資源簡介

一、電熱器
1．電流的熱效應的探究實驗
該實驗可探究電流通過導體產生的熱量的影響因素。實驗原理是根據煤油在玻璃管里上升的高度來判斷電流通過電阻絲通電產生熱量的多少。實驗采用煤油的原因是煤油比熱容小且絕緣。
2．焦耳定律
電流通過導體產生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
計算公式：Q＝I2Rt(適用于所有電路)，對于純電阻電路可推導出：Q ＝UIt＝ U2t/R＝W＝Pt。
3．電熱器
利用電流的熱效應制成的發熱設備。電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體是由電阻率大、熔點高的合金制成。
二、電動機(非純電阻電路)的計算
所謂純電阻電路指的是工作時將電能全部轉化為內能的電路。電動機屬于典型的非純電阻電路，電動機工作時將電能主要轉化為機械能，少量轉化為內能。
電動機的耗電功率即為總功，計算公式：P總＝UI。
發熱功率指電動機在工作時將電能轉化為內能的功率，計算公式：P熱＝I2R(此處的R指電動機的純電阻)。電動機的機械功率不能直接求得，只能通過前兩者相減：P有＝P總－P熱＝UI－I2R。
例1、下列連接方法中，閉合開關后，在相同時間內虛線框里的電阻絲產生的總熱量最少的是（　　）
A． B．
C． D．
例2、多功能煲湯燉鍋可以實現保溫、慢燉、快燉三種功能，使用時可通過旋鈕開關實現功能切換。下圖是模擬加熱原理圖，其中測試電源的電壓為5伏，四段電熱絲電阻均為5歐，保溫、慢燉、快燉所需加熱功率依次增大。下列說法正確的是（　　）
A．開關旋至“1”擋，開啟快燉功能
B．開啟保溫功能，電路中的總電阻為5歐
C．從快燉到慢燉，電路總電流變化0.5安
D．快燉與慢燉電路總功率之比為2：1
例3、學習了電學知識后，某科學興趣小組開展制作“電熱水壺”的項目化學習。
【項目任務】制作一款電熱水壺。經過小組同學討論后確定電熱水壺的要求如下：
容積：1L；
功能：①加熱：②保溫；
性能：能在7分鐘內將1L水從20℃加熱到100℃（不計熱量損失）。
【方案設計】為實現上述功能，同學們利用兩個不同阻值的電阻（R1＜R2）進行設計，其中方案一如圖所示。利用方案一中的器材，請將方案二的電路補充完整。
【器材選擇】若該壺是按照方案一設計的，根據項目任務中的性能要求，選擇的加熱電阻阻值最大為多少歐姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【方案反思】有同學認為電器設計還應考慮使用安全，從安全角度提出一條設計建議 　 　。
【項目制作】……
例4、某品牌電加熱座椅墊內部電路如圖所示，S接觸“2”或“3”觸點時，可實現“低溫”或“高溫”擋位調節，已知低溫擋功率為9W，高溫擋功率為36W。求：
（1）在“高溫”擋工作時，電路中的電流。
（2）在“低溫”擋工作時，5min電路消耗的總電能。
（3）R1的阻值。
例5、隨著生活條件的改善，人們更加注意家居環境的美化，如圖所示甲是帶有水溫調節功能的家庭水族箱。該水族箱的魚缸水溫調節器工作原理如圖乙所示：其中R1為阻值可調的電熱絲，R2為定值電熱絲，R2＝400歐，開關S2為單刀雙擲開關，不考慮溫度對電阻的影響。試問：
（1）如圖乙所示可知：當開關S1閉合，S2接b時，電路處于 　 　狀態（填“保溫”或“加熱”）；
（2）當開關S1閉合，S2接a時，若電路消耗功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為多少？
（3）當開關S1閉合，S2接a時，調節滑片得到R1的功率隨電路中電流變化的圖象如圖丙所示，求R1接入電阻最大時R1的功率為多少？
1．如圖所示是一個電吹風的實物連接圖，其中發熱電阻絲的阻值為50Ω，電吹風吹冷風時，測得插頭處的電流表為0.2A。當此電吹風吹熱風時，正常工作2分鐘，消耗的電能是（　　）
A．5050J B．240J C．116160J D．121440J
