62讲 电学专有讲义（师生版） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共35 页 初中物理自主招生讲义62 1．电流的热效应 【知识点的认识】 一、电流的热效应： （1）定义： 当电流通过电阻时，电流作功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应 （2）影响因素： 与通电的时间、电流、电阻有关，通过导体的电流越大，导体的电阻越大，通电时间越 长，导体产生的热量越多； （3）公式：Q＝2Rt（普遍适用）Q＝＝UT（只适用于电热器） 式中：﹣通过导体的电流，单位是安培（）；R﹣﹣ 导体的电阻，单位是欧姆；t﹣﹣电 流通过导体的时间，单位是秒（S）；Q﹣﹣电流在电阻上产生的热量，单位是焦（）． 二、电流的化学效应： （2）定义：电流通过导电的液体会使液体发生化学变化，产生新的物质．电流的这种效果 叫做电流的化学效应． （2）原理：主要是电流中的带电粒子（电子或离子）参与而使得物质发生了化学变化．化 学变化中往往是这个物质得到了电子，那个物质失去了电子而产生了的变化．最典型的就 是氧化还原反应．而电流的作用使得某些原来需要更加苛刻的条件才发生的反应发生了， 并使某些反应过程可逆了（比如说电镀、电极化）． 三、电流的磁效应． 任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应．给绕在软铁 心周围的导体通电，软铁心就产生磁性，这种现象就是电流的磁效应．如电铃、蜂鸣器、 电磁扬声器等都是利用电流的磁效应制成的． 【命题方向】 第一类常考题：电流的热效应 如图所示的家用电器中，利用电流热效应工作的是（ ） 第1 页/ 共35 页 ． B． ． D． 电饭锅 笔记本电脑 电风扇 电视机 分析：电流流过导体时，导体要发热，这种现象是电流的热效应，发生电流的热效应时， 电能转化为内能； 分析各用电器工作时能量的转化方向、根据用电器的工作原理逐一分析做出选择． 解： 、电饭锅工作时电能转化为内能，电饭锅是利用电流热效应工作的，故正确； B、电脑主要把电能转化为光能，不是利用电流热效应工作的，故B 错误； 、电风扇工作时电能主要转化为机械能，利用了通电导体在磁场中受到力的作用而工作 的，故错误； D、电视机工作时主要把电能转化为光能，不是利用电流热效应工作的，故D 错误． 故选：． 点评：本题主要考查学生对：电流的热效应，知道电流热效应的概念及利用电流热效应工 作的用电器能量转化的方向，是正确解题的关键． 第二类常考题：电流的磁效应 如图所示的四个图的装置可以用来演示物理现象，则下列表述正确的是（ ） ．图甲可用来演示电磁感应现象 B．图乙可用来演示磁场对电流的作用 ．图丙可用来演示电流的磁效应 D．图丁可用来演示电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系 分析：本题考查电磁感应、电流的磁效应，可根据实验装置及实验的现象进行判断． 解：、甲图中开关闭合后，导体棒内通以电流，则导体在磁场力的作用下发生运动，故演 示的为磁场对电流的作用，故错误； 第1 页/ 共35 页 B、乙图中导体棒b 在磁场中做切割磁感线运动时，电流表中会产生感应电流，故演示的 为电磁感应，故B 错误； 、放在小磁针上方的导线中有电流通过时，小磁针会发生偏转，说明通电导体周围产生了 磁场，即演示了电流的磁效应，故正确； D、通电后串联的两绕有线圈的铁钉都可吸引小铁钉，但左边吸引的个数要多，说明通电 螺线管的磁极强弱与线圈匝数有关，故D 错误； 故选． 点评：物理为实验，很多知识来自于实验，故应注意对实验学习的重视，掌握好实验的原 理及现象． 【解题方法点拨】 要熟悉相关知识，了解各电流效应所对应的应用． 一．电流的热效应（共4 小题） 1 ．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（ ） ．电暖气 B．计算器 ．电视机 D．笔记本电脑 2 ．如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（ ） ． 计算器 B． 电风扇 ． 电暖气 D． 电视机 3 ．假设导体没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（ ） ．白炽灯仍然能发光 B．电动机仍然能转动 ．电饭锅仍然能煮饭 D．电熨斗仍然能熨衣服 4．图为一种电磁炉的原理示意图，它是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化 铁磁性材料制成的烹饪锅，在锅体形成无数小的感应电流（涡流）而产生热量；同时， 被磁化的铁磁材料分子因摩擦、碰撞而发热，从而使锅体自身发热达到加热食物的目 的。 （1）使用电磁炉加热食物时，不产生明火，无烟尘、无废气、清洁、安全、高效、节 第1 页/ 共35 页 能。