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系統復習 第26課 電能（2）
（焦耳定律、電熱器、溫度檔問題、毫安時問題、電路能量損耗問題、非純電阻電路問題）
一、知識梳理
1、電流的熱效應：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。
（1）、電熱器：利用電流的熱效應制成的加熱設備。主要組成部分是發熱體，由電阻率大、熔點高的合金絲繞在絕緣體上制成的。
例：電熱水器、電熱毯、電烘箱、熱的快、電取暖器等。
2、電流熱效應的利與弊
優點：無污染、熱效率高、方便控制和調節溫度
缺點：①在家庭電路中，由于長期的電流熱效應，導線外的絕緣層會加速老化，甚至會燒毀絕緣層而引發火災；②同時，由于電流熱效應，會影響家電的使用性能和壽命。
防止措施：加裝散熱系統（如散熱電扇）或為了更好散熱而特別設計的結構（散熱窗）。
3、 如圖甲所示是用來研究焦耳定律的實驗裝置

（1）、實驗采用的是控制變量的研究方法，實驗的設計原理是根據電流的熱效應。將兩根不同的電阻絲串聯起來主要目的是使通過的電流相等。　
（2）、接通電路一段時間，比較兩瓶中的煤油甲上升得高(填“甲”或“乙”)。我們可以推測：在通電時間相同、通過電流相等的情況下電阻越大，放熱越多。
（3）、待油冷卻到原來溫度后,調節滑動變阻器，加大電流，發現電流越大，電阻絲放熱越多。
（4）、進一步科學實驗證明: 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。這個規律叫焦耳定律。
4、電熱的計算
焦耳定律：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。
Q＝I2Rt
電熱計算的方法
①若電流所做的功全部轉化為電熱器的內能，即為純電阻電路，則：
　 W＝Q　　所以，Q＝W＝UIt＝I2Rt，也可　Q＝W＝Pt
②若電流所做的功只有一部分轉化為熱，則只可用焦耳定律來計算。
5、方法指導
電功（）、電功率（）和焦耳定律（）這三個十分接近而又聯系緊密的概念，容易混淆。這部分內容的大小公式加起來共有十幾個，經常會用錯公式。學好電學，突破電學的難點，關鍵在于靈活運用這十幾個公式。其實這十幾個公式相互間有很深的聯系，可通過下圖來記憶。
純電阻電路（即電能全部轉化為內能）Q=W P=W/t（電功率定義式）
Q=UIt W=UIt P=UI
二、查漏補缺，自我檢測
（一）、有關電流熱效應的探究問題
1．[2016·溫州·25]某興趣小組利用圖甲裝置探究電流熱效應的影響因素，實驗步驟如下：

①將阻值為10歐和20歐的電阻絲分別置于A、B兩個盛滿煤油的燒瓶中，按圖甲所示連接電路。
②閉合開關，將滑動變阻器的滑片移至某一位置，記錄此時電流表的讀數I。通電一段時間，記錄A、B燒瓶的玻璃管內液面的變化高度分別為Δh1、Δh2。
③斷開開關，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。
④閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電流表的讀數為2I。當通電時間與步驟②相同時，記錄A、B燒瓶的玻璃管內液面的變化高度分別為Δh3、Δh4，實驗數據如表。
電流大小
燒瓶玻璃管內液面的變化高度
A燒瓶
(RA=10歐)
B燒瓶
(RB=20歐)
I
Δh1
Δh2
2I
Δh3
Δh4
（1）步驟②中的電流表示數如圖乙所示，此時電流為 安。
（2）本實驗設計串聯電路來研究電阻對電流產生熱量的影響，可以控制哪些變量相同？
。
（3）小明認為：只要選擇“Δh1、Δh2、Δh3、Δh4”四個量中的某兩個量進行比較，就能說明“對電流產生熱量多少的影響，電流比電阻更大”，請比較這兩個量的大小關系：
。
2．[2016·紹興·26]如圖是探究“電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關”的實驗電路（燒瓶、煤油質量和玻璃管均相同）。瓶中的電阻采用金屬絲。
（1）完成電路的連接，要求滑動變阻器滑片向左移動時，電流??表示數變小。
（2）實驗中，通過觀察__________來判斷電流通過導體產生熱的多少。
（3）在電流與通電時間相同條件下，選用長度和橫截面積都相同的兩種材料進行實驗-為了使實驗現象最明顯，可以選用表中的銅與___________進行對比。
長1米、橫截面積1毫米2的幾種材料的電阻（20℃時）
材料
銅
鋁
鎢
鎳鉻合金
電阻（歐）
0.0175
0.029
0.053
1.0
（4）要進一步探究導體產生的熱的多少與電流是否有關，可以采取的方法是_______（允許改變元件位置、更換元件等。只要求寫出一種）。
（二）、有關銘牌的計算問題（P實、P額與U實、U額的關系，應用公式:R＝U額2/P額、P實＝U實2/R）
3．5月20日是“中國學生營養日”，學生的膳食結構越來越受到學校、家庭和社會的重視。媽媽為了改善小紅的早餐營養，買了一臺全自動豆漿機，豆漿機的工作原理示意圖和銘牌如下：
（1）計算豆漿機正常工作時的最大電流。
（2）豆漿機做一次豆漿，若電動機累計工作3分鐘，電阻絲累計加熱12分鐘，則總共消耗多少電能?
（3）豆漿中富含的 是細胞生長及修補組織的主要原料，食用豆漿能為青少年提供生長發育所需的重要營養素。
4．如圖是家庭、賓館常用的電熱水壺及其銘牌。
（1）該電熱水壺正常工作時的電阻為 歐。
（2）該電熱水壺正常工作時、燒開一壺水需要5分鐘，其消耗的電能是多少？
（3）在用電高峰期使用，如果電壓只有200伏，這時電熱水壺的實際功率有多大？（不考慮電阻的變化）
（三）高、中、低溫檔問題
5．小明家買了一臺電烤箱，發熱功率有高、中、低三個檔位．小明根據電烤箱的工作情況，跟同學們在實驗室組成模擬電烤箱的實驗電路如圖所示．電源輸出電壓穩定為6V，兩個發熱電阻分別為R1=10Ω，R2=20Ω．單刀雙擲開關S2可分別與觸點a、b接通．請你參與小明他們的研究，分析和解答以下問題：
（1）兩個開關分別處于什么狀態時，模擬電烤箱電路處于“低”檔位？為什么？
（2）模擬電烤箱電路處于“中”檔位工作時，消耗的電功率是多少？
（3）模擬電烤箱電路處于“高”檔位工作時，通電10min，電流產生多少熱量？
6．小芳利用電阻值分別為R1=121Ω、R2=60.5Ω的兩根電阻絲，兩個開關（S1、S2）和若干電線，設計一臺有低、中、高三檔不同的電功率的電取暖器，簡化后的電路圖如下圖所示。求：
（1）電取暖器工作于低檔時，S1、S2的斷開或閉合情況是怎樣的？此時電路的電流的電功率多大？
（2）電取暖器工作于高檔時，S1、S2的斷開或閉合情況是怎樣的？此時電路的干路電流和電功率多大？（計算結果保留小數點后兩位）
7.如圖是某多用電熱理療儀的部分電路示意圖。電熱絲R1、R2、 R3的阻值分別為300Ω、150Ω和200Ω，閉合開關S1，調節開關S2，可以使理療儀分別處于“低溫檔”、“中溫檔”、“高溫檔”（不考慮溫度變化對電阻的影響）
（1）當開關S2與 連接時，電熱理療儀處于中溫檔？（選填a、b或c）
（2）該電熱理療儀所消耗的最大功率是多少瓦？(請寫出計算過程)
（3）電熱理療儀處于低溫檔時，在10秒內產生的熱量是多少焦？(請寫出計算過程)
（四）、“毫安時”問題
一般的手機電池,充電電池的電量都是毫安時,它的定義是在一定的放電時間下完全放電產生的電流。例如，1300毫安時指此電池在1小時內完全放電電流是1300毫安。在蓄電池上都標有這種標記，使用Ah或mAh做電量的單位是使用比較方便，比如，容量10Ah，就表示當放電電流為1A，能夠放電10小時。
例如：“36V/10Ah”，前面的36V是表示這個電池的電壓是36V，并且，用這個36V和10Ah相乘，得到360VAh，這個VA表示功率單位“瓦特（W）”，而h變為秒等于3600秒，這個3600秒和前面的360W相乘就得到1296000焦（J），就是說，這個電池完全放電能放出1296000J的電能。
8．移動電源給人們生活帶來了方便。如圖為某品牌移動電源的銘牌，根據所學知識與銘牌上的信息，下列說法正確的是（ ）
A．用移動電源給手機充電時，移動電源中能的總量保持不變
B．用移動電源給手機充電時，電壓始終為5V，電流始終為2A
C．用移動電源給手機充電時，沒有能量發生轉化
D．移動電源充滿電時，容量值越大，儲存的能量越多
9．“充電寶”是指可以直接給移動設備充電且自身具有儲電單元的裝置，是近年為比較流行的數碼設備．如圖為某品牌充電寶的銘牌，根據銘牌上的信息，下列分析正確的是（　　）
A．對充電寶充電時充電寶相當于電路組成中的電源
B．該品牌的充電寶在家庭電路中不能正常工作
C．該品牌的充電寶最大可以儲存2900mAh的電能
D．用充電寶給手機充電過程中充電寶中能的總量會不斷減少
10.3G手機既能通話又能傳送圖像、音樂、視頻等多種媒體形式。以下為某3G手機LGKT878的主要參數：（mAh為毫安·小時，是電池容量的單位）
手機型號
主屏參數
電池規格
攝像頭像素
通話時電流
LGKT878
3.0英寸?
