工作，此時電功率為P1；
開關S1和S2都閉合時，兩個電阻并聯，此時的電功率為P并；
因為P并=P1+P2，所以P并>P2；
則前者為低溫，后者為高溫；
那么電熱桌墊處于高溫檔，開關S1閉合，S2閉合。
例2、（1）此過程中養生壺消耗的電能是：；
（2）養生壺中水吸收的熱量為：；
壺中水的質量為：；
（3）養生壺的實際功率：；
根據得到
【解析】（1）電能表消耗的電能與鋁盤的轉數成正比，根據公式計算即可；
（2）首先根據公式計算養生壺中水吸收的熱量，然后再根據公式計算水的質量；
（3）首先根據計算出養生壺的實際功率，然后根據公式計算實際電壓。
例3、（1）S1閉合，S2接B時，高溫檔。
（2）解：S2斷開，S1閉合，只有R1接入電路，中溫檔
（3）解：水的質量為1kg
℃ ℃ ℃)=3.234 × 105J
【解析】（1）根據公式判斷不同狀態下的電功率，然后確定與三個狀態的對應關系；
（2）結合圖像，確定只有R1正常工作時的電功率，然后根據計算即可；
（3）首先根據Q=cm△t計算出燒開這壺水需要的熱量，然后根據計算出消耗的電能，最后根據計算燒開這壺水需要的時間。
【解答】（1）根據可知，當電壓相等時，功率與電阻成反比。
當開關S1斷開，S2接A時，兩個電阻串聯，總電阻為R串；
當開關S1閉合，S2接斷開時，只有R1工作，總電阻為R1；
當開關S1閉合，S2接B時，兩個電阻并聯，總電阻為R并；
因為R串>R1>R并；
所以P串那么三種狀態依次為低溫、中溫和高溫檔。
（2）S2斷開，S1閉合，只有R1接入電路，此時為中溫檔，
那么R1的阻值為：。
（3）養生壺內水的質量為：m=ρV=103kg/m3×10-3m3=1kg；
水吸收的熱量為： ；
消耗的電能；
燒開一壺水需要的時間：。
例4、（1）3A；（2）9.9×105J；（3）2.1min
【解析】解：（1）當開關S和S1均閉合時，電阻R1與R2并聯，電路的總電阻最小，電飯煲的功率較大，由圖丙可知，此時電路的總功率P=660W，由P=UI可得，電路中的總電流
（2）由電路圖可知，當開關S和S1均閉合時，電路為R1與R2并聯，電飯煲的功率較大，只閉合開關S、斷開S1時，電路為R1的簡單電路，電飯煲功率較小，則電阻R2的電功率
P2=P-P′=660W-440W=220W
由可得，電阻R2的阻值
由圖丙可知，0~30min內電飯煲功率最大時工作的時間和功率較小時的工作時間
t=15min=900s
則0~30min電飯煲產生的總熱量 Q=W+W′=Pt+P′t=660W×900s+440W×900s=9.9×105J
（3）電飯煲正常工作時，由圖丙可知，電飯煲從開始工作到S1第一次自動斷開時的時間
t1=10min=600s
此過程中產生的熱量 Q′=W=Pt1=660W×600s=3.96×105J
電飯煲最大功率時電路中的總電阻
因在不同電壓下，電飯煲從開始工作到S1第一次自動斷開產生的熱量相同，所以由可得，在實際電壓是200V時電飯煲工作的時間
所以從開始工作到S1第一次自動斷開需要的時間比在額定電壓時使用多用的時間
Δt=t2-t1=12.1min-10min=2.1min
答：（1）S和S1均閉合時，電路中的總電流為3A；
（2）R2的阻值為220Ω，0~30min電飯煲產生的總熱量為9.9×105J；
（3）從開始工作到S1第一次自動斷開需要的時間比在額定電壓時使用多了2.1min。
1.（1）由表中數據可知，足浴盆的額定加熱功率880W，由P＝UI可得，額定加熱電流I加熱＝ ＝4A。
