内容正文:
15.3 电热器 电流的热效应
一、电热器
1.手机连续使用时间过长,会使其温度明显升高。手机温度升高是因为电流的 (选填“热效应”或“化学效应”)。
2. 下列用电器中,主要利用电流的热效应工作的是( )
A.收音机 B.电风扇 C.电饭锅 D.电视机
二、影响电流热效应的因素
3.如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置,将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内,且R1>R2,瓶内装入质量和初温均相同的煤油。下列说法正确的是( )
A.烧瓶内选用比热容较大的液体,可以使实验现象更明显
B.该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系
C.实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D.若要比较水和煤油的比热容大小,只需将一只烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
4. 小明在进行“探究影响电流热效应的因素”实验时,将图甲所示的装置按照图乙接入电路。
(1)小明保持通电时间一定,调节滑动变阻器,是在探究电流通过导体产生的热量与 的关系;
(2)实验中,可以通过观察 来比较电流通过导体产生热量的多少;
(3)小明要探究电热与另一因素的关系,找来了与R阻值 (选填“相同”或“不同”)的电阻R',分别安装在如甲所示的两个相同装置中,然后将它们 (选填“串联”或“并联”)接入电路。最终得到该步骤的实验结论为: 。
5. 利用如图装置可探究电流通过导体产生热量的多少与______的关系。请你用笔画线代替导线完成电路连接______;闭合开关前,滑动变阻器滑片应该在______(选填“A”或“B”)端。
6. 利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”,烧瓶中铜丝电阻小于镍铬合金丝电阻。
(1)实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察 反映出来的;
(2)为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少,A、B两瓶中要装入质量相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果,实验时选用煤油而不选水,是因为 ;
(3)如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体,并接入两根阻值 的电阻丝,就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。若闭合开关后一段时间,发现B瓶中的温度变化大,则说明 瓶中液体的比热容较大。
三、焦耳定律
7. 1841年英国物理学家_________通过实验得出电流通过导体时将电能转化为内能的规律,即焦耳定律。该规律的内容是:电流通过导体产生的热量跟__________成正比,跟导体的_______成正比,跟________成正比;表达式为______。
8.小夏在户外拓展训练中,将一张口香糖的包装锡纸撕成中间窄两端宽的条形,两端分别接在一节干电池的正负极上,锡纸就可以燃烧取火,如图,锡纸通电后会在_____(选填“两端”或“中间”)位置先燃烧起来,这是因为电流的 _______效应。
9.下列家用电器中,相同时间内产生的热量远小于其消耗电能的是( )
A.电熨斗 B.电水壶 C.电风扇 D.电饭锅
10.一只电烙铁的额定电压是220 V,在额定电压下工作时的电阻是1210Ω。求:
(1)电烙铁的额定功率;
(2)电烙铁在额定电压下通电10分钟产生的热量;
11. 下列实例中,为了防止电热产生危害的是( )
A.用电熨斗熨衣服
B.高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置
C.电视机的机壳上有许多小孔
D.孵化家禽的电热孵卵机
12. 将规格均为“220V、200W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁,分别接入家庭电路中,通电时间相同。下列说法中( )
①电烙铁产生的热量最多②三个用电器产生的热量一样多
③电烙铁消耗的电能最多④三个用电器消耗的电能一样多
A.只有①②正确 B.只有①④正确
C.只有②③正确 D.只有③④正确
13.将电能输送到几百千米之外的用户,在输电线上会有能量的损耗,这主要是由于电流的______效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω,输送电流为100A,每输电1min,这段线路便会损耗______J的电能。
14.为探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”,小刚设计了如图电路;
(1)此电路中,电阻丝R1与R2是串联的,目的是控制 和通电时间相同;
(2)在实验中,要选取两个阻值不一样的电阻丝,两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶,检查无误后接通电源,通电一定时间后,记录两个玻璃瓶内煤油的温度,用升高的温度表示 ;
