資源簡介

1、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。用公式表示為Q=I2Rt。
2、常見的電熱器：電飯煲、電熱水壺、電熨斗、電吹風機、電烙鐵等。
各種電熱器都是利用電流的熱效應來工作的。電流通過導體時發熱的過程實質上是電能轉化為內能的過程。
電熱器的優點：清潔、無污染、熱效率高，便于控制和調節等。
3、電動機是利用電流做功轉化為機能功的用電器，所以總功率即輸入功率P電=UI；線圈發熱做的功為額外功，因此P熱=I2R；有用功就是電動機對外所做的機械功，即輸出功率P機=Fv或P機= P電- P熱，電能轉化效率η＝P機/P電×100%。
分類題型：
（一）焦耳定律
1、如圖是“探究電流通過導體產生的熱量與導體電阻間關系”的實驗裝置，兩阻值分別為R和2R的電阻絲浸在相同質量和初溫的煤油中，每一燒瓶里各插入一溫度計．請回答下列問題：
（1）合上開關，經過一段時間，兩電阻絲產生熱量的多少是通過____
反映出來的；
（2）采用這種連接方式的目的是 ；
（3）實驗采用煤油而不用水的原因是 。
2.為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關系，小樂設計了如圖1所示的甲、乙兩裝置．他將兩段阻值不同的電阻絲（R1＜R2）分別密封在兩個完全相同的燒杯中，并通過短玻璃管與相同的氣球相連，兩次實驗電源電壓不變．

（1）甲裝置可探究電流產生的熱量與 是否有關．
（2）在這個實驗中，電流產生熱量的多少是通過 體現出來的，像這種用能直接觀測的量來顯示不易直接觀測的量的方法叫
?A．控制變量法 B．等效替代法 C．轉換法 D．類比法
（3）在裝置甲、乙的兩次實驗中，比較相同時間里氣球A與C體積變化情況可探究電流產生的熱量
與 有關．
（4）若甲、乙兩裝置同時實驗，在相同的通電時間里，A、B、C、D四個氣球脹大的程度從大到小的排列順序是 。
（二）電熱器的計算
1、由于今年冬天較往年寒冷，很多老師的辦公桌上放置了電熱桌墊（如圖）。好奇的小東同學看到后，很想知道它的電熱原理，他查看說明書后發現：該電熱桌墊由12伏電源供電，電功率在安全用電規定的30w-80 w范圍內，發熱部分由兩根電熱絲組成，R1、R2 的阻值分別為6歐、4歐，該桌墊可通過調溫開關控制不同的電功率（不考慮溫度的變化對電阻的影響）。
（1）小東根據剛剛學習過的電熱器知識，畫出電熱桌墊甲、乙兩種電路，并說都符合設計要求，請你簡要分析出哪一個電路符合要求？
（2）該電熱桌墊消耗的最大功率是多少w？
（3）當電熱桌墊處于低溫檔時，在1分鐘內產生的熱量是多少J？

2、冬天到來了，用冷水洗手，洗碗，洗菜都會對皮膚形成較大的刺激，這樣的季節在家里配備一個電熱水龍頭是必不可少的，電熱水龍頭（亦稱作“即熱水龍頭”或“快熱水龍頭”），包括水龍頭本體及水流控制開關，水龍頭本體內設有加熱腔和電器控制腔，用密封板隔開，電器控制腔內設有加熱電路，加熱腔內設有加熱管，加熱管功率一般在2 kW ～3kW，3s～5s即可加熱出熱水，加熱管連接在加熱電路上，其特征為絕緣加熱管；絕緣加熱管為水電隔離式絕緣加熱管；水龍頭本體多數為耐高溫工程塑料型，少數為全金屬型；電器控制腔內設有絕緣水壓開關。加熱電路內設有電器開關、溫度控制器和防干燒裝置，有的還設有漏電保護開關。圖24甲是某款電熱水龍頭。圖24乙是它的原理電路。R1、R2為電熱絲，通過旋轉手柄帶動開關S接通對應的電路，從而實現冷水（常溫）、溫水、熱水之間切換。有關參數如下表。不考慮溫度對電阻絲的影響，請回答下列問題：

