16.4 科学探究：电流的热效应2024-2025学年沪科版物理九年级上学期

16.4 科学探究：电流的热效应 生活中，我们会使用各种各样的发热电器，比如说电水壶、电炉等等，那么你知道他们发热的原理吗？ 一、电流的热效应 当电炉工作时，我们可以看到里面的电阻丝颜色变红，逐渐发光发热。这种电流通过导体时，电能转换为内能的现象叫做电流的热效应。 1.探究电流产生的热量与哪些因素有关： 猜想：电流、电阻、通电时间 思路：运用控制变量方法，分别探究电阻和电流对电流产生热量的影响。探究电阻的影响时，控制电流和通电时间相等，所以采用串联电路；探究电流的影响时，控制电阻和通电时间相同，想让通过电阻的电流不同，所以采用并联电路。 结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多；在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 分析：在探究与电流关系时，也可以加一个滑动变阻器，通过移动滑动变阻器的滑片也可以完成实验内容。 例题：用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。 （1）实验中通过观察___________来比较电流产生的热量的多少； （2）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲、乙两瓶中要装入________、________的同种液体； （3）为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值________（选填“相等”或“不相等”）； （4）实验结论是___________； （5）在实验中，若选择比热容较___________（选填“大”或“小”）的液体作为被加热物体，实验现象会更明显； （6）该实验装置还可以研究通电时间一定时，导体产生的热量与___________的关系。 二、焦耳定律 1.内容 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成反比，跟通电时间成正比。 2.公式 Q=I2Rt 3.单位 焦耳，简称焦，符号：J 4.推导：纯电阻电路 Q=W=Pt=U2t/R=I2Rt 例题： 1.关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（　　） A．根据Q=I2Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多 B．根据可知Q=U2t/R，电阻越大，相同时间内产生的热量越少 C．根据Q=UIt可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关 D．根据Q=I2Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多 2.如图甲所示将小灯泡L和电阻R接入电路中，图乙是小灯泡L和电阻R的I-U图像。同时闭合开关S1、S2时，电流表示数为0.7A。下列说法正确的是（　　） A．电源电压为4V B．小灯泡电阻为10Ω C．小灯泡L和电阻R电功率之比为2∶5 D．在5min内电阻R产生的热量为120J 3.如图所示电路，电源电压恒定，R1、R2为电热丝，R1＝10Ω，R2＝10Ω，当开关S断开时，电流表示数为0.2A，电源电压为_________V；当开关S闭合时，电路在100s内产生的总热量是_________J。 4.现有两个定值电阻R1和R2，分别标有“10V 0.5A”和“5V 1A”的字样，将它们串联接在同一电路中，则电路两端允许接入的最大电压是______V，当它们工作时间相同时，电阻R1和R2上产生的热量之比Q1︰Q2=______。 课堂练习 1.下列用电器不是利用电流热效应工作的是（　　） A．电饭锅 B．电热毯 C．电风扇 D．电熨斗 2.电炉通电以后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么热，原因是（　　） A．通过电炉丝的电流大 B．通过导线的电流大 C．导线的电阻小，发热功率小 D．电炉丝的电阻小，发热功率大 3.如图所示的电路中，电源电压恒定，R1∶R2＝2∶1。开关S闭合后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2；R1、R2的电功率分别为P1、P2；相同时间内通过R1、R2的电流做的功分别为W1、W2；相同时间内R1、R2产生的热量分别为Q1、Q2。则下列说法正确的是（ ） A．I1∶I2＝2∶1 B．P1∶P2＝2∶1 C．W1∶W2＝1∶2 D．Q1∶Q2＝2∶1 4.央视《是真的吗》节目中，主持人做了“电池口香糖锡纸取火工具”的实验：取口香糖锡纸，剪成如图甲所示形状，其中ab、bc和cd段等长。戴好防护手套，将锡纸条两端连接电池正、负极，如图乙所示，发现锡纸条很快开始冒烟、着火。下列说法正确的是（       ） A．应用锡纸条的纸面连接电池的正负极 B．ab、bc和cd两端的电压均相等 C．ab，bc和cd三段消耗的电功率相等 D．正常情况下，ab段会先着火 5.如图甲，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端移到b端（　　） A．电源电压为2V B．定值电阻R1为10Ω C．R2消耗的最大功率为0.45W D．P在b端时，10s内R2产生热量12J 6.如图所示是一个插线板，其右下角的插孔因使用时产生大量的热将塑料熔化。相比其它完好的插孔，该插孔使用时（　　） A．电压不变，电阻偏小 B．电流偏大，电阻偏大 C．电流偏小，电阻偏小 D．电压偏高，电阻不变 7.如图所示为“探究焦耳定律”的实验装置，下列说法正确的是（　　） A．探究“通电导体产生热量的多少与导体电阻的关系”时，应选用装置乙 B．甲装置中闭合开关后，通过R1的电流小于R2中的电流 C．乙装置中闭合开关后，R2所连U形管中的液面上升得快 D．乙装置中，将容器外的电阻R3与R2并联，可以使通过R2的电流小于R1中的电流 8.如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻R1=R3，R2=R4，2R2=3R1，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）（不考虑热量散失） A．乙、甲、丙、丁 B．乙、甲、丁、丙 C．丙、丁、乙、甲 D．丙、丁、甲、乙 9.电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220V；60W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量最多的_____，它们消耗的电能______（选填“相等”或“不相等”） 10.如图所示，电源电压保持6V不变，R1的电阻为12Ω，当开关S1、S3闭合，S2断开时，电流表的示数为0.5A，则R2=______Ω；当开关S1断开，S2，S3闭合时，电流表的示数为______A，2min电流通过R2产生的热量为______J。 11.某电热水壶加热电阻丝的阻值为22Ω，通电后流过电阻丝的电流为10A，电热水壶加热时的功率为________W。若加热时有84%的热量被水吸收，则壶内1kg的水温度由34℃加热到100℃所需要的时间为________s。 12.如图，电源电压不变，R1为发热电阻，阻值为10Ω，R2为定值电阻，阻值为10Ω，R为滑动变阻器（A、B为其两个端点），最大电阻为20Ω，闭合开关S，当滑片P从A端移动到B端时，电流表的示数变化了0.2A，发热电阻R1在1分钟内产生的热量为___________J。 13.如图所示，灯泡L标有“6V，3W”的字样（电阻受温度影响），定值电阻R=10Ω，滑动变阻器R1的最大阻值为10Ω，闭合开关S。将开关S1拨至2，滑片P移至a端，灯泡正常发光。 (1)求灯泡正常发光时的电流； (2)滑片P移至a端，开关S1拨至1，求定值电阻R工作10min产生的热量； (3)接着将开关S拨回2，滑片P移至b端，电流表示数为0.24A，求此时灯泡的功率。 14.如图所示电路中，电源电压保持不变。将滑片移到滑动变阻器的b端时，闭合开关，电压表的读数为3V；将滑片滑到滑动变阻器的中点时，电压表的读数为4.5V。若电路中的最小电流是0.5A。求； （1）定值电阻的阻值是多少？ （2）滑动变阻器的最大阻值是多少？ （3）若滑动变阻器滑片无论怎样滑动，电路都是安全的，则R0在通电1分钟内产生的热量最多是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $$