16.4科学探究电流的热效应

1、第四节科学探究:电流的热效应【自学卡片】【自学卡片】1.1.电流的热效应电流的热效应: :(1)(1)定义定义: :电流通过导体时电流通过导体时能转化为能转化为能的现象。能的现象。(2)(2)影响因素影响因素: :通电时间通电时间、电流、电流、电阻、电阻, ,电流产生的热量越多。电流产生的热量越多。参考答案：参考答案：(1)(1)电内电内(2)(2)越长越大越大越长越大越大 2.2.焦耳定律焦耳定律: :(1)(1)内容内容: :电流通过导体产生的热量跟电流的电流通过导体产生的热量跟电流的成正比成正比, ,跟导体跟导体的的成正比成正比, ,跟跟成正比。成正比。(2)(2)公式公式: :。参考答

2、案：参考答案：(1)(1)二次方电阻通电时间二次方电阻通电时间(2)Q=I(2)Q=I2 2RtRt【想一想】【想一想】用电饭煲做饭用电饭煲做饭, ,通电一段时间后通电一段时间后, ,对比电饭煲和导线的温度对比电饭煲和导线的温度, ,谁的温度谁的温度高高? ?谁产生的热量多谁产生的热量多? ? 参考答案：参考答案：电饭煲电饭煲电饭煲电饭煲探究探究1 1 电流产生的热量与哪些因素有关电流产生的热量与哪些因素有关1.1.提出问题提出问题: :电流产生的热量与哪些因素有关电流产生的热量与哪些因素有关? ?2.2.猜想与假设猜想与假设: :电流产生的热量可能与电流产生的热量可能与、有关。有关。参考答案

3、：参考答案：通电时间电阻大小电流通电时间电阻大小电流 3.3.实验方法实验方法: :(1)(1)电流产生的热量与多个因素有关电流产生的热量与多个因素有关, ,故需利用故需利用法。法。(2)(2)实验中通过实验中通过显示电流产生热量的多少。这种方法为显示电流产生热量的多少。这种方法为。提示提示: :导体产热与多个因素有关导体产热与多个因素有关, ,为了保证探究的准确性为了保证探究的准确性, ,应采用控制应采用控制变量法。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。所以还用到转换法。参考答案参考答案: :(

4、1)(1)控制变量控制变量(2)(2)温度计示数的变化转换法温度计示数的变化转换法4.4.实验设计及分析实验设计及分析: :(1)(1)探究电流热效应与通电时间的关系。探究电流热效应与通电时间的关系。思路思路: :需控制需控制、不变不变, ,改变改变。(2)(2)探究电流热效应与电流的关系。探究电流热效应与电流的关系。思路思路: :需控制需控制、不变不变, ,改变改变_。故电路中通过调节故电路中通过调节改变电流。改变电流。参考答案：参考答案：(1)(1)电阻电流通电时间电阻电流通电时间(2)(2)电阻通电时间电流大小滑动变阻器电阻通电时间电流大小滑动变阻器根据探究目的连接电路。根据探究目的连接

5、电路。参考答案参考答案: : 如图所示如图所示总结结论总结结论: :实验中发现实验中发现, ,电流越大电流越大, ,温度上升越明显温度上升越明显, ,由此得出结论由此得出结论_。提示提示: :调节滑动变阻器调节滑动变阻器, ,使滑动变阻器的电阻不同使滑动变阻器的电阻不同, ,电流不同电流不同, ,加热相同加热相同的时间的时间, ,发现电流大的煤油温度升高得多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说明产生的热量跟电流大小有关。有关。参考答案参考答案: :电流通过导体产生的热量跟电流大小有关电流通过导体产生的热量跟电流大小有关, ,电流越大产生的电流越大产生的热量越多热量越多(

6、3)(3)探究电流热效应与电阻的关系。探究电流热效应与电阻的关系。思路思路: :需控制需控制_、_不变不变, ,改变改变_。故需将两个。故需将两个_的电阻的电阻_在电路中。在电路中。参考答案参考答案: :电流通电时间电阻不同串联电流通电时间电阻不同串联 根据探究目的连接电路。根据探究目的连接电路。参考答案：参考答案：如图所示如图所示总结结论总结结论: :实验中发现实验中发现, ,电阻越大电阻越大, ,温度上升越明显温度上升越明显, ,由此得出结论由此得出结论_。提示提示: :两个电阻串联两个电阻串联, ,通过两个电阻的电流相等通过两个电阻的电流相等, ,在相等的时间内在相等的时间内, ,电阻电

