164科學(xué)探究電流的熱效應(yīng)（原卷版）

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(dòng)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(dòng)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(cuò)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】（2021廣西貴港中考真題）在“探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，其中R1>R2。實(shí)驗(yàn)一：探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系；（1）請按照圖1中的電路圖將圖2實(shí)物圖連接完整；（2）實(shí)驗(yàn)電路按照圖1中的電路圖連接是為了控制通電時(shí)間相同和控制_______；電阻絲放出熱量的多少，通過_______來進(jìn)行判斷。（3）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。實(shí)驗(yàn)二：探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系（4）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電路中的電流變成實(shí)驗(yàn)一中電流的2倍，且通電時(shí)間相同。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：用電阻絲R1加熱的煤油，在實(shí)驗(yàn)一中溫度升高Δt1，在實(shí)驗(yàn)二中溫度升高Δt1′，則Δt1′_____2Δt1（選填“大于”、“等于”或“小于”），該實(shí)驗(yàn)說明電流產(chǎn)生的熱量與電流大小______正比例關(guān)系（選填“成”或“不成”）。實(shí)驗(yàn)中，用電阻絲R2加熱煤油重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，也可以得出相同的結(jié)論。【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)?！菊骖}操練】1．（2021北京中考）下列四種用電器中。利用電流熱效應(yīng)工作的是（）A．電冰箱 B．電視機(jī) C．電腦 D．電熱水壺2．（2021貴州中考）一臺電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，正常工作時(shí)的電流為5A，線圈的電阻為4Ω。下列判斷中正確的是（）A．電動(dòng)機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的B．電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．這臺電動(dòng)機(jī)的額定功率是1.1kWD．這臺電動(dòng)機(jī)正常工作1min線圈產(chǎn)生的熱量是100J3．（2021云南中考）將規(guī)格都是“220V150W”的一臺電風(fēng)扇、一臺電視機(jī)和一只電烙鐵分別接入家庭電路中，正常工作相同時(shí)間，以下說法正確的是（）A．三個(gè)用電器均能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．根據(jù)可計(jì)算出三個(gè)用電器的電阻相等C．三個(gè)用電器消耗的電能一樣多D．三個(gè)用電器產(chǎn)生的熱量相等4．（2021湖北宜昌中考真題）甲、乙兩電熱絲電阻之比為2:3，通過的電流之比為3:1，則相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（）A．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:65．下列措施中，屬于利用電流熱效應(yīng)的是（）A．電視機(jī)的后蓋有很多孔 B．電飯鍋的發(fā)熱板裝在底部C．與空調(diào)器相連的導(dǎo)線很粗 D．電腦的主機(jī)中安裝微型風(fēng)扇6．（2020湖南株洲中考）如圖所示，長度、橫截面積一樣，材料不同的兩個(gè)長方體電阻串聯(lián)在電路中，電阻分別為R1=2Ω，R2=4Ω，在它們表面涂上厚度一樣的蠟?，F(xiàn)在閉合開關(guān)給它們通電，過一段時(shí)間后，我們觀察到（）A．R1上的蠟熔化得快 B．R2上的蠟熔化得快C．R1、R2上的蠟熔化得一樣快 D．無法比較7．（2021四川自貢中考）如圖所示是“探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置。兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，下列說法錯(cuò)誤的是（）A．U形管液面高度變化是因?yàn)槿萜髦袣怏w熱脹冷縮的緣故B．通電后透明容器中氣體的內(nèi)能增大是通過做功的方式改變的C．圖甲中，通電一段時(shí)間后左右兩邊容器內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量之比是1∶2D．