資源簡介

11.4 電流的熱效應(yīng)
知識梳理
1、定義：
當電流通過電阻時，電流作功而消耗電能，產(chǎn)生了熱量，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)
2、影響因素：
與通電的時間、電流、電阻有關(guān)，通過導體的電流越大，導體的電阻越大，通電時間越長，導體產(chǎn)生的熱量越多；
3、公式：
Q=I2Rt(普遍適用)
Q=W=UIT(只適用于電熱器)
式中：I—通過導體的電流，單位是安培(A)；R——導體的電阻，單位是歐姆；t——電流通過導體的時間，單位是秒(S)；Q——電流在電阻上產(chǎn)生的熱量，單位是焦(J)。
電流的化學效應(yīng)：
1、定義：電流通過導電的`液體會使液體發(fā)生化學變化，產(chǎn)生新的物質(zhì)。電流的這種效果叫做電流的化學效應(yīng)。
2、原理：主要是電流中的帶電粒子(電子或離子)參與而使得物質(zhì)發(fā)生了化學變化。化學變化中往往是這個物質(zhì)得到了電子，那個物質(zhì)失去了電子而產(chǎn)生了的變化。最典型的就是氧化還原反應(yīng)。而電流的作用使得某些原來需要更加苛刻的條件才發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生了，并使某些反應(yīng)過程可逆了(比如說電鍍、電極化)。
基礎(chǔ)訓練
一、單選題
1．如圖所示現(xiàn)象或裝置在工作時，與熱機做功沖程的能量轉(zhuǎn)化相同的是（　　）
A．鉆木取火
B．水蒸氣將塞子沖出
C．活塞迅速下壓，棉花燃燒
D．電爐子
2．根據(jù)電工手冊可知，通過人體的電流與通電時間的乘積大于30mA·s時，會對人體產(chǎn)生致命危險。下列4 組通過人體的電流和通電時間中，會對人體產(chǎn)生致命危險的是（　　）
A．30mA 0.5s B．20mA 1.2s C．25mA 2.0s D．35mA 0.2s
3．現(xiàn)有“6V 3W”和“12V 6W”字樣的甲、乙兩只燈泡，不考慮燈絲電阻的變化，下列說法正確的是（　　）
A．通電時間相同時，甲燈泡消耗的電能一定比乙燈泡少
B．通電時間相同時，電流通過乙燈泡比甲燈泡做功一定快
C．兩只燈泡串聯(lián)工作時，甲燈泡產(chǎn)生的熱量一定比乙燈泡少
D．兩只燈泡并聯(lián)工作時，干路中允許通過的最大電流為1A
4．甲、乙兩電熱絲電阻之比為2:3，通過的電流之比為3:1，則相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（　　）
A．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:6
5．下列用電器與電蚊香加熱器工作原理相同的是（　　）
A．電風扇 B．電視機 C．電飯煲 D．電冰箱
6．圖中所示的用電器中，利用電流熱效應(yīng)工作的是（　　）
A．計算器 B．電飯煲
C．電風扇 D．電視機
7．甲、乙兩段實心鐵導體的電阻值相等，將它們?nèi)鐖D所示串聯(lián)在電路中，通電一段時間后，比較甲、乙導體產(chǎn)熱的多少，正確的是（　　）
A．甲導體的產(chǎn)熱比乙導體多
B．乙導體的產(chǎn)熱比甲導體多
C．甲、乙導體產(chǎn)熱相等
D．條件不足，無法判斷
8．如圖所示，甲、乙、丙、丁四個相同容器里裝有質(zhì)量和初溫相同的水，每個容器放入同種材料繞成的導電線圈，其電阻R1=R3，R2=R4，R2=1.5R1，若同時通電，經(jīng)過一段時間后這四個容器中的水溫從高到低的順序是（　　）。
A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲
C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙
9．當兩個用電器正常工作時，額定功率大的一定比額定功率小的（ ）
A．電流做功多 B．產(chǎn)生的熱多
C．消耗電能快 D．工作時間少
10．通過甲、乙兩段導體的電流之比為1：2，甲的電阻是乙的5倍，通電相同時間，則甲、乙兩段導體產(chǎn)生的熱量之比是（　　）
A．2∶5 B．5∶4 C．16∶5 D．5∶1
二、填空題
11．電動機是將電能轉(zhuǎn)化成機械能的機器，但由于線圈內(nèi)部有電阻，所以同時還有一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。若一臺玩具電動機接在6V的電兩端，使其正常轉(zhuǎn)動時，通過電動機中的電流為0.3A；短暫地卡住電動機轉(zhuǎn)軸，使其不能轉(zhuǎn)動，通過電動機中的電流為3A。則這臺電動機線圈的電阻為______Ω，正常轉(zhuǎn)動時的效率是_____。