请写出电磁炉在使用中可能涉及的物理知识（只写名称，不写内容）。 （2）在使用电磁炉时，锅和炉之间热量的传递方向是 。 从锅到炉B 从炉到锅 （3）电磁炉加热食物的过程中，消耗 能转化为 。 2．焦耳定律 【知识点的认识】 （1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通 电时间成正比，这个规律叫焦耳定律． （2）公式：Q＝2Rt，公式中的电流的单位要用安培（），电阻R 的单位要用欧姆（Ω）， 通过的时间t 的单位要用秒（s）这样，热量Q 的单位就是焦耳（）． （3）变形公式：Q＝ t，Q＝Ut． 【解题方法点拨】 （1）在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即＝Q；在非纯电阻电路 中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，＝Q+其他． （2）探究电热与哪些因素有关： ①怎样用转换法体现电热：用温度计升高的度数；用细管内液柱升高的高度；用气球膨胀 的大小． ②怎样用控制变量法研究与电阻的关系：串联时控制电流和通电时间一定，并联时控制电 压与通电时间一定． 【命题方向】 本知识点主要考查焦耳定律的应用，考察的形式主要是选择题、填空题． 第一类常考题： 如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值．比 较通电后两根电阻丝各自两端的电压U 甲、U 乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q 第1 页/ 共35 页 甲、Q 乙 的大小，下面关系中正确的是（ ） ．U 甲＝U 乙，Q 甲＝Q 乙 B．U 甲＜U 乙，Q 甲＞Q 乙 ．U 甲＜U 乙，Q 甲＜Q 乙 D．U 甲＞U 乙， Q 甲＜Q 乙 分析：两电阻丝串联，流过它们的电流相等，通电时间t 相等， 由U＝R 判断它们间的电压关系，由Q＝2Rt 判断它们产生的热量关系． 解：由于两电阻丝串联，流过它们的电流相等，通电时间t 相等， 由题意知：R 甲＜R 乙，由U＝R 知：U 甲＜U 乙；由Q＝2Rt 知：Q 甲＜Q 乙； 故选． 点评：本题考查了串联电路的特点，欧姆定律，焦耳定律，熟练掌握基础知识是正确解题 的关键． 第二类常考题： 关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（ ） ．根据Q＝2Rt 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多 B．根据Q＝ t 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少 ．根据Q＝Ut 可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关 D．根据Q＝2Rt 可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多 分析：焦耳定律的定义式是Q＝2Rt，导出式有Q＝ t 和Q＝Ut，如果不是纯电阻电路， 只能用定义式来算，如果是纯电阻电路，关键是看控制什么因素一定，决定用哪个公式来 计算，如电流一定时用Q＝2Rt，电压一定时用Q＝ t 解：、没有说明控制电流一定，故缺少条件，结论不一定正确； B、没有说明控制电压一定，故缺少条件，结论不一定正确； 、此公式是导出式，只能说明电热在数值上等于电流、电压、时间的乘积，与电阻是否有 关要看定义式，故结论不正确； D、电流、时间一定时，电热与电阻成正比，故结论正确． 故选D． 判断电热的多少，一要判断是否纯电阻电路，决定导出式是否可用，如果非纯电阻，只能 第1 页/ 共35 页 用Q＝2Rt，如果是纯电阻，Q＝2Rt 和Q＝ t 都适用；二要找出U 不变还是不变，如果U 不变，用Q＝ t，如果不变，用Q＝2Rt． 二．焦耳定律（共7 小题） 5．电烙铁通电一段时间后变得很烫，而连接电烙铁的导线却没有明显发热，这是主要是因 为（ ） ．导线的绝缘皮隔热 B．导线散热比电烙铁快 ．通过导线的电流小于通过电烙铁的电流 D．导线的电阻远小于电烙铁电热丝的电阻 6．小洁家购买了一台电饭锅，在使用时闻到橡胶的焦糊味，用手摸其电源线发现很热，而 其它用电器仍正常工作，请你用所学的物理知识帮小洁分析一下，发生这一现象的原因 是（ ） ．电压太高 B．电源线太粗 ．电源线太细 D．电源线太短 （多选）7．小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图所示的 电路进行实验，其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25℃的煤 油，阻值为5Ω 和10Ω 的电阻丝R1、R2．