164科學(xué)探究電流的熱效應(yīng)

滬科版九年級第十六章《電流做功與電功率》16.4科學(xué)探究：電流的熱效應(yīng)【知識梳理】一、電流熱效應(yīng)1.電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。2.探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)電熱與通電時(shí)間的關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)過程體現(xiàn)出來，對于某一個(gè)電阻絲所在容器，通電時(shí)間越長，溫度升高的度數(shù)越高，說明通電時(shí)間越長，電流通過電阻產(chǎn)生熱量越多。在研究電流與電流關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，增大通過電阻絲的電流，發(fā)現(xiàn)電流越大，電阻所在容器溫度上升的較高，說明在電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，電流越大，電流通過電阻產(chǎn)生熱量越多。在研究電熱與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，利用兩個(gè)電阻串聯(lián)的電流相等，電阻大的容器中的溫度計(jì)升高的溫度高，說明電流通過電阻產(chǎn)生熱量多。即在電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，電流通過電阻產(chǎn)生的熱量越多。通過本次實(shí)驗(yàn)可以得出電流通過電阻產(chǎn)生熱量的多少與電流、電阻和通電時(shí)間都有關(guān)。電流越大、電阻越大、通電時(shí)間越長，電流通過電阻產(chǎn)生熱量越多。3.在設(shè)計(jì)電路時(shí)要利用控制變量的思想，電流、電阻和通電時(shí)間都能影響電熱的大小，在探究其中一個(gè)物理量時(shí)，要控制其它量相同。在探究電熱與電阻關(guān)系時(shí)，要控制電流相同，結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，利用串聯(lián)電路電流相等，所以把兩個(gè)阻值不同的電阻串聯(lián)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在探究電熱與電流關(guān)系時(shí)，要控制電阻一定，電流不同，因而通過調(diào)節(jié)滑動變阻器改變通過電阻的電流。4.本實(shí)驗(yàn)是利用電阻絲加熱液體（煤油）來反映電流通過電阻產(chǎn)生熱量的多少，現(xiàn)象比較明顯，測量方便。實(shí)驗(yàn)中也可以利用空氣的熱脹冷縮的性質(zhì)，用密閉容器連接U型管，通過U型管兩側(cè)液面高度差的變化來比較放出熱量多少。二、焦耳定律1.焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，與電流的二次方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。2.焦耳定律公式：Q=I2Rt。式中單位Q→焦(J)；I→安(A)；R→歐(Ω)；t→秒。3.當(dāng)電流通過導(dǎo)體做的功(電功)全部用來產(chǎn)生熱量(電熱)，則有W=Q，可用電功公式來計(jì)算Q，如電熱器、純電阻就是這樣的。4.電熱和電能的關(guān)系：在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，Q=W。如電爐子。在非純電阻電路中，電能只有部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電熱小于電能，即Q<W?！疽族e點(diǎn)】 使用焦耳定律公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，公式中的各物理量要對應(yīng)于同一導(dǎo)體或同一段電路，與歐姆定律使用時(shí)的對應(yīng)關(guān)系相同。當(dāng)題目中出現(xiàn)幾個(gè)物理量時(shí)，應(yīng)將它們加上角碼，以示區(qū)別。注意:W=Pt=UIt適用于所有電路，而只用于純電阻電路(全部用于發(fā)熱)。【規(guī)律總結(jié)】在串聯(lián)電路中，由于通過導(dǎo)體的電流相等，通電時(shí)間也相等，根據(jù)焦耳定律可知電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電阻成正比。