圖乙所示的裝置可以用來探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少跟電流大小的關(guān)系8．（2021山東蘭山模擬）家用洗衣機(jī)的主要部件就是電動(dòng)機(jī)，若一臺洗衣機(jī)在220V電路中正常工作時(shí)通過的電流為2A，電動(dòng)機(jī)線圈電阻為2Ω，則每分鐘電流通過線圈產(chǎn)生的熱量為（）A．480J B．1.452×106J C．2.64×104J D．880J9．（2021甘肅臨洮九年級二模）如圖甲所示，電源電壓為12V，電流表量程為0~3A，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“30Ω1A”，當(dāng)開關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器滑片P滑至中點(diǎn)時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．定值電阻R的阻值為10ΩB．滑動(dòng)變阻器滑片在中點(diǎn)時(shí)，定值電阻R在10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是162JC．滑動(dòng)變阻器可接入電路的阻值范圍為1~30ΩD．滑動(dòng)變阻器的最大電功率為7.2W10．（2021貴州銅仁中考）如圖所示的電路中只閉合時(shí)，通過的電流是1.5A，，。則下列選項(xiàng)正確的是（）A．電源電壓是20VB．當(dāng)開關(guān)全部閉合時(shí)，和是并聯(lián)電路C．只閉合時(shí)，通電20s電流通過產(chǎn)生的電熱是200J11．（2021廣西玉林中考）把一段勻質(zhì)導(dǎo)線對折后其阻值比原來的___________（選填“大”或“小”）；一個(gè)定值電阻兩端的電壓由2V增大到4V時(shí)，通過該電阻的電流增加了1A，通電時(shí)間由1s增加到2s，則該電阻產(chǎn)生的電熱增加了___________J。12．（2021江蘇無錫中考）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______；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。但電阻絲接頭處的電阻較大，長時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致______。13．（2021遼寧阜新中考真題）如圖所示，電源電壓不變，先閉合開關(guān)S1，電流表示數(shù)為0.4A，再閉合開關(guān)S2，電流表示數(shù)增加了0.2A，則R1、R2兩端電壓之比為______，R1、R2電阻值之比為______，若電阻R1=5Ω，通電1min電阻R2產(chǎn)生的熱量為______J。14．（2021湖南湘潭中考）如圖所示，串聯(lián)的兩電阻絲（R1＜R2），封閉在兩個(gè)完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與相同的氣球相連。閉合開關(guān)，通過兩電阻絲的電流______（選填“相等”或“不相等”），一段時(shí)間后，密閉燒瓶內(nèi)的空氣被加熱，觀察到______（選填“A”或“B”）氣球先鼓起來。15．（2021湖南益陽中考）某款家用茶具煮茶時(shí)的電阻為55Ω，正常情況下通過茶具的電流是___________A，煮一壺茶用了5min，產(chǎn)生的熱量為___________J。16．（2021遼寧阜新九年級一模）如圖所示，電源電壓不變，先閉合開關(guān)S1，電流表示數(shù)為0.5A，再閉合開關(guān)S2，電流表示數(shù)增加了0.3A，則R1、R2兩端電壓之比為___________，R1、R2電阻值之比為___________，若電阻R2=5Ω，通電1min電阻R1產(chǎn)生的熱量為___________J。17．（2021南昌九年級期末）電飯鍋是利用電流的______來工作的，電飯鍋具有保溫和加熱功能，如圖是它的模擬電路，當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí)，電飯鍋處于______（選填“加熱”或“保溫”）狀態(tài)。18．（2021佛山九年級二模）家用電吹風(fēng)的簡化電路如圖所示，主要技術(shù)參數(shù)如表。則該電吹風(fēng)正常工作吹熱風(fēng)時(shí)，電熱絲的阻值是______，電熱絲消耗的功率是______W，正常工作吹熱風(fēng)電熱絲產(chǎn)生的熱量是______J。熱風(fēng)溫度額定功率熱風(fēng)時(shí)；1000W冷風(fēng)時(shí)：120W額定電壓220V質(zhì)量19．（2021山西九年級二模）如圖所示，小明發(fā)現(xiàn)爺爺家居住的小區(qū)線路嚴(yán)重老化，于是拍照并找到小區(qū)管理人員建議馬上更換電線，否則易引發(fā)火災(zāi)。請你用學(xué)過的知識解釋圖中情景易引發(fā)火災(zāi)的原因。20．（2021云南盤龍九年級期末）如圖是某實(shí)驗(yàn)小組探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)取______相等的兩瓶煤油，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，電流產(chǎn)生的熱量的多少，是通過______體現(xiàn)出來。