480×800像素
3.7V，1300 mAh
鋰電池
500萬像素
400mA
該手機通話5min，消耗的電能是 焦，該電池可供連續通話 小時。
11．手機、手提電腦中使用的鋰電池電板是新型的高能電池，以質量輕、儲電量大而受到普遍重視。某手機用的電池儲電量為1020mAh（以1020mA的電流可持續使用1小時），若手機待機時的電流為8.5mA，則該手機最長待機時間為 小時。
12．[2016·寧波·21]甲車兩側遠光燈的規格均為“12V 60W”，供電的蓄電池電壓為12V，最大容量為60Ah。某天晚上，該車熄火時忘記關閉遠光燈，則車上蓄電池最多能供兩個遠光燈正常工作 h。由于蓄電池的電能耗盡，甲車無法啟動，需要借用乙車的蓄電池“搭電”啟動，如圖所示。“搭電”時，先用電線將甲車蓄電池的正極與乙車蓄電池的 極相連，再將另兩個電極用電線連通（如果誤接，蓄電池會被短路）。
項目
指標參數
工作電壓
15V
功率
30W
電池容量
2000mAh
13．隨著生活水平的提高，掃地機器人逐步進入普通家庭。掃地機器人具有主動躲避障礙物、自動吸塵、自動返回充電座充電等諸多智能功能。如圖是某款掃地機器人及銘牌上的部分參數，請回答下列有關回答：
（1）機器人吸塵的工作原理是通過電機轉動使內部壓強 ，從而使雜物進入吸塵器。
（2）電池容量“2000mAh”是指當工作電流為2000mA，能持續供電1小時。若充滿電后所有電量用于掃地，則可供機器人持續正常工作多少時間？
（3）機器人的供電系統設有自動充電功能，當檢測到電池容量低至10%時會自動返回充電。若返回過程中受到的阻力為20牛，為確保機器人能順利返回充電，需要充電時離充電座最遠為多少米？（剩余電池容量的40%用于提供克服阻力做功）
14.[2018·嘉興·35] 筆記本電腦已進入尋常百姓家庭，出差旅游時常隨身攜帶。出于安全考慮，民航局規定，乘客可隨身攜帶0.16kW·h 以下的可充電設備。目前，部分航空公司已允許乘客在非起降時間段、有條件地使用筆記本電腦等便攜電子設備。請回答下列問題:
（1）某旅客攜帶的筆記本電腦電池容量3000mAh，輸出電壓15V,充滿電后, 若工作時的平均電流為1.5A，可連續工作多少時間？
（2）請通過計算說明該旅客能否將此筆記本電腦帶上民航飛機。
（3）使用發現, 電腦工作時會發熱, 原因是 。當升溫到一定值時, 溫控開關S1自動閉合，風扇啟動，加快散熱從而保護電腦。如果斷開電源總開關S2 , 風扇 M 和其他工作系統同時停止工作。根據上述特點，下列可能符合散熱控溫特點的原理圖是 。
15．[2018·湖州·34]小華家買了電動自行車，說明書上的部分內容摘錄在左下圖中（注：“電池容量10Ah”可理解為“若以10安的電流放電可使用1小時”）。請回答：
（1）該電動自行車的額定電流多大？
（2）若該電動自行車行駛的平均車速為20千米/時，使用50%的電池容量（按額定電流放電，不計放電時能量損失），能行駛多長路程？
（3）某天小華想在自家的小車庫內充電，發現車庫內只安裝了電燈，沒有插座，于是小華想在右上圖所示的原有線路上安裝一個雙孔插座，應在a、b、c三處中的哪兩處之間安裝才合理？ 。

A．a和b B．b和c C．a和c
（五）、關于電路中輸電線功率損耗問題（干路分壓實際情況分析）
16．用電高峰時期，家庭里的白熾燈泡比正常發光要暗一些。這是因為，在用電高峰時（　　）
A．并聯用電器增多，電路的總電阻增大
B．并聯用電器增多，電路的總電流減小
C．并聯用電器增多，家用電器的實際功率減小
D．并聯用電器增多，家用電器的額定功率減小
17．一只“220V?100W”的燈泡，接在照明電路中，則
（1）正常發光時，通過燈泡的電流多大（計算結果保留兩位小數）？
