第六单元电流热效应和电功率的测量第六单元电流热效应和电功率的测量12016嘉兴舟山嘉兴舟山某同学为探究电流通过导体产生热量的多少某同学为探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系，设计了如下电路图，其中正确的是跟电阻的关系，设计了如下电路图，其中正确的是 ( ) A B C DB22018成都成都如如图所示，所示，电热水水壶上上标有有“220V1800W”，小明，小明发现烧水水过程中程中热水水壶的的发热体部分很快体部分很快变热，但，但连接接的的电线却不怎么却不怎么热，是因，是因为导线的的电阻阻比比发热体的体的电阻阻_。在。在额定定电压下，下，烧开一开一壶水用水用时3min20s，这段段时间内内电热水水壶发热体体产生生的的热量量为_J。小小3.610532019预测预测一台一台电动机机额定定电压为220V，额定功率定功率为5.5kW，它的，它的电阻阻为0.4，求：，求：(1)正常工作正常工作时的的电流是多少？流是多少？(2)每分每分钟产生的生的热量是多少？量是多少？(3)每分每分钟有多少有多少电能能转化化为机械能？机械能？(2)QI2Rt(25A)20.460s1.5104J(3)W电电Pt5.5kW60s3.3105JW机械机械W电电Q3.15105J42018宁波鄞州区统测宁波鄞州区统测如如图是一个是一个电热器的一部分器的一部分电路。路。电热丝R1规格格为“220V1100W”，电阻阻R2506。电热器正常工作器正常工作时，加，加热功率功率1100W，保温功率保温功率88W。电源源电压保持不保持不变，电阻不随温度阻不随温度变化。化。(1)当温控开关当温控开关S接接a时，电路路处于于_状状态(选填填“加加热”或或“保温保温”)。(2)某天在使用某天在使用电热器器时，R1烧毁毁了。小科想使了。小科想使电路恢复正常路恢复正常工作，在商店工作，在商店买来了表中所示的来了表中所示的电热丝，请你你设计一个方案，一个方案，使使损坏的坏的电路恢复正常工作，并路恢复正常工作，并说明明设计理由。理由。符号符号R3R4R5R6规格格220V500W 220V600W 220V 2200W 110V550W数量数量1123加热加热(3)世界上不同国家的家庭世界上不同国家的家庭电路路电压并不相同，如美国的家庭并不相同，如美国的家庭电路路电压为110V。你。你觉得家庭得家庭电路的路的电压规定得高一些好定得高一些好还是低是低一些好？一些好？为什么？什么？(4)如果如果这种种电热器想出口美国，器想出口美国，为保保证加加热功率和保温功率不功率和保温功率不变，求，求R1和和R2的阻的阻值。【答案答案】 (2)设计如下：设计如下：将两根将两根“110V550W”电热丝电热丝R6串联替代串联替代R1。两根电热丝两根电热丝R6串联后总阻值是串联后总阻值是44，接在，接在220V电压下能正常工电压下能正常工作，能完全等效替代作，能完全等效替代R1。(合理即可合理即可)(3)电压低好，因为更安全电压低好，因为更安全(或者电压高好，可以减少输电线上电或者电压高好，可以减少输电线上电能的损耗，理由支持结论，合理即可能的损耗，理由支持结论，合理即可)R2R总总R1137.511126.5一、实验：测定小灯泡的电功率一、实验：测定小灯泡的电功率考点考点1知道测小灯泡的电功率需用的器材知道测小灯泡的电功率需用的器材(a)实验器材：器材：电源、源、电压表、表、电流表、开关、小灯泡、滑流表、开关、小灯泡、滑动变阻器、阻器、导线考点考点2会画实验电路图（会画实验电路图（b）电路路图：考点考点3会根据实验电路图进行实物的连接会根据实验电路图进行实物的连接(b)考点考点4能做分别测定小灯泡的额定功率和实际功率的实验能做分别测定小灯泡的额定功率和实际功率的实验(b)用用_测小灯泡的电功率测小灯泡的电功率(1)实验电路图：如考点实验电路图：如考点2中电路图所示。中电路图所示。