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3．7電熱器(1)
點擊要點
1．電流的熱效應：電流通過各種導體時，會使導體的溫度 ，這種現象叫電流的熱效應。
2．電流通過導體發熱的過程實質上是 的過程。
3．電熱器
(1)電熱器是利用 制成的 設備。
(2)電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體是由電阻率 、熔點 的電阻絲繞在絕緣材料上制成的。
典題分析
例1 在相同時間內，為了使電熱器產生的熱量變為原來的一半，可以采用的辦法是( )
A．保持電熱器兩端的電壓不變，使電熱器工作時的電阻變為原來的一半
B．保持電熱器工作時的電阻不變，使電熱器兩端的電壓變為原來的一半
C．使電熱器兩端的電壓和電熱器工作時的電阻變為原來的一半
D．使電熱器兩端的電壓變為原來的1／4，使電熱器工作時的電阻變為原來的一半
鞏固訓練1 用同種材料制成兩段長度相等、橫截面積不同的圓柱形導體，甲比乙的橫截面積大，如圖所示。將它們串聯在電路中，通電一段時間后，比較甲、乙兩導體升高的溫度。正確的是( )
A．甲導體的溫度升高得多
B．乙導體的溫度升高得多
C．甲、乙兩導體升高的溫度相同
D．條件不足，無法判斷
例2 市場上有一種雙能源
太陽能熱水器，晴天享用太陽能，陰天可用電加熱，該熱水器電路圖如圖。電熱管R標有“220V 1100W”，R0與R構成保溫電路。當K連到“2”時，電熱管正常工作，給水箱里的水加熱；當K連到“3”時，熱水器處于保溫狀態，保溫功率為100W。
(1)求R、R0的值。
(2)保溫時R的實際功率是多少
鞏固訓練2 李佳同學家的電熱飲水機有加熱和保溫兩種狀態，這兩種狀態輪流工作，完全由溫控開關S0自動控制：當膽內水的溫度被加熱到90℃時，加熱狀態就停止而進入保溫狀態；當膽內水的溫度降到60℃時，加熱狀態就啟動。下圖是該飲水機的電路原理圖。李佳同學通過觀察還發現：當膽內裝有l千克水時，飲水機的加熱狀態每次只啟動5分鐘就停止。問：
(1)溫控開關S0在何種狀態時，飲水機處在保溫狀態 這時飲水機的電功率是多少
(2)在加熱狀態中，飲水機把電能轉化為水的內能的效率是多少
跟蹤演練
一、選擇題
1．下列常見電器中不是利用電流熱效應工作的是( )
2．我們知道，電爐通電后，電爐絲熱得發紅，而與電爐絲相連的導線卻不怎么發熱。其原因是( )
A．導線的電阻小 B．電爐絲的電阻小
C．通過導線的電流大 D．通過電爐絲的電流大
3．下列用電器在工作過程中，電能幾乎全部轉化為內能的是( )
A．電腦 B．電風扇 C．洗衣機 D．電爐
4．將規格都是“220V 200W”的一臺電風扇、一臺電視機和一把電烙鐵，分別接人家庭電路中，通電時間相同，下列有關電流通過它們產生熱量的說法中，正確的是( )
A電風扇產生的熱量最多
B．電視機產生的熱量最多
C．電烙鐵產生的熱量最多
D．三者產生的熱量一樣多
二、填空簡答題
5．如圖所示，是電熱水器原理的簡易示意圖，通過開關S可以
使熱水器處于加熱或保溫狀態。閉合開關S時，熱水器處于
狀態，此時電能轉化為 能。在熱水器的蓄水桶中裝
水至最高水位后，桶中水的質量為l0kg，把這些水由28℃加熱到98℃時需吸收熱量 J。
6．如圖，當閉合開關Sl時，燈正常發光；再閉合S2使電爐
開始工作，燈變暗了。對以上現象的分析是：因為電爐的
大，使用后導致電路中的 大，導線分壓增大，
燈兩端實際電壓 。
7．如圖甲是熱熔膠槍的外形，其內部有2只相同的PTC加熱元件，電路如圖乙。單只PTC元件的電阻與溫度的變化如圖丙所示。扣動扳機能使固體膠條向前擠壓，聯動開關S同時倒向A、B，槍H冒出膠液，松開扳機S同時倒向B、C。當溫度為180℃時，膠液有最佳粘性，試根據PTC特性定性分析該裝置能使溫度穩定在180℃附近的道理。