7、阻大的电阻丝放出的热量多大的电阻丝放出的热量多, ,说明电流产生的热量跟说明电流产生的热量跟电阻有关。电阻有关。参考答案参考答案: :电流通过导体产生的热量跟电阻有关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电阻越大产生的热量越多越多【交流与讨论】【交流与讨论】(1)(1)在本实验中探究电流热效应与电流和电阻的关系时在本实验中探究电流热效应与电流和电阻的关系时, ,滑动变阻器的滑动变阻器的作用有什么不同作用有什么不同? ?参考答案：参考答案：在探究电流热效应与电流的关系时在探究电流热效应与电流的关系时, ,滑动变阻器的作用是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

8、与电阻的关系时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, ,滑动变滑动变阻器的作用是保护电路。阻器的作用是保护电路。(2)(2)实验中为什么选用煤油而不是水实验中为什么选用煤油而不是水? ?提示提示: :由于煤油的比热容比水的比热容小由于煤油的比热容比水的比热容小, ,吸收相同的热量后吸收相同的热量后, ,煤油升煤油升高的温度高高的温度高, ,实验现象明显。实验现象明显。参考答案参考答案: :煤油的比热容小于水的比热容煤油的比热容小于水的比热容, ,在吸收的热量相同时在吸收的热量相同时, ,煤油煤油的温度变化明显。的温度变化明显。(3)(3)使用温度计的目的是什么使用温度计的目的是

9、什么? ?参考答案参考答案: :为了测出液体的温度。为了测出液体的温度。 【记一记】【记一记】(1)(1)实验中实验中, ,为了保护电流表、防止因超量程而损坏为了保护电流表、防止因超量程而损坏, ,电流表选电流表选0 03 A3 A量程。量程。(2)(2)实验中实验中, ,保证烧瓶中煤油的质量、初始温度相同。保证烧瓶中煤油的质量、初始温度相同。探究探究2 2 焦耳定律焦耳定律1.1.填一填填一填: :(1)(1)通过通过“探究探究1”1”可知可知, ,电流产生的热量与通电时间、电流大小和导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体的电阻都有关, ,具体关系是电流通过导体时产生的热量

10、跟具体关系是电流通过导体时产生的热量跟_成正比成正比, ,跟跟_成正比成正比, ,跟跟_成正比成正比, ,这个规律就叫这个规律就叫作焦耳定律。作焦耳定律。参考答案：参考答案：电流的二次方导体的电阻通电时间电流的二次方导体的电阻通电时间 (2)(2)如果用如果用Q Q表示电流流过导体时产生的热量表示电流流过导体时产生的热量,I,I表示导体中的电流表示导体中的电流,R,R表表示导体的电阻示导体的电阻,t,t表示通电时间表示通电时间, ,那么焦耳定律用公式表示为那么焦耳定律用公式表示为_。参考答案：参考答案：Q=IQ=I2 2RtRt2.2.练一练练一练: :小吴同学自制了一个简易的小吴同学自制了一

11、个简易的“电热驱蚊器电热驱蚊器”, ,发热元件是一个阻值为发热元件是一个阻值为1.01.010104 4的电阻。当发热元件两端的电压为的电阻。当发热元件两端的电压为220 V220 V时时, ,通电通电100 s100 s产产生的热量为多少生的热量为多少? ?提示提示: :I= =0.022 A,I= =0.022 A,Q=IQ=I2 2Rt=(0.022 A)Rt=(0.022 A)2 21.01.010104 4100 s=484 J100 s=484 J。参考答案参考答案: :484 J484 J4U220 VR1.0 10【交流与讨论】【交流与讨论】电热与电功在大小上有什么关系电热与电

12、功在大小上有什么关系? ?参考答案参考答案: :电流通过导体时电流通过导体时, ,如果电流所做的功全部用来产生热量如果电流所做的功全部用来产生热量, ,则则W=Q;W=Q;如果电流所做的功只有一部分用来产生热量如果电流所做的功只有一部分用来产生热量, ,则则WQWQ。【记一记】【记一记】UItUIt是电流所做的功是电流所做的功,I,I2 2RtRt是电热。在纯电阻电路中是电热。在纯电阻电路中, ,电流所做的功全电流所做的功全部用来产生热量部用来产生热量, ,有有I I2 2Rt=UIt;Rt=UIt;在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中, ,电热是电流做功的电热是电流做功的一部分一部分, ,有有I