2．甲、乙兩個相同的燒瓶里分別裝有等質量的水和煤油，在水和煤油中放入完全相同的電阻絲，現把兩個電阻絲串聯起來，組成如圖所示的電路，閉合開關一段時間，通過溫度計觀察水和煤油的溫度上升。
（1）水上升的溫度（Δt水）與煤油上升的溫度（Δt油）的大小關系是Δt水　 　Δt油（選填“大于”、“等于”或“小于”）。
（2）移動滑動變阻器滑片，繼續觀察，發現水和煤油的溫度升高得更快，那么滑動變阻器滑片在向 　 　（選填“A”或“B”）移動。
3.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”三種溫擋的調節，其中低溫擋的功率為20瓦，電阻R2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擋工作多少小時？
（4）該座圈處于中溫擋工作時的電功率為多少？
4．某興趣小組設計的“溫度控制器”工作時有加熱和保溫兩種狀態。電路如圖所示，S為開關，雙金屬開關在溫度低時閉合，溫度到達一定值時自動斷開，降溫后再閉合，循環工作，起到調節溫度作用，指示燈的額定電壓為200V，且亮起即正常工作，發熱電阻阻值為40Ω。求：
（1）當指示燈亮時，溫度控制器處于　 　狀態。
（2）指示燈的電阻值。
（3）加熱狀態時，溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能。
1．如圖所示，將三個相同空燒瓶口分別用完全相同的氣球密封，將多個阻值相同的電阻R以不同的連接方式接入電路中，通電一段時間后體積變化最大的氣球是（　　）
A．a B．b C．c D．三個相同
2．電爐絲正常工作時，導線和電爐絲通過的電流相同，但電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱。為探究其原因，小樂設計了如圖所示的實驗電路，其中R1＞R2。
（1）用筆畫線代替導線將實驗電路連接完整。
（2）為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，燒瓶中應加入等量的 　 　（選填“水”或“煤油”）；實驗中通過 　 　（選填“加熱時間”或“溫度計示數的變化”）來反映電阻絲產生熱量的多少。
（3）實驗表明：在電流和通電時間相同時，電阻越大，電流產生的熱量越多。則“電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱”的原因是 　 　。
3.便攜式無線加濕器，讓你隨時隨地實現加濕自由。某品牌便攜式無線加濕器，通過旋轉開關S接觸不同觸點，實現高、低兩個擋位的轉換，其簡化的工作電路如圖所示，銘牌上的部分參數如下表：
項目 參數
工作電壓（V） 20
低擋位功率（W） 5
高擋位功率（W） 10
完成下列問題：
（1）旋轉開關S接觸“bc”兩觸點時，加濕器處于 　 　擋位；
（2）加濕器低擋位工作時，電路通過的電流多大？
（3）加濕器高擋位工作6小時，將消耗多少電能？
4．某品牌酸奶機的部件如圖甲所示，工作電路如圖乙所示，其中R1與R2為電熱絲。接入電路，啟動工作即為閉合開關S1，進入加熱狀態，此時的功率為20W；當溫度達到42℃時，溫控開關S2自動斷開，功率減小到4W，此后設備達到熱平衡，溫度保持42℃不變（不考慮溫度對電阻的影響）。
小樂利用此酸奶機按如下方式制取酸奶：
①將酸奶機的不銹鋼內膽放在開水中煮5分鐘；
②將新鮮純牛奶倒入酸奶機，然后加入適量酸奶；
③蓋上酸奶機的頂蓋，讓內部處于密封狀態，打開電源開關。
（1）組成酸奶機部件的材料中，屬于金屬材料的是　 （選填“玻璃”“塑料”或“不銹鋼”）。
（2）在制作酸奶過程中，步驟①和步驟③的目的分別是　 。
（3）該酸奶機電熱絲R2的阻值為　 Ω；若加熱時的效率為75%，則將240g的混合牛奶（鮮奶和酸奶的混合物）從22℃加熱到42℃大約需要 　s。[混合牛奶的比熱容始終為2.5×103J/（kg ℃）；不考慮加熱過程中熱量散失的影響]
5．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R1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）
