2018-2019版高中物理 第一章 電場電流 第6講 電流的熱效應(yīng)學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc
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第6講 電流的熱效應(yīng) [目標(biāo)定位] 1.通過實(shí)驗(yàn)方法研究導(dǎo)體通電時(shí)發(fā)熱與導(dǎo)體的電阻之間的關(guān)系.2.了解電流熱效應(yīng)跟哪些因素有關(guān),理解焦耳定律,并能用焦耳定律解題.3.知道電功與電熱的關(guān)系,了解生活中應(yīng)用焦耳定律的例子,了解節(jié)約電能的一些方法. 一、電阻與電流的熱效應(yīng) 1.電流的熱效應(yīng):電流通過導(dǎo)體時(shí),使導(dǎo)體溫度升高,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 2.焦耳定律:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間成正比.即Q=I2Rt. 3.熱功率:在物理學(xué)中,把電熱器在單位時(shí)間消耗的電能叫做熱功率,即P==I2R.在國際單位制中,熱功率的單位是瓦特,簡稱瓦,符號是W. 4.電功率與熱功率的關(guān)系:電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí),電功率等于熱功率;用電器消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí),電功率大于熱功率. 想一想 你所知道的哪些用電器是電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的?哪些用電器消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能?它除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還轉(zhuǎn)化為哪些能量? 答案 電熱器:電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 電動(dòng)機(jī):電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 二、白熾燈 1.白熾燈的工作原理是利用電流的熱效應(yīng),使通電的金屬絲溫度升高,達(dá)到白熱,從而發(fā)光. 2.以美國發(fā)明家愛迪生和英國化學(xué)家斯旺為代表的一批發(fā)明家,發(fā)明和改進(jìn)了電燈. 想一想 電流通過白熾燈泡時(shí),電能轉(zhuǎn)化為什么能? 答案 電流通過白熾燈泡時(shí),電能全部轉(zhuǎn)化內(nèi)能. 一、電流的熱效應(yīng)及其應(yīng)用 1.電熱和熱功率 電熱:Q=I2Rt. 熱功率:P=Q/t=I2R,電熱器在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能. 單位:電熱的國際單位是“焦耳”,符號是“J”;熱功率國際單位是“瓦特”,符號“W”. 2.額定功率與實(shí)際功率 用電器的額定功率是指用電器在額定電壓下的功率,這時(shí)用電器能安全有效地工作.當(dāng)電壓不符合規(guī)定條件時(shí),用電器的功率按實(shí)際的電壓和電流來計(jì)算. 實(shí)際上用電器并不總是在額定電壓下工作,實(shí)際功率可以小于額定功率,如果實(shí)際電壓高于額定電壓,實(shí)際功率會(huì)超過額定功率,容易損壞用電器甚至造成更大的危害,所以實(shí)際電壓應(yīng)避免超過額定電壓. 3.電流熱效應(yīng)的應(yīng)用 (1)各種電熱器;(2)電路中的保險(xiǎn)絲. 例1 鋰電池能量密度高、綠色環(huán)保.現(xiàn)用充電寶為一手機(jī)鋰電池(圖1-6-1甲)充電,等效電路如圖乙所示,充電寶的輸出電壓為U,輸出電流為I,該鋰電池的內(nèi)阻為r,則( ) 圖1-6-1 A.充電寶輸出的電功率為UI+I(xiàn)2r B.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為UI C.鋰電池產(chǎn)生的熱功率為I2r D.鋰電池產(chǎn)生的熱功率為 答案 C 解析 充電寶的輸出功率P出=UI,A錯(cuò)誤;鋰電池產(chǎn)生的熱功率P熱=I2r,C正確,D錯(cuò)誤;電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率P=P出-P熱=UI-I2r,B錯(cuò)誤. 針對訓(xùn)練1 通過電阻R的電流為I時(shí),在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q,若電阻為2R,電流為時(shí),則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為( ) A.4Q B.2Q C. D. 答案 C 解析 由焦耳定律得, Q=I2Rt,Q′=()2(2R)t=t, 所以Q′=,只有選項(xiàng)C正確. 二、電功與電功率 1.電功與電功率 電功:W=UIt,其中U、I分別是用電器兩端的電壓和通過它的電流. 電功率:P=UI,表示消耗電能的快慢. 單位:電功的國際單位是“焦耳”,符號是“J”;電功率國際單位是“瓦特”,符號“W”. 