三、分析計算題
8．(2010鹽城)一只開水煲的銘牌如圖，內部由開關和電熱絲組成。求：
產品名稱：開水煲額定頻率：50Hz額定功率：ll00W 額定電壓：220V容量：1.2L型號：JKY一12C09C
(1)正常工作時，通過內部電熱絲的電流；
(2)內部電熱絲的電阻；
(3)額定電壓下工作5min消耗的電能。
9．下圖是某簡易電吹風工作原理的電路圖(R為電熱絲，M為電動機)，下表是該電吹風的銘牌。求：
(1)電吹風正常工作且吹熱風時，通過電熱絲的電流多大。
(2)電熱絲R的阻值多大(電熱絲的阻值隨溫度變化不計)。
10．小剛同學家有一臺電熱水器，銘牌如下表所示。
小天鵝“藍金剛”XCD--508型全自動電熱水器
額定功率 (kW) 2 加熱方式 電加熱器
額定電壓 (V) 220 類別 防觸電保護一類
溫度設定范圍(℃) 20—90 凈重(kg) 20
容量(L) 50 整機外形尺寸(mm) 530×400
出廠時間 2009年3月2日
根據銘牌所提供的信息，求：
(1)該電熱水器電熱絲正常工作時的電阻是多大
(2)電熱水器正常工作持續45min產生的電熱是多少焦
(3)若夏天用電高峰時家庭電路的實際電壓只有198V，不考慮電熱絲電阻隨溫度的變化，則電熱水器在用電高峰時的實際功率為多少
答案
【點擊要點】
1．升高2．電能轉化為內能3．(1)電流的熱效應 加熱 (2)大高
【點題分析】
例1 C解析：在相同的時間內討論電熱問題時，根據焦耳定律Q=I2Rt，只‘需考慮l與R的變化，結合歐姆定律(純電阻電路)，在A項中U不變，R變為原來的一半，則I變為原來的2倍，所以Q為原來的2倍；B項中R不變，U減半，則I減半，所以Q為原來的1／4；C項中U和R都減半，l不變，則Q為原來的l／2；D項中U變為原來的1／4，R變為原來的1／2，則l變為原來的1／2，Q應該是原來的1／8。
鞏固訓練l B
例2 解析：本題電熱器具有保溫擋和加熱擋，這是一類題型。常見的還有電熱器、電烙鐵、飲水機、電飯鍋等。電熱器的額定功率狀態即加熱狀態。電路中只有一個電阻R，此時R的功率為ll00W。由此可求出R的阻值，R=。K打到3時為保溫擋，此時R與R0串聯，電功率為100W，由P=，可求出R0阻值再由P=I2R，求出R的實際功率
解：(1)R===44。K→2時，只有R接入電路，R正常工作，故電源電壓U=220V。 K→3時，R和R0串聯，P'=100W。 ∵P'=，∴R0=一R=一44=440。 (2)保溫時，流過R的電流I′有I′===A。R消耗的實際功率RR= 2R=(A) ×44=9.1W
鞏固訓練2 (1)溫控開關S0斷開時，飲水機處于保溫狀態。這時只有Rl接入電路，其功率為P===40W(2)加熱狀態時兩電阻并聯，Rl消耗功率為P2===484W 加熱總功率為P=P1+P2=40W+484W=524W 5分鐘消耗電能為W=Pt=524W×300s=157200J水吸收熱量為Q=cm△t=4.2×103J／(kg℃)×1kg×(90℃一60℃)=126000J飲水機把電能轉化為水的內能的效率是=×l00％=×l00％=80％
【跟蹤演練】
