影响电热的因素
【情景引入】
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。（电视机、电脑、电热器、热水器、饮水机、电熨斗、电烤箱、电烤炉等等） 焦耳（1818～1889），英国物理学家。他极力想从实验上去证明能量的不灭。对发现和确立能量守定律作出了主要贡献。1840年，焦耳经过了多次通电导体产生热量的实验发现电能可以转化为热能，并且得出了一条定律，导体在一定时间内放出的热量同电路的电阻以及电流强度二次方的乘积成正比，即焦耳定律。焦耳并不满足，在这一发现的基础上，仍继续探讨各种运动形式之间的能量守恒和转化的关系。1843年，发现了热功当量，并测出其数值。1850年，他又写了《论热功当量》的论文，总结和分析了以往工作的结果。以后，焦耳继续改进实验方法，不断提高实验的精确度，最后得到热功当量的值比现在的公认的值只小0.7%，从当时的条件来看，这样的精确度是惊人的。焦耳在科学道路中勇于攀登，不怕困难，精益求精的精神，很值得大家学习。 【基础知识抽查】
一、 电流的热效应：电流流过导体时，导体就要发热，这种现象叫做电流的热效应
二、 影响因素：电阻、电流、时间
现象：电炉丝和导线通过的电流相同 。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热呢？
思考：电流通过导体时产热(简称电热)多少跟什么因素有关？
三、 探究实验：
(一) 实验研究方法：控制变量法、转换法
(二) 探究实验（1）：
条件：等量煤油，电流相同，时间相同
结论：电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多
(三) 探究实验（2）：
条件：通电时间相同，电阻相同
结论：在通电时间一定、电阻相同时，通过的电流越大，产生的热量越多
(四) 结论：在电阻相同，通过电流相同，通电时间越长，产生热量越多
四、 焦耳定律：英国物理学家焦耳通过大量的实验，于1840年精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律
(一) 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
(二) 公式：Q = I ² R t
(三) 与电功关系：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W
即Q = W = Pt = UIt = IR It = I2Rt
【例题解析】
例1、 电流的热效应是电流通过导体时__电能__转化成_热__的现象。电热器是利用电流的_热效应__制成的加热设备。
例2、 白炽灯是根据电流的__热__效应工作的。灯丝做成螺旋状是为了__减少__（选填“增大”或“减少”）散热，以便更好地发光。
例3、 如图所示为“iPad”的充电器，参数标有5V 2.1A，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A，电板充满电所储存的电能是113400J。充电时的能量转换是电能转化为__化学__（化学/内）能。若“iPad”充电时以最大输出电流充电，要将空电板充满电需要_3__h， 小明觉得充电时间太长了，他想为什么苹果公司在设计时不把最大输出电流提高呢？这样可以实现快速充电，于是他请教了物理老师，老师告诉了他一个信息，影响锂电池寿命的最大杀手是电板发热，小明恍然大悟，请你解释其中的原因__由于电流热效应，充电电流越大，单位时间电池产生的热越多，容易损坏电板___。
例4、 “ 在研究电流产生的热量跟电流的关系”的实验中，应保持_电阻__、_时间__一定，用__滑动变阻器_改变电阻丝的电流。
例5、 用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。
（1）实验中通过观察__温度计示数的变化__来比较电流产生的热量的多少。
（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不是用水，主要是由于_煤油的比热容小，吸热升温快__。
（3）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入_质量相同__、__初温相同__的同种液体。
（4）为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能__相同___。
（5）实验结论是__在电流、通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多__。
（6）该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与__电流大小__的关系。你还需要的操作是_移动滑动变阻器的滑片，比较通电时间相同时，甲（或乙）烧瓶中温度计示数的变化_
例6、 一根100Ω的电阻丝通过的电流是2A，它的电功率是_400_W通电1min时产生的热量是_24000_J。
例7、 电阻R1、R2串联在电路中，R1=4，R2=6，则P1:P2=_2:3_。Q1:Q2=__2:3__。
例8、 某加热装置的工作原理如图所示，两电阻丝的阻值相等，电源电压不变，它有加热和保温两个工作状态。当开关S1接b，S2断开时，它是处于 保温 状态，此时电路功率为P1；当开关S1接a，S2闭合时，电路功率为P2，则P1∶P2＝ 1:4 。
例9、 为研究温度对种子发芽的影响，课外活动小组要做一只电烘箱，要求在60s内产生9.68
×103J的热量，使用的电源电压为220V，则该电烘箱电热丝的电阻应为__300__Ω；若手边只有阻值为200Ω若干根，要得到所需的电阻，你的方法是_把两个200Ω的电阻并联后再与200Ω的电阻串联__。