答案及解析
例1、解：串聯電路總電阻大于任何一個分電阻，并聯電路的總電阻小于任何一個分電阻，
根據電阻串聯和并聯的特點可知，四個圖中電路的總電阻關系為：RC＞RB＞RA＞RD，
由題知，甲、乙、丙、丁四個電路兩端電壓相等，
由Qt可知，C圖中電路的總電阻最大，相同時間內產生的總熱量最少。
故選：C。
例2、解：
A、開關旋至“1”擋，兩個電阻串聯，此時電路總電阻：R串＝2R＝2×5Ω＝10Ω；
此時的總功率P12.5W；
開關旋至“2”擋，只有一個電阻工作，
此時的總功率P25W；
開關旋至“3”擋，兩個電阻并聯，并聯的電阻為：R并R5Ω＝2.5Ω，
此時的總功率P310W；
因此開關旋至“1”擋，為保溫擋；接“2”時為慢燉，接“3”時為快燉，故A錯誤；
B、開關旋至“1”擋，為保溫擋，總電阻為10Ω，故B錯誤；
C、快燉時，兩個電阻并聯，總電流為：I并2A；
慢燉時，只有一個電阻，總電流為：I1A；
則從快燉到慢燉，電路總電流變化：△I＝I并﹣I＝2A﹣1A＝1A，故C錯誤；
D、快燉與慢燉電路總功率之比：P3：P2＝10W：5W＝2：1，故D正確。
故選：D。
例3、解：【方案設計】
方案一，電路中兩電阻串聯，閉合開關S后，當開關S1閉合時，電路為R1的簡單電路，電路的電阻較小，電功率較大，為加熱狀態；當開關S1斷開時，兩電阻串聯，電路的電阻較大，電功率較小，為保溫狀態；
開關轉換達到改變電路中電阻的大小，從而改變電熱水壺的電功率，以實現加熱和保溫功能；
為了實現上述功能，還可以將兩電阻并聯，通過開關轉換實現，電路圖如圖所示：
當閉合開關S時，為保溫狀態，再閉合S1為加熱狀態；
【器材選擇】
由題知，方案一中能在7分鐘內將1L水從20℃加熱到100℃，
水的質量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
水吸收的熱量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J，
不計熱量損失，電熱水壺消耗的電能：W＝Q吸，
電熱水壺的加熱率：P800W，
由P可得，R60.5Ω，
即選擇的加熱電阻阻值最大為60.5Ω；
【方案反思】
為了保證使用的安全，可以在加熱的支路上增加一個溫度控制開關，避免水加熱至沸騰后仍持續加熱。
故答案為：【方案設計】見上圖；
【器材選擇】方案一，選擇的加熱電阻阻值最大60.5Ω；
【方案反思】在加熱的支路上增加一個溫度控制開關。
例4、解：（1）電源電壓U一定，由P可知，電阻越大，電功率越小；由電路圖可知，開關S接觸“2”，兩電阻串聯，此時功率較小，處于低溫擋；S接觸“3”，只有電阻R1接入電路，此時處于高溫擋；
已知高溫擋功率P高＝36W，電源電壓U＝12V，由P＝UI可得，
在“高溫”擋工作時，電路中的電流I3A；
（2）已知低溫擋功率P低＝9W，由P可得，
5min電路消耗的總電能W＝P低t＝9W×5×60s＝2700J；
（3）由電路圖可知，S接觸“3”，只有電阻R1接入電路，此時處于高溫擋；
由P可得，
電阻R14Ω；
答：（1）在“高溫”擋工作時，電路中的電流為3A。
（2）在“低溫”擋工作時，5min電路消耗的總電能為2700J。
（3）R1的阻值為4Ω。
例5、解：
（1）當開關S1閉合、S2接b時，電路為R2的簡單電路；開關S1斷開、S2接a時，兩電阻串聯；
根據電阻的串聯規律可知，串聯電路的總電阻大于其中任一電阻，根據P＝UI可知，當開關S1閉合、S2接b時，總電阻最小，電功率最大，為加熱狀態；
（2）開關S1斷開、S2接a時，兩電阻串聯，電路處于保溫狀態時，等效電路圖如下圖所示：
由P＝UI得電路的總電阻：
R1000Ω，
則根據串聯電路的電阻特點可得R1連入電路的阻值：
R1＝R﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω；
（3）當電路處于保溫狀態且R1接入電阻最大時，電路中的電流最小，由圖丙可知，最小電流為：I最小＝0.05A，
