164科学探究电流的热效应

第四节科学探究:电流的热效应【自学卡片】1.电流的热效应:(1)定义:电流通过导体时能转化为能的现象。(2)影响因素:通电时间、电流、电阻,电流产生的热量越多。参考答案：(1)电内(2)越长越大越大2.焦耳定律:(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的成正比,跟导体的成正比,跟成正比。(2)公式:。参考答案：(1)二次方电阻通电时间(2)Q=I2Rt【想一想】用电饭煲做饭,通电一段时间后,对比电饭煲和导线的温度,谁的温度高?谁产生的热量多?参考答案：电饭煲电饭煲探究1电流产生的热量与哪些因素有关1.提出问题:电流产生的热量与哪些因素有关?2.猜想与假设:电流产生的热量可能与、、有关。参考答案：通电时间电阻大小电流3.实验方法:(1)电流产生的热量与多个因素有关,故需利用法。(2)实验中通过显示电流产生热量的多少。这种方法为。提示:导体产热与多个因素有关,为了保证探究的准确性,应采用控制变量法。导体产热的多少是通过用温度计测量水的温度变化看出来的,所以还用到转换法。参考答案:(1)控制变量(2)温度计示数的变化转换法4.实验设计及分析:(1)探究电流热效应与通电时间的关系。思路:需控制、不变,改变。(2)探究电流热效应与电流的关系。①思路:需控制、不变,改变________。故电路中通过调节改变电流。参考答案：(1)电阻电流通电时间(2)①电阻通电时间电流大小滑动变阻器②根据探究目的连接电路。参考答案:如图所示③总结结论:实验中发现,电流越大,温度上升越明显,由此得出结论__________________________。提示:调节滑动变阻器,使滑动变阻器的电阻不同,电流不同,加热相同的时间,发现电流大的煤油温度升高得多,说明产生的热量跟电流大小有关。参考答案:电流通过导体产生的热量跟电流大小有关,电流越大产生的热量越多(3)探究电流热效应与电阻的关系。①思路:需控制____________、____________不变,改变______________。故需将两个________的电阻________在电路中。参考答案:电流通电时间电阻不同串联②根据探究目的连接电路。参考答案：如图所示③总结结论:实验中发现,电阻越大,温度上升越明显,由此得出结论_____________。提示:两个电阻串联,通过两个电阻的电流相等,在相等的时间内,电阻大的电阻丝放出的热量多,说明电流产生的热量跟电阻有关。参考答案:电流通过导体产生的热量跟电阻有关,电阻越大产生的热量越多【交流与讨论】(1)在本实验中探究电流热效应与电流和电阻的关系时,滑动变阻器的作用有什么不同?参考答案：在探究电流热效应与电流的关系时,滑动变阻器的作用是改变通过电阻丝的电流。在探究电流热效应与电阻的关系时,滑动变阻器的作用是保护电路。(2)实验中为什么选用煤油而不是水?提示:由于煤油的比热容比水的比热容小,吸收相同的热量后,煤油升高的温度高,实验现象明显。参考答案:煤油的比热容小于水的比热容,在吸收的热量相同时,煤油的温度变化明显。(3)使用温度计的目的是什么?参考答案:为了测出液体的温度。【记一记】(1)实验中,为了保护电流表、防止因超量程而损坏,电流表选0～3A量程。(2)实验中,保证烧瓶中煤油的质量、初始温度相同。探究2焦耳定律1.填一填:(1)通过“探究1”可知,电流产生的热量与通电时间、电流大小和导体的电阻都有关,具体关系是电流通过导体时产生的热量跟________成正比,跟__________成正比,跟____________成正比,这个规律就叫作焦耳定律。参考答案：电流的二次方导体的电阻通电时间(2)如果用Q表示电流流过导体时产生的热量,I表示导体中的电流,R表示导体的电阻,t表示通电时间,那么焦耳定律用公式表示为_________________。参考答案：Q=I2Rt2.练一练:小吴同学自制了一个简易的“电热驱蚊器”,发热元件是一个阻值为1.0×104Ω的电阻。当发热元件两端的电压为220V时,通电100s产生的热量为多少?提示:I==0.022A,Q=I2Rt=(0.022A)2×1.0×104Ω×100s=484J。参考答案:484J4U220VR1.010【交流与讨论】电热与电功在大小上有什么关系?参考答案:电流通过导体时,如果电流所做的功全部用来产生热量,则W=Q;如果电流所做的功只有一部分用来产生热量,则WQ。【记一记】UIt是电流所做的功,I2Rt是电热。在纯电阻电路中,电流所做的功全部用来产生热量,有I2Rt=UIt;在非纯电阻电路中,电热是电流做功的一部分,有I2RtUIt。【知识拓展】电流的效应电流的效应是指电流的热效应、化学效应和磁效应。电流的热效应:电流通过导体要发热,这叫作电流的热效应。例如,电灯、电炉、电烙铁、电焊等都是应用电流的热效应的例子。电流的化学效应: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。这叫作电流的化学效应。例如,电解、电镀、电离等就属于应用电流的化学效应的例子。电流的磁效应:给绕在软铁芯周围的导体通电,软铁芯就产生磁性,这种现象就是电流的磁效应。例如,电铃、蜂鸣器、电磁扬声器等都是利用电流的磁效应制成的。考点一通电导体放出的热量跟哪些因素有关【示范题1】(2014·济宁中考)小梦选取了如图所示的实验器材,探究电流产生的热量与哪些因素有关。(1)选取两个相同玻璃瓶,装入相同质量煤油并插上温度计的目的是_________________。(2)为了探究电流产生的热量与电流大小的关系,他连接了如图甲所示的电路。闭合开关,调节滑动变阻器使电流为I1,按下计时器并同时每间隔1min记录一次温度计的示数。他接下来的操作应该是______。(3)为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系,他连接了如图乙所示的电路。他这样做的好处是_____________。(4)该实验探究过程中应用了控制变量法。请再列举两个应用此方法的实验:①______________________________________________________;②______________________________________________________。【解题探究】解答本题时需思考以下问题:(1)电流通过导体产生热量的多少如何显示出来?(2)为了研究通电导体放出的热量跟电阻是否有关,应控制哪些量不变?(3)为了研究通电导体放出的热量跟电流是否有关,应控制哪些量不变?提示:(1)温度计的示数变化。(2)电流和通电时间及煤油的质量。(3)电阻和通电时间及煤油的质量。【精讲精析】本题考查焦耳定律的探究。(1)选取两个相同玻璃瓶,装入相同质量煤油,是为了使煤油在相同时间内吸收的热量相同,通电后电流通过电阻丝做功,产生的热量被煤油吸收,使煤油的温度升高,通过观察温度计的示数的大小来判断电流产生的热量的多少;(2)要探究电流产生的热量与电流大小的关系,应该在电阻和通电时间相同的情况下,他接下来的操作应该是调节滑动变阻器的滑片使电流为I2,按下计时器并同时每间隔1min记录一次温度计的示数;(3)这样可以使通过两电阻丝的电流和通电时间相同;(4)应用控制变量法的实验有:探究影响电阻大小因素的实验、探究影响摩擦力大小因素的实验、探究欧姆定律的实验、探究影响压力作用效果因素的实验等等。答案:(1)判断电流产生热量的多少(2)调节滑动变阻器的滑片使电流为I2,按下计时器并同时每间隔1min记录一次温度计的示数(3)保证通过两电阻丝的电流和通电时间相同(4)①探究影响电阻大小因素的实验②探究影响压力作用效果因素的实验【互动探究】(1)实验中玻璃瓶中装入的液体为什么是煤油而不是水?(2)将此装置改装后可测量煤油的比热容,如图所示。测量时,分别向两个相同的烧瓶中加入初温均为t0、质量相等的水和煤油,通电一段时间后,分别读出温度计的示数为t水、t煤油,请写出煤油比热容的表达式c煤油=________(已知水的比热容为c水)。