初中物理 焦耳定律及其应用.docx
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初中物理焦耳定律及其应用
焦耳定律及应用
模块一电流的热效应
一、知识点
1.生活现象：
在生产、生活实践中，常常需要用电产生热来为我们服务。
例如：
工厂利用电热炼钢，家庭利用电热来烧水、做饭、取暖等。
2.定义：
电流通过导体时电能转化成热能的现象。
电流通过任何有电阻的导体都会产生热效应。
3.实验探究：
电流的热效应与哪些因素有关
（1）电热与电阻的关系
实验条件：
选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同（记为
）、等质量（记为
）煤油的玻璃瓶，按如下图的实物图将实验器材连接起来，检查无误后接通电源，通电一段时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度。
实验结论：
在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越高，表明电阻越大，电流产生的热量越多。
（2）电热与电流大小的关系
实验条件：
取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，按如下图所示的电路连接器材。
闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与上述实验相同，记录玻璃瓶内煤油的温度。
实验结论：
对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越高，表明电流越大，电流产生的热量越多。
（3）电流与通电时间的关系
实验条件：
按上图实物电路图连好电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数。
保持电流大小不变，每隔一段时间记录一次温度计的示数。
实验结论：
对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。
二、例题精讲
【例1】★
请你想象一下，假如没有电流的热效应，下列设备还能工作的是（ ）
A．白炽灯B．电烤箱C．保险丝D．电磁起重机
考点：
电流的热效应、化学效应和磁效应．
解析：
白炽灯、电烤箱、保险丝都是利用电流的热效应工作的，没有电流的热效应，它们都不能工作；
电磁起重机是利用电流的磁效应工作的，没有电流的热效应，电磁起重机能正常工作；
答案：
D
【测试题】
下列四种用电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A．收音机B．固定电话C．电风扇D．电热水器
A、收音机工作时，将电能转化为了声能，是利用了电流的磁效应工作的，故该选项不符合题意；
B、电话是利用电磁波传递信息，利用了电流的磁效应工作的，故该选项不符合题意；
C、电风扇利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，故该选项不符合题意；
D、电热水壶是利用了电流的热效应来加热的，故该选项符合题意．
故选D
【测试题】
用电吹风机吹干湿头发的过程涉及了许多物理知识．下列说法正确的是（ ）
A．电吹风机中的电动机和电热丝是串联的
B．湿头发被吹干的过程中，水蒸发放热
C．电吹风机能吹出热风，应用到了电流的热效应
D．湿头发被吹起，说明力是维持物体运动的原因
A、因为电吹风机中的电动机和电热丝工作时互不影响，因此它们是并联的．故A错误；
B、汽化有两种方式：
蒸发和沸腾．它们在进行时都要吸热．故B错误；
C、电吹风吹出热风，是利用了电流的热效应，电流通过导体是要产生热量的现象．故C正确；
D、力是物体运动状态改变的原因，不是使物体运动的原因．故D错误．
故选C
【例2】★
假设导体没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（ ）
A．白炽灯仍然能发光B．电动机仍然能转动
C．电饭锅仍然能煮饭D．电熨斗仍然能熨衣服
考点：
电流的热效应、化学效应
解析：
白炽灯、电饭锅、电熨斗都是利用电流的热效应工作的，如果导体没有电阻，当用电器通电时，用电器不会产生电热，白炽灯不能发光，电饭锅不能煮饭，电熨斗不能熨衣服．
如果导体有电阻，电动机工作时，电能转化为机械能和内能，假设导体没有电阻，当电动机通电时，电动机不会产生电热，电能全部转化为机械能，效率更高更好．
答案：
B
【测试题】
关于白炽电灯，正确的说法是（ ）
A．它是利用电流的热效应制成的
B．白炽电灯的灯丝是用钨丝制成，是因为钨丝的导电性强
C．灯丝温度越高，电能转化的化学能越多
D．灯泡中必须充满空气
A、白炽灯之所以能发光，即是热的放光，故其是利用电流的热效应的原理制成的，故该选项正确；
B、白炽电灯的灯丝是钨制成的，因为钨的熔点高的缘故，故该选项错误；
C、灯泡是由于灯丝发热而放光，故灯丝温度越高，电能转化的光能越多，故该选项错误；
D、为了减慢钨丝的蒸发，故一般在白炽灯的玻璃壁内充有惰性气体，故该选项错误；
故选A
【拓展题】
给电动机通电后电动机带动其他机器运转起来，同时电动机的外壳也变得烫手，则下列说法中正确的是（ ）
A．电能全部转化为机械能
B．电能的一部分转化为机械能，另一部分转化为内能
C．电能全部转化为内能
D．电能的一部分转化为内能是通过克服摩擦力做功来完成的
考点：
能量转化的现象；电流的热效应、化学效应和磁效应．
解析：
电流通过电动机消耗的电能：
一部分转化为机械能，带动其他机器运转起来，另一部分转化为内能，主要是电流流过导体做功，把电能转化为内能，不是通过克服摩擦做功转化来的．所以A、C、D错、B正确．
答案：
B
模块二焦耳定律
一、知识点
1.焦耳定律的内容：
电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
公式中，电流
的单位是安（A），电阻
的单位是欧（
），时间
的单位是秒（
），这样，热量
的单位是焦（
）。
2.电热的利用和防止
（1）电热的利用
利用电流热效应而制成的设备有：
电炉、电饭锅、电烤箱等。
（2）电热负面作用的防止