具體比例關(guān)系為：在并聯(lián)電路中，由于導(dǎo)體兩端的電壓相等，通電時(shí)間也相等，根據(jù)焦耳定律可知電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電阻成反比。具體比例關(guān)系為：【典例分析】（2022·江蘇無錫·中考真題）用如圖所示的裝置探究影響電流熱效應(yīng)的因素，三個(gè)相同的錐形瓶內(nèi)均裝有質(zhì)量相等的煤油，電阻絲R1、R2、R3浸沒在煤油中，其中R1=R3=6Ω、R2=3Ω。閉合開關(guān)前，記錄下煤油的初溫度t0；接通電源，同時(shí)閉合開關(guān)S1、S2，記錄下電流I，通電相同時(shí)間，記錄下煤油的末溫度，結(jié)果如表所示，則R1、R2所在錐形瓶中的煤油升溫所吸收的熱量之比為_________比較①③可知，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與____________有關(guān)；比較____________（選填序號）可知，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻有關(guān)，若要探究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通電時(shí)間的關(guān)系，應(yīng)進(jìn)行的探究是：____________。序號電阻電流I/A初溫度t0/℃末溫度/℃①R11.02030②R21.02024③R31.52044【思路小結(jié)】分析探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，要特別注意科學(xué)研究方法的應(yīng)用。一是控制變量法的應(yīng)用，在探究電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻、通電時(shí)間中某個(gè)因素的關(guān)系時(shí)，必須控制其他變量；二是轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)中把無法直接測量的電熱轉(zhuǎn)換為便于觀察的溫度計(jì)示數(shù)?！緤Z冠訓(xùn)練】一、單選題1．（2022·湖北湖北·中考真題）某款家用電熱取暖器有兩個(gè)檔位，它正常工作時(shí)，下列說法正確的是（）A．取暖器的電熱絲是由電阻率小、熔點(diǎn)高的材料制成B．“高溫”檔一定比“低溫”檔產(chǎn)生的熱量多C．“高溫”檔一定比“低溫”檔的工作電阻大D．連接電熱絲的導(dǎo)線比電熱絲的電阻小2．（2022·遼寧阜新·中考真題）下列家用電器中，利用電流的熱效應(yīng)工作的是A．電風(fēng)扇 B．電飯鍋 C．吸塵器 D．電視機(jī)3．（2022·陜西咸陽·九年級期末）下列事例，屬于防止電流熱效應(yīng)產(chǎn)生危害的是（）A．養(yǎng)雞場使用電熱孵化器孵小雞 B．家里使用電飯鍋煮飯C．小明媽媽用電熨斗熨衣服 D．電視機(jī)的后蓋有很多孔4．（2022·貴州安順·九年級期末）規(guī)格相同的用電器，它們正常工作時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量最多的是（）A．電冰箱 B．電腦 C．電風(fēng)扇 D．電烙鐵5．（2022·湖南常德·中考真題）用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”。以下說法中不正確的是（）A．觀察溫度計(jì)的示數(shù)比較電流產(chǎn)生的熱量B．該實(shí)驗(yàn)裝置可以探究通電時(shí)間一定時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系C．該實(shí)驗(yàn)裝置還可以探究通電時(shí)間一定時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系D．甲、乙兩瓶中可以裝質(zhì)量相同的不同液體6．（2022·重慶市璧山中學(xué)校九年級期末）如圖所示，在“探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置中，兩個(gè)透明容器中分別接入了電阻絲R1和R2，且密封著等量的空氣。將導(dǎo)線a和b接入電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列說法錯誤的是（）A．在相同時(shí)間內(nèi)右側(cè)容器中空氣內(nèi)能增加的更大B．若R1和R2阻值等于10Ω，則可以探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系C．