1．B 2．A 3．D 4．C 5．加熱內(填“熱”也給分)2.94×106J 6．電功率電流減小7．當PTC的溫度達到180℃時，如果溫度升高，電阻增大，由公式P=U2／R可知，電壓U不變，電阻R增大，功率P減小，升溫速度減慢。反之，溫度降低，電阻減小，發熱功率增大，會快速升溫，這樣該裝置的溫度會在180"C附近穩定下來。8．(1)5 A (2)44Q (3)3.3×105J 9．(1)IR==A=2A (2)R===110 10．解．(1)電熱絲正常工作時的電阻R===24.2(2)由P=得，電熱器45min消耗的電能W=Pt=2kW×h=1.5kW·h由于電熱器將電能全部轉化為熱，所以45min產生的熱量Q=W=1.5× 3.6×106J=5.4×106J (3)當實際電壓U=198V時，不考慮電熱絲電阻的變化，實際功率為P===1620W
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3．7電熱器(2)
點擊要點
焦耳定律：
1．電流通過導體產生的熱量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比，這個規律叫焦耳定律。
2．數學表達式：
3．電流產生熱量的計算方法：
(1)Q=I2Rt是焦耳通過實驗總結出來的。任何導體有電流通過時，產生的熱量都可以由此公式來計算。
(2)對于純電阻電路，即電能全部轉化為——的用電器，像電爐、電烙鐵、電飯鍋等，電流產生的熱量還可以由Q=U2／Rt，Q=UIt推導公式來結算。
典題分析
例1 一直流電動機線圈內阻一定，用手握住轉軸使其不能轉動，在線圈兩端加電壓為0.3V，電流為0.3A；松開轉軸，在線圈兩端加電壓為2V時，電流為0.8A，電動機正常工作。求：該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少 電動機的機械功率是多
鞏固訓練1 一臺電動機正常工作時，兩端的電壓為220V，通過線圈的電流為10A，若此線圈的電阻為2，那么它的電功率是 W，這臺電動機lmin內產生的熱量是
J，這臺電動機的效率是 。
例2 一臺“220V” l000W的電爐，想把它改裝后接到ll0V的電源上，但功率保持不變，以下措施正確的是( )
A．將電爐絲截掉一半后接入電路
B．將電爐絲截掉四分之三后接人電路
C．將電爐絲分成等長的兩段，然后并聯接入電路
D．將電爐絲截掉四分之一后接人電路
鞏固訓練2 電爐絲斷了，去掉1／5后，仍然接在原來的電源兩端，則在相同時間內產生的熱量與原來產生的熱量之比為( )
A．5:4 B．1:5 C．5:1 D．4:5
跟蹤演練
一、選擇題
1．(2010 廣受)--FN各用電器均標有“220V 60W”字樣，它們正常工作相同的時間，發熱最多的用電器是( )
A．電視機 B．電風扇 C．電熱毯 D．電燈
2．在家庭電路中，導線相互連接處往往比別處更容易發熱，老化更快。這是因為( )
A．連接處的電流較大 B．連接處的電流較小
C．連接處的電阻較大 D．連接處的電阻較小
3．當溫度降到一定程度時，某些物質的電阻會變為零，這種物質叫超導體。下列物體可以用超導體來制作的是( )
A．家用保險絲 B．白熾燈泡的燈絲
C．電爐的電熱絲 D．輸電導線
4．用粗細均勻的電熱絲加熱燒水，通電10min可燒開一壺水。若將電熱絲對折起來使用，電源電壓不變，則燒開同樣一壺水的時間是( )
A．2.5min B．5min C．20min D．30min
5．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．串聯用電器增多，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．串聯用電器增多，家用電器的額定功率減小
二、填空題
6．小李同學自制了一個簡易“電熱驅蚊器”，它的發熱元件是一個阻值為l.0×104的電阻。將這個電熱驅蚊器接在電源的兩端，當電源兩端電壓為220V時，l00s內產生的熱量為
J。
