164科学探究电流的热效应（原卷版）

沪科版九年级第十六章《电流做功与电功率》16.4科学探究：电流的热效应【知识梳理】一、电流热效应1.电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。2.探究电流产生的热量与哪些因素有关电热与通电时间的关系可以通过实验过程体现出来，对于某一个电阻丝所在容器，通电时间越长，温度升高的度数越高，说明通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。在研究电流与电流关系的实验中，通过调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，发现电流越大，电阻所在容器温度上升的较高，说明在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生热量越多。在研究电热与电阻关系的实验中，利用两个电阻串联的电流相等，电阻大的容器中的温度计升高的温度高，说明电流通过电阻产生热量多。即在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。通过本次实验可以得出电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关。电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。3.在设计电路时要利用控制变量的思想，电流、电阻和通电时间都能影响电热的大小，在探究其中一个物理量时，要控制其它量相同。在探究电热与电阻关系时，要控制电流相同，结合串、并联电路的特点，利用串联电路电流相等，所以把两个阻值不同的电阻串联进行实验。在探究电热与电流关系时，要控制电阻一定，电流不同，因而通过调节滑动变阻器改变通过电阻的电流。4.本实验是利用电阻丝加热液体（煤油）来反映电流通过电阻产生热量的多少，现象比较明显，测量方便。实验中也可以利用空气的热胀冷缩的性质，用密闭容器连接U型管，通过U型管两侧液面高度差的变化来比较放出热量多少。二、焦耳定律1.焦耳定律：电流通过导体产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。2.焦耳定律公式：Q=I2Rt。式中单位Q→焦(J)；I→安(A)；R→欧(Ω)；t→秒。3.当电流通过导体做的功(电功)全部用来产生热量(电热)，则有W=Q，可用电功公式来计算Q，如电热器、纯电阻就是这样的。4.电热和电能的关系：在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，Q=W。如电炉子。在非纯电阻电路中，电能只有部分转化为内能，电热小于电能，即Q<W。【易错点】 使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。注意:W=Pt=UIt适用于所有电路，而只用于纯电阻电路(全部用于发热)。【规律总结】在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。具体比例关系为：在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。具体比例关系为：【典例分析】（2021广西贵港中考真题）在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R1>R2。实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系；（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制_______；电阻丝放出热量的多少，通过_______来进行判断。（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入_______相等、初温相同的同种液体。实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1加热的煤油，在实验一中温度升高Δt1，在实验二中温度升高Δt1′，则Δt1′_____2Δt1（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小______正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R2加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。【思路小结】分析探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中，要特别注意科学研究方法的应用。一是控制变量法的应用，在探究电流产生的热量与电流、电阻、通电时间中某个因素的关系时，必须控制其他变量；二是转化法的应用，在实验中把无法直接测量的电热转换为便于观察的温度计示数。【真题操练】1．（2021北京中考）下列四种用电器中。利用电流热效应工作的是（）A．电冰箱 B．电视机 C．电脑 D．电热水壶2．（2021贵州中考）一台电动机的额定电压为220V，正常工作时的电流为5A，线圈的电阻为4Ω。下列判断中正确的是（）A．电动机是利用电磁感应原理工作的B．电动机工作时电能全部转化为机械能C．这台电动机的额定功率是1.1kWD．这台电动机正常工作1min线圈产生的热量是100J3．（2021云南中考）将规格都是“220V150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（）A．三个用电器均能将电能全部转化为内能B．根据可计算出三个用电器的电阻相等C．三个用电器消耗的电能一样多D．三个用电器产生的热量相等4．（2021湖北宜昌中考真题）甲、乙两电热丝电阻之比为2:3，通过的电流之比为3:1，则相同时间内产生的热量之比为（）A．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:65．下列措施中，属于利用电流热效应的是（）A．电视机的后盖有很多孔 B．电饭锅的发热板装在底部C．与空调器相连的导线很粗 D．电脑的主机中安装微型风扇6．（2020湖南株洲中考）如图所示，长度、横截面积一样，材料不同的两个长方体电阻串联在电路中，电阻分别为R1=2Ω，R2=4Ω，在它们表面涂上厚度一样的蜡。现在闭合开关给它们通电，过一段时间后，我们观察到（）A．R1上的蜡熔化得快 B．R2上的蜡熔化得快C．R1、R2上的蜡熔化得一样快 D．无法比较7．（2021四川自贡中考）如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法错误的是（）A．U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故B．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的C．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是1∶2D．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系8．