初中物理 焦耳定律及其应用

焦耳定律及应用

模块一 电流的热效应

一、知识点

1. 生活现象：在生产、生活实践中，常常需要用电产生热来为我们服务。例如：工厂利用电热炼钢，家庭利用电热来烧水、做饭、取暖等。

2. 定义：电流通过导体时电能转化成热能的现象。

电流通过任何有电阻的导体都会产生热效应。

3. 实验探究：电流的热效应与哪些因素有关

(1)电热与电阻的关系

实验条件：

选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同(记为)、等质量(记为)煤油的玻璃瓶，按如下图的实物图将实验器材连接起来，检查无误后接通电源，通电一段时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度。

实验结论：

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。

(2)电热与电流大小的关系

实验条件：

取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，按如下图所示的电路连接器材。闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与上述实验相同，记录玻璃瓶内煤油的温度。

实验结论：

对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越高，表明电流越大，电流产生的热量越多。

(3)电流与通电时间的关系

实验条件：

按上图实物电路图连好电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数。保持电流大小不变，每隔一段时间记录一次温度计的示数。

实验结论：

对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。

二、例题精讲

【例1】★

请你想象一下，假如没有电流的热效应，下列设备还能工作的是(　　)

A． 白炽灯 B． 电烤箱 C． 保险丝 D． 电磁起重机

【测试题】

下列四种用电器中，利用电流热效应工作的是(　　)

A． 收音机 B． 固定电话 C． 电风扇 D． 电热水器

A、收音机工作时，将电能转化为了声能，是利用了电流的磁效应工作的，故该选项不符合题意；

B、电话是利用电磁波传递信息，利用了电流的磁效应工作的，故该选项不符合题意；

C、电风扇利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，故该选项不符合题意；

D、电热水壶是利用了电流的热效应来加热的，故该选项符合题意．

故选D

【测试题】

用电吹风机吹干湿头发的过程涉及了许多物理知识．下列说法正确的是(　　)

A． 电吹风机中的电动机和电热丝是串联的

B． 湿头发被吹干的过程中，水蒸发放热

C． 电吹风机能吹出热风，应用到了电流的热效应

D． 湿头发被吹起，说明力是维持物体运动的原因

A、因为电吹风机中的电动机和电热丝工作时互不影响，因此它们是并联的．故A错误；

B、汽化有两种方式：蒸发和沸腾．它们在进行时都要吸热．故B错误；

C、电吹风吹出热风，是利用了电流的热效应，电流通过导体是要产生热量的现象．故C正确；

D、力是物体运动状态改变的原因，不是使物体运动的原因．故D错误．

故选C

【例2】★

假设导体没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是(　　)

A． 白炽灯仍然能发光 B． 电动机仍然能转动

C． 电饭锅仍然能煮饭 D． 电熨斗仍然能熨衣服

【测试题】

关于白炽电灯，正确的说法是(　　)

A． 它是利用电流的热效应制成的

B． 白炽电灯的灯丝是用钨丝制成，是因为钨丝的导电性强

C． 灯丝温度越高，电能转化的化学能越多

D． 灯泡中必须充满空气

A、白炽灯之所以能发光，即是热的放光，故其是利用电流的热效应的原理制成的，故该选项正确；

B、白炽电灯的灯丝是钨制成的，因为钨的熔点高的缘故，故该选项错误；

C、灯泡是由于灯丝发热而放光，故灯丝温度越高，电能转化的光能越多，故该选项错误；

D、为了减慢钨丝的蒸发，故一般在白炽灯的玻璃壁内充有惰性气体，故该选项错误；

故选A

【拓展题】

给电动机通电后电动机带动其他机器运转起来，同时电动机的外壳也变得烫手，则下列说法中正确的是 (　　)

A． 电能全部转化为机械能

B． 电能的一部分转化为机械能，另一部分转化为内能

C． 电能全部转化为内能

D． 电能的一部分转化为内能是通过克服摩擦力做功来完成的

模块二 焦耳定律

一、 知识点

1. 焦耳定律的内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

公式中，电流的单位是安(A)，电阻的单位是欧()，时间的单位是秒()，这样，热量的单位是焦()。

2. 电热的利用和防止

(1)电热的利用

利用电流热效应而制成的设备有：电炉、电饭锅、电烤箱等。

(2)电热负面作用的防止

在有的用电器中，由于电流产生的热使用电器的温度上升，当温度上升到一定程度而又未散发出去时，会加速绝缘体和电子元件老化的速度，甚至损坏电子元件。

解决办法：利用流动空气散热。如：电视机的后盖开散热孔；电脑的CPU上安装风扇；电动机外壳上的皱褶可增大散热的面积。

二、例题精讲

【例3】★

电炉丝通过导线接入电路，电炉丝和导线通过的电流相同．为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？

【测试题】

一台电动机正常工作时线圈两端电压为380V，线圈电阻为2Ω，线圈中电流为10A，这台电动机正常工作1s消耗的电能为W和产生的热量为Q分别为(　　)

A． 3800J、200J B． 3800J、3800J C． 72200J、200J D． 72200J、3800J

电动机正常工作1S消耗的电能 W=UIt=380V×10A×1s=3800J

电动机正常工作1S产生的热量：Q=I2Rt=(10A)2×2Ω×1s=200J

故选A

【例4】★

一个额定电压为12V的小型电动机正常工作时，测得通过电动机的电流是0.5A，工作10min，电流做功为　 　J，在这10min内该电动机线圈产生的热量是360J，则电动机线圈的电阻是　 　Ω．

