资源描述
15.3电热器电流的热效应
◆要点1 电热器
（1）电流的热效应：导体中有电流通过时会发热，将电能转化为内能的现象。
（2）电热器：主要利用电流的热效应工作的装置。
（3）常见的电热器：电水壶、电热毯、电暖器、电熨斗、电烤箱等。
◆要点2 焦耳定律
（1）内容：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比。这个规律叫焦耳定律。
（2）公式： Q=I2Rt。（I通过的电流、R电阻的阻值、t通电时间）对于纯电阻电路有：Q=U2Rt；Q=UIt。
（3）单位：电热、电功与电能单位相同，都是焦耳（J）。
（4）焦耳定律与热量计算公式的异同点：
名称
不同之处
相同之处
揭示的规律不同
能量转化形式不同
计算公式不同
①单位相同均是焦耳（J）；
②研究的方法相同（控制变量法）
焦耳定律
通电导体产生的热量与导体的电阻、导体中的电流与通电时间的关系
电能转化为内能，能的形式发生改变
Q=I2Rt
热量计算公式
物体吸收或放出热量的多少与物质的比热容、物体的质量和升高或降低的温度的关系
能的形式不变，只是内能的转移
Q=cm△t
（5）电功与电热的区别与联系：对于纯电阻电路，工作时将电能几乎全部转化为内能，此时W=Q，对于非纯电阻电路，工作时仅有少量的电能转化为内能，所以W＞Q。
Δ基础题系列
◆1.下列现象或装置,利用了电流热效应的是( )
①电视机后盖有许多小孔②电动机外壳上装散热片③长期不用的电视机隔段时间通电一次去潮湿
④白炽灯 ⑤电脑机箱里装有小风扇 ⑥电暧手宝。
A. ①②⑥ B. ①②⑤ C. ③④⑥ D. ②③⑥
【答案】C
【解析】
①电视机后盖有许多小孔是为把各电器元件产生的热量及时散失掉，故①不符合题意；
②电流通过电机产生的热量是有害的，电动机外壳上装有散热片可以用来散热，故②不符合题意；
③家电长时间停用，隔一段时间应通电一次利用电热防止家电受潮，再次使用时被损坏，故③符合题意；
④白炽灯通电后发热发光，是利用电流的热效应工作的，故④符合题意；
⑤过多的热量会影响计算机的正常工作，机箱内有风扇，这都是为了散失热量，故⑤不符合题意；
⑥电暖手宝将电能转化为内能，利用了电流热效应工作的，故⑥符合题意。
◆2.(2019·镇江)下列选项中，利用电流的热效应工作的家用电器是（ ）
A．油烟机 B．电热毯 C．洗衣机 D．电风扇
【答案】B
【解析】
A. 油烟机工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故A错误；
B. 电热毯工作时，主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故B正确；
C. 洗衣机工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故C错误；
D. 电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故D错误。
◆3.以下说法正确的是( )
A. 焦耳定律反映了电能转化为内能的规律
B. 电热器、变阻器都是根据电流的热效应制成的
C. 功率大的用电器一定比功率小的用电器做的功多
D. 两个灯泡串联使用时，电阻大的灯泡产生的热量多
【答案】D
【解析】
A. 焦耳定律的内容：电流通过导体产生的热量与电流的平方、导体电阻的大小及通电时间成正比，反应的是电流产生热量时的规律，故A正确；
B. 变阻器是通过改变接入电路中的电阻丝的长度来改变电阻的，不是电流的热效应，故B错；
C. 功率大的用电器，说明做功快，但不一定做功多，故C错；
D. 两个灯泡串联,通过的电流相等,通电时间相等,由焦耳定律Q=I2Rt可知，电流产生的热量与导体的电阻成正比，故D正确。
◆4.将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入同一家庭电路中,通电时间相同,下列说法正确的是( )
A. 三个用电器产生的热量相同 B. 电风扇产生的热量最多
C. 电烙铁产生的热量最多； D. 电视机产生的热量最多
【答案】C
【解析】因为U=220V，所以三种用电器的实际功率：P=P额=100W；
又因为W=Pt；所以三种用电器消耗的电能相同；
由于电视机将一部分电能转化为光能，电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能，电烙铁将电能全部转化为内能。则产生热量最多的是电烙铁。
◆5. 甲、乙两个容积相等的电热水器，接在照明电路上，甲的电热丝阻值为121Ω，乙的电热丝阻值为72.6Ω．将它们都放到盛满温度相同的冷水后接入家庭电路，通电6min乙电热水器中的水被烧开，则甲电热水器将水烧开需要的时间为（ ）
A．4 min B．6 min C．8 min D．10 min
【答案】D
【解析】已知通电6min乙电热水器中的水被烧开，即Q乙=U2R乙 t乙；
∵Q甲=Q乙∴Q甲=U2R甲 t甲即U2R乙 t乙=U2R甲 t甲
t甲=R甲R乙=121Ω72.6Ω×6min=10min。故选D.
