164科学探究电流的热效应

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】（2022·江苏无锡·中考真题）用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素，三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1=R3=6Ω、R2=3Ω。闭合开关前，记录下煤油的初温度t0；接通电源，同时闭合开关S1、S2，记录下电流I，通电相同时间，记录下煤油的末温度，结果如表所示，则R1、R2所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为_________比较①③可知，导体产生的热量与____________有关；比较____________（选填序号）可知，导体产生的热量与电阻有关，若要探究导体产生的热量与通电时间的关系，应进行的探究是：____________。序号电阻电流I/A初温度t0/℃末温度/℃①R11.02030②R21.02024③R31.52044【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。【夺冠训练】一、单选题1．（2022·湖北湖北·中考真题）某款家用电热取暖器有两个档位，它正常工作时，下列说法正确的是（）A．取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点高的材料制成B．“高温”档一定比“低温”档产生的热量多C．“高温”档一定比“低温”档的工作电阻大D．连接电热丝的导线比电热丝的电阻小2．（2022·辽宁阜新·中考真题）下列家用电器中，利用电流的热效应工作的是A．电风扇 B．电饭锅 C．吸尘器 D．电视机3．（2022·陕西咸阳·九年级期末）下列事例，属于防止电流热效应产生危害的是（）A．养鸡场使用电热孵化器孵小鸡 B．家里使用电饭锅煮饭C．小明妈妈用电熨斗熨衣服 D．电视机的后盖有很多孔4．（2022·贵州安顺·九年级期末）规格相同的用电器，它们正常工作时，相同时间内产生热量最多的是（）A．电冰箱 B．电脑 C．电风扇 D．电烙铁5．（2022·湖南常德·中考真题）用如图所示的实验装置探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”。以下说法中不正确的是（）A．观察温度计的示数比较电流产生的热量B．该实验装置可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电阻的关系C．该实验装置还可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电流的关系D．甲、乙两瓶中可以装质量相同的不同液体6．（2022·重庆市璧山中学校九年级期末）如图所示，在“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置中，两个透明容器中分别接入了电阻丝R1和R2，且密封着等量的空气。将导线a和b接入电路进行实验，下列说法错误的是（）A．在相同时间内右侧容器中空气内能增加的更大B．若R1和R2阻值等于10Ω，则可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系C．去掉5Ω的电阻，若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，则R1和R2电阻不同D．该实验装置可以探究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系7．（2022·河南新乡·九年级期末）如图所示，电炉丝与两根导线串联连接到家庭电路中，电炉子通电电炉丝很快就热得发红，而导线却几乎不热。你能根据这个现象可以提出的最有探究价值且易于探究的科学问题是（）A．电流通过电炉丝产生的热量跟哪些因素有关？B．电流通过导体产生的热量跟电流大小有什么关系？C．电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系？D．电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？8．（2022·陕西咸阳·九年级期末）如图所示，某商场一名顾客乘坐自动扶梯上楼，自动扶梯由电动机带动而匀速运动。电动机的电阻为R，两端的电压为U，工作电流为I，上楼时间为t，在此过程中，电动机产生的热量为（）A． B． C． D．二、填空题9．（2022·重庆万州·九年级期末）如图所示，英国物理学家________，做了很多实验研究热与功之间的联系以及电流的热效应；研究电流的热效应时，由于有多个因素影响导体的发热，所以探究过程应采用________的科学探究方法。10．（2022·广西贵港·九年级期末）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：电阻丝接头处发热多，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______较大，长时间使用会导致电热毯被烧焦。11．