（2）正常發光時，通電1小時燈泡消耗的電能是多少？
（3）若用輸電線把該燈泡由電源處引到某工地時，發現燈泡亮度較暗，測得燈泡實際功率只有81W，則輸電線上消耗的功率多大（電源電壓為220V）？
18．為改善休閑廣場的照明，電力部門要在廣場安裝一盞規格為“220V 1000W”的碘鎢燈，己知電控室的輸出電壓恒為220V，所需電線總長為400m，所選用電線的電阻為每米1.65×10-2Ω。
（1）電路中電線的電阻為 Ω；
（2）實際電路中，相當于碘鎢燈與電阻R串聯（如圖），則碘鎢燈工作時，它的實際功率是多少？
（3）要減少電路中電線的功率消耗，可采取的措施是 （寫出一點）。
（六）、非純電阻電路問題
19．[2018·杭州·33]如圖是小金研究電動機轉動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖。開始小金先抓住轉軸合上開關，觀察小燈泡的亮度；接著放開轉軸讓電動機轉動，繼續觀察小燈泡亮度的變化（已知：小燈泡的電阻為R，電動機線圈電阻為r，電源電壓為U）。由此請你回答：
（1）在電動機未轉動時，t時間內電流在電路中產生的熱量為________________（填寫表達式）。
（2）在電動機轉動時，電流所做的功________電流在電路中產生的熱量（選填“大于”、“等于”或“小于”）。
（3）小金判斷電動機轉動后小燈泡會更亮，你認為小金的判斷正確嗎？并根據學過后知識給以解釋。
參考答案
1．（1）0.24 （2）電流和通電時間 （3）Δh3>Δh2
2．
（1）接在滑動變阻器下面的B接線柱上；
???
（2）玻璃管內液面上升的高度；???
（3）鎳鉻合金；?
（4）保持其他不變，改變滑動變阻器阻值（保持其他不變，更換不同電壓的電源）進行相同時間的二次實驗。
3．
（1）由P=UI得：I＝＝＝3．64A(公式、過程、結果）
（2）由P＝得：W＝Pt
加熱時消耗的電能：W1＝P1t1＝800W×l2× 60s＝576000 J
電動機工作時消耗的電能：W2＝P2t2＝150 W×3×60s＝27000J
總共消耗的電能：Ws＝W1+ W2＝576000 J +27000J＝603000J
答：正常工作時，通過豆漿機的最大電流3．64A，做一次豆漿總共消耗603000J電能。
（3）蛋白質
4．
5．
解：
（1）當開關S1斷開，S2接a時，電路處于“低”檔位。
此時電阻R1和R2串聯，接入電路的電阻最大，當電壓不變時。根據可知，此時電功率最小。
答：當開關S1斷開，S2接a時，電路處于“低”檔位。
（2）當開關S1閉合，S2接a時，只有電阻R2接入電路，電路處于“中”檔位．此時電功率P中=P2==
答：消耗的電功率是1.8W。
（3）當開關S1閉合，S2接b時，兩個電阻并連接入電路，此時電路處于“高”檔位。
P高=P1+P2=+P2=。
通電10分鐘產生熱量Q=W=P高t=5.4W×600s=3240J。
答：電流產生3240J的熱量。
6．
解：
（1）由P= U2/R 可知，要使功率小，則電阻要大，當工作于低檔時，只有R1接入電路，則S1閉合，S2斷開；由P= U2/R 得：P1= (220V)2/121Ω =400W。
（2）由P= U2/R 可知，要使功率大，則電阻要小，則可知最高檔應是兩電阻并聯，即工作于高檔時，兩開關均閉合。
電路中的總阻值為：R= R1R2/（R1+R2）=40.33Ω，
由歐姆定律得：I= U/R=220V/40.3Ω =5.45A。
由P=U2/R 得：
P2=(220V)2/40.33Ω=1200.09W。
答：
（1）處于低檔時，S1閉合，S2斷開；功率為400W；
（2）處于高檔時，兩開關均閉合，電流為5.45A，消耗功率為1200.09W。
7.