12．小玥在媽媽指導下用電熨斗熨燙衣服，她首先閱讀說明書，知道電熨斗有“低溫”、“高溫”兩個擋位，其簡化電路如圖所示，R1、R2是電熱絲，R1=48.4，R2=96.8，S為旋轉(zhuǎn)式開關(guān)。當她旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點1和2時，電熨斗為___________擋位，該擋位通電1min，電流產(chǎn)生的熱量為___________J。
13．某手機電池容量為4200 mAh，，電池電壓為3.7 V。用一個標有“輸出5 V 4 A”的快速充電器，將手機電池從零電量充滿。充電效率為84%，需要______min。快充充電線比普通手機充電線要粗一些，這是因為正常工作時，通過快充充電線的______較大。
14．如圖所示的自制便攜式封口機，使用電壓為3V的電，接通電路發(fā)熱電阻溫度升高，利用電流的______實現(xiàn)高溫封口。阻值為1Ω的發(fā)熱電阻10s內(nèi)產(chǎn)生______J的熱量。封口時總是把塑料袋燙壞，應(yīng)將發(fā)熱電阻換成阻值更______（填“大”或“小”）的。
15．在電能輸送的過程中，如果輸送的電功率一定，將輸電電壓升到原來的5倍，則輸電線上損失的功率將變?yōu)樵瓉淼腳__________倍，由此可見，若想有效的減小電能在輸電線路上的損失應(yīng)采用___________（選填“高壓”或“低壓”）輸電。
三、計算題
16．如圖甲所示的電路中，電電壓恒為8V，R2是阻值為40Ω的定值電阻，R1為壓敏電阻，R1的阻值隨壓力大小的變化如圖乙所示。當開關(guān)S閉合后，求：
（1）當電流表示數(shù)為0.4A時，通過壓敏電阻R1的電流為多少？此時壓敏電阻受到的壓力為多少？
（2）當電路連續(xù)工作10min，電阻R2產(chǎn)生的熱量為多少？
（3）若電流表量程為0~0.6A，則壓敏電阻能承受的最大壓力是多少？11.4 電流的熱效應(yīng)
知識梳理
1、定義：
當電流通過電阻時，電流作功而消耗電能，產(chǎn)生了熱量，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)
2、影響因素：
與通電的時間、電流、電阻有關(guān)，通過導體的電流越大，導體的電阻越大，通電時間越長，導體產(chǎn)生的熱量越多；
3、公式：
Q=I2Rt(普遍適用)
Q=W=UIT(只適用于電熱器)
式中：I—通過導體的電流，單位是安培(A)；R——導體的電阻，單位是歐姆；t——電流通過導體的時間，單位是秒(S)；Q——電流在電阻上產(chǎn)生的熱量，單位是焦(J)。
電流的化學效應(yīng)：
1、定義：電流通過導電的`液體會使液體發(fā)生化學變化，產(chǎn)生新的物質(zhì)。電流的這種效果叫做電流的化學效應(yīng)。
2、原理：主要是電流中的帶電粒子(電子或離子)參與而使得物質(zhì)發(fā)生了化學變化。化學變化中往往是這個物質(zhì)得到了電子，那個物質(zhì)失去了電子而產(chǎn)生了的變化。最典型的就是氧化還原反應(yīng)。而電流的作用使得某些原來需要更加苛刻的條件才發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生了，并使某些反應(yīng)過程可逆了(比如說電鍍、電極化)。
基礎(chǔ)訓練
一、單選題
1．如圖所示現(xiàn)象或裝置在工作時，與熱機做功沖程的能量轉(zhuǎn)化相同的是（　　）
A．鉆木取火
B．水蒸氣將塞子沖出
C．活塞迅速下壓，棉花燃燒
D．電爐子
【答案】B
【詳解】熱機做功沖程中，高溫高壓的氣體對活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。
A．鉆木取火，是克服摩擦做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A不符合題意；
B．水蒸氣對活塞做功，水蒸氣的內(nèi)能減小，活塞由靜止變?yōu)檫\動，機械能增加，故水蒸氣將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機械能，故B符合題意；
C．活塞對筒內(nèi)的空氣做功，空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，達到棉花的著火點，而使棉花燃燒，故是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C不符合題意；