為了便于實(shí)驗(yàn)觀察，還應(yīng)使兩瓶煤油的______相同；（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)首先將滑動(dòng)變阻器的滑片保持在某一適當(dāng)位置處，然后閉合開關(guān)進(jìn)行觀察。由圖中的連接方式可知他們是在探究電流產(chǎn)生的熱量與_______的關(guān)系，因此所選擇的兩段電阻絲的電阻大小應(yīng)該_______；（3）完成了上面的實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P。可觀察到兩支溫度計(jì)的示數(shù)都比原來上升得______（選填“快“或“慢”）。說明在通電時(shí)間都相同的情況下，_______越大，電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量就越多。21．（2021江蘇常州中考）小組同學(xué)選擇阻值不變的電阻絲，探究“電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量（簡稱電熱）與通電時(shí)間、電流、電阻的關(guān)系”。

（1）為探究電熱與通電時(shí)間、電流的關(guān)系，在錐形瓶內(nèi)裝入適量煤油，設(shè)計(jì)電路如圖甲所示，開關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于______（A/B）端；（a）閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，直至電流表示數(shù)為0.5A，通電5分鐘、溫度計(jì)的示數(shù)升高了5℃；（b）保持滑動(dòng)變阻器滑片P的位置不變，通電10分鐘、溫度計(jì)的示數(shù)升高了9℃，（a）、（b）對比可得結(jié)論：______；（c）向______移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，直至電流表示數(shù)為1A，通電10分鐘、溫度計(jì)的示數(shù)升高了33℃，（b）、（c）對比可得結(jié)論：______；（d）實(shí)驗(yàn)只能得到定性結(jié)論，主要原因是______；（2）為探究電熱與電阻的關(guān)系，并測出標(biāo)簽污損的電阻絲R2的阻值，在兩個(gè)相同的錐形瓶內(nèi)裝入等質(zhì)量的煤油，設(shè)計(jì)如圖乙所示電路。開關(guān)閉合后，電壓表有示數(shù)，但電流表無示數(shù)，電路故障是______，排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P得到電表示數(shù)如圖丙所示，則電壓表示數(shù)為______V，電流表示數(shù)為______A，R2阻值為______Ω。一段時(shí)間后，觀察到電阻絲______所在錐形瓶中的溫度計(jì)示數(shù)升高的比較多；（3）請分析“電爐工作時(shí)，電爐絲發(fā)熱明顯、而與電爐絲相連的導(dǎo)線發(fā)熱不明顯”：電爐絲的電流______導(dǎo)線的電流，電爐絲的電阻______導(dǎo)線的電阻。22．（2021山東青島中考）探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的多少與什么因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)猜想：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與通過導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間有關(guān)。于是他們利用如圖器材進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)。甲、乙、丙三個(gè)裝置的透明容器中各有一段電阻絲，容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。（1）選用________組合，并將它們________聯(lián)接到電源兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以探究電熱與電阻的關(guān)系。（2）選用乙、丙組合，串聯(lián)接到電源兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以探究電熱與________的關(guān)系，其中15Ω電阻的作用是________。（3）選用乙、丙組合，串聯(lián)接到電源兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)乙裝置U形管中液面無高度差，丙裝置U形管中液面有高度差，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是乙裝置________。23．（2021黑龍江中考）如圖甲所示為某高、低溫兩擋位電烤箱的內(nèi)部簡化電路，S為手動(dòng)開關(guān)，S1為自動(dòng)控制