資源簡介

第十講 電能與利用(二)
[知識新授]
一、電流的熱效應
電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成熱能的現(xiàn)象叫做電流的熱效應。
根據(jù)電功率的公式P＝UI和U＝IR，可得P＝I2R，它表示電流通過導體時產(chǎn)生熱能的快慢。這個公式表明：
實驗：探究電熱與哪些因素有關(guān)？(如圖)
(1)在電流相同的條件下，電能轉(zhuǎn)化成熱能的功率與導體的電阻成正比；
(2)在導體電阻相同的條件下，電能轉(zhuǎn)化成熱能的功率與電流的平方成正比。
在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，由于導體產(chǎn)生的熱量Q與電路消耗的電能W相等，因此計算電熱的功率可用如下導出公式P＝，P＝UI，P＝。
二、焦耳定律、電熱器
(1)電流通過導體時產(chǎn)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。公式：Q＝I2Rt。
(2)電熱器是利用電流的熱效應制成的加熱設備。發(fā)熱體是由電阻率大、熔點高的合金絲繞在絕緣材料上做成的。其優(yōu)點：①清潔衛(wèi)生，②熱效率高，③方便調(diào)控，缺點是非加熱用電器工作時也產(chǎn)生熱量。
(3)常見電熱器類型
串聯(lián)式
高溫檔P1=
低溫檔P2=
并聯(lián)式
高溫檔P1=
低溫檔P2=
三、電動機
電吹風機和電熨斗通電時都會發(fā)熱，哪種電器可以認為將電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)(熱)能？
電吹風機：電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和機械能(由于有電動機的存在)
電熨斗：電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能
能量轉(zhuǎn)化
功能計算
電熱器
電能→內(nèi)能
∵Q=W ∵W＝UIt
又根據(jù)歐姆定律U=IR
∴Q=W=UIt=I2Rt=U2t/R
電動機
電能→內(nèi)能+機械能
∵W＝UIt W=Q+W機
∴UIt=I2Rt+W機
∴U>IR 所以歐姆定律在電動機的計算中不適用，切記！
特別提醒：小結(jié)：①、電能全部轉(zhuǎn)化為熱能時，Q=I2Rt =W=Pt =UIt
②、電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱能時，Q=I2Rt ③、電流做多少功，就是消耗多少電能，也就是將多少電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能
④、純電阻電路中，電流做多少功，就是將多少電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
[經(jīng)典例題]
[例1]電風扇、電烙鐵和電動機上都標有“220V 160W”字樣，它們都在額定電壓下工作相同時間，產(chǎn)生熱量多的是(　　)
A．電風扇 B．電烙鐵 C．電動機 D．一樣多
[例2]電阻絲剪掉十分之一后，接入原來電路，則在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與原來產(chǎn)生的熱量之比為(　　)
A．10：9 B．1：10 C．10：1 D．9：10
[例3]要使電熱器在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量減小到原來的一半，則應(　　)
A．電阻不變，使通過電熱器的電流減小一半
B．電阻不變，使電熱器兩端的電壓減小一半
C．電壓不變，使電熱器的電阻變?yōu)樵瓉淼?倍
D．電壓不變，使電熱器的電阻增大為原來的倍
[例4]如圖所示的電路中，電源電壓保持不變．閉合開關(guān)S，移動滑片，使電壓表V1示數(shù)與電壓表V2示數(shù)之比為2：1，此時R2的功率為P1；再次移動滑片，使電壓表V1示數(shù)與電壓表V2示數(shù)之比為1：2，此時R2的功率為P2，則P1：P2為(　　)
A．1：4 B．1：2 C．1：1 D．4：1
[例5]如圖所示，是某電器內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)圖，R1、R2為阻值相同的電熱絲．不同的連接方式其發(fā)熱功率不同．下列說法不正確的是(　　)
A．甲的發(fā)熱功率與丙的發(fā)熱功率相等
B．丁的發(fā)熱功率是丙的發(fā)熱功率的2倍
C．丙的發(fā)熱功率是乙的發(fā)熱功率的2倍