D．電爐子工作時消耗電能，得到內(nèi)能，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故D不符合題意。
故選B。
2．根據(jù)電工手冊可知，通過人體的電流與通電時間的乘積大于30mA·s時，會對人體產(chǎn)生致命危險。下列4 組通過人體的電流和通電時間中，會對人體產(chǎn)生致命危險的是（　　）
A．30mA 0.5s B．20mA 1.2s C．25mA 2.0s D．35mA 0.2s
【答案】C
【詳解】A．通過人體的電流與通電時間的乘積
故A不符合題意；
B．通過人體的電流與通電時間的乘積
故B不符合題意；
C．通過人體的電流與通電時間的乘積
故C符合題意；
D．通過人體的電流與通電時間的乘積
故D不符合題意。
故選C。
3．現(xiàn)有“6V 3W”和“12V 6W”字樣的甲、乙兩只燈泡，不考慮燈絲電阻的變化，下列說法正確的是（　　）
A．通電時間相同時，甲燈泡消耗的電能一定比乙燈泡少
B．通電時間相同時，電流通過乙燈泡比甲燈泡做功一定快
C．兩只燈泡串聯(lián)工作時，甲燈泡產(chǎn)生的熱量一定比乙燈泡少
D．兩只燈泡并聯(lián)工作時，干路中允許通過的最大電流為1A
【答案】C
【詳解】A．在額定電壓下工作時，通電時間相同時，據(jù)W=Pt知，甲燈泡消耗的電能一定比乙燈泡的少，但不是在額定電壓下工作時，無法比較兩燈消耗電能的多少，故A錯誤；
B．電功率是指電流做功快慢的物理量，在額定電壓下工作時，電流通過甲燈做功一定比乙燈慢，但不是在額定電壓下工作時，無法比較電流通過兩燈做功的快慢，故B錯誤；
C．由題意知，兩燈的額定電壓分別為6V和12V，額定功率分別為3W和6W，據(jù) 知，兩燈的電阻
，
即R甲D．由題意知，兩燈正常工作時通過的電流分別為
，
兩燈并聯(lián)時，燈兩端的電壓相等，最大電壓為6V，甲燈正常工作，通過乙燈的電流
允許通過干路的最大電流
I=I甲+I乙實=0.5A+0.25A=0.75A
故D錯誤。
故選C。
4．甲、乙兩電熱絲電阻之比為2:3，通過的電流之比為3:1，則相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（　　）
A．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:6
【答案】B
【詳解】相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為
故選B。
5．下列用電器與電蚊香加熱器工作原理相同的是（　　）
A．電風扇 B．電視機 C．電飯煲 D．電冰箱
【答案】C
【詳解】電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程，電蚊香加熱器工作時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
A．電風扇工作時，電能主要轉(zhuǎn)化為機械能，故A不符合題意；
B．電視機工作時主要是把電能轉(zhuǎn)化為聲能和光能，故B不符合題意；
C．電飯煲是利用電流的熱效應(yīng)工作的，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C符合題意；
D．電冰箱主要工作部件是壓縮機（壓縮機實際是一個電動機），正常工作時壓縮機主要將電能轉(zhuǎn)化為機械能，故D不符合題意。
故選C。
6．圖中所示的用電器中，利用電流熱效應(yīng)工作的是（　　）
A．計算器 B．電飯煲
C．電風扇 D．電視機
【答案】B
【詳解】A．計算器工作時，主要將電能轉(zhuǎn)化為光能和聲能，少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，不是
利用電流熱效應(yīng)工作的，故A不符合題意。
B．電飯煲工作時，主要將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是利用了電流的熱效應(yīng)，故B符合題意。
C．電風扇工作時，主要將電能轉(zhuǎn)化為機械能，不是利用電流熱效應(yīng)工作的，故C不符合題意。
D．電視機工作時，主要將電能轉(zhuǎn)化為光能和聲能，少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，不是利用電流熱效應(yīng)工作的，故D不符合題意。
故選B。
7．甲、乙兩段實心鐵導體的電阻值相等，將它們?nèi)鐖D所示串聯(lián)在電路中，通電一段時間后，比較甲、乙導體產(chǎn)熱的多少，正確的是（　　）