【测试题】

如图电路，电源电压保持12V不变，标有“10V 4W”的灯泡L与滑动变阻器R串联接在电路中．闭合S，调节滑片P使灯泡L正常发光，此时灯泡L的电阻RL为　 　Ω，电路中的电流为　 　 A，通电2min，变阻器R上产生的热量为　 　 J。

因为灯正常发光，根据“10V4W”求得灯泡的电阻为：RL==25Ω，通过灯的电流为：I==0.4A．

因为灯与变阻器串联，则滑动变阻器两端的电压为：U滑=U﹣U额=12V﹣10V=2V，

所以变阻器上产生的热量为：Q=U滑It=2V×0.4A×120s=96J．

故答案为：25；0.4；96．

【例5】★★

如图所示是“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验装置，两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插一支温度计，则闭合开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过　 　反映出来的；采用这种连接方式的目的是　 　．

【测试题】

如图为一种电磁炉原理示意图，它是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁磁性材料制成的烹饪锅，在锅体形成无数小的涡流(感应电流)．同时被磁化的铁磁材料分子因摩擦，碰撞而发热，从而使锅体自身发热达到加热食物的目的．小明对家里的电磁炉进行研究，功率调节范围是120W～2200W．以下关于电磁炉的说法错误的是(　　)

A． 使用电磁炉加热食物时，不能用铜锅

B． 使用电磁炉加热食物时，将电能转化为内能

C． 使用电磁炉加热食物时，热量是由锅传递给电磁炉

D． 使用电磁炉加热食物时，热量是由电磁炉传递给锅

A、使用电磁炉加热食物时，必须使用磁性材料制成的锅，不能用铜锅，该选项说法正确，不符合题意；

B、使用电磁炉加热食物时，电能转化为内能，该选项说法正确，不符合题意；

C、使用电磁炉加热食物时，锅体自身发热加热食物，热量是由锅传递给电磁炉，该选项说法正确，不符合题意；

D、电磁炉工作时，磁场的变化使锅体形成无数小的涡流，锅体自身发热，热量由锅传向电磁炉，该选项说法不正确，符合题意．

故答案为：D

【例6】★★

我们家乡进行了供电线路的改造，改造的内容之一就是把电线换成更粗的，使它的电阻变　 　，电流在导线产生的热量　 　．

【测试题】

电吹风是现代家庭常用的电器，小华使用过程中发现电吹风既可以吹热风，又可以吹冷风．根据这个现象她断定：在电吹风中有带有风扇的是电动机和可以发热的电热丝．分析画出了两个电路图．

(1)你认为甲乙两个电路，　 　更符合实际情况．

(2)小华查看说明书得知，该型号电吹风吹热风时的功率为460W，吹冷风时的功率为20W，则电吹风正常工作且吹热风时，电热丝的功率是　 　W，电阻在1min内电流通过电热丝产生的热量是　 　J．

(1)①甲图中，开关置于1和2之间时，电动机不能工作，只加热，不吹风，这样吹风机会因过热而烧坏；

开关置于2和3之间时，电热丝和电动机都工作，吹热风；

②乙图中，开关置于1和2之间时，电动机工作，吹冷风，开关置于2和3之间时，电热丝和电动机都工作，吹热风．

由以上分析可知，乙的电路更符合实际情况．

(2)①由于吹热风时，电热丝与电动机并联，P总=P电热丝+P电动机，

∴电热丝的功率：P电热丝=P总﹣P电动机=460W﹣20W=440W

②∵P= ，∴1min内电流通过电热丝所产生的热量

Q=P电热丝t=440W×60s=26400J=2.64×104J．

故答案为：(1)乙；(2)440；26400．

【例7】★★

如图所示是一个能吹冷热风的电吹风简化电路图，其中A是吹风机，B是电热丝．将它接入家庭电路，只闭合S1，电吹风吹冷风；若再将S2闭合(　　)

A． 电路中的总电阻增大 B． 电路中的电流减小

C． 吹风机两端的电压减小 D． 电路的总功率增大

【测试题】

如图所示为一款有高、低温两挡的蒸汽电熨斗电路原理图，R1、R2为电热丝，其中R2=242Ω．工作时，水升温并汽化成水蒸气，从而熨烫衣服．

(1)电热丝是利用电流的　 　效应工作的．分析电路图，闭合S1，当S2　 　（选填“断开”或“闭合”）时，电熨斗处于高温挡．

(2)电熨斗处于低温挡时，正常工作功率为1100W，则通过电路的电流是 A ，R1的电阻是 Ω，通电3min产生的热量是 J.

(1)电熨斗工作时，电流流过电阻产生热量，对水加热，使水汽化为蒸汽，因此电热丝是利用电流的热热效应工作的；由电路图知，闭合S1，当S2断开时，只有电阻R1接入电路，此时电路阻值最大，由P= 可知此时电路功率最小，电熨斗处于低温档；由电路图可知，闭合S1，当S2闭合时，两电阻丝并联，电路电阻最小，电源电压U一定，由P= 可知此时电路功率最大，电熨斗处于高温挡；

(2)通过电路的电流I= =5A，

所以，R1的电阻R1= =44Ω；

通电t=3min=180s，产生的热量Q=Pt=1100W×180s=1.98×105J．

故答案为：(1)热；闭合；(2)5；44；1.98×105．

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/5b1af284bf23482fb4daa58da0116c175e0e1ef1.html