資源簡介

18.4 焦耳定律
一、課堂學習任務
知識點1：探究電熱的影響因素
電流的熱效應：
實驗：探究電熱的影響因素
電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關
根據生活經驗你的猜想有哪些？
①研究方法：
Ⅰ.當一個物理量與多個因素有關時，應該用 方法研究
Ⅱ. 實驗中通過觀察 現象來比較電流產生熱量的多少，這種研究方法叫 。
②實驗1：研究電熱與電阻關系，應該保持 、 因素不變？
設計電路：
結論：
②實驗1：研究電熱與電流關系，應該保持什么因素不變？如何讓電阻一定，電流不一樣呢？
設計電路：
你還有別的方案嗎？（畫出電路圖）
知識點2：焦耳定律
定義：
公式：
理解：（判斷正誤）
A．根據Q=可知，時間相同，電阻越大，電流產生的熱量越少 （ ）
B．根據Q=I2Rt可知，時間相同，電阻越大，電流產生的熱量越多 （ ）
C．根據Q=UIt可知，電流產生的熱量與電阻無關 （ ）
D．根據Q=I2Rt可知，時間和電流相同時，電阻越大，電流產生的熱量越多 （ ）
知識點3：電熱的利用和防止
電熱的利用
生活中哪些電器應用了電熱原理：比如電爐、 、 、 、
電熱的危害
有些時候我們并不需要產生熱量，但不可避免的會有，有哪些防止危害的手段呢？
二、隨堂練習
1．下列現象中，通過做功改變內能的是（　　）
A．人曬太陽感到暖和 B．在蒸籠里加熱饅頭
C．感冒發燒，用冷毛巾敷額頭 D．電爐通電后，電熱絲變紅
2．如圖甲、乙所示，相同容器中裝有質量相同的純凈水，用不同電加熱器加熱，忽略散熱損失，得到如圖丙所示的水溫與加熱時間的圖像，下列說法正確的是（　　）
A．加熱相同時間，兩容器中水吸收的熱量相同
B．吸收相同的熱量，甲容器中水的末溫比乙容器中水的末溫高
C．升高相同溫度，甲、乙容器中水吸熱之比為2∶3
D．甲、乙兩容器中加熱器的電阻之R1和R2比為2∶3
3．如圖是探究電流通過導體產生的熱量與 關系的實驗裝置，實驗中用U形管內液面的 反映導體產生熱量的多少。
4．如圖所示電路，，，開關閉合后，通過R2的電流為2A，則R2通電1min產生的熱量是 J。
5．傍晚用電高峰時，小亮關閉家中其他用電器，讓額定電壓220V額定功率為1210W的電熱水器單獨工作72s，家中如圖所示的電能表的轉盤轉了50r，熱水器的實際功率為 kW，可能的原因是因為用電高峰時電壓偏低，家庭電路實際電壓為 V。若不計能量損失，這段時間內熱水器中50L的水可升溫 ℃（保留兩位小數）。由于熱水器的功率遠大于冰箱，從安全用電的角度考慮，熱水器的電源線比冰箱的要 （選填“粗”或“細”）。
6．如圖所示為導線的兩種接法，連接段電阻較大的是 圖，在相同電路中，更容易出現故障的是 圖，若圖乙連接段導線電阻為2.5×10-4Ω，電路電流為0.2A，則1min內此連接段產生的熱量為 J。
7．某電動機在220V的電壓下正常工作時，流過電動的線圈的電流是10A，已知線圈的電阻是2Ω，若電動機正常工作時間100秒，電動機電流做的功是 J；線圈產生的熱量是 J。
8．小昕做了“探究電流產生的熱量與電阻大小的定性關系”的實驗。
（1）如圖1所示，兩個完全相同的燒瓶，分別裝有初溫和質量相等的花生油，插入相同的溫度計，分別裝入電阻。請你幫忙完成實物圖的連接，使電路能達到實驗目的 。
（2）該實驗中，小昕是通過觀察 的變化來比較電阻所產生熱量的多少，使用了 （選填“轉換法”“控制變量法”或“比值定義法”）。
（3）閉合開關，2min后，小昕發現乙瓶中溫度計的示數比甲瓶的高，繼續加熱到3min、4min、5min，她觀察到的結果依然如此。由此可以得出結論： ；
（4）小昕將實驗進行了改進，如圖2所示，她將電阻為4Ω的鎳鉻合金絲和電阻為0.5Ω的銅絲串聯接入電路，用兩張完全相同的紙巾分別將它們包住，并分別在紙巾上滴了一滴花生油，通電后約10s，只看到包在4Ω鎳鉻合金絲上的紙巾冒煙，請你評估改進后的實驗有何優點？ 。
（5）若小昕想進一步探究“電流產生的熱量與電流大小的關系”，只需要在圖1電路中分別接入一只電流表和一個 。
試卷第1頁，共3頁
參考答案：
1．D
【詳解】A．人曬太陽，從太陽吸收熱量、內能增加、溫度升高，是利用熱傳遞改變物體的內能，故A不符合題意；
B．在蒸籠里加熱饅頭，饅頭吸收熱量、溫度升高，是利用熱傳遞改變物體的內能，故B不符合題意；
C．用冷毛巾敷額頭，冷毛巾從頭上吸收熱量，使頭的溫度降低，是利用熱傳遞改變物體的內能，故C不符合題意；
D．電熱絲發熱變紅是電流做功，將電能轉化為內能，是通過做功改變物體內能的，故D符合題意。
故選D。
2．D