A．甲導體的產(chǎn)熱比乙導體多
B．乙導體的產(chǎn)熱比甲導體多
C．甲、乙導體產(chǎn)熱相等
D．條件不足，無法判斷
【答案】C
【詳解】由題意可知，兩者的電阻相同，因兩電阻串聯(lián)，所以通過的電流相等，根據(jù)Q=I2Rt可知，甲、乙兩導體在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，故ABD錯誤，C正確。
故選C。
8．如圖所示，甲、乙、丙、丁四個相同容器里裝有質(zhì)量和初溫相同的水，每個容器放入同種材料繞成的導電線圈，其電阻R1=R3，R2=R4，R2=1.5R1，若同時通電，經(jīng)過一段時間后這四個容器中的水溫從高到低的順序是（　　）。
A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲
C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙
【答案】C
【詳解】左圖中，R1與R2串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特點和焦耳定律Q=I2Rt可知，在電流和通電時間相同的情況下，電阻大的產(chǎn)生的熱量多。因為
R2=1.5R1
所以
Q2>Q1
右圖中，R3與R4并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路特點和焦耳定律公式的變形式可知，在電壓和通電時間相同的情況下，電阻小的產(chǎn)生的熱量多。因為
R1=R3，R2=R4，R2=1.5R1
則
R4>R3
所以
Q3>Q4
左圖中，通過R2的電流是
所以
右圖中，通過R4的電流是
所以
因為
R2=R4
且通電時間相同，所以電流大的產(chǎn)生的熱量多。因為
I4>I2
所以
Q 4> Q 2
這樣我們得出了這四個電阻產(chǎn)生的熱量關(guān)系是
Q 3>Q 4>Q 2>Q 1
不考慮熱量損失，最后根據(jù)可知，水溫從高到底應(yīng)該是丙、丁、乙、甲。故ABD
不符合題意，C符合題意。
故選C。
9．當兩個用電器正常工作時，額定功率大的一定比額定功率小的（ ）
A．電流做功多 B．產(chǎn)生的熱多
C．消耗電能快 D．工作時間少
【答案】C
【詳解】電功率表示電流做功的快慢，當兩個用電器正常工作時，實際功率等于額定功率，電流通過額定功率大的用電器做功一定比通過額定功率小的用電器做功快；由 可知，電流做功和產(chǎn)生的熱量 與電功率和時間兩個因素有關(guān)，電功率大，做功和產(chǎn)生的熱量不一定多；由可知，工作時間還與電流做功多少有關(guān)。故ABD不符合題意、C符合題意。
故選C。
10．通過甲、乙兩段導體的電流之比為1：2，甲的電阻是乙的5倍，通電相同時間，則甲、乙兩段導體產(chǎn)生的熱量之比是（　　）
A．2∶5 B．5∶4 C．16∶5 D．5∶1
【答案】B
【詳解】由題意得，甲、乙兩段導體的電流之比為1∶2，即
甲的電阻是乙的5倍，即
乙兩段導體產(chǎn)生的熱量之比
＝＝××＝××＝
故ACD不符合題意；故B不符合題意。
故選B。
二、填空題
11．電動機是將電能轉(zhuǎn)化成機械能的機器，但由于線圈內(nèi)部有電阻，所以同時還有一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。若一臺玩具電動機接在6V的電兩端，使其正常轉(zhuǎn)動時，通過電動機中的電流為0.3A；短暫地卡住電動機轉(zhuǎn)軸，使其不能轉(zhuǎn)動，通過電動機中的電流為3A。則這臺電動機線圈的電阻為______Ω，正常轉(zhuǎn)動時的效率是_____。
【答案】 2 90%
【詳解】[1]電動機轉(zhuǎn)軸卡住時電流為3A，故電動機線圈電阻為
R===2Ω
[2]設(shè)電動機正常運轉(zhuǎn)時，在t時間內(nèi)消耗的電能為
W=UIt=6V×0.3A×t
在t時間產(chǎn)生的熱量為
Q=I2Rt=(0.3A)2×2Ω×t
電動機正常運轉(zhuǎn)時的效率
η====90%
12．小玥在媽媽指導下用電熨斗熨燙衣服，她首先閱讀說明書，知道電熨斗有“低溫”、“高溫”兩個擋位，其簡化電路如圖所示，R1、R2是電熱絲，R1=48.4，R2=96.8，S為旋轉(zhuǎn)式開關(guān)。當她旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點1和2時，電熨斗為___________擋位，該擋位通電1min，電流產(chǎn)生的熱量為___________J。
【答案】 低溫 6×104
