2020版高中物理第一章电场电流第6讲电流的热效应学案新人教版选修1-1

2020版高中物理第一章电场电流第6讲电流的热效应学案新人教版选修1-1

第6讲　电流的热效应 ‎[目标定位]　1.通过实验方法研究导体通电时发热与导体的电阻之间的关系.2.了解电流热效应跟哪些因素有关，理解焦耳定律，并能用焦耳定律解题.3.知道电功与电热的关系，了解生活中应用焦耳定律的例子，了解节约电能的一些方法.‎ 一、电阻与电流的热效应 ‎1.电流的热效应：电流通过导体时，使导体温度升高，电能转化为内能.‎ ‎2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比.即Q＝I2Rt.‎ ‎3.热功率：在物理学中，把电热器在单位时间消耗的电能叫做热功率，即P＝＝I2R.在国际单位制中，热功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W.‎ ‎4.电功率与热功率的关系：电能全部转化为内能时，电功率等于热功率；用电器消耗的电能只有一部分转化为内能时，电功率大于热功率.‎ 想一想　你所知道的哪些用电器是电能全部转化为内能的？哪些用电器消耗的电能只有一部分转化为内能？它除了转化为内能外，还转化为哪些能量？‎ 答案　电热器：电能全部转化为内能.‎ 电动机：电能主要转化为机械能，少部分转化为内能. ‎ 二、白炽灯 ‎1.白炽灯的工作原理是利用电流的热效应，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光.‎ ‎2.以美国发明家爱迪生和英国化学家斯旺为代表的一批发明家，发明和改进了电灯.‎ 想一想　电流通过白炽灯泡时，电能转化为什么能？‎ 答案　电流通过白炽灯泡时，电能全部转化内能.‎ 一、电流的热效应及其应用 ‎1.电热和热功率 电热：Q＝I2Rt.‎ 8‎ 热功率：P＝Q/t＝I2R，电热器在单位时间内消耗的电能.‎ 单位：电热的国际单位是“焦耳”，符号是“J”；热功率国际单位是“瓦特”，符号“W”.‎ ‎2.额定功率与实际功率 用电器的额定功率是指用电器在额定电压下的功率，这时用电器能安全有效地工作.当电压不符合规定条件时，用电器的功率按实际的电压和电流来计算.‎ 实际上用电器并不总是在额定电压下工作，实际功率可以小于额定功率，如果实际电压高于额定电压，实际功率会超过额定功率，容易损坏用电器甚至造成更大的危害，所以实际电压应避免超过额定电压.‎ ‎3.电流热效应的应用 ‎(1)各种电热器；(2)电路中的保险丝.‎ 例1　锂电池能量密度高、绿色环保.现用充电宝为一手机锂电池(图1－6－1甲)充电，等效电路如图乙所示，充电宝的输出电压为U，输出电流为I，该锂电池的内阻为r，则(　　)‎ 图1－6－1‎ A.充电宝输出的电功率为UI＋I2r B.电能转化为化学能的功率为UI C.锂电池产生的热功率为I2r D.锂电池产生的热功率为 答案　C 解析　充电宝的输出功率P出＝UI，A错误；锂电池产生的热功率P热＝I2r，C正确，D错误；电能转化为化学能的功率P＝P出－P热＝UI－I2r，B错误.‎ 针对训练1　通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为(　　)‎ A.4Q B.2Q ‎ C. D. 答案　C 8‎ 解析　由焦耳定律得，‎ Q＝I2Rt，Q′＝()2(2R)t＝t，‎ 所以Q′＝，只有选项C正确.‎ 二、电功与电功率 ‎1.电功与电功率 电功：W＝UIt，其中U、I分别是用电器两端的电压和通过它的电流.‎ 电功率：P＝UI，表示消耗电能的快慢.‎ 单位：电功的国际单位是“焦耳”，符号是“J”；电功率国际单位是“瓦特”，符号“W”.‎ ‎2.电功与电热的关系 ‎(1)在纯电阻电路中，消耗的电能全部转化为内能，故电功与电热相等，即 W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t.‎ ‎(2)在非纯电阻电路中，消耗的电能一部分转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能，故电功大于电热，即W＝UIt>Q＝I2Rt，UIt＝I2Rt＋E其他.