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上册第三章第7节电热器

发布时间:2013-10-31 10:34:58  

【本讲教育信息】

一、教学内容

电热器

二、考点清单

(一)学习目标:

1、熟悉常用的电热器,知道电热器是利用电流热效应工作的

2、理解电流通过导体发出的热量跟哪些因素有关,理解焦耳定律

3、初步学会运用焦耳定律进行简单的计算

(二)重难点分析:

重点:理解电流通过导体发出的热量跟哪些因素有关,理解焦耳定律;初步学会运用焦耳定律进行简单的计算

难点:初步学会运用焦耳定律进行简单的计算

三、全面突破

【知识点1】常用的电热器:

1、电流的热效应

电流的热效应:电流通过各种导体时,会使导体的温度升高,这种现象叫做电流的热效应。从能量的转化看,电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。

电热器:用来加热的设备。

主要元件是发热体,由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成。

下图是常用的电热器:

1

2、电流的热效应的利与弊

利(优点):无污染、热效率高、方便控制和调节温度

弊(缺点):①在家庭电路中,由于长期的电流热效应,导线外的绝缘层会加速老化,甚至会烧毁绝缘层而引发火灾;

②同时,由于电流的热效应,会影响家电的使用性能和寿命。

防止措施:加装散热系统(如散热电扇)或为了更好散热而特别设计的结构(散热窗)。

【典型例题】

例1. 如图是家庭、宾馆常用的电热水壶及其铭牌。

(1)该电热水壶正常工作时的电阻为 欧。

(2)该电热水壶正常工作时、烧开一壶水需要5分钟,其消耗的电能是多少?

(3)在用电高峰期使用,如果电压只有200伏,这时电热水壶的实际功率有多大?(不考虑电阻的变化)

解析:这道题以电热水壶作为背景,综合考查了电学的各方面计算,具体见答案解析。 答案:(1)由P=U2/R得:R=U2 /P=(220V)2 /1100W=44Ω

(2)W=Pt=1100W×5×60s=3.3×105J

(3)P实=U实2/R=(200V)2 /44Ω=909.1W

例2. 生活在高原的人们常用高压锅煮食物,这是由于高原地区的大气压较___________。以下是电压力锅和它的工作电路图,R1为工作时的加热电阻,标有额定功率为800W。R2为保温保压电阻,且R2=2R1,S1为压力开关,当压强达到设定值时S1会自动断开,S2为限时开关,可以设定加热时间。求:

(1)当锅内气压为110千帕时,锅内气体对锅盖(400厘米2)的压力多大?

(2)正常工作时,R1阻值多大?

(3)若用此电压力锅煮骨头汤,S2限时60分钟。S1、S2同时闭合,工作30分钟后,S1达到限压值断开,S1闭合至限时结束,此过程中共消耗多少电能?

解析:本题也综合考查了电学的相关计算,同时考查了电路的分析,具体见答案解析。 答案:低

-(1)F=pS=1.10×105帕×400×104米2=4400牛

(2)R1=U2/P1=(220伏)2/800瓦=60.5欧

2

(3)W=W1+W2=P1tl+P2t2

=800瓦×l800秒+400瓦×3600秒=2.88×106焦

例3. 电热水壶由于使用方便、高效,已成为家庭常用的电器之一。下面是某电热水壶的铭牌。要将lL 20℃的水烧开(在标准大气压下),此电热水壶需正常工作3min 20s的时间。则:

(1)水吸收的热量是多少?

(2)电热水壶消耗多少电能?

(3)电热水壶的热效率是多少?

解析:这是一道综合考查电学知识和热学知识的题,第一问重在考查吸热公式的运用,第二问重在考查电学公式的运用,第三问考查计算热效率,是第一问与第二问的结果相比所得的值,具体见答案解析。

-答案:(1)由ρ=m/V得:m=ρV=1.0×103千克/米3×1×103米3=1千克

Q吸=cm(t-t0)= 4.2×103 J/(kg·℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105 J

(2)W=Pt=2000W×200s=4×105J

(3)η= Q吸 /W=3.36×105 J/4×105J=84%

例4.

现将水箱中装满水,通电后正常工作40min,水温从25℃上升到45℃. 在此过程中,求:

(1)热水器中电热丝的电阻:

(2)水所吸收的热量[c水=4. 2×103J/(kg·℃)]

解析:本题同样是综合考查了电学和热学的计算,具体见答案解析。

答案:(1)由P=U2/R得:R=U2 /P=(220V)2 /2000W=24.2Ω

(2)Q吸=cm(t-t0)= 4.2×103 J/(kg·℃)×50kg×(45℃-25℃)=6.3×106 J

【知识点2】电热的计算:

(一)探究电热与哪些因素有关

1、提出问题:电流通过导体产生的热量与哪些因素有关呢?

2、作出猜想:可结合生活经验,猜测:电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。

3、设计实验:注意控制变量法的使用

(1)控制t、I相同,研究热效应与电阻的关系

(2)控制t、R相同,研究热效应与电流的关系

(3)控制I、R相同,研究热效应与时间的关系

3

4、进行实验:略

5、获得结论:当电流和通电时间相等时,电阻越大,电流产生的热量越多; 当电阻和通电时间相等时,电流越大,电流产生的热量就越多;

当电流和电阻相等时,通电的时间越长,电流产生的热量就越多。

(二)焦耳定律

电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体

的电阻成正比,跟通电时间成正比。(它最先是由英国科学家焦耳发现的)

Q=I2

Rt

(三)电热计算的方法

思考:电吹风机和电熨斗通电时都会发热,哪种电器可以认为能将电能全部转化成内能?

――电熨斗 ①若电流所做的功全部转化为电热器的内能,即为纯电阻电路,则:

22②若电流所做的功只有一部分转化为热能,则只可用焦耳定律Q=I2

【典型例题】

例1. 如图甲所示电路是在环境温度为10℃左右的条件下工作的某自动恒温箱原理简图。箱内电阻Rl=5kΩ,R2为热敏电阻,其阻值随温度变化的图线如图乙所示,电源电压为12V.当电压鉴别器的两接入点a,b间的电压Uab小于2V时,鉴别器将使开关S接通,使恒温箱内的电热丝通电而发热,从而使箱内温度升高;当Uab大于4V时,鉴别器将使S断开,停止加热。

4

(1)从图乙中读出环境温度为15℃时的热敏电阻R2为 kΩ。

(2)通过计算判定该恒温箱内的温度将保持在怎样的范围?

(3)若想使此恒温箱内的温度变化范围在第(2)问的基础上降低一些,在鉴别器功能和热敏电阻不变的条件下,可采取怎样的措施?

解析:本题综合考查了电学的各部分知识点,要求同学们对电学要有一个整体的理解,具体见答案解析。

答案:(1)25kΩ

(2)当U=2V时 I1=U1/R1=2V/5kΩ =0.4mA

R2=U2/I2=U2/I1=(12V-2V)/0.4mA =25 kΩ

当U=4V I1=U1/R1=4V/5 kΩ =0.8mA

R2=U2/I2=U2/I1=(12V-4V)/0.8mA =10 kΩ

计算后查图2可得温度范围为15℃≤t≤55℃

(3)Uab原本的控制点2V调成大于2V 4V调成小于4V

如2.5V和3.5V

例2. 冬天,王同学使用电热毯时发现电热毯有高温挡和低温挡,于是他设计了电热毯的模拟电路图甲和乙(电热丝相当于电热毯内部发热电阻)。

(1)图甲中有定值电阻R1(置于电热毯外部),电热丝R2,请说明要使电热毯处于低温挡时,开关S1、S2应处于什么状态?并写出低温挡时电热毯发热电功率的表达式。

(2)图乙中有两根电热丝R2、R3,请说明要使电热毯处于高温挡时,开关S1、S2应处于什么状态?并写出高温挡时电热毯发热电功率的表达式。

(3)请指出你认为其中较好的电路,并说明理由。

解析:本题综合考查了电路分析,电路的优化与设计,电热的计算。是一道高质量的电热器计算题,具体见答案解析。

答案:(1)S1闭合,S2断开。

低温挡电热毯发热功率:P=I2R2=[U/(R1+R2)]2 R2

(2)S1、S2均闭合

高温挡电热毯发热功率:P=(U2/R2)+(U2/R3)