(2)串联滑动变阻器的作用：串联滑动变阻器的作用：限制电流，限制电流，_；调节小灯泡的调节小灯泡的_、_，以便测出不同电压、电流，以便测出不同电压、电流下的小灯泡的电功率。下的小灯泡的电功率。伏安法伏安法保护电路保护电路电压电压电流电流(3)注意事注意事项：连接接电路路时，开关必，开关必须_；滑滑动变阻器串阻器串联在在电路上，要接路上，要接_两接两接线柱，柱，滑片滑片P应放在阻放在阻值_的位置；的位置；电流表与小灯泡流表与小灯泡_，电压表与小灯泡表与小灯泡_，电流表、流表、电压表的量程表的量程选择要适当，正、要适当，正、负接接线柱的接法要正确；柱的接法要正确；要注意要注意电路中是否有短路的地方，路中是否有短路的地方，检查电路无路无误后，后，闭合合开关，开关，调节滑滑动变阻器，注意此阻器，注意此时要小心移要小心移动滑片，以免因滑片，以免因实际电压超超过额定定电压过多而多而烧毁毁小灯泡。小灯泡。考点考点5会正确地记录实验数据和得出的实验结论会正确地记录实验数据和得出的实验结论(b)断开断开“一上一下一上一下”最大最大串联串联并联并联二、电热器二、电热器考点考点1理解焦耳定律的内容理解焦耳定律的内容(b)焦耳定律：焦耳定律：电流通流通过导体体产生的生的热量跟量跟电流的流的_成成_，跟，跟导体的体的电阻成阻成_，跟通，跟通电的的_成成_。考点考点2会用焦耳定律公式会用焦耳定律公式QI2Rt进行简单计算和解决简单问进行简单计算和解决简单问题题(c)二次方二次方正比正比正比正比时间时间正比正比QI2Rt2电热与与电功的关系功的关系(1)若若电能全部能全部转化化为内能：内能：对于于_电路路电功功_用用来来产生生热量，如量，如电流通流通过电饭锅时(近似近似)，则：QW(I2RtUIt)。(2)若若电能部分能部分转化化为内能：内能：对于于_电路路电流所流所产生生的的热量量仅是是电流做功中的流做功中的_。如：。如：电流通流通过电动机机时，则：QW(W外外Q)(I2RtUIt)。【注意注意】焦耳定律适用于任何用焦耳定律适用于任何用电器的器的热量量计算。算。纯电阻纯电阻全部全部非纯电阻非纯电阻一部分一部分考点考点3知道电热器的原理和应用知道电热器的原理和应用(a)1电流的热效应：电流通过导体时，使导体的温度电流的热效应：电流通过导体时，使导体的温度_的现的现象，实质是象，实质是_转化为转化为_。2电热器是利用电流的电热器是利用电流的_工作的，主要组成部分是工作的，主要组成部分是_，发热体一般选用电阻率，发热体一般选用电阻率_、熔点、熔点_的金属丝的金属丝绕在绝缘体上做成。如：电熨斗、电褥子、电烙铁、电饭锅、绕在绝缘体上做成。如：电熨斗、电褥子、电烙铁、电饭锅、电烤箱等。具有清洁无污染、热效率高、便于控制和调节等电烤箱等。具有清洁无污染、热效率高、便于控制和调节等优点。优点。升高升高电能电能内能内能热效应热效应发热体发热体大大高高【考点延伸考点延伸】研究研究电热跟哪些因素有关，跟哪些因素有关，实验设计如如图所示所示(R甲甲R乙乙)：实验原理：当原理：当电流通流通过电阻阻丝时，电流流产生的生的_使瓶中的使瓶中的煤油煤油_，玻璃管内的液面就会逐，玻璃管内的液面就会逐渐_。电流流产生生的的热量越多，液面就会上升得越高。我量越多，液面就会上升得越高。我们可以通可以通过玻璃管内液玻璃管内液面上升的面上升的_比比较电流流产生生热量的多少量的多少(保保证煤油的煤油的质量、初量、初温、容器等相同温、容器等相同)。(1)电阻阻丝产生的生的热量看不量看不见，可利用，可利用电阻阻丝产生的生的热量使玻璃量使玻璃管内煤油上升的高度管内煤油上升的高度进行比行比较，这是采用了是采用了_。(2)电流流产生的生的热量和量和电阻、阻、电流和通流和通电时间均有关系，在研究均有关系，在研究热量与其中一个因素的关系量与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不，要控制另外两个因素不变，这是采用了是采用了_。