（1）分別寫出水龍頭放出冷水、溫水、熱水時，圖乙中開關右側觸點所對應的位置。
（2）當水龍頭放出的水是溫水時，電路中的電流是多大？
（3）當水龍頭放出的水是熱水時，正常工作60s，消耗的電能是多少？
（4）R1、R2的電阻各是多大？
3.如圖甲是某熱水器的電路原理圖。燒水時，按下溫控開關S和a、b接觸，紅色指示燈亮，加熱檔工作，電熱管的功率是880W。當水溫升到設定溫度t1時，溫控開關接觸點斷開，電熱管停止加熱。當水溫下降到設定溫度t2時，S自動上升與接觸點c接通，黃色指示燈亮，保溫檔工作，電熱管的功率是220W。當水溫上升到設定溫度t1時，溫控開關觸點斷開，電熱管停止加熱。如此不斷往復使水溫保持在設定的范圍內。（指示燈電阻很小，計算時可忽略不計）

(1) 該熱水器水箱中裝有2Kg30℃的冷水，若把這些冷水加熱到90℃需吸收多少熱量？
(2)求R1的大小。
(3)圖乙是該熱水器工作時溫度隨時間變化的圖象，求30min內電熱管消耗的電能。
（三）電動機問題分析
1． 如圖所示，直流電動機通過電流做功提升重物，但在電能轉化成機械能的過程中，有部分電能變成內能．已知線圈電阻1.5Ω，電動機正常工作時，通過線圈電流2A，物體質量540g，以10m/s勻速上升，不計繩的重力和一切摩擦．物體上升20s的過程中．(g取10N/Kg)，求：
（1）電壓表讀數；
（2）電流通過線圈產生的熱量；
（3）提升物體的有用功；
（4）電動機工作效率．
2．（2017杭州）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。
3．（2016杭州）如圖為某型號玩具電動機的工作電路圖。電動機銘牌上標有“6V，6W，線圈電阻2Ω”字樣。當開關閉合的瞬間，電動機尚未轉動，此時通過電動機的電流稱為啟動電流。為了保護電動機，啟動電流不得超過 2A。求：
（1）啟動時，變阻箱 R的阻值至少多大？
（2）當電動機啟動后，再次調節變阻箱 R，使電動機進入正常工作狀態。此時 R消耗的電功率為多大？
4．（2015杭州）某同學根據如圖所示電路進行實驗:先用夾子夾住電動機轉軸使其不能轉動，閉合開關S,移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數，
后松開夾子，使電動機轉軸轉動，移動滑動變阻器滑片，記下電
壓表讀數和電流表讀數。數據記錄如下：
U(V) I(A) W(J) Q(J)
不轉動 0.2 0.2 W1 Q1
轉 動 3.0 1.2 W2 Q2
利用上表數據計算和分析：
（1）電動機不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W1和所產生的熱量Q1。
（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W2和所產生的熱量Q2。
（3）試比較W1和Q1的大小關系以及W2和Q2的大小關系，并分析其原因。
1、某中學的科技研究小組，為“天宮一號”空間站的宇航員設計了如圖所示的四種電加熱水壺，其中設計合理的是（ ）
2、家用電熨斗為適應不同衣料的熨燙，設計了調整溫度的多擋開關．?使用時轉動旋鈕即可使熨斗加熱到所需的溫度．圖是電熨斗的電路圖．旋轉多擋開關可以改變1、2、3、4之間的連接情況．現將開關置于溫度最高擋，這時，1、2、3、4之間的連接是圖5中的哪一幅（　 　）

A B C D
3．同種材料制成的兩個圓柱形導體甲、乙串聯在電路中，如圖所示，R甲又粗又長，R乙又細又短，R甲=R乙，通電一段時間后，不計熱損失，比較甲、乙兩導體升高的溫度，正確的是（ ）
A．甲導體的溫度升高的多 B．乙導體的溫度升高的多
C．甲、乙兩導體升高的溫度相同 D．條件不足，無法判斷