(3)较好的电路是乙,

因为在甲电路中,低温挡时R1要发热,浪费电能。

5

例3. 如图所示电路,电源电压不变,R1=40Ω,R2=60Ω,通过R1的电流I1=0.3A,求:

(1)电路的总电阻

(2)电源电压

(3)R2消耗的电功率

(4)通电1min,电阻R1上产生的热量

解析:这道题综合考查了电学的有关计算,具体见答案解析。

答案:(1)R = R1 R2 /(R1+R2 )=40Ω×60Ω/(40Ω+60Ω)=24Ω

(2)U=U1 = I1 R1 =0.3A×40Ω=12V

(3)P2 =U22/ R2 =(12V)2/60Ω=2.4W

(4)Q1= U12 t/ R1 =(12V)2 ×60s/40Ω=216J

例4. 如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械,从能量转化的角度看. 它主要是把电能转化为机械能,还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机,当电动机两端加220V电压时,通过电动机线圈的电流为50A。问:

(1)每分钟该电动机消耗的电能是多少?

(2)已知电流通过导体时产生的热量Q=I2Rt(其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间),若该电动机线圈的电阻是0.4Ω,则线圈每分钟产生的热量是多少?

(3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少?

解析:这道题也综合考查了电学的各方面的知识,同学们要从整体的角度对电学有一个深入的理解,具体见答案解析。

答案:(1)W电=UIt=220V×50A×60s=6.6×105 J

(2)Q=I2Rt=(50A)2 ×0.4Ω×60 s=6×104 J

(3)W= W电 -Q=6.6×105 J-6×104 J=6×105 J

四、应考锦囊

本讲的知识点是中考的必考内容,其中电热的计算一般都会和其它电学计算一起出现在后面较难的计算题上,是需要同学们熟练掌握的知识点,我们例题中所讲解的都是2008和2009年浙江省和全国其它省份的中考题,从这些题中不难看出,熟练运用我们在这两节课中所讲的推导公式对于提高同学们的解题速度显得非常重要。希望同学们能在课后更多地进行这方面的训练,从而使自己在中考中把这部分知识的分拿稳,最终使自己考上理想的高中。

6

五、本讲小结

1. 明确电流热效应的概念以及相关的分析。

2. 明确电流热效应的好处与弊端。

3. 理解电热计算公式的意义,计算过程,思维步骤和注意事项。

六、超前思维(核能的利用;能量的转化与守恒)

下次上课前请同学们做好以下准备:

(一)学习目标:

1. 知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式

2. 了解和平利用核能的方式与进展,了解核能的优点和核能开发可能带来的问题

3. 知道各种形式的能可以相互转化,能举出日常生活中能量转化的例子。

4. 理解能的转化和守恒定律,能用能量守恒观点分析自然现象。

5. 初步了解现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。

(二)阅读内容:课本110~116页

(三)带着问题上课堂:

1. 获得核能的方式有哪些?

2. 能的转化和守恒定律在日常生活生产中有哪些应用?