(3)这种电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的 效应。
15. 某电饭锅内部电加热器原理电路如图所示,它有烧煮和保温两挡。开关S断开时,电饭锅处于_____档,已知R1=605Ω,电饭锅烧煮时的功率是保温时的11倍,则R2=_____Ω;该电饭锅烧煮20mim,保温10min总共产生的电热是_____J。(不计热量损失)
16.(2024·江苏盐城·中考真题)芯片体积小,元件密集。当芯片中有电流通过时,由于芯片元件有 ,不可避免地会产生热量,这种现象称为电流的 效应。为了不影响芯片的性能,通常让散热部件与芯片紧密结合,来降低芯片的温度,这是通过 的方式改变芯片内能。
17.(2024·江苏镇江·中考真题)液冷充电桩可以提高电动汽车的充电速度。充电时导线产生的热量通过 的方式转移给周围流动的液体。物体间温差越大散热效果越好,则应 液体的流动速度。为了减少充电时导线产生的热量,在保持充电时间和电流不变的情况下,应选用长度相同、横截面积较 的铜导线。
18.(2023·江苏无锡·中考真题)如图所示,是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图,电源电压为,电热丝R阻值为。闭合开关S,电热丝温度升高,利用电流的 效应实现高温封口,内产生的热量为 J,若使用时总把塑料袋烫坏,可以 (选填“增大”或“减小”)电热丝的阻值。
19.(2024·江苏苏州·中考真题)某电饭锅的电路如图所示,发热盘内有发热电阻R1和分压电阻R2,S是温控开关,当S接a时,电饭锅处于高温挡,通过的电流为4A;当温度达到一定值时,开关S自动切换到b,电饭锅处于保温挡,通过的电流为0.25A。求:
(1)R1的阻值;
(2)电饭锅高温挡的功率;
(3)保温16min,分压电阻R2产生的热量。
20.(2022·江苏无锡·中考真题)用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素,三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油,电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中,其中R1=R3=6Ω、R2=3Ω。闭合开关前,记录下煤油的初温度t0;接通电源,同时闭合开关S1、S2,记录下电流I,通电相同时间,记录下煤油的末温度,结果如表所示,则R1、R2所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为 。 比较①③可知,导体产生的热量与 有关;比较 (选填序号)可知,导体产生的热量与电阻有关,若要探究导体产生的热量与通电时间的关系,应进行的探究是: 。
序号
电阻
电流I/A
初温度t0/℃
末温度/℃
①
R1
1.0
20
30
②
R2
1.0
20
24
③
R3
1.5
20
44
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15.3 电热器 电流的热效应
一、电热器
1.手机连续使用时间过长,会使其温度明显升高。手机温度升高是因为电流的 (选填“热效应”或“化学效应”)。
【答案】热效应
【详解】手机温度升高是由于手机使用过程中把部分电能转化为内能,这是电流的热效应。
2. 下列用电器中,主要利用电流的热效应工作的是( )
A.收音机 B.电风扇 C.电饭锅 D.电视机
【答案】C
【详解】A.收音机消耗了电能,主要转化为声能,不是利用电流的热效应来工作的,故A不符合题意;
B.电风扇主要是把电能转化为机械能,不是利用电流的热效应来工作的,故B不符合题意;
C.电饭锅把电能转化为了内能,是利用了电流的热效应来工作的,故C符合题意;
D.电视机主要把电能转化为声能和光能,不是利用电流的热效应来工作的,故D不符合题意。
故选C。
二、影响电流热效应的因素
3.如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置,将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内,且R1>R2,瓶内装入质量和初温均相同的煤油。下列说法正确的是( )
A.烧瓶内选用比热容较大的液体,可以使实验现象更明显
B.该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系
C.实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D.若要比较水和煤油的比热容大小,只需将一只烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
【答案】C
【详解】A.烧瓶内选用比热容较小的液体,温度变化比较大,可使实验现象更明显,A错误;
B.两电阻串联,电路中的电流一样,无法探究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系,故B错误;
C.电阻丝产生热量的越多,液体吸收的热量越多,温度计的示数越高,故可以通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少,故C正确;
