15.3 （第二课时）焦耳定律的应用-2021-2022学年九年级下册物理同步分层教案（苏科版）

专项十五 电功和电热 3 电热器 电流的热效应 第2讲 焦耳定律的应用 【知识梳理】 1． 电热的利用：电热毯、电熨斗、电烤箱等； 2． 电热的防止：电视机后盖有很多孔是为了通风散热，电脑运行时也需要风扇及时散热。 3． 对于纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为内能(Q＝W)，这时以下公式均成立Q=UIt，Q=t，Q=Pt；对于非纯电阻电路，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量。求Q时只能用Q=I2Rt。 4． 在串联电路和并联电路中，电流产生的总热量等于部分电热之和； 5． 串联电路中，各部分电路的热量与其电阻成正比，即=； 6． 并联电路中，各部分电路的热量与其电阻成反比，即=。 【易混淆点】 焦耳定律 1． 内容：电流通过导体产生热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比。 2． 公式：Q=I2Rt 3． 电热Q与电能W的关系 在纯电阻电路中，Q=W。在纯电阻电路中，电流通过导体做功，将电能全部转化成内能，所以产生的电热与消耗的电能相等。 在非纯电阻电路中，Q<W。非纯电阻只有部分电能转化为内能，所以电热小于用电器消耗的电能。如电动机，电能主要转化为机械能，有少量电能会转化为内能。 4． 电热功率：电流通过导体时在单位时间内产生热量的多少叫电热功率，结合焦耳定律可得，电热功率P热=Q / t=I2R。 知识点一：电流热效应的应用 【探究重点】 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。 【典例分析】 1. 一个家用电熨斗的正常工作电流是1.5A，正常工作时，每分钟电熨斗产生的电热为 (　 　) A．90J B．1.5J C．19800J D．330J 【答案】C 【解析】 家庭电路的电压为，电熨斗的正常工作电流，则每分钟电熨斗产生的电热 故选C。 【真题操练】 2. 用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10 min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是 (　 　) A．2.5 min B．5 min C．20 min D．30 min 【答案】A 【解析】 将电热丝对折起，电热丝长度变为原来的1/2，横截面积变为原来的2倍，因此电阻变为原来的1/4；电源电压U不变，烧开同样一壶水，水所吸收的热量Q不变，由Q=可知，烧水所用时间变为原来的，为10min×=2.5min故选A。 知识点二：电流热效应图像问题 【典例分析】 3. 如图所示是电阻甲和乙的U-I图象，下列说法正确的是 (　 　) A．甲的电阻值保持10Ω不变 B．乙的电阻值保持20Ω不变 C．甲、乙并联接在电压为2V电源上时，乙的功率为0.4W D．甲、乙串联通过电路中电流为0.2A时，经过1s的时间，电阻甲产生的热量为0.6J 【答案】C 【解析】 A．由图象可知，甲对应的电流与电压成正比，根据欧姆定律可知甲电阻的阻值不变，当时，对应的电流为，由可得，甲的电阻值故A错误； B．由图象可知，乙电阻的阻值在变化，故B错误； C．甲、乙并联时，因并联电路中各支路两端的电压相等，且干路电流等于各支路电流之和， 所以，由图象可知，当电源的电压为2V时，通过甲、乙的电流， 时符合，此时电路总电流 则乙的功率故C正确； D．由图象可知，甲、乙串联，电路中的电流为0.2A时，甲乙两端电压分别为、 经过1s的时间，电阻甲产生的热量 故D错误。故选C。 【真题操练】 4. (2020·吉林省长春市中考模拟四)如图所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压不变。闭合开关S后，滑片P从a端移动到b端，电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图象，则R1与R2的最大阻值之比为________，电路中的最大总功率为________W。 【答案】1：2；1.8。 【解析】由电路图可知，R1与R2串联，电流表测电路中的电流，电压表测R2两端的电压。 (1)当滑片位于最左端a时，变阻器接入电路中的电阻为零，电路中的电流最大，由图象可知，电路中的最大电流I大＝0.6A，由I＝可得，电源的电压：U＝I大R1＝0.6A×R1﹣﹣①； 当滑片位于最右端b时，接入电路中的电阻最大，电压表的示数最大，电流表的示数最小，由图象可知，此时U2＝2V，电路中的最小电流I小＝0.2A，则滑动变阻器的最大阻值：R2＝＝＝10Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和， 所以，电源的电压：U＝I小(R1+R2)＝0.2A×(R1+10Ω)﹣﹣②； 由①②可解得：R1＝5Ω，U＝3V，则R1与R2的最大阻值之比：R1：R2＝5Ω：10Ω＝1：2； (2)电路中的最大总功率：P大＝UI大＝3V×0.6A＝1.8W。 答案是：1：2；1.8。 知识点三：动