則此時總功率為：P總＝UI最小＝220V×0.05A＝11W，
此時R2的功率：
P2＝I最小2R2＝（0.05A）2×400Ω＝1W，
所以，滑動變阻器消耗的電功率：P滑＝P總﹣P2＝11W﹣1W＝10W。
答：（1）加熱；
（2）當電路處于保溫狀態時，若電路消耗功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為400Ω；
（3）當電路處于保溫狀態時，調節滑片得到R1的功率隨電流變化的圖象如圖丙所示，R1接入電阻最大時R1的功率為10W。
1．解：電吹風吹冷風時，只有電動機工作，電路中電壓是220V，插頭處電流為0.2A，
則電吹風消耗的電功率：PM＝UI＝220V×0.2A＝44W，
電吹風吹熱風時，電動機和電熱絲都工作，并且是并聯，
電熱絲的功率：P絲968W
此時電吹風的總功率：P總＝PM+P絲＝44W+968W＝1012W
正常工作2min，消耗的電能：W＝P總t＝1012W×120s＝121440J。
故選：D。
2．解：（1）兩個完全相同電阻絲串聯接入電路中，電流相等，由Q＝I2Rt可知兩電阻絲產生的熱量相同，水的比熱容比煤油大，所以質量相等的水和煤油，吸收相同的熱量，水的比熱容大，吸收能力大，溫度上升的少，故是Δt水 小于Δt油；
（2）移動滑動變阻器滑片，繼續觀察，發現水和煤油的溫度升高得更快，說明電流產生的熱量多，由Q＝I2Rt可知，是電路中電流變大，所以電路中的電阻變小，即滑片向A端移動。
故答案為：小于；A。
3.解：（1）座圈加熱時，把電能轉化為內能；
（2）當開關S1閉合、S2接a時，兩電阻并聯。
圖A為R1的簡單電路，圖B為兩電阻串聯的電路，圖C為兩電阻并聯的電路，故該座圈的電路相當于下列選項中的C；
（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫擋工作的時間t50h；
（4）當開關S1閉合、S2接a時，兩電阻并聯。總電阻最小，根據P＝UI可知此時總功率最大，為高溫擋，
閉合S1，S2接b時，電路為R1的簡單電路，總電阻較小，根據P＝UI可知此時總功率較大，為中溫擋，
當開關S1斷開、S2接b時，兩電阻串聯。總電阻最大，根據P＝UI可知此時總功率最小，為低溫擋；
該座圈處于低溫擋時，電路的總電阻R串2420Ω，則R1＝R串﹣R2＝2420Ω﹣1210Ω＝1210Ω，
該座圈處于中溫擋工作時的電功率P中溫40W。
故答案為：（1）內；（2）C；（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫擋工作50小時；
（4）該座圈處于中溫擋工作時的電功率為40W。
4．解：（1）當指示燈亮時，指示燈與發熱電阻串聯，電路中的總電阻最大，
由P＝UI可知，電路的總功率最小，溫度控制器處于保溫狀態；
（2）當指示燈亮時，兩端的電壓UL＝200V，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，發熱電阻兩端的電壓：
UR＝U﹣UL＝220V﹣200V＝20V，
因串聯電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I，
即，
解得：RL＝400Ω；
（3）雙金屬開關閉合時，電路為發熱電阻的簡單電路，則溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能：
W＝UI′t1×60s＝7.26×104J。
答：（1）保溫；
（2）指示燈的電阻值為400Ω；
（3）加熱狀態時，溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能為7.26×104J。
1．解：
由圖可知，三個燒瓶的電阻（相同的電阻R）以不同方式接入電路中時是串聯的，所以通過電流相等，通電時間也相等，
由電阻的串聯和并聯特點知，電阻串聯后電阻最大，并聯后電阻最小，即被b氣球密封的燒瓶里的電阻最大，由Q＝I2Rt可知這個燒瓶里電阻放出熱量最多，瓶中氣體溫度最高，氣球的體積變化最大。