D.若要比较水和煤油的比热容大小,需将一只烧瓶内的煤油换成等质量的水,需要控制相同的加热装置,应该选取两个相同的电阻加热,故D错误。
故选C。
4. 小明在进行“探究影响电流热效应的因素”实验时,将图甲所示的装置按照图乙接入电路。
(1)小明保持通电时间一定,调节滑动变阻器,是在探究电流通过导体产生的热量与 的关系;
(2)实验中,可以通过观察 来比较电流通过导体产生热量的多少;
(3)小明要探究电热与另一因素的关系,找来了与R阻值 (选填“相同”或“不同”)的电阻R',分别安装在如甲所示的两个相同装置中,然后将它们 (选填“串联”或“并联”)接入电路。最终得到该步骤的实验结论为: 。
【答案】 电流 温度计示数的变化 不同 串联 电流和通电时间相同时,电阻越大产生的热量越多
【详解】(1)由图可知,滑动变阻器与定值电阻串联,移动变阻器的滑片可以使电路中的电流发生变化,可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。
(2)电阻丝产生热量,液体温度升高,可通过观察温度计的示数来判断产生热量的多少。
(3)影响电流产生热量多少的因素有电阻大小、电流大小、通电时间的多少,探究导体产生的热量与电阻大小的关系时,需要控制电流相同,导体的电阻不同,故需要在电路中串联一个与R阻值不同的电阻R',这样便于控制时间和电流,所以该步骤的实验结论为:在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多。
5. 利用如图装置可探究电流通过导体产生热量的多少与______的关系。请你用笔画线代替导线完成电路连接______;闭合开关前,滑动变阻器滑片应该在______(选填“A”或“B”)端。
【答案】电流;见下图;B。
【详解】电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外两个因素不变。上图装置中,右侧两个5Ω的电阻并联后再与左侧一个5Ω的电阻串联,根据串联电路的电流特点可知,通过右侧两个电阻的总电流和通过左侧电阻的电流相等,即I右=I左,两个5Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点知
I右=I内+I外 所以有I左>I内
容器内的电阻值都是5Ω,阻值相等,通电时间相等,电流不同,故探究电流产生热量跟电流的关系。
滑动变阻器采用一上一下的接法连入电路中,实物图连接如下图所示。为了保护电路,闭合开关前滑动变阻器阻值应调至最大,即滑片移至B端。
6. 利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”,烧瓶中铜丝电阻小于镍铬合金丝电阻。
(1)实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察 反映出来的;
(2)为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少,A、B两瓶中要装入质量相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果,实验时选用煤油而不选水,是因为 ;
(3)如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体,并接入两根阻值 的电阻丝,就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。若闭合开关后一段时间,发现B瓶中的温度变化大,则说明 瓶中液体的比热容较大。
【答案】温度计示数的变化 煤油的比热容小,煤油温度升高明显 相同 A
【详解】(1)根据转换法,实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察温度计示数的变化反映出来的。
(2)为了在较短时间内达到明显的实验效果,实验时选用煤油而不选水,是因为煤油的比热容小于水的比热容,初温和质量相同的水和煤油吸热相同,根据Δt=Q/cm可知,煤油温度升高得明显。
(3)串联电路各处的电流相等,通过时间也相同,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体,并接入两根阻值相同的电阻丝,可控制相同时间不同液体吸热相同,根据比较温度的变化就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。
若闭合开关后一段时间,发现B瓶中的温度变化大,根据比较吸热能力的方法,则A瓶中液体的比热容大于B瓶中液体的比热容。
三、焦耳定律
7. 1841年英国物理学家_________通过实验得出电流通过导体时将电能转化为内能的规律,即焦耳定律。该规律的内容是:电流通过导体产生的热量跟__________成正比,跟导体的_______成正比,跟________成正比;表达式为______。
【答案】焦耳;电流的二次方;电阻;通电时间;Q=I2Rt。
【详解】1841年英国物理学家焦耳通过实验得出电流通过导体时将电能转化为内能的规律——焦耳定律。该规律的内容是: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;表达式是Q=I2Rt。
8.小夏在户外拓展训练中,将一张口香糖的包装锡纸撕成中间窄两端宽的条形,两端分别接在一节干电池的正负极上,锡纸就可以燃烧取火,如图,锡纸通电后会在_____(选填“两端”或“中间”)位置先燃烧起来,这是因为电流的 _______效应。