2.電功與電熱的關(guān)系 (1)在純電阻電路中,消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故電功與電熱相等,即 W=Q=UIt=I2Rt=t. (2)在非純電阻電路中,消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,還有一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能,故電功大于電熱,即W=UIt>Q=I2Rt,UIt=I2Rt+E其他. 例2 下表是某電飯鍋銘牌上的部分內(nèi)容,根據(jù)表中信息可得該電飯鍋的額定電流為( ) 電器名稱 電飯鍋 額定電壓 220 V 額定功率 1 100 W 額定容量 4.0 L A.0.2 A B.0.5 A C.2.0 A D.5.0 A 答案 D 解析 根據(jù)P=UI可得I== A=5.0 A.故D正確,A、B、C錯(cuò)誤. 針對訓(xùn)練2 一幢居民樓里住著生活水平各不相同的24戶居民,所以整幢居民樓里有各種不同的電器,例如電爐、電視機(jī)、微波爐、電腦等.停電時(shí),用歐姆表測得A、B間的電阻為R;供電后,各家用電器同時(shí)使用,測得A、B間的電壓為U,進(jìn)樓線電流為I,如圖1-6-2所示.則計(jì)算該幢居民樓用電的總功率P為( ) 圖1-6-2 A.I2R B. C.IU D.IU-I2R 答案 C 解析 因居民樓里的用電器不全是純電阻,所以電功率P=UI,C正確. 電流的熱效應(yīng)及其應(yīng)用 1.如圖1-6-3所示是某一電器的銘牌.從銘牌上的信息可推斷該銘牌對應(yīng)的電器可能是( ) 圖1-6-3 答案 A 解析 根據(jù)銘牌讀出用電器的功率為24 W,選項(xiàng)中電飯鍋、熨斗、電水壺都是大功率用電器,只有電風(fēng)扇的功率較小,故A正確. 2.將一只“220 V,100 W”的小電動(dòng)機(jī),一臺“220 V,100 W”的電視機(jī),一把“220 V,100 W”的電烙鐵分別接到220 V的電源上,在相同時(shí)間內(nèi),電流通過它們產(chǎn)生的熱量最多的是( ) A.電動(dòng)機(jī) B.電烙鐵 C.電視機(jī) D.一樣多 答案 B 解析 電動(dòng)機(jī)、電視機(jī)消耗的電能沒有完全用來發(fā)熱,只有電烙鐵消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量,選項(xiàng)B正確. 電功與電功率 3.對計(jì)算任何類型的用電器的電功率都適用的公式是( ) A.P=I2R B.P=U2/R C.P=UI D.P=W/t 答案 CD 4.如圖1-6-4為一種服務(wù)型機(jī)器人,其額定功率為48 W,額定工作電壓為24 V,機(jī)器人的鋰電池容量為20 Ah.則機(jī)器人( ) 圖1-6-4 A.額定工作電流為20 A B.充滿電后最長工作時(shí)間為2 h C.電池充滿電后總電量為7.2104 C D.以額定電流工作時(shí)每秒消耗能量為20 J 答案 C 解析 由P=IU知額定電流I==2 A,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;充滿電后,鋰電池容量為20 Ah,最長工作時(shí)間t==10 h,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電池充滿電后總電荷量Q=It=203 600 C=7.2104 C,選項(xiàng)C正確;以額定電流工作時(shí)每秒消耗能量W=IUt=48 J,D錯(cuò)誤. (時(shí)間:60分鐘) 題組一、電流的熱效應(yīng)及其應(yīng)用 1.通電導(dǎo)體發(fā)熱的規(guī)律是由下列哪位物理學(xué)家總結(jié)的( ) A.歐姆 B.焦耳 C.安培 D.法拉第 答案 B 2.下列用電器的工作原理是利用電流的熱效應(yīng)的是( ) A.電烙鐵 B.電爐子 C.電磁爐 D.微波爐 答案 AB 解析 電烙鐵、電爐子是電流通過電熱絲而發(fā)熱,是利用了電流的熱效應(yīng),故A、B正確;電磁爐是利用交變電流產(chǎn)生交變的磁場,從而在鍋體中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱;微波爐的工作原理是電流在微波管中產(chǎn)生了電磁波(微波),微波使水分子高速振蕩而加熱食物,所以C、D項(xiàng)錯(cuò)誤. 3.電爐通電后,電爐絲熱得發(fā)紅,而跟電爐連接的銅導(dǎo)線卻不那么熱,這是因?yàn)? ) A.通過銅導(dǎo)線的電流小,所以它消耗的電能也較少 B.電爐絲和銅導(dǎo)線消耗的電能相同,但銅導(dǎo)線散熱快,所以就不那么熱 C.通過電爐絲的電流大,所以它消耗的電能較多 D.銅導(dǎo)線電阻較小,所以它消耗的電能較少 答案 D 解析 電爐絲和銅導(dǎo)線是串聯(lián)關(guān)系,故通過電爐絲的電流與通過銅導(dǎo)線的電流大小相等,電爐絲和銅導(dǎo)線在電學(xué)性能上的差別在于:前者的電阻大,后者的電阻很小,根據(jù)電流通過電阻發(fā)熱的公式Q=I2Rt,在電流相同條件下,相同的時(shí)間內(nèi),電爐絲的發(fā)熱量比銅導(dǎo)線上的發(fā)熱量大得多.因此我們看到電爐通電后,電爐絲熱得發(fā)紅而與之相連的銅導(dǎo)線卻不那么熱. 4.