D．丁的發(fā)熱功率是乙的發(fā)熱功率的4倍
[例6]如圖是直流電動機提升重物的示意圖，電源電壓為110V且保持不變，電路中的電流是5A，質(zhì)量為50kg的重物在電動機帶動下以0.9m/s 的速度勻速上升，不計各處摩擦，則電動機線圈的電阻是(g取10N/kg)(　　)
A．2Ω B．22Ω C．10Ω D．4Ω
[例7]空氣能熱水器的工作原理是：空氣能熱水器在工作時，從空氣中吸收的熱量為Q，消耗的電能為W，通過熱交換使水吸收的熱量為Q吸，即Q吸=Q+W．某型號的空氣能熱水器電功率為1400W，工作時消耗的電能W是水吸收熱量Q吸的三分之一．當用此熱水器將100kg的水從15℃加熱到55℃時，所用的加熱時間是　 　s．(水的比熱容為4.2×103J/kg?℃)．
[例8]如圖所示的實驗裝置中，三個相同的燒瓶A、B、C內(nèi)部都盛有質(zhì)量和初溫均相等的液體，其中，A、B燒瓶中裝的是煤油，C瓶中裝的是水，A、B、C瓶中電阻絲的阻值分別為RA、RB、RC，且RA＜RB=RC．(假設實驗中沒有任何熱損失)
(1)小明用該裝置探究“電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系”，他應該觀察比較　 　兩瓶中溫度計的示數(shù)變化情況，其中　 　瓶中的液體溫度升高得更快一些．
(2)小紅用該裝置完成“比較水和煤油吸熱升溫的情況”的實驗，她應該觀察比較　 　、C兩瓶中溫度計的示數(shù)變化情況，實驗中水和煤油吸熱的多少是通過　 　來反映的(選填“溫度計示數(shù)”或“加熱時間”)．該實驗中裝有　 　(選填“水”或“煤油”)的燒瓶中溫度計示數(shù)變化較大．
[例9]如圖為一電水壺的電路原理圖，S是溫控開關(guān)，R1是電熱管，R2是定值電阻．當電水壺將水迅速加熱到預定溫度時，S自動切換而使水壺處于保溫狀態(tài)．已知加熱時R1的功率為1936W，保溫時R1的功率為100W．加熱4min即可將壺中質(zhì)量為1.2kg、初溫為20℃的水燒開．不計溫度對R1和R2電阻值的影響，已知當?shù)貧鈮簽?標準大氣壓，c水=4.2×103J/(kg?℃)．求：
(1)電水壺加熱時的電流；
(2)電水壺的加熱效率；
(3)R2的阻值．
[例10]中國游客在日本搶購馬桶蓋的消息引發(fā)國人熱議，其實這款馬桶蓋為中國杭州生產(chǎn)．說明書部分內(nèi)容和加熱電路圖如圖所示．閉合開關(guān)S保溫座圈開始加熱，再閉合開關(guān)S0洗凈裝置噴出熱水．[已知C水=4.2×103J/(kg?℃)]試問：
額定電壓
220V
洗凈裝置
出水量
0.8kg/min
加熱功率
1600W
保溫座圈功率
50W
(1)R2的阻值是多少？
(2)若洗凈裝置噴水時將水由20℃加熱到40℃，該裝置加熱的效率是多少？
[課后作業(yè)]
1．一阻值為60Ω的電熱絲接在電源上，通過它的電流為2A，通電1min產(chǎn)生的熱量為(　　)
A．1.2×102J B．3.6×103J C．7.2×103J D．1.44×104J
2．如圖所示電路中，電源電壓為6V，滑動變阻器連入的電阻R為5Ω．S閉合時小燈泡正常發(fā)光，電流每分鐘在R產(chǎn)生的熱量是12J，則燈泡的額定功率為(　　)
A．1 W B．3 W C．6 W D．12 W
3．如圖所示，將兩根電阻絲R1、R2分別插入甲、乙兩瓶等量煤油中，串聯(lián)接入電路，通電一段時間后，R1、R2產(chǎn)生的熱量之比為Q1：Q2=4：9；設通過R1、R2的電流分別為I1、I2，則下述結(jié)論正確的是(　　)
A．R1：R2=4：9 B．R1：R2=2：3 C．I1：I2=4：9 D．I1：I2=2：3
4．白熾燈泡在發(fā)光時，燈絲的溫度達到2000℃以上，而連接燈泡的導線卻沒有明顯發(fā)熱，這主要是因為(　　)
A．導線絕緣皮隔熱 B．導線散熱快
C．導線中的電流小 D．導線電阻小
5．如圖所示，當開關(guān)閉合時，電路中的電流為1A，電壓表V2的示數(shù)是l0V，定值電阻R的阻值為4Ω，電動機M的線圈電阻為1Ω，不計摩擦，下列說法正確的是(　　)
A．電壓表V1的示數(shù)為4V
B．電路消耗的總功率是5W
C．通電lmin電流通過電動機產(chǎn)生的熱量是60J
D．通電lmin電動機產(chǎn)生的機械能是360J
6．如圖是我國西部某地區(qū)風力發(fā)電的外景．下表給出了在不同風速下一臺風車獲得的能量．若此地平均風速為15m/s，1臺這樣的風車10min獲得的風能是　 　J；若某時間內(nèi)風速為12m/s，一臺風車工作1h所產(chǎn)生的電能可以供18只“220V﹣100W”燈泡正常工作8h，則18只“220V﹣100W”燈泡正常工作8h需要電能　 　kw?h，這臺風車發(fā)電效率為　 ?。?