【答案】中间,热。
【详解】锡纸撕成中间窄两端宽,则中间部分电阻大,当电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热越多,故中间部分先燃烧起来,锡纸通电后燃烧是因为电流产生热,利用电流的热效应。
9.下列家用电器中,相同时间内产生的热量远小于其消耗电能的是( )
A.电熨斗 B.电水壶 C.电风扇 D.电饭锅
【答案】C
【详解】电熨斗、电水壶、电饭锅三个用电器都是纯电阻的,电流通过它们做功电能全部转化为热能, 而电流通过电风扇做功是将电能大部分转化为机械能使风扇转动,只有一少部分转化为热能,故ABD不符合题意,C符合题意。故选C。
10.一只电烙铁的额定电压是220 V,在额定电压下工作时的电阻是1210Ω。求:
(1)电烙铁的额定功率;
(2)电烙铁在额定电压下通电10分钟产生的热量;
【答案】(1)40W;(2)2.4×104J。
【详解】(1)电烙铁的额定功率
P额===40W
(2)电烙铁在额定电压下通电10分钟产生的热量
W=Pt=40W×10×60s=2.4×104J
11. 下列实例中,为了防止电热产生危害的是( )
A.用电熨斗熨衣服 B.高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置
C.电视机的机壳上有许多小孔 D.孵化家禽的电热孵卵机
【答案】C
【详解】ABD.电熨斗、高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置、孵化家禽的电热孵卵机都是利用电热来为人类服务,故ABD不符合题意;
C.电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件工作时产生的热量及时散失掉,即是为了防止电热危害,故C符合题意。
故选C。
12. 将规格均为“220V、200W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁,分别接入家庭电路中,通电时间相同。下列说法中( )
①电烙铁产生的热量最多②三个用电器产生的热量一样多
③电烙铁消耗的电能最多④三个用电器消耗的电能一样多
A.只有①②正确 B.只有①④正确
C.只有②③正确 D.只有③④正确
【答案】B
【详解】三个用电器中,电烙铁是利用电流的热效应来工作的,故电烙铁产生的热量最多,①正确;三个用电器功率相同,都正常工作,通电相同时间,根据W=Pt可知消耗的电能相同,④正确;综上所述,只有①④正确,故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
13.将电能输送到几百千米之外的用户,在输电线上会有能量的损耗,这主要是由于电流的______效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω,输送电流为100A,每输电1min,这段线路便会损耗______J的电能。
【答案】热,3×105
【详解】由于输电线有电阻,电流通过导体一部分电能转化为内能,造成电能的损耗,这种现象叫电流的热效应。
根据焦耳定律可得,这段电路损耗的电能为
Q=I2Rt=(100A)2×0.5Ω×60s=3×105J
14.为探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”,小刚设计了如图电路;
(1)此电路中,电阻丝R1与R2是串联的,目的是控制 和通电时间相同;
(2)在实验中,要选取两个阻值不一样的电阻丝,两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶,检查无误后接通电源,通电一定时间后,记录两个玻璃瓶内煤油的温度,用升高的温度表示 ;
(3)这种电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的 效应。
【答案】 电流相同 电流产生的热量 热
【详解】(1)电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关,此电路中,电阻丝R1与R2是串联的,根据串联电路特点可知,电阻丝R1与R2是串联的目的是控制通过两电阻的电流相同,通电时间相同。
(2)电阻丝产生的热量无法直接观察,根据转换法,通过观察温度计升高的示数的变化来反映电流产生的热量。
(3)导体中有电流时,导体产生热量,电能转化为内能,这种现象叫做电流的热效应。
15. 某电饭锅内部电加热器原理电路如图所示,它有烧煮和保温两挡。开关S断开时,电饭锅处于_____档,已知R1=605Ω,电饭锅烧煮时的功率是保温时的11倍,则R2=_____Ω;该电饭锅烧煮20mim,保温10min总共产生的电热是_____J。(不计热量损失)
【答案】保温;60.5;1.104×106
【详解】由电路图知,当开关S断开时,电路是R1工作的电路,此时较开关闭合时电阻大,据P=U2/R得,电饭锅处于保温挡。
保温挡时,电功率 P保温===80W
则烧煮时的功率 P烧煮=11P保温=11×80W=880W
由题意知,开关闭合时,两电阻处于并联,此时是烧煮挡。那么电阻R2的电功率
P2=P烧煮-P保温=880W-80W=800W
则 R2===60.5Ω
