164科学探究电流的热效应-

第十六章电流做功与电功率课时16.4科学探究：电流的热效应素养目标素养目标物理观念1.概念电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能的现象。2.规律焦耳定律：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，通电时间成正比。科学探究在探究电流产生的热量与哪些因素有关时，运用控制变量法设计实验；实验中还运用了转换法，通过温度计上升的示数来显示电流产生热量的多少。科学态度与责任了解焦耳定律的发现过程，学会利跟用能量守恒的思想解决问题。题型汇总：电流热效应的利用、探究电流产生的热量与哪些因素有关、电热的计算。知识梳理知识梳理电流的热效应1.电流的热效应:电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。2.电流的热效应在生活中的应用（1）电热毯就是利用电流的热效应制作的,通电后可以供人们取暖。（2）电灯在工作时把电能转化为内能和光能，人们利用电灯来照明。（3）电炉子在工作时把电能转化为内能，人们利用电炉子来烧水。实验探究：电流产生的热量与什么因素有关实验探究一：探究电流产生的热量与通电时间是否有关。实验探究二：探究电流产生的热量与电流大小是否有关。实验探究三：探究电流产生的热量与电阻大小是否有关。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。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。为了纪念焦耳，这一规律又被称为焦耳定律。2.公式：3.单位：I——安，R——欧，t——秒，Q——焦。1J=1A2•Ω•s。理论推导：焦耳定律是焦耳在大量实验基础上归纳总结得出来的规律，还需要理论上的支持，我们能不能通过理论来推导出焦耳定律的数学表达式呢？思考：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热即：Q＝WW=UIt，且U=IR∴Q=W=UIt=I2Rt∴通过理论推导，同样得出了焦耳定律的数学表达式，达到理论和实践的完美的统一。5.电流通过导体做功全部转化为内能时热量的计算方法：（1）Q=W；（2）Q=UIt；（3）Q=Pt；（4）；（5）。考点突破考点突破考点一电流的热效应下列用电器中，主要利用电流热效应工作的是(

)A.收音机 B.电视机 C.电饭锅 D.电冰箱【答案】C

【解析】A.收音机利用电能转化为声能，故A不符合题意；

B.电视机主要是利用电能，将电能转化为光能，故B不符合题意；

C.电饭锅是将电能转化为内能，且利用产生的内能工作的，故C符合题意；

D.电冰箱通过压缩机制冷，而压缩机将电能转化为机械能，故D不符合题意。

例2.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，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是(

)A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大

B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系

C.该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系

D.U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的【答案】C

【解析】解：A、容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，由焦耳定律可知，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，故A错误；

B、C、在装置中，容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻与右边容器中的电阻不同，所以实验是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系。只观察其中一个U形管液面高度差的变化，来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系，故B错误，C正确；

D、U形管中液面高度发生变化是因为透明容器中密封着等量空气的热胀冷缩造成的，故D错误。

考点二电流热效应简单计算例3.如图所示电路中，电源电压为15V且保持不变，R1和R2为定值电阻，R1=10Ω闭合开关S1，断开开关S2，电流表示数I=0.3A求：

(1)10s内电阻R1上产生的电热；

(2)电阻R2的阻值；

(3)开关S1、S2都闭合时，电路的总功率。【答案】9J40Ω22.5W【解析】解：(1)闭合开关S1，断开开关S2，R1与R2串联，电流表测电路中的电流，

则10s内电阻R1上产生的电热：

Q1=I2R1t=(0.3A)2×10Ω×10s=9J；

(2)闭合开关S1，断开开关S2，R1与R2串联，由I=UR可得，电路的总电阻：

R=UI=15V0.3A=50Ω，

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，

所以，电阻R2的阻值：

R2=R−R1=50Ω−10Ω=40Ω；

(3)开关S分层提分分层提分题组A基础过关练1.将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是(

)A.电冰箱产生的热量最多 B.电风扇产生的热量最多

C.电热毯产生的热量最多 D.三者产生的热量一样多【答案】C

【解析】解：∵接在家庭电路中，U=220V，

∴三种用电器的实际功率：P实=P额=180W；

又∵W=Pt，用电器工作时间t相等，

∴三种用电器消耗的电能相同；

∵电冰箱与电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小，

电热毯工作时电热丝产生热量，把电能全部转化为热量；

∴产生热量最多的是电热毯。甲图是小灯泡L和电阻R的I−U图象。将小灯泡L和电阻R接入乙图所示电路中，只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W，下列说法正确的是(

)A.只闭合开关S2时，小灯泡L的电阻为40Ω

B.再闭合开关S2时，电流表示数增加0.2A

C.再闭合开关S2时，电路总功率为1.0W

D.再闭合开关S2后，在1min内电阻R产生的热量为2.4J【答案】B

【解析】解：A、由图乙可知，只闭合S1时，该电路为只含有灯L的简单电路，电流表测电路中的电流；已知此时灯L的实际功率为P=UI=1W，由图甲可知，此时灯L的电流为IL=0.5A，UL=2V，