有三個(gè)用電器,其中一個(gè)為“220 V,60 W”的電風(fēng)扇,一個(gè)為“220 V,60 W”的白熾燈,另一個(gè)是“220 V,60 W”的電熱器,都在額定電壓下工作相同的時(shí)間,比較這三個(gè)用電器產(chǎn)生的熱量是( ) A.電風(fēng)扇最多 B.白熾燈最多 C.電熱器最多 D.都一樣 答案 C 解析 三個(gè)用電器的電功率相同,工作相同的時(shí)間消耗的電能相同.電風(fēng)扇把電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,只有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;白熾燈把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,又有很少部分的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能;電熱器把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能并全部以熱量的形式放出.所以A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤,只有C項(xiàng)正確. 題組二、電功與電功率 5.兩個(gè)電阻并聯(lián)在同一電路中,下列說法正確的是( ) A.電阻大的發(fā)熱多 B.電阻小的發(fā)熱多 C.一樣多 D.無法比較 答案 B 6.從白熾燈上標(biāo)有“220 V,100 W”的數(shù)據(jù)中,我們可以確定(不考慮溫度對電阻的影響)( ) A.該電燈的額定電壓為220 V,額定功率為100 W B.給電燈加上220 V的直流電壓,通過它的電流一定為 A C.該電燈的電阻為48.8 Ω D.該電燈在電路中發(fā)光時(shí),它實(shí)際消耗的電功率可能不是100 W 答案 ABD 解析 用電器銘牌上的數(shù)字為額定值,故選項(xiàng)A正確;給電燈加上220 V的直流電壓,通過它的電流為I== A= A,故選項(xiàng)B正確;電燈的電阻根據(jù)R=得R為484 Ω,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;而“220 V,100 W”為正常發(fā)光的值,當(dāng)不正常發(fā)光時(shí)電功率可能小于100 W,故選項(xiàng)D正確. 7.不考慮溫度對電阻的影響,一個(gè)“220 V,100 W”的燈泡,下列說法正確的是( ) A.接在110 V的線路上的功率為50 W B.接在110 V的線路上的功率為25 W C.接在440 V的線路上的功率為400 W D.接在55 V的線路上的功率為6.25 W 答案 BD 解析 不考慮溫度對電阻的影響,電燈的電阻為定值,即R== Ω= 484 Ω.由P′=,將110 V和55 V分別代入求得實(shí)際功率分別為25 W和6.25 W.而當(dāng)燈兩端電壓為440 V時(shí),已超過額定電壓,燈將被燒壞. 8.一只電爐的電阻絲和一臺電動(dòng)機(jī)線圈電阻相同,都為R,設(shè)通過的電流相同,則(在相同時(shí)間內(nèi))下列說法正確的是( ) A.電爐和電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生的電熱相等 B.電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐消耗的功率 C.電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓 D.電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等 答案 ABC 解析 由Q=I2Rt知A正確;由P=IU知B正確;對于電爐U=IR,而電動(dòng)機(jī)U>IR,所以C正確,D錯(cuò)誤. 9.浙江臨海括蒼山風(fēng)電場總裝機(jī)33臺,其中1號風(fēng)場10臺,2號風(fēng)場7臺,3號風(fēng)場16臺,總?cè)萘?.98107W.在家電中待機(jī)能耗較大是電視機(jī),現(xiàn)階段我國平板電視保有量達(dá)到2.5億臺,平均每臺待機(jī)功率為8 W.請估算括蒼山風(fēng)電場發(fā)電多久可供全國的平板電視待機(jī)一天( ) A.一天 B.一個(gè)月 C.一百天 D.一年 答案 C 解析 2.5億臺電視機(jī)每天耗電E=npt天,設(shè)括蒼山風(fēng)電場發(fā)電t天可供全國的平板電視待機(jī)一天,則P容t=npt天,t==天=100天,故應(yīng)選C. 10.一只電動(dòng)機(jī)的電阻為0.5 Ω,正常工作時(shí)通過它的電流為20 A,在10 s內(nèi)轉(zhuǎn)化的機(jī)械能為4.2104 J,求:在這10 s內(nèi)電流做了多少功?電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量為多少? 答案 4.4104 J 2.0103 J 解析 先計(jì)算電熱,Q=I2Rt=2.0103 J, 再根據(jù)W=Q+E機(jī), 故W=2.0103 J+4.2104 J=4.4104 J.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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