7．一個5的電阻通過它的電流為2A，在l0s內放出的熱量是 J。如果通過它的電流減小為原來的1／2，在相同時間內所放出的熱量是原來的 (設電阻值不變)。
8．經驗證明，只有不高于——V的電壓對人體才是安全的；一根1210的電阻絲接在220V的電源上，在10min內產生的熱量為 J。
9．如圖所示，電源電壓為4V，電阻R的阻值為l012。開關S
閉合后，在100s的時間內電阻R上放出l0J的熱量。已知燈L
的額定功率為1.2W(燈的電阻不隨溫度變化)，則燈L的額定電
壓為 V。
10．微電子控制電熱水瓶的銘牌如下表，由此可知，在額定電壓下工作，
保溫時通過電熱水瓶的電流約是 A(保留兩位小數)；煮水6min，消耗的電能是
kW·h。
型號DSP--22C
電源220V～／50Hz
煮水時700W
消耗功率 保溫時30W
容量2.2L
三、實驗探究題
11．如圖是“探究電流通過導體產生熱量與導體電阻關系”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
相同初溫的煤油中，每一燒瓶里各插一支溫度計，則閉合開
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；采用這種連接方式的目的是
12．小明要用如圖所示的實驗器材探究電壓一定時，電流熱效應與電阻的關系。其中瓶內電阻絲的長度、粗細都相同。
(1)請你用筆畫線代替導線，幫他把電路連接完整。
(2)電流產生熱量的多少不易直接測量。因此，在這個
實驗中是通過 顯示電流產生熱
量的多少的。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“轉換法”。這種方法在
物理學的研究中經常用到，請你列舉一例：
(3)在這個實驗中，除了控制電壓一定外，還要控制的量有
(4)在這個實驗中，若兩個電阻絲的通電時間相同，則 瓶內溫度計的示數升高得多。
四、分析計算題
13．如表所示是小明家的電熱水壺及銘牌，他用該電熱水壺將l.5kg的水從20℃加熱到l00℃。
(1)水吸收的熱量是多少 [f水=4.2×103J／(kg·℃)]
(2)若電熱水壺正常工作，且產生的熱量全部被水吸收需要多長時間？
(3)若電熱水壺實際加熱時間大于上述計算的加熱時間，可能的原因有哪些？(寫出兩種)
提高班習題精選
1．用一根電阻絲R1燒一壺開水，需要的時間是t，如果R1串聯或并聯另一個電阻R2，則燒開水的時間將會( )
A．串聯時間大于t，并聯時間小于t
B．串聯時間小于t，并聯時間大于t
C．串、并聯時，燒開水的時間都大于t
D．串、并聯時，燒開水的時間都小于t
2．有兩個電熱器R1和R2，采用串聯的方式連接在電路中，接通電路時，兩個電熱器產生的熱量和和時間的圖像如圖所示，則R1、R2電阻的大小關系是( )
A．Rl>R2
B．RlC．Rl=R2
D．無法兩者電阻比較大小
3．兩臺電爐甲和乙，甲的電阻是乙的2倍。第一次將兩臺電爐串聯到電源上，10min內共產生熱量Q串；第二次將它們并聯接到同一電源上，在10分鐘內它們共產生熱量Q并，則Q串：Q并為( )
A．2：9 B．4：9 C．2：3 D．4：3
4．(2010莆田)將阻值分別為l0和30的甲、乙兩電阻串聯后接在電源上，相同時間內，甲、乙兩電阻產生的熱量之比為 ；若將甲、乙兩電阻并聯后接在電源上，相同時間內，電流通過甲、乙兩電阻做功之比為 。
5．小明認為：電風扇工作時，電能轉化為葉片轉動的機械能和線圈發熱、摩擦等產生的內能。其中轉化為機械能所做的功是 ，轉化為內能所做的功是 (填“有用功”或“額外功”)。為了粗略探測電風扇正常工作的電能轉化效率，小明用一個銘牌上標有額定電壓為U，但其他字跡不清的小型直流電風扇來進行實驗，實驗設計如下：