（2022·陕西咸阳·九年级期末）如图所示，电源电压恒为3V，R1的阻值为10Ω，闭合开关后，电流表的示数为0.5A，则通过R1的电流为______A，R2的阻值为______Ω，通电5min，电路产生的总热量为______J。12．（2022·广东阳江·九年级期末）两个电加热器的电热丝的电阻之比为R1∶R2＝3∶2，若将它们串联在电路中，它们两端的电压之比U1∶U2＝_____，在相同时间里产生的热量之比Q1∶Q2＝_____；若将它们并联在电路中，通过它们的电流之比I1∶I2＝_____。13．（2022·陕西咸阳·九年级期末）如图所示是通过导体A、B的电流与其两端电压的关系图像，分析图像可知导体A的电阻________（选填“>”“=”或“<”）导体B的电阻；当导体A两端的电压为0V时，导体A的电阻为________Ω；当通过导体B的电流为0.4A时，1min内，导体B产生的热量为________J。14．（2022·山东淄博·九年级期末）如图所示的电路中，R1的阻值为15Ω，闭合开关S，电流表的示数为0.3A，电压表的示数为3V，则R2的阻值为_____Ω，通过R1的电流为_____A，通电1min电阻R1产生的热量是_____J，电路消耗的总功率为_____W。15．（2022·江苏镇江·九年级期末）如图甲所示为某型号的电烤箱，有“高温”和“低温”两挡，内部结构的电路示意图如图乙所示，其中R1和R2均为发热电阻；当开关S接1时，电路是_____（选填“高温”或“低温”）挡；当开关S分别接“1”和“2”时，电流表的示数分别为5A和2A，则电阻R2为_____Ω；电烤箱处于“高温”挡工作10min产生热量为_____J。三、简答题16．（2022·福建省宁德市教师进修学院九年级期末）物理实验室里经常使用电烙铁，电烙铁是电子制作和电器维修的必备工具，主要用途是焊接元件和导线。工作时，烙铁头温度达到300℃，可以熔化金属锡，而连接它的导线却不怎么热，解释其中的原因。四、实验题17．（2022·陕西咸阳·九年级期末）利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。烧瓶中铜丝电阻小于镍铬合金丝电阻。（1）实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察______反映出来的。这里采用的物理研究方法是______法；（2）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。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容______（选填“大于”、“等于”或“小于”）水的比热容；（3）通电一定时间后，可以看到______瓶中煤油温度升得高，这表明在相同时间内，电流相同的情况下，导体的电阻越______，电流通过导体时产生的热量越多；（4）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值______（选填“相同”或“不同”）的电阻丝，就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。18．（2022·吉林·大安市乐胜乡中学校九年级期末）如图是小红探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着质量和初温相同的空气。接通电源后，容器中的空气被加热而膨胀，通过观察U形管中液面高度变化比较电流通过电阻丝产生的热量。（1）小红利用如图的装置探究电流产生的热量与______的关系，通电一段时间后______（选填“甲”或“乙”）容器内的电阻丝产生的热量多；（2）断开电路，让实验装置冷却到初始状态，把乙容器并联的两根电阻丝都放入乙容器中，小红这样做是为了探究电流产生的热量与______的关系，通电一段时间后，甲、乙两个容器中______容器中电阻丝产生的热量多；（3）如果乙装置中R3发生断路，则左侧容器中电阻丝R1的发热功率将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。19．（2022·河北保定·九年级期末）小明用如图所示的装置探究电流产生的热量与电阻的关系。已知R甲>R乙，烧瓶及配属装置的材料、规格相同。（1）甲、乙两烧瓶中装入质量___________的煤油。（选填“相等”或“不相等”）。实验过程中通过比较___________来反映电流产生热量的多少；（2）将两电阻丝串联是为了控制通过电阻丝的___________和通电时间相等，闭合开关，通电一段时间后。观察发现___________瓶中煤油吸收的热量更多；[拓展]小华提议。利用该装置改做“探究水和煤油吸热升温的快慢”的实验。为此，他们对装置及实验条件进行变换，一是甲、乙两烧瓶中安装的电阻丝的阻值___________（选填“相等”或“不相等”）；二是将其中一个烧瓶中的煤油换成___________和初温相等的水。闭合开关，通电一段时间后，小华发现甲瓶中温度计示数升高10℃，乙瓶中温度计示数升高5℃，则___________（选填“甲”或“乙”）瓶中液体的比热容较大。五、计算题20．（2022·河北唐山·九年级期末）如图所示的电路中，R1＝2Ω，R2＝4Ω，闭合开关S后，电流表的示数为0.5A。求：（1）电源