◆6.某电动机线圈的电阻为R，正常工作时两端的电压为U，通过的电流为I，则该电动机工作时，输出的最大机械功率为（ ）
A. UI B. I2R C. UI+I2R D. UI-I2R
【答案】D
【解析】
该电动机工作时的最大功率P=UI，线圈消耗功率P圈=I2R，
所以输出的最大机械功率为P输出=P-P圈=UI-I2R．
◆7.如图所示，有两根长短、粗细相同但不同的材料制成的电阻丝，R1>R2，将a、b接入电路中时，通过足够大的电流，火柴棒甲、乙的情况是（ ）
A. 甲先点燃 B. 乙先点燃 C. 同时被点燃 D. 无法判断
【答案】A
【解析】
根据图示可知，两电阻串联，因此通过它们的电流相等；
又∵R1>R2，I1=I2，t1=t2
∴由Q=I2Rt可知，Q1>Q2，所以电阻R1的温度高，故甲先被点燃。
◆8.如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（ ）
A. U甲=U乙 B. U甲<U乙 C. Q甲>Q乙 D. Q甲<Q乙
【答案】C
【解析】：
由于两电阻丝串联，流过它们的电流I相等，通电时间t相等，
由题意知：R甲<R乙，由U=IR知：U甲<U乙；由Q=I2Rt知：Q甲<Q乙.
◆9.（2019·无锡）如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜丝。接通电源，闭合开关S，
依次闭合各小灯泡支路的开关，可以看到电流表的示数逐渐增大；再闭合电炉丝支路的开关时，会发现熔
丝被熔断。下列说法正确的是（ ）
①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故②实验中通过熔丝的电流大于铜丝
③通电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝
④随着支路开关依次闭合，熔丝最终熔断说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关
A．只有①② B．只有①③④ C．只有②③④ D．①②③④都正确
【答案】B
【解析】：
①由图知，小灯泡和电炉丝是并联的，并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以同时工作的用电器越多，干路电流越大，干路导线产生的热量越多，达到一定程度，会引起熔丝熔断，甚至引发安全事故。故①正确；
②串联电路电流处处相等，熔丝和铜丝是串联在干路中的，所以通过熔丝的电流等于通过铜丝的电流。故②错误；
③已知熔丝电阻大于铜丝,通过的电流相同,由焦耳定律Q=I2Rt知，在相同时间，熔丝产生的热量多。故③正确；
④并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，随着支路开关依次闭合，干路电流逐渐增大，熔丝最终熔断，说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关。故④正确。
◆10.（2019·南充）如图，灯L标有“4V 2W”，R=20Ω，闭合开关S时，灯L正常发光（灯丝的电阻不受温度影响），电流表示数为___________A，通电1min电路中产生的热量为___________J。
【答案】0.7；168。
【解析】
由图知R与L并联，电流表测干路电流，灯L正常发光，
所以U=UR=UL=4V，
由P=UI可得通过灯泡的电流：IL=PL/UL=2W/4V=0.5A，
由欧姆定律可得通过R的电流：IR=UR/R=4V/20Ω=0.2A，
由并联电路的电流特点可得电流表示数：I=IL+IR=0.5A+0.2A=0.7A；
通电1min电路中产生的热量：Q=W=UIt=4V×0.7A×60s=168J。
◆11.（2019·株洲）用图示装置探究“影响电热的因素”,A、B、C为三根相同的电阻丝。以A、B为研究对象,该实验探究的是在___不变时电热与___的关系;若将C也置于右侧容器中,这时B、C并联后可等效为一根电阻丝,那么,该装置还可探究在___不变时电热与___的关系。(填“电流”或“电阻”)
【答案】电阻；电流；电流；电阻。
【解析】
(1)由图知，电阻丝B、C并联后与A串联，根据并联电路的电流特点可知，通过A的电流与通过B. C的电流之和相同，所以通过A的电流大于通过B的电流，已知容器内A、B的电阻相同，在通电时间相同时，该实验探究的是电流产生热量与电流大小的关系；