(1)按右圖所示連接好電路(圖中為電風扇)，閉合開關，葉片轉動，移動變阻器滑片至某一位置時，葉片剛好不轉動，湊出此時電壓表和電流表的示數分別為U0、I0，則線圈導體的電阻為 ；
(2)向 (填“左”或“右”)移動變阻器滑片，使電壓表示數為額定電壓U，讀出此時電流表的示數為l；
(3)若忽略摩擦，只考慮線圈發熱損耗，則電風扇正常工作時電能
轉化效率的表達式= (用測出的已知量表示)。
6．與小功率用電器相比，大功率用電器在使用時插頭發熱比較厲害，
而連接的導線卻不怎么熱。這一現象激發小明同學要探究“通電導
體產生的熱量與什么因素有關”的問題?，F有如圖所示的器材：裝有相等質量煤油的A、B、C三個相同的燒瓶、三支溫度計、兩根電阻相同的錳銅合金線、一根鎳鉻合金絲、一個電源、一個開關、導線若干。
(1)在探究“通電導體產生的熱量與電阻有關”時：
①將B、C兩燒瓶的錳銅合金絲和鎳鉻合金絲串
聯接入電路，其目的是
②隨著時間的增加，兩瓶中煤油溫度都逐漸上升，
說明通電導體產生的熱量與 有關。
③已知鎳鉻合金絲比錳銅合金絲的電阻大，通電一段時間后，燒瓶 中的煤油溫度上升快。由此，小明得出結論：通電時間一定，電阻越大，導體產生的熱量越多。
④另一個同學指出小明的結論不嚴密，請你將小明的結論補充完整：
(2)在探究“通電導體產生的熱量與電流的關系”時：
①小明猜想：時間與電阻一定時，通過導體的電流越大，該導體產生的熱量就越 。
②在原來電路基礎上，請將A燒瓶中錳銅合金絲接入上圖的電路中，使該電路能用來探究“通電導體產生的熱量與電流大小的關系”這一問題。
7．小明為了探究電流的熱效應，找來了如下器材：l2V的電源，開關，一段電爐絲，粗細、長短與電爐絲相同的銅導線，蠟和導線若干。他設計了一個簡單的實驗：把電爐絲和銅電線串聯起來接到電源上，在電爐絲和銅導線上分別滴上幾滴熔化的蠟。等蠟凝固后，合上開關，過一會兒，發現電爐絲上的蠟熔化了，而銅導線上蠟沒有熔化。
(1)他的這個簡單實驗能不能用來探究電流的熱效應
(2)他把電爐絲和銅導線串聯在電路中的目的是什么
(3)電爐絲上的蠟能熔化，而銅導線上的蠟沒熔化，由此你能得出什么結論
8．(2010畢節)如圖所示，電源電壓為12V，且保持不變，當只閉合開關S1時，電流表A的示數是lA，開關S1、S2同時閉合時，電流表的示數為l.5A。求：
(1)R1電阻的大小
(2)R2消耗的電功率是多少
(3)S1、S2同時閉合時，通電l0s電路中產生的熱量是多少
9．某中學為解決同學們的飲水問題，新購置了一批臺式飲水機，其銘牌如下表所示。飲水機的電路圖如下，S是用感溫材料制造的溫控開關，R1是電阻，R2是供加熱的電阻絲。分析電路圖可知，當S接通時，飲水機處于加熱狀態，當S斷開時處于保溫狀態。
額定頻率 50Hz 環境溫度 10℃～38℃
加熱功率 550W 環境濕度 ≤90%
額定電壓 220V 制熱水能力 ≥90℃ 5L／h
(1)在加熱狀態下，飲水機正常工作時電路中的電流是多大
(2)正常工作時，該飲水機將熱水罐中0.6kg、18℃的水加熱到93℃，用時6min。用這些數據及題目中的信息，計算熱水罐中的水吸收的熱量和該飲水機加熱狀態時的效率。
[C水=4.2×103J／(kg·℃)]
(3)如果要使飲水機在保溫狀態時的功率是加熱狀態時的一半，則R1與R2的比值應是多少
答案
【點擊要點】
1．電流的平方，導體的電阻，通電的時間。 2．Q=I2Rt 3．內能
【典題分析】
例1 解：電動機不轉動時，其消耗的電功全部轉化為內能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機線圈內阻：r===1，電動機轉動時，消耗的電能轉化為內能和機械能，其輸入的電功率為P入=I1·Ul一0.8 ×2W=1.6W，電動機的機械功率P機=P入一I12·r=1.6W一0.82×Lw=0.96W