去掉5Ω的電阻，若要探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系，則R1和R2電阻不同D．該實(shí)驗(yàn)裝置可以探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通電時(shí)間的關(guān)系7．（2022·河南新鄉(xiāng)·九年級期末）如圖所示，電爐絲與兩根導(dǎo)線串聯(lián)連接到家庭電路中，電爐子通電電爐絲很快就熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不熱。你能根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象可以提出的最有探究價(jià)值且易于探究的科學(xué)問題是（）A．電流通過電爐絲產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)？B．電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流大小有什么關(guān)系？C．電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體電阻有什么關(guān)系？D．電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)？8．（2022·陜西咸陽·九年級期末）如圖所示，某商場一名顧客乘坐自動扶梯上樓，自動扶梯由電動機(jī)帶動而勻速運(yùn)動。電動機(jī)的電阻為R，兩端的電壓為U，工作電流為I，上樓時(shí)間為t，在此過程中，電動機(jī)產(chǎn)生的熱量為（）A． B． C． D．二、填空題9．（2022·重慶萬州·九年級期末）如圖所示，英國物理學(xué)家________，做了很多實(shí)驗(yàn)研究熱與功之間的聯(lián)系以及電流的熱效應(yīng)；研究電流的熱效應(yīng)時(shí)，由于有多個(gè)因素影響導(dǎo)體的發(fā)熱，所以探究過程應(yīng)采用________的科學(xué)探究方法。10．（2022·廣西貴港·九年級期末）小華家電熱毯內(nèi)的電阻絲斷了，爸爸將兩個(gè)斷頭接上后想繼續(xù)使用，被小華阻止了。原因是：電阻絲接頭處發(fā)熱多，接頭處與電阻絲其他部分是串聯(lián)的，通過它們的電流大小是______的。但電阻絲接頭處的______較大，長時(shí)間使用會導(dǎo)致電熱毯被燒焦。11．（2022·陜西咸陽·九年級期末）如圖所示，電源電壓恒為3V，R1的阻值為10Ω，閉合開關(guān)后，電流表的示數(shù)為0.5A，則通過R1的電流為______A，R2的阻值為______Ω，通電5min，電路產(chǎn)生的總熱量為______J。12．（2022·廣東陽江·九年級期末）兩個(gè)電加熱器的電熱絲的電阻之比為R1∶R2＝3∶2，若將它們串聯(lián)在電路中，它們兩端的電壓之比U1∶U2＝_____，在相同時(shí)間里產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2＝_____；若將它們并聯(lián)在電路中，通過它們的電流之比I1∶I2＝_____。13．（2022·陜西咸陽·九年級期末）如圖所示是通過導(dǎo)體A、B的電流與其兩端電壓的關(guān)系圖像，分析圖像可知導(dǎo)體A的電阻________（選填“>”“=”或“<”）導(dǎo)體B的電阻；當(dāng)導(dǎo)體A兩端的電壓為0V時(shí)，導(dǎo)體A的電阻為________Ω；當(dāng)通過導(dǎo)體B的電流為0.4A時(shí)，1min內(nèi)，導(dǎo)體B產(chǎn)生的熱量為________J。14．（2022·山東淄博·九年級期末）如圖所示的電路中，R1的阻值為15Ω，閉合開關(guān)S，電流表的示數(shù)為0.3A，電壓表的示數(shù)為3V，則R2的阻值為_____Ω，通過R1的電流為_____A，通電1min電阻R1產(chǎn)生的熱量是_____J，電路消耗的總功率為_____W。15．（2022·江蘇鎮(zhèn)江·九年級期末）如圖甲所示為某型號的電烤箱，有“高溫”和“低溫”兩擋，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路示意圖如圖乙所示，其中R1和R2均為發(fā)熱電阻；當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，電路是_____（選填“高溫”或“低溫”）擋；當(dāng)開關(guān)S分別接“1”和“2”時(shí)，電流表的示數(shù)分別為5A和2A，則電阻R2為_____Ω；電烤箱處于“高溫”擋工作10min產(chǎn)生熱量為_____J。