(2)若将C也置于右侧容器中,这时B、C并联后可等效为一根电阻丝(等效电阻为5Ω)，其等效电阻是A电阻丝的一半，此时通过A的电流与通过右侧“一根”电阻丝的电流相同，所以探究的是：电流相同时，相同时间内电流产生热量与电阻大小的关系。
Δ强化题系列
◆12.（2019·贵港）家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如下表。则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是_____Ω，正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是____J。
【答案】55；2.64×105。
【解析】
(1)由表格数据可知，电吹风吹冷风时的功率，即电动机的功率为120W，
由图知，电吹风正常工作且吹热风时，电动机和电热丝并联，
因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以电热丝的功率：P电热丝=P热−PM=1000W−120W=880W，
并联电路中各支路两端的电压相等,由P=U2/R可得电热丝的电阻：
R电热丝=U2/P电热丝=(220V)2/880W=55Ω；
(2)电吹风正常工作且吹热风时，5分钟内电流通过电热丝产生的热量：
Q=W=PRt=880W×5×60s=2.64×105J。
◆13.（2019·昆明）如图是一个家用电热水龙头。打开龙头开关，几秒就可以流出热水，这种加热水的过程很短，俗称“过水热”。某品牌电热水龙头的额定功率是3000W，额定电压是220V，则该电热水龙头正常工作时的电阻是________Ω（计算结果精确到0．1）。某次使用该龙头加热水时，测得实际电压为235V，水的初温为21℃，加热14s，得到0．5L、末温42℃的热水，则加热水的功率是________W。[c水=4．2×103J/（kg·℃）]
【答案】16.1；3150。
【解析】
已知：U额=220V，P额=3000W；
根据公式P=U2/R可得，电热水龙头正常工作时的电阻为R= U额2/ P额2=(220V)2/3000W≈16.1Ω。
已知：水的体积V水=5L；水的初温t1=21℃；水的末温t2=42℃；加热时间t=14s
水的质量为：m水=ρ水V水=1×103kg/m3×0.5×10-3m3=0.5kg。
水吸收的热量为：Q吸=c水m水（t2－t1））
即：Q吸=4．2×103J/（kg·℃）×0.5kg×（42℃-21℃）=4.41×104J.
所以加热水的功率为P=Q吸/t=4.41×104J/14s=3150W。
◆14.（2019·广东）某品牌电烤箱在额定电压下，功率从大到小有高挡、中挡和低挡。如图为电烤箱在不同挡位工作时的电路图，R1、R2为发热电阻丝，且阻值R1>R2，则高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是___图、___图和___图。(选填“甲”、“乙”或“丙”)
【答案】丙；乙；甲。
【解析】
由图甲知,只有开关S0、S1闭合,此时只有电阻丝R1接入电路中；
由图乙知,只有开关S0、S2闭合,此时只有电阻丝R2接入电路中；
由图丙知,三个开关都闭合,此时两电阻丝R1、R2并联接入电路中；
由题知,R1>R2,由并联电路的电阻特点知,三个电路的电阻：R丙<R乙<R甲，
电源电压一定,由P=U2/R知,P丙>P乙>P甲，所以高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是丙图、乙图、甲图。
◆15.（2018•扬州）如图所示，电源电压为6V，当S1、S2闭合、S3断开时，电流表示数为0.5A，则R1的电阻值为 Ω；当S1、S3断开，S2闭合时，电压表示数为3V，则通过R1的电流A，电路的总电功率是 W，通电5min电路中R2产生的热量是 J。
【答案】12；0.25；1.5；225。
【解析】
当S1、S2闭合，S3断开时，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流，
由I=U/R可得，R1的阻值：
R1=U/I1=6V/0.5A=12Ω；