【解析】(1)由于煤油的比热容较小,质量相同、吸收热量相同时,温度变化比较明显,故选用煤油进行实验;(2)首先利用水的比热容计算出水吸收的热量Q水=c水m(t水-t0),因为煤油和水吸收的热量相等,所以Q煤油=Q水=c煤油m(t煤油-t0);最后计算煤油的比热容:c煤油=答案:(1)煤油比热容小,吸收相同热量时,温度变化较明显。(2)00000Qcm(tt)c(tt)m(tt)m(tt)tt煤油水水水水煤油煤油煤油。00ttctt水水煤油【技法点拨】(1)实验关键点:①控制变量法。探究电热与电阻的关系:选不同的电阻丝串联,控制电流与通电时间相同;探究电热与电流的关系:选两个相同的电阻丝,分别与滑动变阻器串联,便于改变电流,保持电阻通电时间不变。②器材选择:被加热的材料选择煤油,比热容小,效果明显且安全。③实验改进方法:直接加热液体或空气,用液体或空气膨胀程度表示电热的多少,效果更明显。(2)规避失分点:①电热与电流、通电时间、电阻有关,在表述结论时不要忽略时间;②两电阻并联时,电阻相同,电路两端的电压相同,因有滑动变阻器,所以电阻两端的电压不同,电阻中的电流不同。考点二焦耳定律的应用【示范题2】(2014·龙岩中考)某简易电吹风简化电路如图所示,其主要技术参数如下表,在家庭电路使用中:(1)当电吹风吹冷风时,通过电动机的电流多大?若电动机电阻R1为1Ω,则40s内电流通过电动机产生的热量是多少焦?(2)当电吹风吹热风时,电热丝R2的电功率是多少瓦?电热丝R2的电阻值是多少欧?额定电压220V额定功率热风时:990W冷风时:110W【解题关键】解决本题抓住以下关键:关键1:知道计算热量的公式。关键2:明确电吹风吹热风时,电动机和电热丝并联。关键3:明确电吹风吹冷风时,只有电动机工作。【精讲精析】本题考查电功与电功率的计算。(1)当吹冷风时,只有电动机工作,P1=110W。I1==0.5A,Q1=I12R1t=(0.5A)2×1Ω×40s=10J。(2)当电吹风吹热风时,电动机和电热丝同时工作,R1与R2并联。P2=P-P1=990W-110W=880W。R2==55Ω。答案:(1)0.5A10J(2)880W55Ω1P110WU220V222U(220V)P880W【技法点拨】焦耳定律的理解和应用(1)公式的应用。应用公式电热(焦耳定律)适用范围基本公式Q=I2Rt普遍适用导出公式Q=·t=UIt仅适用于纯电阻电路W=Q2UR(2)串、并联电路中电流产生热量的分配:①串联电路电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成正比。即Q1∶Q2=R1∶R2。②并联电路电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成反比,即Q1∶Q2=R2∶R1。【变式训练】中国有着悠久的茶文化历史,不同的茶叶冲泡方式不同。图甲所示为一煮茶器,图乙是它工作电路的简化图。接通电源后,当水温达到沸点时温控开关自动断开。沸腾后,当水温降低到80℃时温控开关再次闭合,直到水温升到85℃时电路再次断开。它的铭牌如下表所示:(1)水沸腾后,煮茶器能将水温保持在80℃到85℃之间,原因是______(填写选项前的字母)。A.发热管的功率变小B.发热管间歇性工作C.温控开关闭合时,电路中的电流减小了型号XB-6991额定电压220V发热管功率600W频率50Hz加热方式底盘加热(2)若指示灯开始工作时的电压为55V,与它串联的电阻是560kΩ,通过指示灯的电流是多少mA?(计算结果保留两位小数)(3)煮茶器正常工作时,发热管的阻值是多少?若把质量为0.8kg的水从21℃加热到96℃所用时间为8min,加热效率是多大?[c水=4.2×103J/(kg·℃)]【解析】本题是一道热电综合计算题,主要考查热量、实际功率和热效率的知识。(1)由于发热管间歇性工作,所以水沸腾后,煮茶器能将水温保持在80℃到85℃之间;(2)根据串联电路和欧姆定律即可求出通过指示灯的电流;电阻R两端的电压UR=U-UL=220V-55V=165V流过指示灯的电流I==0.29