在有的用电器中，由于电流产生的热使用电器的温度上升，当温度上升到一定程度而又未散发出去时，会加速绝缘体和电子元件老化的速度，甚至损坏电子元件。
解决办法：
利用流动空气散热。
如：
电视机的后盖开散热孔；电脑的CPU上安装风扇；电动机外壳上的皱褶可增大散热的面积。
二、例题精讲
【例3】★
电炉丝通过导线接入电路，电炉丝和导线通过的电流相同．为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
考点：
焦耳定律．
解析：
电炉在使用时，电炉丝和导线串联，I电炉丝=I导线，通电时间t相同，
∵Q=I2Rt，R电炉丝＞R导线，
∴电流产生的热量：
Q电炉丝＞Q导线，
所以出现电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热的现象；
答案：
因为电炉丝的电阻大，产生的热量多．
【测试题】
一台电动机正常工作时线圈两端电压为380V，线圈电阻为2Ω，线圈中电流为10A，这台电动机正常工作1s消耗的电能为W和产生的热量为Q分别为（ ）
A．3800J、200JB．3800J、3800JC．72200J、200JD．72200J、3800J
电动机正常工作1S消耗的电能W=UIt=380V×10A×1s=3800J
电动机正常工作1S产生的热量：
Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J
故选A
【例4】★
一个额定电压为12V的小型电动机正常工作时，测得通过电动机的电流是0.5A，工作10min，电流做功为 J，在这10min内该电动机线圈产生的热量是360J，则电动机线圈的电阻是 Ω．
考点：
电功的计算；焦耳定律的计算公式及其应用．
解析：
已知电压U=12V，电流I=0.5A，工作时间t=10min=600s，电流做的功W=UIt=12V×0.5A×600s=3600J．
在时间t内线圈产生的热量Q=360J，由焦耳定律知Q=I2Rt，电动机线圈电阻R=
=2.4Ω．
答案：
3600，2.4．
【测试题】
如图电路，电源电压保持12V不变，标有“10V4W”的灯泡L与滑动变阻器R串联接在电路中．闭合S，调节滑片P使灯泡L正常发光，此时灯泡L的电阻RL为 Ω，电路中的电流为 A，通电2min，变阻器R上产生的热量为 J。
因为灯正常发光，根据“10V4W”求得灯泡的电阻为：
RL=
=25Ω，通过灯的电流为：
I=
=0.4A．
因为灯与变阻器串联，则滑动变阻器两端的电压为：
U滑=U﹣U额=12V﹣10V=2V，
所以变阻器上产生的热量为：
Q=U滑It=2V×0.4A×120s=96J．
故答案为：
25；0.4；96．
【例5】★★
如图所示是“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验装置，两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插一支温度计，则闭合开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过 反映出来的；采用这种连接方式的目的是 ．
考点：
物理学方法；电热．
解析：
“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验装置，通电导体放出热量，煤油吸收热量，而吸收热量多少无法捕捉，但是质量相等的煤油吸收的热量越多，煤油升高的温度就越多；所以可以采用“转换法”，通过温度计的示数变化反映通电导体产生热量的多少．
根据控制变量法可知：
要观察煤油升高温度的多少，应只改变煤油吸热的多少，控制两个烧瓶装相同质量和相同初温的煤油中；而“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验，应只改变导体的电阻，控制两个烧瓶中的导体的电流和通电时间相同，所以两个烧瓶中的导体，采取串联连接在同一个电路里．
答案：
温度计的示数变化；控制电流和通电时间相同．
【测试题】
如图为一种电磁炉原理示意图，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涡流（感应电流）．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．小明对家里的电磁炉进行研究，功率调节范围是120W～2200W．以下关于电磁炉的说法错误的是（ ）
A．使用电磁炉加热食物时，不能用铜锅
B．使用电磁炉加热食物时，将电能转化为内能
C．使用电磁炉加热食物时，热量是由锅传递给电磁炉
D．使用电磁炉加热食物时，热量是由电磁炉传递给锅
A、使用电磁炉加热食物时，必须使用磁性材料制成的锅，不能用铜锅，该选项说法正确，不符合题意；
B、使用电磁炉加热食物时，电能转化为内能，该选项说法正确，不符合题意；
C、使用电磁炉加热食物时，锅体自身发热加热食物，热量是由锅传递给电磁炉，该选项说法正确，不符合题意；
D、电磁炉工作时，磁场的变化使锅体形成无数小的涡流，锅体自身发热，热量由锅传向电磁炉，该选项说法不正确，符合题意．
故答案为：
D
【例6】★★
我们家乡进行了供电线路的改造，改造的内容之一就是把电线换成更粗的，使它的电阻变 ，电流在导线产生的热量 ．
考点：
影响电阻大小的因素；焦耳定律；电能的输送．
解析：
家乡在进行供电线路改造时，把电线换成更粗的，这样增大了导线的横截面积，减小了电线的电阻，根据公式：
Q=I2Rt，电阻越小，产生的热量损失则越少．
答案：
小；小．
【测试题】
电吹风是现代家庭常用的电器，小华使用过程中发现电吹风既可以吹热风，又可以吹冷风．根据这个现象她断定：
在电吹风中有带有风扇的是电动机和可以发热的电热丝．分析画出了两个电路图．
（1）你认为甲乙两个电路， 更符合实际情况．
（2）小华查看说明书得知，该型号电吹风吹热风时的功率为460W，吹冷风时的功率为20W，则电吹风正常工作且吹热风时，电热丝的功率是 W，电阻在1min内电流通过电热丝产生的热量是 J．
（1）①甲图中，开关置于1和2之间时，电动机不能工作，只加热，不吹风，这样吹风机会因过热而烧坏；
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