（1）c
（2）由題意分析可知，當S2與開關a連接時，此時功率最大。P最大=U2/R3=（220V)2/200Ω=242瓦。
（3）由題意分析可知，當S2與開關b連接時，此時功率最小，電熱理療儀處于低溫檔。
Q=U2/（R1+R3）×t=（220V）2/（300Ω+200Ω）×10秒=968焦。
8．D
9．D
解析：A、對充電寶充電時充電寶相當于電路組成中的用電器，而不是電源，故A錯誤；B、讀圖可知，其輸入電壓為100～240V，而家庭電路的電壓為220V，故可以在家庭電路中正確使用，故B錯誤；C、由銘牌信息可知，該品牌的充電寶的電池容量為2900mAh，但mAh是電量的單位，不是電能的單位，故C錯誤；D、用充電寶給手機充電過程中充電寶中能的總量會不斷減少，故D正確。
10.444J；3.25h
11．120h
12．6；正
13．
（1）減小或降低
（2）


（3）克服阻力做功：


答：一次充滿電后機器人可持續正常工作1小時，為確保機器人順利返回充電，需要充電時離充電座最遠為216米。
14.
（1）筆記本電腦電池容量:3000 mAh ,平均電流為I=1.5A =1500mA
工作時間:t=3000mAh/1500mA=2h
答:筆記本電腦可連續工作2小時。
（2）W=UIt=15伏×3安×3600秒=162000焦耳=0.045千瓦時，因為0.045kW·h﹤0.16kW·h
所以該筆記本電腦能帶上民航飛機。
（3）電流通過導體會產生熱量。 B
15．
（1）5安 （2）20千米 （3）C
解析:
（1）因為P=UI，所以電動車的額定電流為I===5A。
（2）電動車行駛的時間為t==1h，
因為ν=，所以電動車行駛的路程為s=νt=20km/h×1h=20km。
（3）由圖知，要使雙孔插座能夠正常使用，需要與燈泡并聯，并且不受開關控制。所以要連接在a、c之間。故選C。
16．C
17．
解：
（1）；
（2）W=Pt=0.1kW×1h=0.1kwh 或 W=Pt=100 w×3600s=3.6 ×105J?
（3）解法1：燈泡的額定電流為I額?=P額/U額=100W/220V=0.45A?
電阻為R=U額2?/P額?=（220V）2?/100W=484Ω?
此時通過燈泡的電流為I實=，總功率為P總=U額I?實?=220V × 9/22A=90W所以導線上消耗的電功率為： 90W-81W=9W；
解法2：由U額2?/U實2=P額/P實，可算出燈泡的實際電壓為198V，所以導線上的電壓為： 220V -198V=22V?
通過燈泡的電流由上算出I實?=
所以導線上消耗的電功率為22V × 22 9 A=9W 。
18.
（1）6.6
（2）RL= U2/P=(220V)2 /1000W=48.4Ω
R總= RL+R=48.4Ω+6.6Ω=55Ω
I= U/ R總=220V/55Ω=4A
P實=I2RL=(4A)2×48.4Ω=774.4W (其他正確解法也給分)
（3）減小輸電線的長度或增大電線的橫截面積或換用電阻比較小的材料。(答減小電阻給1分)
19．
（1）t
（2）大于
（3）不正確，不轉時W總功=Q電路 UI1t=I12(R+r)t I1=；
轉動時W’總功>Q’電路 UI2t>I22(R+r)t I2<，故I2< I1，燈泡變暗

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