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第6講　電流的熱效應(yīng) [目標(biāo)定位]　1.通過實(shí)驗(yàn)方法研究導(dǎo)體通電時(shí)發(fā)熱與導(dǎo)體的電阻之間的關(guān)系.2.了解電流熱效應(yīng)跟哪些因素有關(guān)，理解焦耳定律，并能用焦耳定律解題.3.知道電功與電熱的關(guān)系，了解生活中應(yīng)用焦耳定律的例子，了解節(jié)約電能的一些方法. 一、電阻與電流的熱效應(yīng) 1.電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體時(shí)，使導(dǎo)體溫度升高，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 2.焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間成正比.即Q＝I2Rt. 3.熱功率：在物理學(xué)中，把電熱器在單位時(shí)間消耗的電能叫做熱功率，即P＝＝I2R.在國際單位制中，熱功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號(hào)是W. 4.電功率與熱功率的關(guān)系：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí)，電功率等于熱功率；用電器消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí)，電功率大于熱功率. 想一想　你所知道的哪些用電器是電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的？哪些用電器消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能？它除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為哪些能量？ 答案　電熱器：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 電動(dòng)機(jī)：電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 二、白熾燈 1.白熾燈的工作原理是利用電流的熱效應(yīng)，使通電的金屬絲溫度升高，達(dá)到白熱，從而發(fā)光. 2.以美國發(fā)明家愛迪生和英國化學(xué)家斯旺為代表的一批發(fā)明家，發(fā)明和改進(jìn)了電燈. 想一想　電流通過白熾燈泡時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為什么能？ 答案　電流通過白熾燈泡時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化內(nèi)能. 一、電流的熱效應(yīng)及其應(yīng)用 1.電熱和熱功率 電熱：Q＝I2Rt. 熱功率：P＝Q/t＝I2R，電熱器在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能. 單位：電熱的國際單位是“焦耳”，符號(hào)是“J”；熱功率國際單位是“瓦特”，符號(hào)“W”. 2.額定功率與實(shí)際功率 用電器的額定功率是指用電器在額定電壓下的功率，這時(shí)用電器能安全有效地工作.當(dāng)電壓不符合規(guī)定條件時(shí)，用電器的功率按實(shí)際的電壓和電流來計(jì)算. 實(shí)際上用電器并不總是在額定電壓下工作，實(shí)際功率可以小于額定功率，如果實(shí)際電壓高于額定電壓，實(shí)際功率會(huì)超過額定功率，容易損壞用電器甚至造成更大的危害，所以實(shí)際電壓應(yīng)避免超過額定電壓. 3.電流熱效應(yīng)的應(yīng)用 (1)各種電熱器；(2)電路中的保險(xiǎn)絲. 例1　鋰電池能量密度高、綠色環(huán)保.現(xiàn)用充電寶為一手機(jī)鋰電池(圖1－6－1甲)充電，等效電路如圖乙所示，充電寶的輸出電壓為U，輸出電流為I，該鋰電池的內(nèi)阻為r，則(　　) 圖1－6－1 A.充電寶輸出的電功率為UI＋I(xiàn)2r B.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為UI C.鋰電池產(chǎn)生的熱功率為I2r D.鋰電池產(chǎn)生的熱功率為 答案　C 解析　充電寶的輸出功率P出＝UI，A錯(cuò)誤；鋰電池產(chǎn)生的熱功率P熱＝I2r，C正確，D錯(cuò)誤；電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率P＝P出－P熱＝UI－I2r，B錯(cuò)誤. 針對(duì)訓(xùn)練1　通過電阻R的電流為I時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為時(shí)，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為(　　) A.4Q B.2Q C. D. 答案　C 解析　由焦耳定律得， Q＝I2Rt，Q′＝()2(2R)t＝t， 所以Q′＝，只有選項(xiàng)C正確. 二、電功與電功率 1.電功與電功率 電功：W＝UIt，其中U、I分別是用電器兩端的電壓和通過它的電流. 電功率：P＝UI，表示消耗電能的快慢. 單位：電功的國際單位是“焦耳”，符號(hào)是“J”；電功率國際單位是“瓦特”，符號(hào)“W”. 