该电饭锅烧煮20min、保温10min总共产生的电热
Q=P烧煮t1+P保温t2=880W×20×60s+80W×10×60s=1.104×106J
16.(2024·江苏盐城·中考真题)芯片体积小,元件密集。当芯片中有电流通过时,由于芯片元件有 ,不可避免地会产生热量,这种现象称为电流的 效应。为了不影响芯片的性能,通常让散热部件与芯片紧密结合,来降低芯片的温度,这是通过 的方式改变芯片内能。
【答案】 电阻 热 热传递
【详解】由于芯片原件有电阻,电流通过导体时,导体发热是电能转化为内能,这种现象叫电流的热效应。
散热部件与芯片紧密接触,热量通过热传递的方式传递给散热部件,从而起到降温作用。
17.(2024·江苏镇江·中考真题)液冷充电桩可以提高电动汽车的充电速度。充电时导线产生的热量通过 的方式转移给周围流动的液体。物体间温差越大散热效果越好,则应 液体的流动速度。为了减少充电时导线产生的热量,在保持充电时间和电流不变的情况下,应选用长度相同、横截面积较 的铜导线。
【答案】 热传递 加快 大
【详解】热传递和做功都能改变物体的内能,充电时导线产生的热量通过热传递(或热传导)的方式转移给周围流动的液体。
因为物体间温差越大,散热效果越好,所以加快液体的流动速度,使温差保持相对较大,加快热传递。
根据焦耳定律可知,为了减少充电时导线产生的热量,在保持充电时间和电流不变的情况下,应选用长度相同、横截面积较大的铜导线,这样的铜导线电阻变小,产生的热量较少。
18.(2023·江苏无锡·中考真题)如图所示,是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图,电源电压为,电热丝R阻值为。闭合开关S,电热丝温度升高,利用电流的 效应实现高温封口,内产生的热量为 J,若使用时总把塑料袋烫坏,可以 (选填“增大”或“减小”)电热丝的阻值。
【答案】 热 75 增大
【详解】塑料袋封口夹是当电热丝有电流通过时,电热丝能发出热量,所以利用电流的热效应实现高温封口的。
电源电压为 5V ,电热丝R阻值为 1Ω ,则3s 内产生的热量
使用时总把塑料袋烫坏,即产生热量过多,则需要减小电热丝的功率,由P=U2/R可知,电压一定时,增大电阻,可以减小电热丝的功率。
19.(2024·江苏苏州·中考真题)某电饭锅的电路如图所示,发热盘内有发热电阻R1和分压电阻R2,S是温控开关,当S接a时,电饭锅处于高温挡,通过的电流为4A;当温度达到一定值时,开关S自动切换到b,电饭锅处于保温挡,通过的电流为0.25A。求:
(1)R1的阻值;
(2)电饭锅高温挡的功率;
(3)保温16min,分压电阻R2产生的热量。
【答案】(1)55Ω;(2)880W;(3)4.95×104 J
【详解】(1)当S接a时,电路为R1的简单电路,电饭锅处于高温挡,通过的电流为4A ,根据欧姆定律可得,R1的阻值为
(2)根据P=UI可得,电饭锅高温挡的功率为
(3)当温度达到一定值时,开关S自动切换到b,此时两电阻串联,电饭锅处于保温挡,通过的电流为0.25A。根据串联电路特点和欧姆定律可得,分压电阻R2的阻值为
保温16min,分压电阻R2产生的热量为
答:(1)R1的阻值为55Ω;
(2)电饭锅高温挡的功率为880W;
(3)保温16min,分压电阻R2产生的热量为4.95×104 J。
20.(2022·江苏无锡·中考真题)用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素,三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油,电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中,其中R1=R3=6Ω、R2=3Ω。闭合开关前,记录下煤油的初温度t0;接通电源,同时闭合开关S1、S2,记录下电流I,通电相同时间,记录下煤油的末温度,结果如表所示,则R1、R2所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为 。 比较①③可知,导体产生的热量与 有关;比较 (选填序号)可知,导体产生的热量与电阻有关,若要探究导体产生的热量与通电时间的关系,应进行的探究是: 。
序号
电阻
电流I/A
初温度t0/℃
末温度/℃
①
R1
1.0
20
30
②
R2
1.0
20
24
③
R3
1.5
20
44
【答案】 5:2 电流 ①② 只闭合开关S2,改变通电时间,观察温度计示数的变化量
【详解】因为三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油,根据Q=cmΔt可得,吸收的热量与温度变化量成正比,R1所在锥形瓶内的液体温度升高30℃-20℃=10℃
R2所在锥形瓶内的液体温度升高24℃-20℃=4℃
故吸收热量之比为5:2;
由题可知,R1=R3=6Ω,两个电阻阻值相同,由表格数据可知,③的电流大于①的电流,而升高的温度是③多一些,根据控制变量法,所以能够得出导体产生的热量与电流有关。
根据题目可知R1 =6Ω、R2=3Ω,电阻不同,且①②电流相同,①升高的温度比②高,能够得出导体产生的热量与电阻有关。
只闭合开关S2,改变通电时间,观察温度计示数的变化量就能够探究导体产生的热量与通电时间的关系。
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