三、簡答題16．（2022·福建省寧德市教師進(jìn)修學(xué)院九年級期末）物理實(shí)驗(yàn)室里經(jīng)常使用電烙鐵，電烙鐵是電子制作和電器維修的必備工具，主要用途是焊接元件和導(dǎo)線。工作時(shí)，烙鐵頭溫度達(dá)到300℃，可以熔化金屬錫，而連接它的導(dǎo)線卻不怎么熱，解釋其中的原因。四、實(shí)驗(yàn)題17．（2022·陜西咸陽·九年級期末）利用如圖所示的裝置探究“導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系”。燒瓶中銅絲電阻小于鎳鉻合金絲電阻。（1）實(shí)驗(yàn)中兩金屬絲產(chǎn)生熱量的多少是通過觀察______反映出來的。這里采用的物理研究方法是______法；（2）為了便于比較兩根電阻絲通過電流后產(chǎn)生熱量的多少，A、B兩瓶中要裝入______相等、初溫相同的同種液體。為了在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到明顯的實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)時(shí)選用煤油而不選水，是因?yàn)槊河偷谋葻崛輄_____（選填“大于”、“等于”或“小于”）水的比熱容；（3）通電一定時(shí)間后，可以看到______瓶中煤油溫度升得高，這表明在相同時(shí)間內(nèi)，電流相同的情況下，導(dǎo)體的電阻越______，電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量越多；（4）如果在兩燒瓶中分別裝入質(zhì)量相等的不同液體，并接入兩根阻值______（選填“相同”或“不同”）的電阻絲，就可用這個(gè)裝置來探究兩種不同液體的吸熱性質(zhì)。18．（2022·吉林·大安市樂勝鄉(xiāng)中學(xué)校九年級期末）如圖是小紅探究“電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)透明容器中密封著質(zhì)量和初溫相同的空氣。接通電源后，容器中的空氣被加熱而膨脹，通過觀察U形管中液面高度變化比較電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量。（1）小紅利用如圖的裝置探究電流產(chǎn)生的熱量與______的關(guān)系，通電一段時(shí)間后______（選填“甲”或“乙”）容器內(nèi)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多；（2）斷開電路，讓實(shí)驗(yàn)裝置冷卻到初始狀態(tài)，把乙容器并聯(lián)的兩根電阻絲都放入乙容器中，小紅這樣做是為了探究電流產(chǎn)生的熱量與______的關(guān)系，通電一段時(shí)間后，甲、乙兩個(gè)容器中______容器中電阻絲產(chǎn)生的熱量多；（3）如果乙裝置中R3發(fā)生斷路，則左側(cè)容器中電阻絲R1的發(fā)熱功率將______（選填“變大”、“變小”或“不變”）。19．（2022·河北保定·九年級期末）小明用如圖所示的裝置探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系。已知R甲>R乙，燒瓶及配屬裝置的材料、規(guī)格相同。（1）甲、乙兩燒瓶中裝入質(zhì)量___________的煤油。（選填“相等”或“不相等”）。實(shí)驗(yàn)過程中通過比較___________來反映電流產(chǎn)生熱量的多少；（2）將兩電阻絲串聯(lián)是為了控制通過電阻絲的___________和通電時(shí)間相等，閉合開關(guān)，通電一段時(shí)間后。觀察發(fā)現(xiàn)___________瓶中煤油吸收的熱量更多；[拓展]小華提議。利用該裝置改做“探究水和煤油吸熱升溫的快慢”的實(shí)驗(yàn)。為此，他們對裝置及實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行變換，一是甲、乙兩燒瓶中安裝的電阻絲的阻值___________（選填“相等”或“不相等”）；二是將其中一個(gè)燒瓶中的煤油換成___________和初溫相等的水。閉合開關(guān)，通電一段時(shí)間后，小華發(fā)現(xiàn)甲瓶中溫度計(jì)示數(shù)升高10℃，乙瓶中溫度計(jì)示數(shù)升高5℃，則___________（選填“甲”或“乙”）瓶中液體的比熱容較大。五、計(jì)算題20．（2022·河北唐山·九年級期末）如圖所示的電路中，R1＝2Ω，R2＝4Ω，閉合開關(guān)S后，電流表的示數(shù)為0.5A。求：（1）電源