提示：在非純電阻電路里，要注意區別電功和電熱，注意應用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。②電動機消耗的電能也就是電流的功W=UIt③由能量守恒得W=Q+E，E為其他形式的能，這里是機械能；④對電動機來說，輸入的功率P入=UI；發熱的功率P熱=I2R，輸出的功率，即機械功率P機=P入一P熱=UI一I2R。
鞏固訓練l 2200 12000 90.9％
例2 C解析：根據題意要求U實=U額時，P實=P額。由P=可知要滿足題設條件，只有改變電阻R，才能滿足要求。由P實=一一，若R2=R1時，P實才能等于P額。所以R2==R1是選擇答案的首要依據，在上述四個答案中可發現(B)(C)均滿足條件，究竟兩個答案誰更合理呢 我們還應該考慮當U變化后，R也變時，I是否變化。對于一個能正常工作的電阻來說，它有一個額定電流，若實際電流超過它允許的額定電流，則它必將燒毀，所以接下來應判定(B)(C)中由實際電路中通過的電流大小。B：I2====2I1=2I額，而C選項每根電阻絲上的電流I2=U額/R1=I額顯然應排除B，而選擇C。
鞏固訓練2 A
【跟蹤演練】
1．C 2．C 3．D 4．A 5．C 6．484 7．2001／4 8．36 2.4×104 9．6 10．0.14 0.07 11．溫度計的示數變化控制電流相同12．(1)如圈所示
(2)溫度計示數升高的多少研究聲音是由振動產生的時，用乒乓球的振動顯示音叉的振動?；蜓芯糠肿舆\動時，用固、液、氣體的擴散推測分子的熱運動；探究平面鏡成像時，用相同的蠟燭找像的位置等(3)兩瓶內煤油的質量通電時間等(4)甲l3．解：(1)Q吸=c水m(t2一t1)=4.2×103J／(kg·℃)×1.5kg×(100℃一20℃)=5.04×105J (2)∵電熱水壺正常工作 ∴P=P額=1500W 又∵W=Q放= Q吸=5.04×l05J ∴t=336s(2)原因可能是：①電熱水壺產生的熱量沒有全部被水吸收②電熱水壺實際工作電壓小于額定電壓
【提高班習題精選】
1．A 2．A 3．A 4．1:3 3:1 5．有用功額外功(1) (2)左 (3) 6．(1)①使通過錳銅絲和鎳鉻合金絲的電流相同②通電時間③C④通過導體的電流和通電時間一定時．電阻越大，導體產生的熱量就越多(2)①多②做法為：保持B、C兩燒瓶的金屬絲串聯，將A燒瓶的錳銅絲與它們組成并聯<注意：應由開關控制并聯電路)7．(1)能(2)使它們通過的電流相等(3)電爐絲的電阻比銅導線的電阻大，電能轉化成熱能時的功率跟導體的電阻成正比8．(1)當只閉合開關S1時，只有R1接人電路此時U1=U=12vRl=U1／Il=12V／1A=12 (2)當開關Sl、S2 同時閉合時，R1與R2并聯接入電路I2=I一I1=l.5A一1A=0.5A P2=U2×I2=12V×0.5A=6W (3)當開關Sl、S2同時閉合時，R1與R2并聯接人電路Q=W=UIt=12V×1.5A×10s=180J
9．解．(1)由J===2.5A (2)Q吸=c水m(t-to)=4.2×l03J／(kg·℃)×0.6kg×(93℃一18℃)=1.89×105J W=Pt=550W×360s=1.98×105J ==×l00％≈95.5％ (3)當加熱時，S閉合，Rl短路，得P=當保溫時，S斷開，R1與R2串聯，P′==()2×R2由題意得=()2=2，,=0.414
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