13、 I2 2RtUItRtUIt。【知识拓展】【知识拓展】电流的效应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电流通过导体要发热, ,这叫作电流的热效应。例如这叫作电流的热效应。例如, ,电灯、电炉、电烙电灯、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: :电流通电流通过导电的液体过导电的液体, ,会使液体发生化学变化会使液体发生化学变化, ,产生新的物质。这叫作电流的产生新的物质。这叫作电流的化学效应。例如化学效应。

14、例如, ,电解、电镀、电离等就属于应用电流的化学效应的电解、电镀、电离等就属于应用电流的化学效应的例子。电流的磁效应例子。电流的磁效应: :给绕在软铁芯周围的导体通电给绕在软铁芯周围的导体通电, ,软铁芯就产生磁软铁芯就产生磁性性, ,这种现象就是电流的磁效应。例如这种现象就是电流的磁效应。例如, ,电铃、蜂鸣器、电磁扬声器等电铃、蜂鸣器、电磁扬声器等都是利用电流的磁效应制成的。都是利用电流的磁效应制成的。考点一考点一 通电导体放出的热量跟哪些因素有关通电导体放出的热量跟哪些因素有关【示范题【示范题1 1】(2014(2014济宁中考济宁中考) )小梦选取了如图所示的实验器材小梦选取了如图所示

15、的实验器材, ,探究探究电流产生的热量与哪些因素有关。电流产生的热量与哪些因素有关。(1)(1)选取两个相同玻璃瓶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装入相同质量煤油并插上温度计的目的是_。(2)(2)为了探究电流产生的热量与电流大小的关系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他连接了如图甲所示的电路。闭合开关的电路。闭合开关, ,调节滑动变阻器使电流为调节滑动变阻器使电流为I I1 1, ,按下计时器并同时每按下计时器并同时每间隔间隔1 min1 min记录一次温度计的示数。他接下来的操作应该是记录一次温度计的示数。他接下来的操作应该是_。(3

16、)(3)为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系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他连接了如图乙所示的电路。他这样做的好处是的电路。他这样做的好处是_。(4)(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的实验: :_;_;_。【解题探究】【解题探究】解答本题时需思考以下问题解答本题时需思考以下问题: :(1)(1)电流通过导体产生热量的多少如何显示出来电流通过导体产生热量的多少如何显示出来? ?(2)(2)为了研究通电导体放出的热量跟电阻是否有关为了研究通电导体放出的热量跟电阻是否有关,

17、,应控制哪些量不变应控制哪些量不变? ?(3)(3)为了研究通电导体放出的热量跟电流是否有关为了研究通电导体放出的热量跟电流是否有关, ,应控制哪些量不变应控制哪些量不变? ?提示提示: :(1)(1)温度计的示数变化。温度计的示数变化。(2)(2)电流和通电时间及煤油的质量。电流和通电时间及煤油的质量。(3)(3)电阻和通电时间及煤油的质量。电阻和通电时间及煤油的质量。【精讲精析】【精讲精析】本题考查焦耳定律的探究。本题考查焦耳定律的探究。(1)(1)选取两个相同玻璃瓶选取两个相同玻璃瓶, ,装装入相同质量煤油入相同质量煤油, ,是为了使煤油在相同时间内吸收的热量相同是为了使煤油在相同时间内

18、吸收的热量相同, ,通电后通电后电流通过电阻丝做功电流通过电阻丝做功, ,产生的热量被煤油吸收产生的热量被煤油吸收, ,使煤油的温度升高使煤油的温度升高, ,通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);(2)要探究要探究电流产生的热量与电流大小的关系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应该在电阻和通电时间相同的情况下况下, ,他接下来的操作应该是调节滑动变阻器的滑片使电流为他接下来的操作应该是调节滑动变阻器的滑片使电流为I I2 2, ,按下按下计时器并同时每间隔计时器并同时每间隔1 min1 m