热量热量温度升高温度升高上升上升高度高度转换法转换法控制变量法控制变量法类型一理解伏安法测电功率类型一理解伏安法测电功率典例典例 菏泽中考菏泽中考实验室室电源源电压为6V，要，要测量小灯泡的量小灯泡的额定功定功率，小率，小伟选择一个一个额定定电压为2.5V、电阻大阻大约为10左右的左右的小灯泡，小小灯泡，小强强画出了画出了电路路图(如如图甲所示甲所示)。(1)小小伟看到看到电路路图后提出一个建后提出一个建议：简化化实验，去掉滑，去掉滑动变阻器后阻器后测量小灯泡的量小灯泡的额定定电功率。你功率。你认为小小伟的的实验方案可方案可行行吗？为什么？什么？_ _。不可行；无法实现小灯泡两端的电压等于不可行；无法实现小灯泡两端的电压等于额定电压额定电压(2)若按照小若按照小强强设计的的电路路图进行行实验，实验室里有最大阻室里有最大阻值是是10和和60的滑的滑动变阻器，你阻器，你认为应该选择最大阻最大阻值为_的的滑滑动变阻器。阻器。(3)将将图乙中的滑乙中的滑动变阻器和阻器和电压表表(选用合适的量程用合适的量程)接入接入电路。路。60(4)在在实验器材器材选择无无误，电路路连接正确的情况下，接正确的情况下，闭合开关，合开关，小灯泡不亮，但小灯泡不亮，但电压表和表和电流表都有示数，按照流表都有示数，按照图乙的乙的电路路连接接图判断，要判断，要让灯泡灯泡发光，你的操作是光，你的操作是_ _。调整整电路正常后开始路正常后开始实验，在，在调节滑滑动变阻器的阻器的过程中，灯泡突然熄程中，灯泡突然熄灭，电流表突然流表突然变得无示数，得无示数，电压表的示数表的示数是是6V，你判断故障可能是，你判断故障可能是_。(5)为进一步确定小灯泡亮度与一步确定小灯泡亮度与电压的关系，做了多次的关系，做了多次实验，并，并根据根据实验数据数据绘出了小灯泡的出了小灯泡的UI图像像(如如图丙所示丙所示)。请根据根据图像信息像信息计算出小灯泡的算出小灯泡的额定功率是定功率是_W。将滑动变阻器的滑片将滑动变阻器的滑片向左移动向左移动小灯泡断路小灯泡断路0.5【答案答案】 (3)如答图所示。如答图所示。【解析解析】 (1)电路中电源电压为电路中电源电压为6V，小灯泡的额定电压为，小灯泡的额定电压为2.5V，若去掉滑动变阻器，则灯泡两端的电压就为若去掉滑动变阻器，则灯泡两端的电压就为6V，无法实现小灯，无法实现小灯泡两端的电压等于额定电压，所以小伟的实验方案不可行。泡两端的电压等于额定电压，所以小伟的实验方案不可行。(2)灯泡与滑动变阻器串联，小灯泡的额定电压为灯泡与滑动变阻器串联，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻大，电阻大亮，但电压表和电流表都有示数，说明电路中电流过小，应将亮，但电压表和电流表都有示数，说明电路中电流过小，应将滑动变阻器的滑片向左移动，减小电路中的总电阻来增大电流；滑动变阻器的滑片向左移动，减小电路中的总电阻来增大电流；在调节滑动变阻器的过程中，灯泡突然熄灭，电流表突然变得在调节滑动变阻器的过程中，灯泡突然熄灭，电流表突然变得无示数，这说明电路中发生断路，电压表的示数是无示数，这说明电路中发生断路，电压表的示数是6V，说明电，说明电压表两接线柱能连接到电源两端，所以是小灯泡断路。压表两接线柱能连接到电源两端，所以是小灯泡断路。跟踪训练跟踪训练 2016绍兴绍兴测定定额定定电压是是2.5V小灯泡小灯泡额定功率的定功率的实验，电路如路如图甲，甲，电源源电压恒恒为4V。(1)闭合开关，合开关，电压表指表指针如如图乙所示，乙所示，该时小灯泡两端小灯泡两端电压是是_V。0.5因为电源电压不变，当滑动变阻器阻值减小因为电源电压不变，当滑动变阻器阻值减小R1时，由图像时，由图像可知，电流可知，电流I增加，总电阻增加，总电阻R减小，变阻器电阻减小值须大于减小，变阻器电阻减小值须大于小灯泡电阻的增大值，所以小灯泡电阻的增大值，所以R1大于大于R2(2)图丙是根据丙是根据实验记录数据画出的小灯泡数据画出的小灯泡UI曲曲线。由。由图可知，可知，小灯泡的小灯泡的额定功率是定功率是_W，小灯泡的，小灯泡的电阻随两端阻随两端电压的增大的增大而而_。