由I=UR可知此时小灯泡L的电阻为：RL=ULIL=2V0.5A=4Ω，故A错误；

B、由图乙可知，闭合S1，再闭合S2时，该电路为L和R的并联电路，电流表测干路电流；

由并联电路的电压特点可知电源电压为：U=UL=2V，则R两端的电压为UR=U=2V，

由图甲可知，此时通过R的电流为：IR=0.2A，并联电路中各个支路之间互不影响，因此电流表示数增加了0.2A，故下列说法正确的是(

)A.电荷的移动形成电流

B.电路中有电压就一定有电流

C.把一根铜丝均匀拉长后电阻变小

D.长时间使用的发烫，是因为电流的热效应【答案】D

【解析】A、电荷的定向移动形成电流，该说法中缺少“定向”二字，故

A

错误。

B、电路中有电压时，要形成电流还必须保证电路是通路，故

B错误。

C、铜丝被均匀拉长之后，铜丝的横截面积变小，长度变长，则铜丝的电阻增大，故C错误。

D、电路中的元件有电阻，长时间使用后，由于电流的热效应会使得发热，故D正确。题组B能力提升练4.如图所示，为“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路，两密封容器内部盛有等量的空气，以下说法正确的是(

)A.闭合开关S1、S2，通过三根电阻丝的电流相同

B.先闭合开关S1，再闭合开关S2，电流表示数保持不变

C.同时闭合开关S1和S2，可以比较电流通过导体时产生的热量与电流的关系

D.闭合开关S2、S2一段时间后，右边U形管内的液面高度差比左边U形管的高【答案】C

【解析】解：ACD、由图可知，闭合开关S1、S2，右边两个电阻并联然后与左边电阻串联，根据并联电路电流的规律，通过左边电阻的电流最大，故通过三根电阻丝的电流不相同，故A错误；

比较电流通过导体时产生的热量与电流的关系，根据控制变量法，要控制通电时间和电阻大小相同，只改变电流的大小；

两容器内部都为5Ω的电阻丝，通电时间相同，而通过两电阻丝的电流不同，故同时闭合开关S1和S2，可以比较电流通过导体时产生的热量与电流的关系(根据转换法，气体吸热越多，气体膨胀程度越大，U形管内的液面高度差越大)，C正确；

因通过左边容器内电阻丝的电流大于通过右边容器内电阻丝的电流，通电时间也相同，根据Q=I2Rt可知，电流通过左边电阻丝的电流产生的热量多，根据转换法，左边U形管内的液面高度差比右边U形管的高，D错误；

B、先闭合开关S1，两容器内的电阻丝串联，电流表测电路的电流；

当再闭合开关S图甲是小灯泡的电压电流图象。将此灯泡L与滑动变阻器R串联在电压为4.5V的电路中(如图乙)，闭合开关，移动滑片P，当小灯泡的功率为0.75W时，(

)

A.电流表的示数为0.2A

B.滑动变阻器R接入电路中的电阻为15Ω

C.电路消耗的总功率为1.35W

D.10S内滑动变阻器R产生的热量为13.5J【答案】C

【解析】A.当小灯泡的功率为0.75W时，根据图甲可知，灯泡L两端的电压为2.5V，通过灯泡的电流为I=0.3A，即电流表的示数为0.3A，故A错误；

B.根据串联电路电压的规律，变阻器两端的电压：U滑=U−UL=4.5V−2.5V=2V，

由I=UR可得，滑动变阻器R接入电路中的电阻： R滑=U滑I=2V0.3A≈6.7Ω，故B错误；

C.电路消耗的总功率：电炉丝通电一段时间后热得发红，而连接电炉丝的导线却不怎么热，这主要是因为(

)A.导线的绝缘皮隔热 B.通过导线的电流小于通过电炉丝的电流

C.导线散热比电炉丝快 D.导线的电阻远小于电炉丝的电阻【答案】D

【解析】解：电炉丝与导线串联，通过它们的电流I和通电时间t相等，

∵Q=I2Rt，R电炉丝>R导线，∴Q题组C培优拔尖练6.如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡L和电阻R接入电路中，只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W图乙是小灯泡L和电阻R的I−U图象。下列说法中正确的是(

)A.只闭合开关S1时，L的电阻为10Ω

B.再闭合开关S2后，电路总功率为1.2W

C.再闭合开关S2后，电流表示数增加0.5A

D.再闭合开关S2后，在1min内电阻R产生的热量是24J【答案】D

【解析】A.只闭合开关S1时，电路为小灯泡L的简单电路，此时小灯泡L的实际功率为1W，

由图象可知，当UL=2V时，IL=0.5A，其实际功率为：PL=ULIL=2V×0.5A=1W，

则电源的电压U=UL=2V，

由I=UR可得，小灯泡L的电阻：RL=ULIL=2V0.5A=4Ω，故A错误；

B.再闭合S2后，R与L并联，电流表测干路电流，

因并联电路中各支路两端的电压相等，

所以，R两端的电压也为2V，由图象可知，此时通过R的电流为0.2A，

因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，

所以，干路电流为：I=IR+IL=0.2A+0.5A=0.7A，

电路总功率：P=UI=2V×0.7A=1.4W甲图是小灯泡L和电阻R的I−U图象。将小灯泡L和电阻R接入乙图所示电路中，只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W，下列说法正确的是(

)A.只闭合开关S1时，小灯泡L的电阻为40Ω

B.再闭合开关S2时，电流表示数增加0.2A

C.再闭合开关S2时，电路总功率为1.4W

D.再闭合开关S2后，在1min内电阻R产生的热量为2.4J【答案】BC

【解析】解：A、由图乙可知，只闭合S1时，该电路为只含有灯L的简单电路，电流表测电路中的电流；已知此时灯L的实际功率为P=UI=1W，由图甲可知，此时灯L的电流为IL=0.5A，UL=2V，

由I=UR可知此时小灯泡L的电阻为：RL=ULIL=2V0.5A=4Ω，故A错误；

B、由图乙可知，闭合S1，再闭合S2时，该电路为L和R的并联电路，电