例10、 用电热水壶装2kg的水，通电后2min后，测出水温从20℃上升到30℃，在此过程中，水吸收热量_ 84000 ___J ，水的内能__增加_，（此空填“增大、减小或不变”）要放出这么多热量，电热水壶的功率为__700__W。[c水=4.2×103J／(kg•℃)]
例11、 饮水机是一种常用的家用电器，其加热水槽部分工作原理电路图如图，其中S是一个温控开关，R1为电加热管，当饮水机处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度时，S自动切换到另一处于保温状态.请回答下列问题：
（1）A、B是两种不同颜的指示灯。如果用红表示正在对水加热，黄表示保温，请标
明指示灯的颜，应该是A为红 ，B为 黄 。
（2）若饮水机加热时加热管的功率为550W，而保温时加热管的功率为88W，则电阻R2的阻值为 132Ω （不考虑温度对阻值的影响，且不计指示灯的阻值）
【巩固练习】
1. 假设所有导体都没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（ B ）
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
2. 电炉丝通电后热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这是因为（ B ）A．通过电炉丝的电流比通过铜导线的电流大
B．铜导线的电阻小，因而产生的热量少，而电炉丝电阻大产生的热量多
C．铜导线有绝缘层，所以不怎么热
D．铜导线比电炉传热快，所以不容易热
3. 关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（ D ）
A．根据Q=I2Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
B．根据Q=U2t/R可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
C．根据Q=UIt可知，相同时间内，相同时间内产生的热量与电阻无关
D．根据Q=I2Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
4. 在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热，老化更快。原因是连接处( D )
A．电流比别处小，产生的热量多 B．电流比别处大，产生的热量多
C．电阻比别处小，产生的热量多 D．电阻比别处大，产生的热量多
5. 有三根电阻丝，接在电压恒定不变的电源上，产生的热量全部用来烧水，要使用同一壶水在最短的时间内烧开，那么这三根电阻丝应是( B )
A．三根串联 B．三根并联
C．两根串联起来，再跟第三根并联 D．两根并联起来，再跟第三根串联
6. 2012年9月，德国莱比锡大学的研究人员宣布了一项研究进展：石墨颗粒能够在室温下表现出超导性。利用超导材料电阻为零的特性，你认为超导材料最适合用来做（ A ）
A. 输电导线 B. 白炽灯丝 C. 电炉丝 D. 保险丝
7. 如图所示，是某电器内部的电路结构图，R1、R2为阻值相同的电热丝．不同的连接方式其发热功率不同下列说法不正确的是( A )
A．甲的发热功率与丙的发热功率相等 B．丁的发热功率是丙的发热功率的2倍
C．丙的发热功率是乙的发热功率的2倍 D．丁的发热功率是乙的发热功率的4倍
8. 如图所示的电路中，有带风叶的小电动机一只，电热丝一段，开关两只（S1、S2），插头一只，导线若干，利用这些器材可以连接成一个有冷、热两档风的电路．要求：只闭合开关S1时吹冷风；只闭合S2时既无冷风又不发热；同时闭合S1、S2时吹热风．请用笔画线做导线按要求将图中的元件连接起来.（连线不能交叉）
9. 微波炉是一种清洁卫生无污染，效率较高的家用电器。某微波炉的铭牌如下表所示。将体积为275ml、初温是20℃的水放入该微波炉中用最大功率加热1min，取出后测得水温是40℃。若水的比热容为4.2×103J/(kg・℃)。求：
防触电保护类型I类 | 额定容积20L |
型号NN-S313WF | 电源频率50Hz |
额定电压220V | 质量12kg |
最大功率1100W | |
| |
（1）微波炉加热时，电路中的电流是多少？
（2）加热过程中消耗的电能是多少？
（3）加热过程中，水吸收的热量是多少？
解：（1）根据P=UI得，I=P/U=1100w/220V=5A
（2）方法一：根据W=Pt得，微波炉消耗的电能是：W=Pt=1100W×60s=6.6×104J
方法二：根据W=Pt得，微波炉消耗的电能：W=Pt=1.1×1/60h≈0.0183kWh(0.0183∽0.02kWh都给满分)
方法三：W=UIt=220V×5A×60s=6.6×104J
（3）根据ρ=m/V 得：m=ρV=1.0×103kg/m3×275×10-6m3=0.275kg
Q=cm(t-t0)得，水吸收的热量：Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg・℃) ×0.275kg×(40℃-20℃)=2.31×104J
10. 有一种电饭锅（如图甲），它上面的铭牌如图乙所示，内部电路如图丙所示。R1是加热电阻，R2是限流电阻，R2的阻值为484Ω。煮饭时接通220V电源，闭合手动开关S1，电饭锅处在加热状态。当锅内食物温度达到103℃时，开关S1会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合。S2是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合。问：
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