（2）由電路圖可知，S接b時只有R2接入電路中，電路中電阻較小，電源電壓一定，由P＝ UI 可知，此時電路的功率較大，為加熱狀態；S接a時兩電阻串聯，電路中電阻較大，功率較小，為保溫狀態。由歐姆定律可得，R2＝ ＝55Ω，保溫狀態下，由串聯電路的特點和P＝ UI 可得，總電阻R總＝ ＝484Ω，則R1＝R總－R2＝484Ω－55Ω＝429Ω。
（3）由圖乙可知，表盤轉過30轉時，足浴盆消耗的電能W＝ kW·h＝ kW·h；此時足浴盆加熱的實際電功率P實＝ ＝0.6kW＝600W。
【解析】（1）根據表格確定足浴盆加熱時的功率，然后根據公式 計算加熱電流；
（2）首先根據公式判斷出加熱和保溫時開關的閉合情況，然后根據 計算出R2的阻值；再根據 計算出二者串聯時的總電阻，最后根據R1＝R總－R2計算出R1的阻值即可；
（3）首先根據計算出足浴盆消耗的電能，再根據公式計算出足浴盆的實際功率。
2.（1）內(或熱)
（2）C
（3）解；P=20W=0.02kW
t=W/P=1kW·h/0.02kW=50h
（4）低溫檔時，R1和R2是串聯的
R總=U2/P低=(220V)2/20W=2420Ω
R1=R總-R2=2420Ω-1210Ω=1210Ω
中溫檔時，電路中只有電阻R2工作
P中=U2/R1= (220V)2/1210Ω=40W
【解析】（1）根據能量轉化的知識解答；
（2）根據乙圖確定電流的路徑，從而確定電阻的串并聯關系即可；
（3）根據公式計算出低溫檔工作的時間；
（4）低溫檔時，R1和R2是串聯的，此時電阻最大，功率最小。首先根據計算出總電阻，再根據 R1=R總-R2 計算出R1的阻值。中溫檔時，電路只有R1工作，根據公式計算出此時的電功率即可。
【解答】（1）座圈加熱時，把電能轉化為內(或熱)能；
（2）當開關S1閉合、S2接a時， 如下圖所示，兩個電阻為并聯，則該座圈的電路相當于C。
3.（1）5V；（2）250J；（3）7.5W
【解析】解：（1）由題和圖乙可知，只閉合S1時，只有R1連入電路中，此時杯墊處于保溫狀態，電路中的電流是0.5A，由歐姆定律可得，杯墊工作時的電源電壓
（2）保溫100s產生的熱量
（3）由題和圖乙可知，S1、S2同時閉合時，兩電阻并聯，杯墊處于加熱狀態，干路電流為1.5A，則杯墊加熱時消耗的電功率
答：（1）杯墊工作時的電源電壓是5V；
（2）保溫100s產生的熱量是250J；
（3）杯墊加熱時消耗的電功率是7.5W。
4.（1）18Ω；（2）180J；（3）開關S2閉合、S1和S3斷開，1.2W
【解析】解：（1）由
可得，燈L正常發光時的電阻
（2）只閉合S1、S3時，L與R并聯，因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，所以，電阻R在60s內產生的熱量
（3）由電路圖可知，只閉合S2時，R與L串聯，電路中的總電阻最大，電路的總功率最小，因串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，電路的最小功率
答：（1）燈L正常發光時的電阻是18Ω；
（2）只閉合S1、S3時，電阻R在60s內產生的熱量是180J；
（3）開關S2閉合、S1和S3斷開時，整個電路消耗的電功率最小，最小電功率為1.2W。
5.（1）12Ω；（2）48W；（3）8640J
【解析】解：（1）S接3位置時，電路為R1、R2的串聯電路，總電阻較大，電源電壓不變，根據可知，總功率較小，座椅墊處于“低溫”擋，根據可知，總電阻為
根據電阻串聯的特點可知電熱絲R1的阻值為
（2）S接2位置時，電路為R1的簡單電路，總電阻較小，電源電壓不變，根據可知，總功率較大，座椅墊處于“高溫”擋，根據可知，“高溫”擋的功率
（3）座椅墊高溫擋工作3min，電流做的功為
答：（1）電熱絲R1的阻值是12Ω；