(3)在某次在某次调节中，滑中，滑动变阻器接入阻器接入电路的阻路的阻值减小了减小了R1，小，小灯泡灯泡电阻阻变化了化了R2，则R1_R2(选填填“大于大于”“等于等于”或或“小于小于”)，并，并说明理由。明理由。_ _。0.5增大增大大于大于类型二关于焦耳定律的理解与应用类型二关于焦耳定律的理解与应用典例典例 2016衢州衢州为探究探究“电流通流通过导体体产热的多少与的多少与导体体电阻阻的关系的关系”，小柯用如，小柯用如图甲所示装置甲所示装置进行行实验，图中两个中两个250mL的同的同规格格烧瓶内装有等体瓶内装有等体积的煤油，瓶塞上各插一根的煤油，瓶塞上各插一根同同规格的玻璃管，瓶内格的玻璃管，瓶内连接的接的电阻阻丝的阻的阻值分分别为5和和10。【实验步步骤】连接好接好电路，将滑路，将滑动变阻器的滑片移至阻器的滑片移至_端端(填字母填字母)，分，分别标记两两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置。瓶内玻璃管中液面的起始位置。闭合合开关，通开关，通电t0时间后，分后，分别标记此此时两两烧瓶内玻璃管中液面的位瓶内玻璃管中液面的位置。置。比比较发现10电阻阻丝所在所在烧瓶内玻璃管中液面上升更高。瓶内玻璃管中液面上升更高。【推推测结论】在在电流和通流和通电时间相同的情况下，相同的情况下，电阻越大，阻越大，电流流产生的生的热量量_。B越多越多【交流反思交流反思】为使上述使上述结论具有一定的普遍性，同学具有一定的普遍性，同学们讨论了了以下两种方案：以下两种方案：方案一：在前一次方案一：在前一次实验后，待玻璃管中的液面降回到起始高度后，待玻璃管中的液面降回到起始高度后，按小柯的后，按小柯的实验步步骤再次再次进行行实验，比，比较两玻璃管内液面两玻璃管内液面上升情况，得出上升情况，得出结论。方案二：用乙方案二：用乙图所示装置替所示装置替换甲甲图中中对应装置装置(乙乙图中两个中两个烧瓶瓶规格相同，容格相同，容积都都为500mL)，按小柯的，按小柯的实验步步骤进行行实验，比比较两玻璃管内液面上升情况，得出两玻璃管内液面上升情况，得出结论。以上两种方案，你以上两种方案，你认为可行的有可行的有_。方案二方案二跟踪训练跟踪训练 2018湖州吴兴区统测湖州吴兴区统测如如图是探究是探究“电流通流通过导体体时产生生热量的多少跟什么因素有关量的多少跟什么因素有关”的的实验装置中的部分装置中的部分电路路(所所连接接5电阻均可上下活阻均可上下活动)。两个相同的透明容器中密封着等量的。两个相同的透明容器中密封着等量的空气，甲、乙两空气，甲、乙两U形管中所有液面初始状形管中所有液面初始状态是等高相平，通是等高相平，通电一一段段时间后液面的高度如后液面的高度如图所示。所示。(1)本本实验利用利用U形管中液面的高度差的大形管中液面的高度差的大小反映放出小反映放出热量的多少，量的多少，这是利用了装置是利用了装置中中_(选填填“液体液体”或或“空气空气”)的的热胀冷冷缩。空气空气(2)根据根据题干中的干中的实验结果，本果，本实验能得到的能得到的结论是：是：_ _。(3)为了研究了研究电流流产生的生的热量跟量跟电阻的关系。在不增加阻的关系。在不增加实验器材器材和不改和不改变电路接路接线的前提下，断开开关，的前提下，断开开关，U形管中的液面降回到形管中的液面降回到原来液面后，你需要原来液面后，你需要进行的行的实验操作是操作是_ _。相同电相同电阻，在通电时间相同的情况下，通过电流越大，导体产生的阻，在通电时间相同的情况下，通过电流越大，导体产生的热量越多热量越多将图中上方将图中上方5的电阻的电阻也放入右边容器中，重复上述实验，一段时间后观察管内液也放入右边容器中，重复上述实验，一段时间后观察管内液面高度差面高度差类型三含有电动机的电路计算类型三含有电动机的电路计算典例典例 2017杭州杭州如如图是小金研究是小金研究电动机机转动是否是否对小灯泡的亮度有影响的小灯泡的亮度有影响的电路路图。