【詳解】A．由圖丙可知，加熱相同時間，甲、乙升高的溫度不同，而甲、乙容器內水的質量相同，根據Q吸=cm t可知，量容器內 水吸收熱量不相同，故A錯誤；
B．根據題意可知，甲、乙容器內水的質量相同，由可知，吸收相同的熱量，甲、乙容器內水升高的溫度相同，由于水的初溫相同，所以甲、乙容器內水的末溫相同，故B錯誤；
C．甲、乙容器內水的質量相同，升高的溫度相同，由Q吸=cm t可知，甲、乙容器內水吸收的熱量相同，即吸熱之比為1∶1，故C錯誤；
D．由圖丙可知，水的溫度從20℃升高到40℃時，甲的加熱時間為2min，乙的加熱時間為3min； 兩容器中水的質量相同，升高的溫度相同，由Q吸=cm t可知，兩杯水吸收的熱量相同，由于忽略散熱損失，所以兩加熱器 放出的熱量也相同，即Q1=Q2，由
可知甲、乙兩容器中加熱器的電阻之比
故D正確。
故選D。
3． 電流 高度差
【詳解】[1]裝置中乙容器中兩個5Ω的電阻并聯后再與甲容器中一個5Ω的電阻串聯，根據串聯電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I右=I左，乙容器中兩個5Ω的電阻并聯，根據并聯電路的電流特點知
I右=I1+I2
兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I1=I2，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側通過電流的一半，即是研究電流產生的熱量與電流的關系。
[2]據實驗裝置可知，電流通過導體產生熱量使容器中的空氣受熱膨脹，從而導致U形管中的液面會發生變化，雖然產生熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U形管液面高度差的變化來反映電流通過導體產生熱量的多少，這種研究方法叫轉換法。
4．720
【詳解】R2通電1min產生的熱量
Q=I22R2t=(2A)2×3Ω×60s=720J
5． 1 200 0.34 粗
【詳解】[1]表示電路中每消耗1kW·h的電能，電能表的轉盤轉過2500r，電能表的轉盤轉50r電熱水器消耗的電能
工作時間
該電熱水器的實際功率
[2]電熱水器的電阻是
家庭電路實際電壓為
[3]水的體積
由密度公式可得水的質量
因為不計能量損失，所以水吸收的熱量
由得，水升高的溫度
[4]由于熱水器的功率遠大于冰箱，則根據可知，熱水器工作時通過的電流遠大于通過冰箱電流；由可知，在電源線電阻和通電時間相同時熱水器的電源線上產生的熱量較多；為保證線路安全，電熱水器選擇較粗的電源線，可以減小電源線的電阻，根據可知，在其他條件相同時電源線上產生的熱量減少，可防止電源線過熱而引發安全事故。
6． 甲 甲 6×10-4
【詳解】[1]在圖甲中，導線相連的方式接觸面積小，電阻相對較大；而在圖乙中，導線相連的方式接觸面積大，因此電阻相對較小。所以，連接段電阻較大的是圖甲。
[2]導線的接觸電阻大，產生更多的熱量，當熱量積累到一定程度時，就可能引發火災或短路等故障，因此，在相同電路中，更容易出現故障的是圖甲。
[3]根據焦耳定律Q=I2Rt得，此連接段產生的熱量為
Q=I2Rt=(0.2A)2×2.5×10 4Ω×1×60s=6×10 4J
7．
【詳解】[1]電動機正常工作100秒，電流做的功為
W=UIt=220V×10A×100s=2.2×105J
[2]電流流過線圈產生的熱量為
Q=I2Rt=(10A)2×2Ω×100s=2×104J
8． 溫度計示數 轉換法 在電流和通電時間相同時，電阻越大產生的熱量越多 選用的器材較簡單、實驗現象直觀且用時較短 滑動變阻器
【詳解】（1）[1]探究電流產生的熱量與電阻大小的關系，要控制電流和通電時間相同，應將兩電阻絲串聯起來，如下所示：
（2）[2][3]該實驗中，通過觀察溫度計示數的變化來比較導體所產生熱量的多少，使用了轉換法。
（3）[4]通過甲、乙瓶中電阻絲的電流相同，通電時間相等，而乙瓶中電阻較大，閉合開關，2分鐘后，發現乙瓶中溫度計的示數比甲瓶的高，根據轉換法，乙瓶中電阻產生熱量多，繼續加熱到3分鐘、4分鐘、5分鐘，她觀察到的結果依然如此。由此可以得出結論：在電流和通電時間相同時，電阻越大產生的熱量越多。
（4）[5]改進后的實驗的優點：選用的器材簡單、操作簡單，實驗現象直觀且用時較短。
（5）[6]要探究“電流產生的熱量與電流大小的關系”，需要改變保持電阻絲的阻值和通電時間不變，改變通過電阻絲的電流，可在電路中串聯一只電流表和一個滑動變阻器。

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