当S1、S3断开，S2闭合时，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R1两端的电压：U1=U−U2=6V−3V=3V，
因串联电路中各处的电流相等，所以，电路中的电流： I=I1=U1/R1=3V/12Ω=0.25A，
由I=U/R可得，R2的阻值： R2=U2/I2=U2/I=3V/0.25A=12Ω，
电路的总电功率： P=UI=6V×0.25A=1.5W；
通电5min电路中R2产生的热量： Q=I2R2t=(0.25A)2×12Ω×5×60s=225J．
◆16.（2018盐城）在综合实践活动中，小明设计了一种电热饮水机电路，如图甲所示，R1和R2均为电热
丝，S2是自动控制开关，可实现“低挡”、“高挡”之间的转换，饮水机工作时功率随时间的关系图像如图
乙所示。求：
(1) 30min内电路消耗的总电能；
(2)饮水机工作时，通过电阻R1的电流；
(3)电阻R2的阻值。
【答案】(1) 0.44kW⋅h；(2) 2A；(3) 73.3Ω。
【解析】
(1)由图乙知,高档功率P高=1100W,工作时间t高=20min=13h；
低档功率P低=440W=0.44kW,工作时间t低=10min=16h；
由P=W/t可得，30min内电路消耗的总电能：
W高+W低=P高t高+P低t低=1.1kW×13h+0.44kW×16h=0.44kW⋅h，
(2)由图甲可知,当S1、S2都闭合时,R1、R2并联,电路中电阻较小,由P=U2/R可知，电功率较大，为“高档”；
当S1闭合、S2断开时,电路中只有R1,电路中电阻较大,由P=U2/R可知，电功率较小，为“低档”；
由P=UI可得通过R1的电流：
I1=P低/U=440W/220V=2A；
(3)从“低档”到“高档”,只是并联了R2,电源电压不变,R1的功率不变，
则R2的功率：
P2=P高−P低=1100W−440W=660W，
由P=U2/R可得,电阻R2的阻值：
R2=U2/P2=(220V)2/660W≈73.3Ω。
答：(1)30min内电路消耗的总电能为0.44kW⋅h；
(2)饮水机工作时,通过电阻R1的电流为2A；
(3)电阻R2的阻值为73.3Ω。
◆17.（2019·盐城）新型电饭锅在煮饭时采用“高温”和“低温”两种方式交替加热，其内部电路如图
所示，R1和R2均为电热丝，S1是温度自动控制开关，高、低温挡的额定功率见下表。煮饭时，闭合开关S，
电饭锅正常工作30min消耗的电能为0.44kW•h，求：
额定电压
220V
额定
功率
低温挡
440W
高温档
1100W
（1）煮饭时通过R1的电流。
（2）电热丝R2的电阻。
（3）30min内R2消耗的电能。
【答案】（1）2A；（2）73.33Ω；（3）0.22kw·h
【解析】
电饭锅是利用电流的热效应工作的，当开关S、S1均闭合时，电热丝R1、R2并联，处于加热状态；当闭合S，断开S1时，处于保温状态。
（1）由电路图可知，当闭合S，断开S1时，电路为R1的简单电路，处于保温状态，
根据P=UI可知，通过R1的电流I1=P1U=440W220V =2A ；
（2）当开关S、S1均闭合时，电热丝R1、R2并联，处于加热状态；
电路中总功率等于各用电器功率之和，所以R2的电功率：P2=P高温-P低温=1100W－440W=660W，
根据P=U2R可知，R2的电阻R2=U2/P2=(220V)2/660W≈73.3Ω。
（3）由题意可知，该电饭锅在煮饭时采用“高温”和低温两种方式交替加热，电饭锅处于低温档和高温档R1均工作，由P=W/t可得R1消耗的电能W1= P低温t=0.440KW×0.5h=0.22 KW·h，30min内R2消耗的电能：W2=W-W1=0.44KW·h-0.22KW·h =0.22KW·h。
◆18.（2019·宿迁）某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路
图如图所示：
额定电压
220V
额定功率
高温档
中温档
低温档
880W
440W
220W
(1)当开关S1断开,S2接a时,该电火锅选用___档工作(选填“高温”、“中温“或“低温”)。
(2)当电火锅使用中温档正常工作时，电路中电流是多大?接入电路的电热丝的阻值是多少?
(3)用电火锅高温档在额定电压下烧水7分钟,电流做了多少功?若电热丝产生的热量全部被水吸收,在1个标准大气压下,能使1kg初温为20℃的水升高多少℃(c水=4.2×103J/(kg⋅℃))?