开始小金先抓住开始小金先抓住转轴合上开关，合上开关，观察小察小灯泡的亮度；接着放开灯泡的亮度；接着放开转轴让电动机机转动，继续观察小灯泡亮度的察小灯泡亮度的变化化(已知：小灯泡的已知：小灯泡的电阻阻为R，电动机机线圈圈电阻阻为r，电源源电压为U)。由此。由此请你回答：你回答：(1)在在电动机未机未转动时，t时间内内电流在流在电路中路中产生的生的热量量为_(填写表达式填写表达式)。(2)在在电动机机转动时，电流所做的功流所做的功_电流在流在电路中路中产生的生的热量量(选填填“大于大于”“等于等于”或或“小于小于”)。(3)小金判断小金判断电动机机转动后小灯泡会更亮，你后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正小金的判断正确确吗？并根据学？并根据学过的知的知识给以解以解释。大于大于跟踪训练跟踪训练 2018杭州杭州小金小金对玩具汽玩具汽车的的电动机很感机很感兴趣，他拆下趣，他拆下电动机，机，测得它的内阻得它的内阻为1.5。为测量量电动机工作机工作时的的电流，利用流，利用身身边现有器材，有器材，设计了如了如图所示的所示的电路路(符号符号 表示数表示数值可可读的的变阻器阻器)。已知。已知电源源电压为12V，当，当变阻器阻器的阻的阻值为6时，电压表的表的读数数为3V。计算此算此时：(1)通通过电动机的机的电流。流。(2)电动机消耗的机消耗的电功率。功率。【答案答案】 (1)变阻器两端的电压为变阻器两端的电压为U变变UU机机12V3V9V又又串联电路电流处处相等串联电路电流处处相等通过电动机的电流为通过电动机的电流为1.5A(2)电动机消耗的电功率电动机消耗的电功率PU机机I3V1.5A4.5W混淆电流做功和电热的关系致错混淆电流做功和电热的关系致错典例典例 加在某电动机上的电压是加在某电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为，电动机消耗的电功率为P，电，电动机线圈的电阻为动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的电功率为，则电动机线圈上消耗的电功率为()【错解错解】选选D【析错析错】学生没有弄清楚纯电阻和非纯电阻的区别，错求成电学生没有弄清楚纯电阻和非纯电阻的区别，错求成电动机的机械功率，误选为动机的机械功率，误选为D。跟踪训练跟踪训练 如果加在某定值电阻两端的电压从如果加在某定值电阻两端的电压从8V升高到升高到10V，通，通过该电阻的电流变化了过该电阻的电流变化了0.1A，则该电阻的功率变化了，则该电阻的功率变化了 ( )A0.2W B1.8W C2.0W D8.0WB影响导体电热大小的相关因素影响导体电热大小的相关因素1教材实验原理图教材实验原理图2实验结论电流通流通过导体体产生的生的热量跟量跟电流流I、导体的体的电阻阻R、通、通电时间t有关，有关，电流、流、电阻越大、通阻越大、通电时间越越长，导体体产生的生的电热就就越多。越多。3实验关关键点点(1)控制控制变量法量法电流流产生的生的热量跟量跟电流、流、电阻、通阻、通电时间有关，要研究有关，要研究电热与某个因素的关系与某个因素的关系时，需采用控制，需采用控制变量法。量法。(2)转换法法烧瓶与玻璃管相当于液体温度瓶与玻璃管相当于液体温度计，电流流产生生热量的多少通量的多少通过U形管中液面高度形管中液面高度变化化显示，采用的是示，采用的是转换法。法。4实验拓展拓展(1)在在纯电阻阻电路中，路中，电流流产生的生的热量与量与电流所做的功相等，流所做的功相等，即：即：QW。因因为纯电阻将阻将电能全部能全部转化化为内能，所以内能，所以产生的生的电热与消耗与消耗的的电能相等。能相等。(2)在非在非纯电阻阻电路中，路中，QW。因。因为非非纯电阻阻电路中只有一路中只有一部分部分电能能转化化为内能，内能，还有一部分有一部分电能能转化化为其他形式的能。其他形式的能。例如，例如，电动机在工作机在工作时，电能大部分能大部分转化化为动能，小部分能，小部分转化化为内能。内能。