闭合开关一段时间后，记录此时两个温度计的 示数。根据上述实验，下列说法中正确的是（ ） 第1 页/ 共35 页 ．此实验探究的是热量与电阻的关系 B．此实验探究的是热量与电流的关系 ．此实验探究的是热量与时间的关系 D．此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少 （多选）8 “ ” ．为了研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关，小秋设计如图实验：先 在一块电路板上插上四根相同的竹筷，然后在相对的两根竹筷间分别连上阻值不同的电 阻丝B 和D（RB＜RD），最后和开关、蓄电池组成一电路。实验时，小秋将一块长方体 泡沫块水平放在两根电阻丝上，闭合开关，发现搁在D 上的泡沫块先被切断。下列说法 正确的是（ ） ．本实验研究的是电热Q 与电流的关系 B．实验中两根电阻丝产生的热量是QB＞QD ．将泡沫块换成薄石蜡块也可以完成该实验 D．本实验研究的是电热Q 与电阻R 的关系 9．如图所示，甲、乙两个完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为R 甲、R 乙的电阻丝，瓶中插 入温度计、b。 （1）利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入质 量、初温都相同的煤油。闭合开关一段时间，可以通过比较 ，判断电阻丝产生热 量的多少。此方是探究 和时间相同时，电流通过电阻丝产生的热量与 大小 的关系。 （2）在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R 甲 R 乙 “ ” “ ” “ ” 时（选填＞、＜或＝），可以比较不同物质的吸热能力。闭合开关一段时间， 可以通过比较 ，判断甲、乙两瓶内液体的比热容。 第1 页/ 共35 页 10．如图，甲、乙两透明密闭容器中都有一段电阻丝，内有质量相等的空气，U 形管中液 面高度的变化可以反映密闭容器中空气温度的变化。 （1）为研究电流产生的热量与电阻的关系，将此装置两端接到电源，通电一段时间 后，电流在 容器中产生的热量较多； （2）若在原电路中再串联一个滑动变阻器，当通电相同的时间时，可以探究电流产生 的热量与 的关系。 11．某同学组装了如图所示的实验装置来研究电流的热效应，其中甲、乙为两个完全相同 的密闭容器，、b、为每根阻值均为5Ω 的电阻丝。 （1 ）该同学设计此实验装置的目的主要是探究下列哪一种关系 。 ．电阻产生的热量与通电时间的关系 B．电阻产生的热量与电阻大小的关系 ．电阻产生的热量与通过该电阻的电流的关系 （2）、b 两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为Q：Qb＝ 。 （3）若将电阻丝换成10Ω 的电阻丝。则此时、b 两根电阻丝在相等的时间内产生的热 量之比为Q'：Q'b＝ 。 （4）若接通电路后U 形管内内的液面高度差明显变大，而U 形管B 的液面高度差没有 变化，则出现此现象的原因可能是 （可多选）。 第1 页/ 共35 页 ．电阻丝断路 B．b 电阻丝断路 ．电阻丝断路 D．电阻丝短路。 3．焦耳定律的计算及其应用 【知识点的认识】 （1）公式：Q＝2Rt． Q 表示电热，单位是焦耳； 表示电流，单位是安培； R 表示电阻，单位是欧姆Ω； t 表示时间，单位是秒s． （2）推导式：Q＝ t 和Q＝Ut．（仅适用于纯电阻电路） （3）电热与电能的关系：纯电阻电路时Q＝；非纯电阻电路时Q＜． 【解题方法点拨】 （1）电热与电功的关系： 应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本公式 ＝Ut P＝U Q＝2Rt 普遍适用 导出公式 ＝ t＝2Rt P＝ ＝2R Q＝ t＝Ut 纯电阻电路＝Q （2）公式Q＝2Rt 是电流产生热效应的公式，与＝Ut 不能通用．＝Ut 是电流做功的计算公 式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能 量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q＝2Rt 只是转化为电热 的部分，＝Ut 则是总的电功．只有对纯电阻电路才有＝Q，对非纯电阻电路Q＜． 【命题方向】 第一类常考题：焦耳定律的简单运用 “ ” 李同学自制了一个简易电热驱蚊器，它的发热元件是一个阻值为10×104Ω 的电阻，将这 第1 页/ 共35 页 个电热驱蚊器接在电源的两端，当电源两端电压为220V 时，100s 内产生的热量为 484 ． 分析：电热驱蚊器为纯电阻的电热器，可以利用焦耳定律Q＝2Rt＝ t 求电热驱蚊器100s 内产生的热量． 解：Q＝2Rt＝ t＝ ×100s＝484． 