(四)牛刀小试:

1. 原子核在发生______________的过程中,释放出巨大的能量,称为核能,也叫原子核能或原子能。获得核能的两条途径:______________和______________。

2. 裂变:是质量较大的原子核在______________轰击下分裂成2个新原子核,并释放能量的过程。发生的是链式反应。聚变:是使2个质量较小的原子核结合成______________的新核,同时释放出能量的过程。聚变又叫______________反应。原子弹及核潜艇是根据______________的原理制造的,氢弹是根据______________的原理制造的。核电站中发生的能量转化是:核能→__________→__________→电能。原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质,如__射线、__射线、__射线。

3. 能的转化和守恒定律:能量既不会_______,也不会_______,它只会从一种_______转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能的_______保持不变。能的转化和守恒定律,是自然界最_______、最_______的基本定律之一。无论是机械运动,还是生命运动,无论是宇宙天体,还是微观粒子,都遵循这个定律。

【模拟试题】(答题时间:40分钟)

一、选择题

1. 下列用电器属于电热器的是:( )

A. 电风扇 B. 电冰箱 C. 电烙铁 D. 空调器

2. 将电阻不同的两根电阻丝串联后接入电路中,产生热量最多的是:( )

A. 电阻大的电阻丝 B. 电阻小的电阻丝

C. 电流大的电阻丝 D. 条件不够无法判断

3. 有2安培的电流通过一电阻器,在一定时间内产生一定的热量,如果电流增加到4安

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培,在相同的时间内产生的热量是前者的( )

A. 1/4倍 B. 1/2倍 C. 4倍 D. 2倍

4. 用电热器烧水,当电压为U时,t秒内可将水烧开。如果电压降为原来的一半,则同样烧开这些水所需的时间应为 ( )

A. t/4 B. t/2 C. 2t D. 4t

5. 要使电热器消耗的电功率增大为原来的2倍,可以通过改变电热器两端的电压U及改变电热器电阻R来实现,那么可以采取的办法有 ( )

A. U不变,使电阻变为R/2

B. 使电压和电阻分别变为U/2、R/4

C. 使电压和电阻分别变为U/3、R/8

D. U不变,使电阻变为2R。

6. 两根阻值相同的电阻丝,分别串联和并联后接在同一电源上,烧开同一壶水所用的时间分别为t1和t2,比较它们大小时,有 ( )

A. t2>t1 B. t1>t2

C. t1=t2 D. 条件不够,无法判定。

*7. 有两只电阻R1与R2,已知R1=2R2第一次把它们串联在6伏特的电路中,第二次把它们并联在6伏特的电路上,两次连接中,电阻消耗的总功率之比P串∶P并是 ( )

A. 9∶2 B. 2∶9 C. 1∶1 D. 4∶5

8. 如图所示,灯泡和一电阻串联后接在电压为U的电路中,已知电阻的电阻值为R1,灯泡的电阻值为R2,通过电路的电流为I,则灯泡消耗的电功率为:( )

A. IU B. U/R2 C. IR2 D. U2/R。

9. 小明利用如图所示的装置探究电流产生的热量与哪些因素有关:有两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各放置一根电阻丝,且R甲大于R乙,通电一段时间后,甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高。该现象能够说明电流产生的热量与下列哪些因素有关 ( )

22

A. 电压 B. 电流 C. 电阻 D. 通电时间

*10. 两根电阻丝的阻值之比为2:3,通过它们的电流之比为3:2,则在相等的时间内,两个导体产生的热量之比为 ( )

A. 1:1 B. 2:3 C. 3:2 D. 9:4

二、填空简答与实验探究题

1. 用一个“220V,800W”的电加热器(俗名“热得快”)来加热水. 它是利用电流的 来工作的。它是用电阻率(大或小),熔点在绝缘体上做成的。

2. 一个标有“220V、1000W”的电炉,接在220伏特的电源上,工作0.5小时,消耗电

8

能________度,产生的热量是________焦耳。

3. 如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置,两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和初温的煤油中,每一烧瓶里各插入一温度计。请回答下列问题:

(1)合上开关,经过一段时间,两电阻丝产生热量的多少是通过 反映出来的;

(2)采用这种连接方式的目的是 。

*4. 日常生活中发生的火灾事故,大多是短路导致的。小星同学猜想:通电导体发热多少可能与电流大小有关。于是他和同学用完全相同的器材组成两个电路进行探究。开关同时闭合后,调节滑动变阻器使两电路中电流不同,如图甲、乙所示,实验中观察到A瓶中的煤油液面升得比B瓶高,说明了A瓶中煤油吸收的热量比B瓶____________。