（2）“高溫”擋的功率為48W；
（3）座椅墊高溫擋工作3min電流做了8640J的功
1.（1）內能（熱能）
（2）
（3）P1: P2 =R2: R1 P2 = =800W/4=200W
P總=800W+200W=1000W
Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×4kg×100℃=1.68×106J
Q=Pt t=Q/P=1.68×106J/1000W =1.68×103S
答：需要加熱 1.68×103S
【解析】（1）根據能量轉化的知識分析解答；
（2）已知加熱功率和電壓，根據公式 計算電阻絲的阻值；
（3）根據圖片可知，電阻R1與R2并聯，根據“ R2=4R1 ”和“并聯電路中，功率與電阻成反比”計算出R2單獨工作時的電功率，然后將二者的功率相加得到電壓力鍋的總功率。根據Q=cmΔt計算出骨頭湯需要吸收的熱量，最后根據計算需要的時間。
2.（1）已知最大功率P1＝1210W，所以正常工作時的最大電流I1＝ ＝5.5A。
（2）由圖像可知，豆漿機正常工作一次電熱管工作時間t1＝9min，電動機工作時間t2＝2min，消耗的電能W＝P1t1＋P2t2＝1210W×9×60s＋120W×2×60s＝667800J。
（3）豆漿機2min內消耗的電能W＝ kW·h＝ 1.2×105J，
豆漿機實際功率P＝ ＝1000W，
電熱管電阻R＝ ＝40Ω，
電路實際電壓U＝ ＝200V。
【解析】（1）功率最大時電流最大，從表格中找到最大功率，然后根據 計算工作時的最大電流；（2）根據丙圖，根據功率的大小確定加熱管工作的時間和電動機工作的時間，分別根據公式W=Pt計算出消耗的電能，最后將它們相加即可；
（3）首先根據計算出消耗的電能，再根據公式計算出豆漿機的實際功率，接下來根據電熱管的額定功率和額定電壓利用公式P=計算出電熱管的電阻，最后根據U2=PR計算電路實際電壓。
3.（1）6A；（2）110Ω；（3）3.696×105J
【解析】解：（1）由圖丙可知，電餅鐺加熱時的功率1.32kW，由可得，該電餅鐺正常加熱時的總電流
（2）由圖丙可知，電餅鐺保溫時的功率0.44kW，由題意可知，開關S閉合、S1斷開時，電路為R2的簡單電路，電路的總電阻較大，由可知，電功率較小，電餅鐺處于保溫狀態，由可得，R2的電阻
（3）由圖丙可知，本次烙餅加熱的時間4min，保溫時間2min，由可得，本次烙餅共消耗的電能
答：（1）該電餅鐺正常加熱時的總電流為6A；
（2）R2的電阻為110Ω；
（3）本次烙餅共消耗的電能為3.696×105J。
4.（1）40Ω；（2）160Ω；（3）1210W，1512.5W
【解析】解：（1）根據電路圖可知，當S1斷開，S2在A時，R1和R2串聯，電路總電阻最大，由可知，此時電路為保溫擋；當S1閉合，S2在A時，電路為R1的簡單電路，電路總電阻較大，此時電路為中溫擋；當S1閉合，S2在B時，R1和R2并聯，電路總電阻最小，此時電路為高溫擋。由圖丙可知，中溫擋加熱的時間
消耗的電能
則中溫擋加熱時的實際功率
由可知，R1的阻值
（2）已知保溫擋額定功率為242W，則R1和R2串聯后的總電阻
因串聯電路的總電阻等于各分電阻之和，所以R2的阻值
（3）電水壺的中溫擋額定功率
高溫擋額定功率
答：（1）電阻R1的阻值為40Ω；
（2）電阻R2的阻值為160Ω；
（3）該電水壺的中溫擋額定功率為1210W，高溫擋額定功率為1512.5W。
2022-2023學年上學期浙教版科學九年級“精講精練”講義（十八）
電熱器
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