平均風速(m/s)
5
10
15
20
25
30
1s內(nèi)獲得的能量(×104J)
4
8
12
16
20
24
7．如圖所示是一種電熱水龍頭和它的電路簡圖．旋轉(zhuǎn)手柄可使扇形開關(guān)S同時接觸兩個相鄰觸點，從而控制流出的水為冷水、溫水或熱水．已知R1、R2是電熱絲，R2=55Ω，溫水檔的電功率是2.2kW．求：
(1)當流出水為溫水時，接入電阻的值；
(2)當流出水為溫水時，該水龍頭1min消耗的電能若由燃油燃燒提供，所需燃油的質(zhì)量；(燃油的熱值為4.4×107 J/kg)
(3)若該水龍頭1min能放出約1kg的溫水，效率為84%，則溫水升高的溫度．
8．如圖甲所示，某型號的電飯鍋有兩個檔位，分別是高溫燒煮和保溫燜飯檔，其原理如圖乙所示(虛線框內(nèi)為電飯鍋的發(fā)熱部位)．已知R1=44Ω．
(1)開關(guān)S置于　 　檔(選填“1”或“2”)時是高溫燒煮檔，它的功率是多大？
(2)電飯鍋在高溫燒煮檔正常工作8min產(chǎn)生的熱量是多少？
(3)若已知此電飯鍋保溫燜飯檔的功率是高溫燒煮檔功率的二十分之一，則 R2的阻值為多大？
9．如圖是某品牌電吹風的原理圖．當開關(guān)S閉合時，電動機開始工作，使電吹風處于“冷風檔”； 當開關(guān) S、S0都閉合時，使電吹風處于“熱風檔”．下表給出了電吹風正常工作時的部分主要參數(shù)．(忽略溫度對電阻的影響)
額定電壓
220V
電源頻率
50Hz
冷風電功率
55W
熱風電功率
165W
求：
(1)電吹風吹冷風時的電流大?。?
(2)電熱絲的電阻．
10．(建欄期中)如表是從某電暖水瓶的銘牌上摘錄下的幾個參數(shù)．圖甲是它的電路原理示意圖，E1、E2是兩個指示燈，1、4和2、3是兩個觸點開關(guān)，觸點開關(guān)由手動絕緣杠桿控制閉合，由永久磁鐵和感溫軟磁體等組成(如圖乙所示)的裝置控制斷開，當加熱膽內(nèi)的水溫達到90℃時，觸點開關(guān)就會自動斷開，俗稱“跳閘”．放在內(nèi)膽給水加熱的電熱絲R的阻值為44Ω，電阻R1的阻值為2420Ω，指示燈E1、E2的電阻很小，可忽略不計．(設家庭電路電壓220V恒定不變，電熱絲R及電阻R1、R2的阻值不隨溫度變化．
額定電壓
220V
頻率
50HZ
額定容量
1.5L
電熱絲保溫功率
44W
(1)如圖乙所示的裝置能控制電路斷開，說明感溫軟磁體的　 　跟溫度有關(guān)．將插頭插入家庭電路的插座，向上按動絕緣杠桿，使觸點閉合，電暖水瓶處于　 　狀態(tài)(填加熱或保溫)．
(2)小楊在內(nèi)膽裝上1L溫度為20℃的冷水，加熱5min后開關(guān)跳閘，則這段時間內(nèi)電暖水瓶對電能的利用率是多少？
(3)R2的阻值是多少？
[參考答案]
[經(jīng)典例題]
1．B．
2．A．
3．C．
4．C．
5．A．
6．D．
7．4000．
8．(1)A、B；B；(2)B；加熱時間；煤油．
9．(1)電水壺加熱時的電流為8.8A；
(2)電水壺的加熱效率約為86.8%；
(3)R2的阻值為85Ω．　
10．(1)R2的阻值是968Ω；
(2)若洗凈裝置噴水時將水由20℃加熱到40℃，該裝置加熱的效率是70%．

[課后作業(yè)]
1．D．
2．A．
3．A．
4．D．
5．C．
6．7.2×107；14.4；15%．
7．(1)當流出水為溫水時，接入電阻的值為22Ω；
(2)當流出水為溫水時，該水龍頭1min消耗的電能若由燃油燃燒提供，所需燃油的質(zhì)量為3g；
(3)若該水龍頭1min能放出約1kg的溫水，效率為84%，則溫水升高的溫度為26.4℃．　
8．(1)2；
(2)電飯鍋在高溫燒煮檔正常工作8min產(chǎn)生的熱量是5.28×105J；
(3)R2的阻值為836Ω．
9．(1)電吹風吹冷風時的電流為0.25A；
(2)電熱絲的電阻為440Ω．
10．(1)磁性強弱；加熱；
(2)這段時間內(nèi)電暖水瓶對電能的利用率是87.5%；
(3)R2的阻值是176Ω．

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