第3題 第4題
4．標有“PZ110-100”的燈泡L1和“PZ110-40”的燈L2，將兩燈分別按甲、乙接于220V的電路中，如圖所示，則（ ）
A．兩電路中，L1、L2均不能正常發光
B．兩電路中，L1、L2均能正常發光，甲電路消耗的總功率小
C．兩電路中，L1、L2均能正常發光，乙電路消耗的總功率小
D．甲電路L1、L2能正常發光，乙電路L1、L2不能正常發光
5．如圖所示，是一種USB風扇，可連接電腦USB接口或移動
電源使用。USB風扇內電動機規格“5V，2.5W”，線圈電阻1Ω。求：
（1）電動機正常工作時輸出的機械功率和電動機的效率。
（2）當USB風扇被異物卡住后，電動機不轉，10秒內線圈產生的熱
量是多少？
6、電壓力鍋集高壓鍋和電飯鍋于一體，既安全又節能，某品牌的電壓力鍋（如下圖）的銘牌如下表所示。其工作原理如圖所示，A為密閉鍋體，R1、R2分別是主加熱器和保溫加熱器，L是用來指示電壓力鍋保溫狀態的發光二極管（電阻忽略不計），S1為電源開關。閉合開關S1后，電路通過R1對電壓力鍋加熱，當鍋內水溫達到105℃時，鍋體向下移動，壓力開關S2與觸點a斷開，與b點接通，電路通過R2對電壓力鍋保溫。求：
（1）電壓力鍋正常加熱工作時，通過加熱電阻R1的電流是多大？
（2）電壓力鍋進入保溫狀態時，家庭電路電壓發生變化降為198V，此時保溫電阻R2消耗的實際電功率是多大？
（3）用該電壓力鍋對2kg、20℃的水正常加熱到69.5℃，電壓力鍋加熱的時間是多少？已知消耗的電能有90%被用來給水加熱。（水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃）。
參考答案
（一）焦耳定律
1（1）溫度計升高的溫度（2）控制通過的電流和通電時間相同；
（3）煤油的比熱小，吸收相同熱量，能升高較高的溫度，現象明顯。
2.（1）電阻 （2）氣球脹大程度 C （3）CDBA
（二）電熱器的計算
1、（1）∵電功率的范圍：30W-80W、R=U2/P 1.8Ω＜R＜4.8Ω
∴甲圖R并=2.4Ω R2=4Ω符合 乙圖不符
（2）Pmax=U2/Rmin=U2/R并=（12V）2/2.4Ω= 60W
（3）Q=W=Pmint=u2/R2 .t =（12V）2/4Ω×60S= 2160J
2、
（1）水龍頭放出冷水開關所對應的位置是1；水龍頭放出溫水開關所對應的位置是2；水龍頭放出熱水開關所對應的位置是3；
（2）10A；（3）1.98×105J；（4）22Ω；44Ω
3.
（三）電動機問題分析
1．（1）30伏（2）120焦耳（3）1080焦耳 （4）90%
2．(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
3．（1）4Ω （2）6W
（1） R = R總—R電動機=6Ω—2Ω=4Ω
（2） UR =12V—6V=6V
PR=URI=6V×1A=6W
4．（1）W1=U1I1t1=0.2×0.2A×10s=0.4J;
R線圈=U1/I1=0.2V/0.2A=1Ω
Q1=I12 R線圈t1=（0.2 A）2×1Ω×10s=0.4J
(2)W2=U2I2t2=3V×1.2A×10s=36J ; Q2=I22 R線圈t2=(1.2 A )2×1Ω×10 s =14.4J
(3)W1=Q1，W2>Q2； 電動機未轉動時，電流流經線圈時電能全部轉化為熱能，因此W1=Q1；
電動機轉動時，電流流經線圈時電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為熱能，因此 W2> Q2。
5.（1）如果某電動機線圈的電阻為R，電動機工作時兩端的電壓為U，通過電動機的電流為I，請推導此電動機電能轉化為機械能的效率η=（U-IR）/U。
（2）如果有一個直流電動機，把它接入0.3V電壓的電路時，電動機不轉，測得流過電動機的電流是0.6A，若把它接入3V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是2A。如在正常工作時，轉子突然被卡住，此時電動機的發熱功率多大？
（1）電動機消耗的電能：W總=UIt
線圈產生的熱量：Q=I2Rt
W有=W總－Q=UIt－I2Rt=It(U－IR) （2分）
∴η=W有/W總= It(U－IR) /（UIt）=(U－IR)/ U （1分）
（2）電動機線圈電阻 R=U1/I1=0.3V/0.6A=0.5Ω （1分）
轉子被卡住時的電流I′=U2/R=3V/0.5Ω=6A （1分）
此時電動機的發熱功率P′=I′2R=（6A）2×0.5Ω=18W （1分）
課后鞏固
1、D 2、A 3．B 4．C 5、（1）2.25W 90% （2）250J
6、（1）由P=UI得電壓力鍋正常加熱的電流：I1= P1/ U=1100W/220V=5A；
（2）由P= U2/ R2 得：R2= U2/ P2=(220V) 2/20W=2420Ω，電飯鍋實際消耗的電功率：
P實= U2/ R2=(198V)2/2420Ω=16.2W；
（3）水吸收的熱量：Q吸=cm（t-t0）
由加熱消耗的電能90%被水吸收有：Q吸=0.9W電，
根據W=Pt得加熱時間：
t= W/ P= Q吸/90%P加熱= cm△t/90%P加熱
=4.2×103J/(kg?℃)×2kg×(69.5℃-20℃)/ 90%×1100W=420s．

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