18.4 焦耳定律

第十八章 电功率 第4 节 焦耳定律 材考点梳理 一、电流的热效应 1 定义：电流通过导体时，把电能转化为内能的现象。 2 电热器：利用电流热效应工作的设备。 3 实验：电流产生热量与什么因素有关？ （1）原理：根据温度计升高的温度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。（或者细 玻璃管中液面上升的高度） （2）方法：控制变量法、转换法。 （3）实验采用煤油的原因： 煤油比热容小，在相同条件下吸热，温度升高的快。 B 是绝缘体 。 （4）实验结论： 图甲说明：在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多。 B 图乙说明：在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流产生的热量越多。 另外，在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流产生热量越多。 二、焦耳定律 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。 2 公式：Q=2Rt (适用于所有电路) （1）单位：、、 Ω、S。 （2）变形公式：已知其中3 个物理量，就可以求第4 个量。 3 对于纯电阻电路可推导出： Q==Ut； Q== U2t/R； Q==Pt。 （▲ 敲桌子：电能必须全部转化为内能才能用） 4 发热功率： P 热=Q/t=2Rt/t=2R 三、电热的利用和防止 1 电热器： （1）定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。 （2）组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。 （3）优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。 2 电热的防止：用电器开散热窗、电脑装电风扇等。 重难点突破 1．（2023 四川南充）如图所示为电阻R1和R2的—U 图像，下列说法正确的是（ ） ．R2的阻值为10Ω B．两电阻串联与并联的总阻值之比为9 4 ∶ ．将两电阻串联接入电路，通电后，R1两端电压与R2两端电压之比为1 2 ∶ D．将两电阻并联接入电路，通电1 分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比为1 2 ∶ 2．（2023 湖北潜江、天门、仙桃、江汉）某款电热杯有高、中、低三档，简化电路如图所示，S1、S2不能 同时闭合，R1的阻值为25Ω。只闭合S3时，电路中的电流为2。下列说法正确的是（ ） ．电源电压为10V B．只闭合S1、S3时，电热杯处于低温档 ．只闭合S3时，电热杯工作1m 产生的热量为600 D．加热100g 水，水温由25°升高到35°，水吸收的热量为420 3．（多选）（2023 四川南充）有一台家用电水壶，如下图所示是其内部电路的简图，R1、R2均为加热电 阻，通过旋转旋钮开关可以实现加热和保温两种功能的切换。电水壶加热功率为1000，保温功率为44。 用此水壶加热初温20℃，体积为1L 的水400 秒刚好沸腾【忽略温度对电阻阻值的影响，大气压为一个标 准大气压，水=42×103/（kg℃），ρ 水=10×103kg/m3】，则下面说法正确的是（ ） ．旋转旋钮开关到“1”时，水壶处于保温档 B．水吸收的热量为336×105 ．此热水器加热档的热效率为84% D．在保温时，接入电路电阻的阻值为484Ω 4．（2023 安徽）在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5 条阻值均为 的电阻丝 并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V 的汽车电池接通工作1m，产生的总热量为________。 5．（2023 新疆）如图所示，电路中电源电压为3V，闭合开关S 后，电流表的示数为 ，电流表 的示数为 。求： （1）通过电阻 的电流； （2）电阻 的阻值； （3）整个电路在1m 内产生的热量。 参考答 1【答】D 【解析】．由图像可知，R2两端电压为1V 时，电流为02，则R2的阻值 ，R1两端电压 为2V 时，电流为02，则R1的阻值 ，故错误； B．两电阻串联的总阻值 ，两电阻并联的总阻值 ，则两电阻串联与并联的总阻值之比为9 2 ∶，故B 错误； ．将两电阻串联接入电路，通电后，由串联分压特点可得，R1两端电压与R2两端电压之比 ，故错误； D．将两电阻并联接入电路，各支路电压等于电源电压，通电1 分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过 R2产生的热量之比 ，故D 正确。 故选D。 2【答】 【解析】．如图所示，只闭合S3时，电路中只有R1，已知此时电路中的电流为2，R1的阻值为25Ω，则电 源电压为U=1R1=2×25Ω=5V，故错误； B．根据公式 可知，电源电压不变，电路中的总电阻越大，功率越小，当只闭合开关S2时，定值电 阻R1和R2串联，电路中的总电阻最大，功率最小，为低温档；当只闭合S1和S3时，定值电阻R1和R2并联， 电路中的总电阻最小，功率最大，为高温档；当只闭合S2时，电路中只有R1，小于两电阻的串联，大于两 电阻的并联，大于最小功率，小于最大功率，为中温档，故B 错误； ．只闭合S3时，电路中只有R1，已知此时电路中的电流为2，R1的阻值为25Ω，则电热杯工作1m 产生的 热量为Q=1 2R1t=(2)2×25Ω×60s=600，故正确； D．加热100g 水，水温由25°升高到35°，水吸收的热量为Q 吸=mΔt=42×103/(kg )×01kg×(35 - ℃ ℃ 25 )=42×10 ℃ 3，故D 错误。 故选。 3【答】B 【解析】D．当旋转旋钮开关到“1”时，电阻R1、R2串联，当旋转旋钮开关到“2”时，电路中R2工作；根 据 可知，当旋转旋钮开关到“1”时，水壶处于保温档，此时接入的阻值为 ，故正确，D 错误； B．水的体积为V=1L=10-3m3，水的质量为m 水=ρV=10×103kg/m3×10-3m3=1kg，水吸收的热量为Q 吸=水m(t- t0)=42×103/(kg )×1kg×(100 -20 )=336×10 ℃ ℃ ℃ 5，故B 正确； ．消耗的电能为=Pt=1000×400s=4×105，热水器加热档的热效率为 ， 故正确。 故选B。 4【答】3600 【解析】由于5 条电阻丝并联，所以每根电阻丝两端的电压都为12V，每根电阻丝流过的电流是 ，电路中总电流是 ，电加热除雾装置的加热功率 ，1m 产生的热量为＝Pt＝60×1×60s＝3600 5【答】（1）030；（2）5Ω，10Ω；（3）162 【解析】（1）两电阻并联，根据并联电路的电流规律可得，通过电阻 的电流 （2）两电阻并联在电源两端，则电阻 两端的电压 由欧姆定律可得， 的阻值 的阻值 （3）该电路为纯电阻电路，由焦耳定律可得，整个电路在1m 内产生的热量