19、in记录一次温度计的示数记录一次温度计的示数;(3);(3)这样可以使通这样可以使通过两电阻丝的电流和通电时间相同过两电阻丝的电流和通电时间相同;(4);(4)应用控制变量法的实验有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。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。答案答案: :(1)(1)判断电流产生热量的多少判断电流产生热量的多少(2)(2)调节滑动变阻器的滑片使电调节滑动变阻器的滑片使电流为流为I I2 2, ,按下计

20、时器并同时每间隔按下计时器并同时每间隔1 min1 min记录一次温度计的示数记录一次温度计的示数(3)(3)保证通过两电阻丝的电流和通电时间相同保证通过两电阻丝的电流和通电时间相同(4)(4)探究影响电阻大探究影响电阻大小因素的实验小因素的实验探究影响压力作用效果因素的实验探究影响压力作用效果因素的实验【互动探究】【互动探究】(1)(1)实验中玻璃瓶中装入的液体为什么是煤油而实验中玻璃瓶中装入的液体为什么是煤油而不是水不是水? ?(2)(2)将此装置改装后可测量煤油的比热容将此装置改装后可测量煤油的比热容, ,如图所如图所示。测量时示。测量时, ,分别向两个相同的烧瓶中加入初温均分别向两个相

21、同的烧瓶中加入初温均为为t t0 0、质量相等的水和煤油、质量相等的水和煤油, ,通电一段时间后通电一段时间后, ,分别读出温度计的示数分别读出温度计的示数为为t t水水、t t煤油煤油, ,请写出煤油比热容的表达式请写出煤油比热容的表达式c c煤油煤油=_(=_(已知水的比已知水的比热容为热容为c c水水) )。【解析】【解析】(1)(1)由于煤油的比热容较小由于煤油的比热容较小, ,质量相同、吸收热量相同时质量相同、吸收热量相同时, ,温温度变化比较明显度变化比较明显, ,故选用煤油进行实验故选用煤油进行实验;(2);(2)首先利用水的比热容计算首先利用水的比热容计算出水吸收的热量出水吸收

22、的热量Q Q水水=c=c水水m(tm(t水水-t-t0 0),),因为煤油和水吸收的热量相等因为煤油和水吸收的热量相等, ,所以所以Q Q煤油煤油=Q=Q水水=c=c煤油煤油m(tm(t煤油煤油-t-t0 0););最后计算煤油的比热容最后计算煤油的比热容:c:c煤油煤油= =答案答案: :(1)(1)煤油比热容小煤油比热容小, ,吸收相同热量时吸收相同热量时, ,温度变化较明显。温度变化较明显。(2)(2)00000Qc m(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】【技法点拨】(1)(1)实验关键点实验关键点: :控制变量

23、法。控制变量法。探究电热与电阻的关系探究电热与电阻的关系: :选不同的电阻丝串联选不同的电阻丝串联, ,控制电流与通电时间相控制电流与通电时间相同同; ;探究电热与电流的关系探究电热与电流的关系: :选两个相同的电阻丝选两个相同的电阻丝, ,分别与滑动变阻器串联分别与滑动变阻器串联, ,便于改变电流便于改变电流, ,保持电阻通电时间不变。保持电阻通电时间不变。器材选择器材选择: :被加热的材料选择煤油被加热的材料选择煤油, ,比热容小比热容小, ,效果明显且安全。效果明显且安全。实验改进方法实验改进方法: :直接加热液体或空气直接加热液体或空气, ,用液体或空气膨胀程度表示电用液体或空气膨胀程

24、度表示电热的多少热的多少, ,效果更明显。效果更明显。(2)(2)规避失分点规避失分点: :电热与电流、通电时间、电阻有关电热与电流、通电时间、电阻有关, ,在表述结论时在表述结论时不要忽略时间不要忽略时间; ;两电阻并联时两电阻并联时, ,电阻相同电阻相同, ,电路两端的电压相同电路两端的电压相同, ,因有因有滑动变阻器滑动变阻器, ,所以电阻两端的电压不同所以电阻两端的电压不同, ,电阻中的电流不同。电阻中的电流不同。考点二考点二 焦耳定律的应用焦耳定律的应用【示范题【示范题2 2】(2014(2014龙岩中考龙岩中考) )某简易电吹风简化电路如图所示某简易电吹风简化电路如图所示, ,其主