【答案】
（1）低温；
（2）当电火锅使用中温档正常工作时，电路中电流是2A；接入电路的电热丝的阻值是110Ω；
（3）用电火锅高温档在额定电压下烧水7分钟，电流做了3.696×105J的功；若电热丝产生的热量全部被
水吸收，在1个标准大气压下，能使1kg初温为20℃的水升高80℃。
【解析】
(1)由图知,当S1断开,S2接a端,R1和R2串联,此时电路的总电阻最大,由P=U2/R可知，此时总功率最小，则该电火锅选用低温档工作；
(2)当开关S1断开,S2接b时,电阻R2单独接入电路，为中温档，此时电路中的电流：
I中温=P中温/U=440W/220V=2A，
由欧姆定律可得，接入电路的电热丝的阻值：R2=U/I中温=220V/2A=110Ω；
(3)用电火锅高温档在额定电压下烧水7分钟，电流做的功：
W=P高温t=880W×7×60s=369600J=3.696×105J，
因电热丝产生的热量全部被水吸收,则Q吸=cm△t可得水升高的温度：
△t=Q吸/cm=W/cm=369600J/4.2×103J/(kg⋅℃)×1kg=88℃
因为在1个标准大气压下，水的沸点是100℃，且水的初温为20℃。
◆19.（2019·东营）如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，接入电路。
（1）组装之前，U形管内注入适量红墨水，U形管 （选填“属于”或“不属于”）连通器。
（2）图甲是探究在通电时间相同和 相同的情况下，导体产生的热量与 大小是否有关的装置。
（3）实验中通过观察 的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是 。
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．用铁屑显示磁体周围磁场分布
C．研究光的传播时，引入“光线”D．扩散现象表明分子在不停地做无规则运动
（4）由图乙所示，电流表的示数为 A，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是 J。
（5）某实验小组发现通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是 。
【答案】
(1)属于；
(2)电流；电阻；
(3)U形管液面高度；BD；
(4)2；200；
(5)透明容器密闭性不好(透明容器漏气、对应电阻丝短路)。
【解析】
(1)由图知，U形管内注入适量红墨水，上端开口，下端相连通，所以属于连通器；
(2)由图知，阻值不同的电热丝串联在两个密闭容器中，通过的电流和通电时间都相同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系；
(3)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映。采用的是转换法；
A. 探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；
B. 用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；
C. 研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；
D. 扩散现象表明分子在不停地做无规则运动，采用的是转换法。故选BD；
(4)由图知，电流表选择的是0∼3A量程，对应的分度值是0.1A，电流表示数为2A；
右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是Q=I2Rt=(2A)2×5Ω×10s=200J；
(5)由Q=I2Rt可知,电阻丝R1和R2在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有可能漏气，也可能是对应的容器内的电热丝短路。
◆20.（2019·昆明）在“探究电流产生的热里与哪些因素有关”的实验中，提供了如图的实验器材，其中R1＞R2。
实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系：
（1）请按照图中的电路图将对应实物图连接完整；
（2）电路中电阻丝的连接方式是为了控制________；电阻丝放出热量的多少，通过________来进行判断：
（3）闭合开关，经过一定时间，用电阻丝R1热的煤油温度升高了△t1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了△t2，那么△t1________△t2（选填“大于”，“等于”或“小于”）
实验二：探宂电流产生的热S与电流的关系
（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1（或R2）加热的煤油，温度升高△t1’（或△t2’________2△t1（或2△t2）（选填“大于“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流的________正比例关系。
（5）你认为做这个实验产生误差的主要原因是：。
【答案】
（1）
（2）电流相等；温度升高的示数；
（3）大于；
（4）大于；不成正比；
（5）两瓶煤油的质量大小是否相等；
【解析】
(1)探究电流产生的热量与电阻的关系,应该控制通过电阻的电流和通电时间相同,电阻不同,因此应该让两个电阻丝串联。滑动变阻器按“一上一下”的原则接入电路。
(2)串联电路中电流处处相等,两个电阻丝串联是为了控制电流相等,本实验中电流产生的热量不能用眼睛直接观察,我们是通过观察烧瓶中温度计示数的变化来反映电阻丝通电后产生热量的多少。
(3)两个电阻丝串联,电流相等,通电时间相同,且R1>R2,根据Q=I2Rt可知,电阻大的产生的热量多,因此Δt1>Δt2。
(4)电流变为原来的二倍,且通电时间相同,根据Q=I2Rt可知,温度升高量Δt1'大于2Δt1,说明电流产生的热量与电流不是正比例关系;
(5)烧瓶内煤油的温度不同,两瓶煤油的质量大小是否相等，与外界发生热传递时损失的能量不同,因此会有实验误差。
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