故答为：484． 点评：本题考查了焦耳定律的应用，焦耳定律Q＝2Rt 适用于任何用电器求电流产生的热 量，Q＝ t 只适用于纯电阻用电器（电热器）求电流产生的热量． 第二类常考题：综合应用题 熔丝在电路中起保护作用，电流过大时，能自动切断电路．下表是一段熔丝的数据 长度L 横截面积S 电阻R 密度ρ 比热容 熔点t 5m 2mm2 02Ω 11×103kg/m3 13×103/ （kg•℃） 327℃ （1）请计算当电路中电流达20 时，在05s 内该熔丝温度将升高多少度？（设电阻的变化 和散热不计） （2）铜的熔点为1083℃，试说明为什么不能用铜丝代替熔丝． 分析：（1）电流通过导体时，由于电流的热效应，导体要发热；根据焦耳定律，产生的热 量可以用Q＝2Rt 来计算；再根据热量计算公式Q＝m t △ △ 的变形公式 t＝ ，计算熔丝升 高的温度． （2）保险丝是由电阻大、熔点低的材料制作的，当电路中电流过大时，保险丝由于温度过 高熔断，从而起到保护电路的作用． 解：（1）①根据焦耳定律，熔丝产生的热量是： Q＝2Rt＝（20）2×02Ω×05s＝40 ②根据热量公式Q＝m t △变形得 第1 页/ 共35 页 答：当电路中电流达20 时，在05s 内该熔丝温度将升高28℃． （2）保险丝的作用是当电路中的电流过大时，能自动切断电路，它是利用了电流的热效应 来工作的，故要用电阻率大、熔点低的合金制成．保险丝千万不能用铜丝代替，因为电流 过大时，铜丝的熔点高，不易熔断，起不到保护电路的作用． 答：因为电流过大时，铜丝的熔点高，不易熔断，起不到保护电路的作用，所以不能用铜 丝代替熔丝． 点评：（1）熔丝的质量的计算是容易出错的地方，要把它看成圆柱体，用m＝ρV＝ρSL 计算，注意长度L 和面积S 的单位； （2）考查了熔丝的作用和制作材料的特点，现在的家庭使用空气开关来代替熔丝，使用更 方便． 三．焦耳定律的计算及其应用（共13 小题） 12．在某电压下用两个不同的电热丝烧开水，不计热量损失，单独用第一个烧，用时t1， 单独用第二个烧同样的水，用时t2。如果把两电热丝并联使用，接在相同电压下一起烧 同样的水，所用时间为（ ） ． B． ．t1+t2 D．|t1 t ﹣2| 13．甲、乙两个电热器的电阻之比为5：4，通过的电流之比为2：1，通电时间之比为1： 4 ，则电流通过甲、乙两个电热器产生的热量之比为（ ） ．5：4 B．5：8 ．1：5 D．5：1 14．如今大城市普遍存在着停车难的问题，图甲是集存车、绿化、景观、防盗、户外广告 “ ” 等多功能为一体的路边空中绿化存车亭；存车时只需40s “ ” 就可以把车子锁上天。图 “ ” 乙为路边空中绿化存车亭的工作原理图，其中为存车架，为杆B 的转动轴，杆的B 端 固定悬挂泊车装置，B 为牵引B 杆转动的钢丝绳，M 为牵引钢丝绳的电动机。存车时， 汽车开到存架上，电动机通过钢丝绳B 将杆B 拉到一定高度固定；取车时，将B 杆放下 使存车架落回地面。 请根据以上信息回答下列问题（忽略B 的重力和机械各部分的摩擦力）： （1）图乙中使用了定滑轮，它的作用是 。 第1 页/ 共35 页 （2）这台电动机正常工作时两端的电压为220V，通过线圈的电流为10，若此线圈的电 阻为3Ω，那么它在1m 内产生的热量为 。 15．如图中表示一方框内有两段相同阻值的电热丝的热水器，每段电阻值都是242Ω，热 水器内盛有初温和质量一定的水，将、接到电压220V 的电源上，通电224m 能把水烧 开。若将、连接后再将、B 接到电压220V 的电源上，则烧开同样的水需要 m。 16 “ ．如图所示，是研究在相同时间内电流通过导体产生的热量与 ” 的关系的实验装 置。若电阻丝R 甲＝5Ω，R 乙＝10Ω，通过电路中的电流为05，则甲电阻丝在2m 内产 生的热量是 。 17．一台电动机正常时线圈两端的电压为220V，线圈的电阻为2Ω，通过线圈的电流为 10．这台电动机正常工作时，一秒钟消耗的电能为 焦，线圈产生的热量为 焦。 18．阻值为100Ω 的电阻丝，通过的电流为2，则通电60s 的过程中电流通过电阻丝产生的 热量为 。 第1 页/ 共35 页 19．如右图所示电路，各电阻阻值分别为R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω，R4＝6Ω，在同一 段时间内放出的热量分别为Q1、Q2、Q3和Q4，则 ＝ 。 20．图甲为某款新型电饭煲，额定电压为220V “ ” ，它采用了聪明火技术，智能化地控制不 同时间段的烹饪温度，以得到食物最佳的营养和口感，图乙为其电路原理图，R1 和R2 为电阻不变的电热丝，S1是自动控制开关。将电饭煲接入220V 电路中，在电饭煲工作 的30m 内，它消耗的电功率随时间变化的图象如图丙所示。求 （1）0～30m，电饭煲产生的总热量； （2）S 和S1均闭合，电路中的总电流； （3）求R1和R2的阻值分别是多少？ 21．如图为