25、其主要技术参数如下表要技术参数如下表, ,在家庭电路使用中在家庭电路使用中: :(1)(1)当电吹风吹冷风时当电吹风吹冷风时, ,通过电动机的电流多大通过电动机的电流多大? ?若电动机电阻若电动机电阻R R1 1为为1,1,则则40 s40 s内电流通过电动机产生的热量是多少焦内电流通过电动机产生的热量是多少焦? ?(2)(2)当电吹风吹热风时当电吹风吹热风时, ,电热丝电热丝R R2 2的电功率是多少瓦的电功率是多少瓦? ?电热丝电热丝R R2 2的电阻的电阻值是多少欧值是多少欧? ?额定电压额定电压220 V220 V额定功率额定功率热风时热风时:990 W:990 W冷风时冷风时:110

26、 W:110 W【解题关键】【解题关键】解决本题抓住以下关键解决本题抓住以下关键: :关键关键1:1:知道计算热量的公式。知道计算热量的公式。关键关键2:2:明确电吹风吹热风时明确电吹风吹热风时, ,电动机和电热丝并联。电动机和电热丝并联。关键关键3:3:明确电吹风吹冷风时明确电吹风吹冷风时, ,只有电动机工作。只有电动机工作。【精讲精析】【精讲精析】本题考查电功与电功率的计算。本题考查电功与电功率的计算。(1)(1)当吹冷风时当吹冷风时, ,只有电动机工作只有电动机工作,P,P1 1=110 W=110 W。I I1 1= =0.5 A,= =0.5 A,Q Q1 1= =I I1 12 2

27、R R1 1t=(0.5 A)t=(0.5 A)2 21140 s=10 J40 s=10 J。(2)(2)当电吹风吹热风时当电吹风吹热风时, ,电动机和电热丝同时工作电动机和电热丝同时工作,R,R1 1与与R R2 2并联。并联。P P2 2=P-P=P-P1 1=990 W-110 W=880 W=990 W-110 W=880 W。R R2 2= =55= =55。答案答案: :(1)0.5 A(1)0.5 A10 J10 J(2)880 W(2)880 W55551P110 WU220 V222U(220 V)P880 W【技法点拨】【技法点拨】焦耳定律的理解和应用焦耳定律的理解和应用

28、(1)(1)公式的应用。公式的应用。应用公式应用公式电热电热( (焦耳定律焦耳定律) )适用范围适用范围基本公式基本公式Q=IQ=I2 2RtRt普遍适用普遍适用导出公式导出公式Q= t=UItQ= t=UIt仅适用于纯电阻电路仅适用于纯电阻电路W=QW=Q2UR(2)(2)串、并联电路中电流产生热量的分配串、并联电路中电流产生热量的分配: :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Q Q1 1QQ2 2=R=R1 1RR2 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并联电路电流通过各电阻所产生的热量与其电阻成反比, ,

29、即即Q Q1 1QQ2 2=R=R2 2RR1 1。【变式训练】【变式训练】中国有着悠久的茶文化历史中国有着悠久的茶文化历史, ,不同的茶叶冲泡方式不同。不同的茶叶冲泡方式不同。图甲所示为一煮茶器图甲所示为一煮茶器, ,图乙是它工作电路的简化图。接通电源后图乙是它工作电路的简化图。接通电源后, ,当水当水温达到沸点时温控开关自动断开。沸腾后温达到沸点时温控开关自动断开。沸腾后, ,当水温降低到当水温降低到8080时温控时温控开关再次闭合开关再次闭合, ,直到水温升到直到水温升到8585时电路再次断开。它的铭牌如下表时电路再次断开。它的铭牌如下表所示所示: :(1)(1)水沸腾后水沸腾后, ,煮茶器能将水温保持在煮茶器能将水温保持在8080到到8585之间之间, ,原因是原因是_( (填写选项前的字母填写选项前的字母) )。A.A.发热管的功率变小发热管的功率变小 B.B.发热管间歇性工作发热管间歇性工作C.C.温控开关闭合时温控开关闭合时, ,电路中的电流减小了电路中的电流减小了型号型号XB-6991XB-6991额定电压额定电压220 V220 V发热管功率发热管功率600 W600 W频率频率50 Hz50 Hz加热方式加热方式底盘