‎ 例2　下表是某电饭锅铭牌上的部分内容，根据表中信息可得该电饭锅的额定电流为(　　)‎ 电器名称 电饭锅 额定电压 ‎220 V 额定功率 ‎1 100 W 额定容量 ‎4.0 L A.‎0.2‎ A‎ B.‎0.5 A ‎ C.‎2.0 A D.‎‎5.0 A 答案　D 解析　根据P＝UI可得I＝＝ A＝‎5.0 A.故D正确，A、B、C错误.‎ 针对训练2　一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等.停电时，用欧姆表测得A、B间的电阻为R；供电后，各家用电器同时使用，测得A、B间的电压为U，进楼线电流为I，如图1－6－2所示.则计算该幢居民楼用电的总功率P为(　　)‎ 8‎ 图1－6－2‎ A.I2R B. ‎ C.IU D.IU－I2R 答案　C 解析　因居民楼里的用电器不全是纯电阻，所以电功率P＝UI，C正确.‎ 电流的热效应及其应用 ‎1.如图1－6－3所示是某一电器的铭牌.从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是(　　)‎ 图1－6－3‎ 答案　A 解析　根据铭牌读出用电器的功率为24 W，选项中电饭锅、熨斗、电水壶都是大功率用电器，只有电风扇的功率较小，故A正确.‎ ‎2.将一只“220 V，100 W”的小电动机，一台“220 V，100 W”的电视机，一把“220 V，100 W”的电烙铁分别接到220 V的电源上，在相同时间内，电流通过它们产生的热量最多的是(　　)‎ A.电动机 B.电烙铁 C.电视机 D.一样多 答案　B 8‎ 解析　电动机、电视机消耗的电能没有完全用来发热，只有电烙铁消耗的电能全部转化为热量，选项B正确.‎ 电功与电功率 ‎3.对计算任何类型的用电器的电功率都适用的公式是(　　)‎ A.P＝I2R B.P＝U2/R C.P＝UI D.P＝W/t 答案　CD ‎4.如图1－6－4为一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V，机器人的锂电池容量为‎20 A·h.则机器人(　　)‎ 图1－6－4‎ A.额定工作电流为‎20 A B.充满电后最长工作时间为2 h C.电池充满电后总电量为7.2×‎‎104 C D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J 答案　C 解析　由P＝IU知额定电流I＝＝‎2 A，选项A错误；充满电后，锂电池容量为‎20 A·h，最长工作时间t＝＝10 h，选项B错误；电池充满电后总电荷量Q＝It＝20×3 ‎600 C＝7.2×‎104 C，选项C正确；以额定电流工作时每秒消耗能量W＝IUt＝48 J，D错误.‎ ‎(时间：60分钟)‎ 题组一、电流的热效应及其应用 ‎1.通电导体发热的规律是由下列哪位物理学家总结的(　　)‎ A.欧姆 B.焦耳 ‎ C.安培 D.法拉第 8‎ 答案　B ‎2.下列用电器的工作原理是利用电流的热效应的是(　　)‎ A.电烙铁 B.电炉子 ‎ C.电磁炉 D.微波炉 答案　AB 解析　电烙铁、电炉子是电流通过电热丝而发热，是利用了电流的热效应，故A、B正确；电磁炉是利用交变电流产生交变的磁场，从而在锅体中产生涡流而发热；微波炉的工作原理是电流在微波管中产生了电磁波(微波)，微波使水分子高速振荡而加热食物，所以C、D项错误.‎ ‎3.电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为(　　)‎ A.通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少 B.电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热 C.通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多 D.铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少 答案　D 解析　电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多.因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热.‎ ‎4.有三个用电器，其中一个为“220 V，60 W”的电风扇，一个为“220 V，60 W”的白炽灯，另一个是“220 V，60 W”的电热器，都在额定电压下工作相同的时间，比较这三个用电器产生的热量是(　　)‎ A.电风扇最多 B.白炽灯最多 C.电热器最多 D.都一样 答案　C 解析　三个用电器的电功率相同，工作相同的时间消耗的电能相同.电风扇把电能大部分转化为机械能，只有一小部分转化为内能；白炽灯把电能全部转化为内能，又有很少部分的内能转化为光能；电热器把电能全部转化为内能并全部以热量的形式放出.所以A、B、D项错误，只有C项正确.‎ 题组二、电功与电功率 8‎ ‎5.两个电阻并联在同一电路中，下列说法正确的是(　　)‎ A.电阻大的发热多 B.电阻小的发热多 C.一样多 D.无法比较 答案　B ‎6.从白炽灯上标有“220 V，100 W”的数据中，我们可以确定(不考虑温度对电阻的影响)(　　)‎ A.该电灯的额定电压为220 V，额定功率为100 W B.给电灯加上220 V的直流电压，通过它的电流一定为 A C.该电灯的电阻为48.8 Ω D.该电灯在电路中发光时，它实际消耗的电功率可能不是100 W 答案　ABD 解析　用电器铭牌上的数字为额定值，故选项A正确；给电灯加上220 V的直流电压，通过它的电流为I＝＝ A＝ A，故选项B正确；电灯的电阻根据R＝得R为484 Ω，故选项C错误；而“220 V，100 W”为正常发光的值，当不正常发光时电功率可能小于100 W，故选项D正确.‎ ‎7.不考虑温度对电阻的影响，一个“220 V，100 W”的灯泡，下列说法正确的是(　　)‎ A.接在110 V的线路上的功率为50 W B.接在110 V的线路上的功率为25 W C.接在440 V的线路上的功率为400 W D.接在55 V的线路上的功率为6.25 W 答案　BD 解析　不考虑温度对电阻的影响，电灯的电阻为定值，即R＝＝ Ω＝‎ ‎484 Ω.由P′＝，将110 V和55 V分别代入求得实际功率分别为25 W和6.25 W.而当灯两端电压为440 V时，已超过额定电压，灯将被烧坏.‎ ‎8.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，设通过的电流相同，则(在相同时间内)下列说法正确的是(　　)‎ A.电炉和电动机的产生的电热相等 B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 C.电炉两端电压小于电动机两端电压 8‎ D.电炉和电动机两端电压相等 答案　ABC 解析　由Q＝I2Rt知A正确；由P＝IU知B正确；对于电炉U＝IR，而电动机U>IR，所以C正确，D错误.‎ ‎9.浙江临海括苍山风电场总装机33台，其中1号风场10台，2号风场7台，3号风场16台，总容量1.98×107W.在家电中待机能耗较大是电视机，现阶段我国平板电视保有量达到2.5亿台，平均每台待机功率为8 W.请估算括苍山风电场发电多久可供全国的平板电视待机一天(　　)‎ A.一天 B.一个月 C.一百天 D.一年 答案　C 解析　2.5亿台电视机每天耗电E＝npt天，设括苍山风电场发电t天可供全国的平板电视待机一天，则P容t＝npt天，t＝＝天＝100天，故应选C.‎ ‎10.一只电动机的电阻为0.5 Ω，正常工作时通过它的电流为‎20 A，在10 s内转化的机械能为4.2×104 J，求：在这10 s内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？‎ 答案　4.4×104 J　2.0×103 J 解析　先计算电热，Q＝I2Rt＝2.0×103 J，‎ 再根据W＝Q＋E机，‎ 故W＝2.0×103 J＋4.2×104 J＝4.4×104 J.‎ 8‎