实验表明:____________________________________________________。

三、分析计算题

*1. 如图所示,电源电压保持不变,电阻R与灯泡L并联,R的电阻为3Ω,灯泡L的阻值为6Ω,开关S闭合后,电源电压为6V,求:

(1)电流表的示数;

(2)通电l分钟电阻R产生的热量;

(3)S闭合时灯泡L消耗的电功率。

**2. 下面是 HG2003家用蒸汽电熨斗示意图和铭牌。使用时水箱中的水滴入被加热的底板迅速汽化产生向下的蒸汽。

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(1)某师傅在用此熨斗烫干衣服时,用了19N向下的力压熨斗,在此过程中,衣服受到的压强是多大?(g=10牛/千克)

(2)用熨斗汽烫时先预热,使铁制底板的温度从20℃升高到220℃,温控开关自动断开。已知底板的质量为1kg,铁的比热为0.46×103J/(kg·℃)问蒸汽电熨斗预热时底板吸收多少热量?

(3)汽烫时,水滴入汽室,由于水升温汽化带走热量。当底板温度降到190℃时,温控开关自动闭合,当加热到220℃时又断开,如此反复。若蒸汽电熨斗大体按下图所示程序工作,10min烫一件衣服共消耗多少电能?

**3. 有一种太阳能、电能两用热水器,它接收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为

1.25m3,能将接收的太阳能的50%转化为水的内能。它的电热水器铭牌见下表。

(1)晴天时,用太阳能加热,每年6月份,合肥地区向着阳光的地方平均每1m2的面积在1小时内得到的太阳辐射能为3.2×106 J,如果每天接收太阳能的时间以8h计算,可以将80kg、初温为20℃的水加热到多少摄氏度?[水的比热容C水=4.2×103J/(kg·℃)]

(2)如果遇到雨天用电能加热,在额定电压下工作时,将上述同样质量、初温的水加热到同样的温度需多长时间?(假定所消耗的电能全部转化为水的内能)

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【试题答案】

一、选择题:

1. C 2. A 3. C 4. D 5. A 6. B

7. B 解析:充分运用串、并联电路的特征,结合电功率的公式代入具体数据计算,最为准确。

8. C 9. C

10. C 解析:把比例式中数据看成具体数据,代入焦耳定律公式进行计算,其结果最可信。

二、填空简答与实验探究题:

1. 热效应 大 高

2. 0.5 1.8×106

3.(1)温度计的示数

(2)既能使通过电流相等也能使加热时间相等。

4. 多

当电阻和通电时间相等时,电流越大,电流产生的热量就越多

解析:主要注意控制变量法的运用,从题意可知应该是控制电阻和通电时间相同,研究电流产生的热量与电流大小的关系。

三、分析计算题:

1. 解析:(1)I1=U/R=6V/3Ω=2A

I2=U/RL=6V/6Ω=1A

I= I1 + I2=2A+ 1A=3A

(2)Q= I1 2Rt=(2A)2 ×3Ω×60s=720J

(3)P2=UI2=6V×1A=6W

答:略

2. 解析:(1)G=mg=1.3千克×10牛/千克=13牛

F=13牛+19牛=32牛

-P=F/S=32牛/160×104 米2 =2×103 帕

(2)Q吸=cm(t-t0)= 0.46×103 J/(kg·℃)×1kg×(220℃-20℃)=9.2×104 J

(3)W=Pt=1000W×10×45s=4.5×105 J

答:略

3. 解析:(1)Q吸 =50%×1.25×8×3.2×106 J=1.6×107 J

由Q吸=cm(t-t0)得:t= t0 +Q吸 / cm=20℃+1.6×107 J/0.46×103 J/(kg·℃)×80kg=67.6℃

(2)由Q吸 =W= Pt得:t= Q吸/P=1.6×107 J/1500W=1066.7s

答:略

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