【詳解】[1]根據(jù)可知，當電壓一定時，電阻越大，功率越小，擋位越低。當旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點1和2時，只有R1接入電路，電阻較大，功率較小，為低溫擋；當旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點2和3時，電阻R1、R2并聯(lián)，電阻較小，功率較大，為高溫擋。
[2]當旋轉(zhuǎn)觸片接觸觸點1和2時，只有R1接入電路，為低溫擋。根據(jù)可知，此時的功率為
低溫擋通電1min，電流產(chǎn)生的熱量為
13．某手機電池容量為4200 mAh，，電池電壓為3.7 V。用一個標有“輸出5 V 4 A”的
快速充電器，將手機電池從零電量充滿。充電效率為84%，需要______min。快充充電線比普通手機充電線要粗一些，這是因為正常工作時，通過快充充電線的______較大。
【答案】 55.5 電流
【詳解】[1]手機電池充滿電需要的電能為
設(shè)需要充電時間為t1，則
代入數(shù)據(jù)
解得
[2]快充充電線的電流比普通手機電流要大，所以充電線要粗一些，使得導線電阻要小一些，可以減小電流熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱量。
14．如圖所示的自制便攜式封口機，使用電壓為3V的電，接通電路發(fā)熱電阻溫度升高，利用電流的______實現(xiàn)高溫封口。阻值為1Ω的發(fā)熱電阻10s內(nèi)產(chǎn)生______J的熱量。封口時總是把塑料袋燙壞，應(yīng)將發(fā)熱電阻換成阻值更______（填“大”或“小”）的。
【答案】 熱效應(yīng) 90 大
【詳解】[1]封口機是利用電流的熱效應(yīng)工作的，在電流通過時，電路中的電阻發(fā)熱溫度升高從而達到工作目的。
[2]10s內(nèi)，封口機產(chǎn)生的熱量
[3]封口時把塑料袋燙壞是因為封口時產(chǎn)生的熱量太多，據(jù)知，在電壓和時間相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越少，所以應(yīng)將發(fā)熱電阻換成阻值更大。
15．在電能輸送的過程中，如果輸送的電功率一定，將輸電電壓升到原來的5倍，則輸
電線上損失的功率將變?yōu)樵瓉淼腳__________倍，由此可見，若想有效的減小電能在輸電線路上的損失應(yīng)采用___________（選填“高壓”或“低壓”）輸電。
【答案】 高壓
【詳解】[1][2]由P=U I知，輸送功率一定時，電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼模娮枰欢〞r，根據(jù)P=I2R，電流變?yōu)樵瓉淼模l(fā)熱功率變?yōu)樵瓉淼模姇r間一定時，損失電能減少，所以若想有效的減小電能在輸電線路上的損失，應(yīng)采用高壓輸電。
三、計算題
16．如圖甲所示的電路中，電電壓恒為8V，R2是阻值為40Ω的定值電阻，R1為壓敏電阻，R1的阻值隨壓力大小的變化如圖乙所示。當開關(guān)S閉合后，求：
（1）當電流表示數(shù)為0.4A時，通過壓敏電阻R1的電流為多少？此時壓敏電阻受到的壓力為多少？
（2）當電路連續(xù)工作10min，電阻R2產(chǎn)生的熱量為多少？
（3）若電流表量程為0~0.6A，則壓敏電阻能承受的最大壓力是多少？
【答案】（1）0.2A，2N；（2）960J；（3）4.5N
【詳解】解：（1）由甲圖可知，R1、R2并聯(lián)，電流表測干路電流。通過R2的電流為
根據(jù)并聯(lián)電路電流特點可知，當電流表示數(shù)為0.4A時，通過壓敏電阻R1電流為
此時壓敏電阻R1的阻值為
由乙圖可知，當R1阻值為40Ω時，壓敏電阻受到的壓力為2N；
（2）當電路連續(xù)工作10min，電阻R2產(chǎn)生的熱量為
（3）壓敏電阻能承受的壓力越大，壓敏電阻的阻值越小，通過壓敏電阻的電流越大，由于通過R2的電流大小總為0.2A，且電流表量程為0~0.6A，所以通過壓敏電阻的電流最大為
此時壓敏電阻的阻值為
由乙圖可知，當壓敏電阻最小為20Ω時，壓敏電阻能承受的最大壓力是4.5N。
答：（1）當電流表示數(shù)為0.4A時，通過壓敏電阻R1的電流為0.2A，此時壓敏電阻受到的壓力為2N；
（2）當電路連續(xù)工作10min，電阻R2產(chǎn)生的熱量為960J；
（3）若電流表量程為0~0.6A，則壓敏電阻能承受的最大壓力是4.5N。

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