（2021山东兰山模拟）家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一台洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，电动机线圈电阻为2Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为（）A．480J B．1.452×106J C．2.64×104J D．880J9．（2021甘肃临洮九年级二模）如图甲所示，电源电压为12V，电流表量程为0~3A，滑动变阻器标有“30Ω1A”，当开关S闭合，滑动变阻器滑片P滑至中点时，电压表的示数如图乙所示，下列说法正确的是（）A．定值电阻R的阻值为10ΩB．滑动变阻器滑片在中点时，定值电阻R在10s内产生的热量是162JC．滑动变阻器可接入电路的阻值范围为1~30ΩD．滑动变阻器的最大电功率为7.2W10．（2021贵州铜仁中考）如图所示的电路中只闭合时，通过的电流是1.5A，，。则下列选项正确的是（）A．电源电压是20VB．当开关全部闭合时，和是并联电路C．只闭合时，通电20s电流通过产生的电热是200J11．（2021广西玉林中考）把一段匀质导线对折后其阻值比原来的___________（选填“大”或“小”）；一个定值电阻两端的电压由2V增大到4V时，通过该电阻的电流增加了1A，通电时间由1s增加到2s，则该电阻产生的电热增加了___________J。12．（2021江苏无锡中考）小华家电热毯内的电阻丝断了，爸爸将两个断头接上后想继续使用，被小华阻止了。原因是______；接头处与电阻丝其他部分是串联的，通过它们的电流大小是______的。但电阻丝接头处的电阻较大，长时间使用会导致______。13．（2021辽宁阜新中考真题）如图所示，电源电压不变，先闭合开关S1，电流表示数为0.4A，再闭合开关S2，电流表示数增加了0.2A，则R1、R2两端电压之比为______，R1、R2电阻值之比为______，若电阻R1=5Ω，通电1min电阻R2产生的热量为______J。14．（2021湖南湘潭中考）如图所示，串联的两电阻丝（R1＜R2），封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流______（选填“相等”或“不相等”），一段时间后，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到______（选填“A”或“B”）气球先鼓起来。15．（2021湖南益阳中考）某款家用茶具煮茶时的电阻为55Ω，正常情况下通过茶具的电流是___________A，煮一壶茶用了5min，产生的热量为___________J。16．（2021辽宁阜新九年级一模）如图所示，电源电压不变，先闭合开关S1，电流表示数为0.5A，再闭合开关S2，电流表示数增加了0.3A，则R1、R2两端电压之比为___________，R1、R2电阻值之比为___________，若电阻R2=5Ω，通电1min电阻R1产生的热量为___________J。17．（2021南昌九年级期末）电饭锅是利用电流的______来工作的，电饭锅具有保温和加热功能，如图是它的模拟电路，当开关S1、S2都闭合时，电饭锅处于______（选填“加热”或“保温”）状态。18．（2021佛山九年级二模）家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如表。则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是______，电热丝消耗的功率是______W，正常工作吹热风电热丝产生的热量是______J。热风温度额定功率热风时；1000W冷风时：120W额定电压220V质量19．（2021山西九年级二模）如图所示，小明发现爷爷家居住的小区线路严重老化，于是拍照并找到小区管理人员建议马上更换电线，否则易引发火灾。请你用学过的知识解释图中情景易引发火灾的原因。20．（2021云南盘龙九年级期末）如图是某实验小组探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。（1）实验前应取______相等的两瓶煤油，在这个实验中，电流产生的热量的多少，是通过______体现出来。为了便于实验观察，还应使两瓶煤油的______相同；（2）实验时，实验小组的同学首先将滑动变阻器的滑片保持在某一适当位置处，然后闭合开关进行观察。由图中的连接方式可知他们是在探究电流产生的热量与_______的关系，因此所选择的两段电阻丝的电阻大小应该_______；（3）完成了上面的实验后，实验小组的同学向左移动滑动变阻器的滑片P。可观察到两支温度计的示数都比原来上升得______（选填“快“或“慢”）。说明在通电时间都相同的情况下，_______越大，电流通过电阻丝产生的热量就越多。21．（2021江苏常州中考）小组同学选择阻值不变的电阻丝，探究“电流通过电阻丝产生的热量（简称电热）与通电时间、电流、电阻的关系”。

（1）为探究电热与通电时间、电流的关系，在锥形瓶内装入适量煤油，设计电路如图甲所示，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于______（A/B）端；（a）闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为0.5A，通电5分钟、温度计的示数升高了5℃；（b）保持滑动变阻器滑片P的位置不变，通电10分钟、温度计的示数升高了9℃，（a）、（b）对比可得结论：______；（c）向______移动滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为1A，通电10分钟、温度计的示数升高了33℃，（b）、（c）对比可得结论：______；（d）实验只能得到定性结论，主要原因是______；（2）为探究电热与电阻的关系，并测出标签污损的电阻丝R2的阻值，在两个相同的锥形瓶内装入等质量的煤油，设计如图乙所示电路。开关闭合后，电压表有示数，但电流表无示数，电路故障是______，排除故障后，调节滑动变阻器的滑片P得到电表示数如图丙所示，则电压表示数为______V，电流表示数为______A，R2阻值为______Ω。一段时间后，观察到电阻丝______所在锥形瓶中的温度计示数升高的比较多；（3）请分析“电炉工作时，电炉丝发热明显、而与电炉丝相连的导线发热不明显”：电炉丝的电流______导线的电流，电炉丝的电阻______导线的电阻。22．（2021山东青岛中考）探究电流通过导体产生的热量的多少与什么因素有关实验小组同学猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。于是他们利用如图器材进行了探究实验。甲、乙、丙三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。（1）选用________组合，并将它们________联接到电源两端进行实验，可以探究电热与电阻的关系。（2）选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，可以探究电热与________的关系，其中15Ω电阻的作用是________。（3）选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，发现乙装置U形管中液面无高度差，丙装置U形管中液面有高度差，产生此现象的原因可能是乙装置________。23．（2021黑龙江中考）如图甲所示为某高、低温两挡位电烤箱的内部简化电路，S为手动开关，S1为自动控制