2.電功與電熱的關(guān)系 (1)在純電阻電路中，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故電功與電熱相等，即 W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t. (2)在非純電阻電路中，消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故電功大于電熱，即W＝UIt>Q＝I2Rt，UIt＝I2Rt＋E其他. 例2　下表是某電飯鍋銘牌上的部分內(nèi)容，根據(jù)表中信息可得該電飯鍋的額定電流為(　　) 電器名稱 電飯鍋 額定電壓 220 V 額定功率 1 100 W 額定容量 4.0 L A.0.2 A B.0.5 A C.2.0 A D.5.0 A 答案　D 解析　根據(jù)P＝UI可得I＝＝ A＝5.0 A.故D正確，A、B、C錯(cuò)誤. 針對(duì)訓(xùn)練2　一幢居民樓里住著生活水平各不相同的24戶居民，所以整幢居民樓里有各種不同的電器，例如電爐、電視機(jī)、微波爐、電腦等.停電時(shí)，用歐姆表測得A、B間的電阻為R；供電后，各家用電器同時(shí)使用，測得A、B間的電壓為U，進(jìn)樓線電流為I，如圖1－6－2所示.則計(jì)算該幢居民樓用電的總功率P為(　　) 圖1－6－2 A.I2R B. C.IU D.IU－I2R 答案　C 解析　因居民樓里的用電器不全是純電阻，所以電功率P＝UI，C正確. 電流的熱效應(yīng)及其應(yīng)用 1.如圖1－6－3所示是某一電器的銘牌.從銘牌上的信息可推斷該銘牌對(duì)應(yīng)的電器可能是(　　) 圖1－6－3 答案　A 解析　根據(jù)銘牌讀出用電器的功率為24 W，選項(xiàng)中電飯鍋、熨斗、電水壺都是大功率用電器，只有電風(fēng)扇的功率較小，故A正確. 2.將一只“220 V，100 W”的小電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)“220 V，100 W”的電視機(jī)，一把“220 V，100 W”的電烙鐵分別接到220 V的電源上，在相同時(shí)間內(nèi)，電流通過它們產(chǎn)生的熱量最多的是(　　) A.電動(dòng)機(jī) B.電烙鐵 C.電視機(jī) D.一樣多 答案　B 解析　電動(dòng)機(jī)、電視機(jī)消耗的電能沒有完全用來發(fā)熱，只有電烙鐵消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量，選項(xiàng)B正確. 電功與電功率 3.對(duì)計(jì)算任何類型的用電器的電功率都適用的公式是(　　) A.P＝I2R B.P＝U2/R C.P＝UI D.P＝W/t 答案　CD 4.如圖1－6－4為一種服務(wù)型機(jī)器人，其額定功率為48 W，額定工作電壓為24 V，機(jī)器人的鋰電池容量為20 Ah.則機(jī)器人(　　) 圖1－6－4 A.額定工作電流為20 A B.充滿電后最長工作時(shí)間為2 h C.電池充滿電后總電量為7.2104 C D.以額定電流工作時(shí)每秒消耗能量為20 J 答案　C 解析　由P＝IU知額定電流I＝＝2 A，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；充滿電后，鋰電池容量為20 Ah，最長工作時(shí)間t＝＝10 h，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電池充滿電后總電荷量Q＝It＝203 600 C＝7.2104 C，選項(xiàng)C正確；以額定電流工作時(shí)每秒消耗能量W＝IUt＝48 J，D錯(cuò)誤. (時(shí)間：60分鐘) 題組一、電流的熱效應(yīng)及其應(yīng)用 1.通電導(dǎo)體發(fā)熱的規(guī)律是由下列哪位物理學(xué)家總結(jié)的(　　) A.歐姆 B.焦耳 C.安培 D.法拉第 答案　B 2.下列用電器的工作原理是利用電流的熱效應(yīng)的是(　　) A.電烙鐵 B.電爐子 C.電磁爐 D.微波爐 答案　AB 解析　電烙鐵、電爐子是電流通過電熱絲而發(fā)熱，是利用了電流的熱效應(yīng)，故A、B正確；電磁爐是利用交變電流產(chǎn)生交變的磁場，從而在鍋體中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱；微波爐的工作原理是電流在微波管中產(chǎn)生了電磁波(微波)，微波使水分子高速振蕩而加熱食物，所以C、D項(xiàng)錯(cuò)誤. 3.電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而跟電爐連接的銅導(dǎo)線卻不那么熱，這是因?yàn)?　　) A.通過銅導(dǎo)線的電流小，所以它消耗的電能也較少 B.電爐絲和銅導(dǎo)線消耗的電能相同，但銅導(dǎo)線散熱快，所以就不那么熱 C.通過電爐絲的電流大，所以它消耗的電能較多 D.銅導(dǎo)線電阻較小，所以它消耗的電能較少 答案　D 解析　電爐絲和銅導(dǎo)線是串聯(lián)關(guān)系，故通過電爐絲的電流與通過銅導(dǎo)線的電流大小相等，電爐絲和銅導(dǎo)線在電學(xué)性能上的差別在于：前者的電阻大，后者的電阻很小，根據(jù)電流通過電阻發(fā)熱的公式Q＝I2Rt，在電流相同條件下，相同的時(shí)間內(nèi)，電爐絲的發(fā)熱量比銅導(dǎo)線上的發(fā)熱量大得多.