故選：B。
2．解：
（1）電爐絲正常工作時，導線和電爐絲通過的電流相同，通電時間也相同，但電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱，這說明導體產生的熱量與導體的電阻的大小有關，探究該問題時，需要控制電流和通電時間相同，故需要兩個電阻絲串聯在電路中，如圖所示：
；
（2）煤油的比熱容比水小，質量相等且吸收相同熱量時，煤油上升的溫度比水更快，實驗現象更明顯，故選用的是煤油；根據轉換法，實驗中煤油吸熱的多少是通過溫度計示數的變化來反映的；
（3）電爐絲與導線是串聯的，電流和通電時間相等，根據Q＝I2Rt，電阻越大，產生的熱量越多，電爐絲的電阻遠大于導線的電阻，所以在相同的時間內，電爐絲產生的熱量較多，電爐絲熱得發紅，而與電爐絲連接的導線卻幾乎不發熱。
故答案為：（1）如圖所示：（2）煤油；溫度計示數的變化；（3）電爐絲與導線是串聯的，電流和通電時間相等，根據Q＝I2Rt，電阻越大，產生的熱量越多，而電爐絲的電阻遠大于導線的電阻。
3.解：（1）旋轉開關S接觸觸點ab時，電路未接通；
旋轉開關S接觸觸點cd時，電路為R1、R2的并聯電路，總電阻較小，根據P＝UI可知總功率較大，
旋轉開關S接觸觸點bc時，電路為R2的簡單電路，總電阻較大，根據P＝UI可知總功率較小，加濕器處于低擋位；
（2）已知低擋位的功率為5W，加濕器低擋位工作時，電路通過的電流I0.25A；
（3）已知高擋位的功率為10W，加濕器高擋位工作6小時，將消耗的電能W＝P高t＝10W×6×3600s＝2.16×105J。
故答案為：（1）低；
（2）加濕器低擋位工作時，電路通過的電流為0.25A；
（3）加濕器高擋位工作6小時，將消耗2.16×105J的電能。
4．解：（1）玻璃是由無機非金屬材料制成的；塑料是由合成材料制成的；不銹鋼是由金屬材料制成的；
（2）①制作酸奶時，對材料進行煮沸處理，高溫可以殺菌，防止雜菌的污染；
③乳酸菌大量繁殖所需要的基本外界條件：適宜的溫度、缺氧的環境（氧氣能抑制乳酸菌的繁殖），還有水和充足的有機物，所以蓋上酸奶機的蓋子，打開開關，目的讓內部處于密封狀態從而達到適宜的溫度和缺氧的環境；
（3）由電路圖可知，S1、S2均閉合時為并聯電路，電路總電阻較小，由P＝UI可知，此時為高溫擋；S1閉合，S2斷開時，電路總電阻較大，由P＝UI可知，為保溫擋；
R2的功率：P2＝P高﹣P保＝20W﹣4W＝16W，
由P＝UI可知R2的阻值為：
R23025Ω；
（4）牛奶吸收的熱量：
Q吸＝c牛奶m△t＝2.5×103J/（kg ℃）×240×10﹣3kg×（42℃﹣22℃）＝12000J，
由η可得消耗的電能：
W16000J，
由W＝Pt可得加熱時間為：
t800s。
答：（1）不銹鋼；
（2）高溫可以殺菌，防止雜菌的污染；達到適宜的溫度和缺氧的環境；
（3）電阻絲R2的阻值為3025Ω；如果該酸奶機加熱時的效率為75%，則將240g牛奶加從22℃熱到42℃大約需要800s。
5．解：（1）電能的轉化是通過電流做功實現的，電壓力鍋是把電能轉化為內能來工作的；
（2）R1工作時，其兩端的電壓U1＝220V，根據P可知，R160.5Ω；
（3）使用時同時閉合S1、S2，則R1與R2并聯，
因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，由P可得，它們之間的功率之比：
，
則P2200W，
加熱時的功率：
P＝P1+P2＝800W+200W＝1000W，
水和骨頭吸收的熱量：
Q吸＝cm（t﹣t0）
＝4.2×103J/（kg ℃）×4kg×（120℃﹣20℃）
＝1.68×106J，
由W＝Q吸＝Pt可得，加熱時間：
t1680s。
答：（1）內；
（2）電阻絲R1的阻值為60.5Ω；
（3）加熱到最高溫度最少需要1680s。
2023浙教版科學中考第一輪復習--物理模塊（十八）
電功、電功率（2）

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