专题30 焦耳定律的实验探究及其应用-2021年中考物理71个三点专题高分三部曲

专题30 焦耳定律的实验探究及其应用 知识点1：探究焦耳定律实验思路 1.控制变量法 在探究电热的多少与电流的关系时，应控制两个电阻丝的阻值相同；在探究电热的多少与电阻的关系时，要控制通过两个电阻丝的电流相同，最好的方法当然是采用串联。这里就应用了控制变量法。 当要研究的一个物理量与另外几个物理量都有关系时，为简化和方便，先研究与其中一个量的关系，而要控制其余几个量不变．这种研究问题的方法叫控制变量法。这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。 2.转化法 实验中电流产生的热量不能直接观察到，但热量的变化可以用温度的变化来感知。通过温度的变化多少来间接知道电流产生的热量的多少，这是转化法。物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。 3.注意的问题 由于实验中电流产生的热量较少，液体温度升高的也较小，所以用温度计不易直接测量比较。为了使现象明显，实验采用了两种方法：①不用温度计，但采用了放大的“温度计”。整个烧瓶相当于一个温度计的玻璃泡。由于烧瓶里的液体较多，使升温膨胀效果更明显。②采用煤油代替常见的水，用玻璃管插入密封烧瓶里的煤油中代替温度计。用煤油代替水，是因为煤油比水的比热容小，在吸收相等的热量时温度上升的多，这样现象更明显。当然还有一个重要原因，那就是煤油不导电。可以设想由于水导电，若用水由水产生的电阻就无法控制电路中的电阻情况。 知识点2：焦耳定律及其应用 1.电流通过导体产生的热量求解公式 （1）焦耳定律：Q＝I2Rt （2）纯电阻电路中，Q＝W=Pt=U2t/R=UIt=I2Rt 2.在利用焦耳定律求解计算题注意 （1）涉及的四个物理量要一一对应，简单来说就是导体的电阻为R，通过这个导体的电流为I，通电时间为t，则电流通过导体产生的热量为Q＝I2Rt （2）公式中各个物理量的单位必须都得是国际单位，即电流I 的单位是安培（A）、电阻R的单位是欧姆（Ω）、时间t的单位是秒（s），则热量的单位是焦耳（J） 3.当发电厂电功率一定，送电电压与送电电流成反比，输电时电压越高，电流就越小。此时因为输电线路上有电阻，根据P=I2R可知，电流越小时，在电线上消耗的电能就会越少。所以电厂在输电时增大送电电压，减少电能在输电线路上的损失。 4. 应用和防止电热的实例 利用电热的例子：热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。 防止电热的例子：电视机外壳的散热窗；计算机内的散热风扇、电动机外壳的散热片等。 【例题1】（2020四川南充）小明将线圈电阻为4.84Ω的电动机接人220V的家庭电路中，关闭其它用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2000imp/(kW.h)的电能表3min内闪烁了100次，则电动机在这段时间内消耗的电能为________kW.h，电动机线圈产生________J的热量。 【对点练习】一只标有”8V 0.4A”的小灯泡，接在电源电压为12V的电路中，为使其正常发光，应串联一个　　Ω的电阻；该电阻通电10s所产生的热量是　　J。 【例题2】（2020连云港模拟）已知电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关．在探究“电流通过导体产生的热量跟电流的关系”时，可供选择的器材有：8V稳压电源一个；20Ω和50Ω的滑动变阻器各一个；停表和开关各一个；塑料盒与U形管相连的实验装置一个，盒内密封着空气，盒内电阻丝的阻值为20Ω；导线若干． （1）该实验选用　 　Ω的滑动变阻器更好． （2）连接好的实验图如图所示．每次实验（即获得一组数据）后，都要断开开关，打开盒盖上的通气孔，U形管内两液面迅速回到原位，等片刻后，关闭通气孔，再进行下一次实验．请画出实验用的表格，表中要有必要的信息． （3）某同学对实验方案进行了重新设计：第一次实验记录高度差后，立即移动滑片增大电流做第二次实验，……．每次实验加热时间相同，记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……．在处理数据时，该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量，他这样处理数据是否正确？　 　．理由是　 　． 【对点练习】我们知道：“电流通过导体时产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。”这就是焦耳定律，用公式可表达为：Q=I2Rt。爱动脑筋的小明在探究这个问题时，设计了图所示的实验，只连接一次电路就完成了实验探究。他的方法是用电阻丝（其中R甲≠R乙）给烧瓶中的煤油（煤油质量相