因此我們看到電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅而與之相連的銅導(dǎo)線卻不那么熱. 4.有三個(gè)用電器，其中一個(gè)為“220 V，60 W”的電風(fēng)扇，一個(gè)為“220 V，60 W”的白熾燈，另一個(gè)是“220 V，60 W”的電熱器，都在額定電壓下工作相同的時(shí)間，比較這三個(gè)用電器產(chǎn)生的熱量是(　　) A.電風(fēng)扇最多 B.白熾燈最多 C.電熱器最多 D.都一樣 答案　C 解析　三個(gè)用電器的電功率相同，工作相同的時(shí)間消耗的電能相同.電風(fēng)扇把電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；白熾燈把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，又有很少部分的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能；電熱器把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能并全部以熱量的形式放出.所以A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤，只有C項(xiàng)正確. 題組二、電功與電功率 5.兩個(gè)電阻并聯(lián)在同一電路中，下列說法正確的是(　　) A.電阻大的發(fā)熱多 B.電阻小的發(fā)熱多 C.一樣多 D.無法比較 答案　B 6.從白熾燈上標(biāo)有“220 V，100 W”的數(shù)據(jù)中，我們可以確定(不考慮溫度對(duì)電阻的影響)(　　) A.該電燈的額定電壓為220 V，額定功率為100 W B.給電燈加上220 V的直流電壓，通過它的電流一定為 A C.該電燈的電阻為48.8 Ω D.該電燈在電路中發(fā)光時(shí)，它實(shí)際消耗的電功率可能不是100 W 答案　ABD 解析　用電器銘牌上的數(shù)字為額定值，故選項(xiàng)A正確；給電燈加上220 V的直流電壓，通過它的電流為I＝＝ A＝ A，故選項(xiàng)B正確；電燈的電阻根據(jù)R＝得R為484 Ω，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；而“220 V，100 W”為正常發(fā)光的值，當(dāng)不正常發(fā)光時(shí)電功率可能小于100 W，故選項(xiàng)D正確. 7.不考慮溫度對(duì)電阻的影響，一個(gè)“220 V，100 W”的燈泡，下列說法正確的是(　　) A.接在110 V的線路上的功率為50 W B.接在110 V的線路上的功率為25 W C.接在440 V的線路上的功率為400 W D.接在55 V的線路上的功率為6.25 W 答案　BD 解析　不考慮溫度對(duì)電阻的影響，電燈的電阻為定值，即R＝＝ Ω＝ 484 Ω.由P′＝，將110 V和55 V分別代入求得實(shí)際功率分別為25 W和6.25 W.而當(dāng)燈兩端電壓為440 V時(shí)，已超過額定電壓，燈將被燒壞. 8.一只電爐的電阻絲和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈電阻相同，都為R，設(shè)通過的電流相同，則(在相同時(shí)間內(nèi))下列說法正確的是(　　) A.電爐和電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生的電熱相等 B.電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐消耗的功率 C.電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓 D.電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等 答案　ABC 解析　由Q＝I2Rt知A正確；由P＝IU知B正確；對(duì)于電爐U＝IR，而電動(dòng)機(jī)U>IR，所以C正確，D錯(cuò)誤. 9.浙江臨海括蒼山風(fēng)電場總裝機(jī)33臺(tái)，其中1號(hào)風(fēng)場10臺(tái)，2號(hào)風(fēng)場7臺(tái)，3號(hào)風(fēng)場16臺(tái)，總?cè)萘?.98107W.在家電中待機(jī)能耗較大是電視機(jī)，現(xiàn)階段我國平板電視保有量達(dá)到2.5億臺(tái)，平均每臺(tái)待機(jī)功率為8 W.請估算括蒼山風(fēng)電場發(fā)電多久可供全國的平板電視待機(jī)一天(　　) A.一天 B.一個(gè)月 C.一百天 D.一年 答案　C 解析　2.5億臺(tái)電視機(jī)每天耗電E＝npt天，設(shè)括蒼山風(fēng)電場發(fā)電t天可供全國的平板電視待機(jī)一天，則P容t＝npt天，t＝＝天＝100天，故應(yīng)選C. 10.一只電動(dòng)機(jī)的電阻為0.5 Ω，正常工作時(shí)通過它的電流為20 A，在10 s內(nèi)轉(zhuǎn)化的機(jī)械能為4.2104 J，求：在這10 s內(nèi)電流做了多少功？電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量為多少？ 答案　4.4104 J　2.0103 J 解析　先計(jì)算電熱，Q＝I2Rt＝2.0103 J， 再根據(jù)W＝Q＋E機(jī)， 故W＝2.0103 J＋4.2104 J＝4.4104 J.