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9年级上册科学第三章《电热器》讲义

发布时间:2013-12-01 09:26:07  

1、电流的热效应:电流通过各种导体时,会使导体的温度升高,这种现象叫电流的热效应。

2、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。

3、电热器:(1)电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。

(2)电热器的主要组成部分是发热体,发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。

4、焦耳定律:

(1)文字叙述:电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比, 这个规律叫做焦耳定律。

(2)数学表达式:Q=IRt。

(3)电流产生热量的计算方法:① Q=IRt是焦耳通过实验总结出来的。任何导体有电流通过时,产生的热量都可以 由此公式来计算。② 对于纯电阻电路,即电能全部转化为内能的用电器,像电炉、电烙铁、电饭锅等。 电流产生的热量还可以由Q=U/Rt,Q=UIt推导公式来结算。

【例题剖析:】

例1:有一种新型的炊具叫电压力锅,它用电加热,又具有压力锅的优点。

如右图所示,问:该电压力锅正常工作15分钟能够产生多少热量?

(两种方法解题)

分析与解答:根据焦耳定律,要想求出热量,只要知道电流、电阻、时间,问题便迎刃而解。

根据P=UI,得出I=P/U=900瓦/220伏=4.09A 根据R=U/I,得出R=U/I=220伏/4.09A=53.8欧 时间为15分钟,也就是900秒 根据Q=IRt就可以求出产生的热量

其它的方法:因为当电流通过电压力锅时,电能全部转化为内能,所以我们还可以利用“W=P×t”来求出热量, 即Q=W=Pt=900W×15×60S=8.1×105J

【基础过关】

1、电吹风机和电熨斗通电时都会发热,哪种电器可以认为将电能全部转化成内(热)能?

答案:电吹风机 :电能转化成热能和机械能;电熨斗: 电能全部转化成内能。

2、在家庭电路中,若同时接入如图所示的用电器,会造成电路 过大,从而引起干路中的 过大, 根据 定律,可知导线中将产生大量的 ,使导线发热,甚至燃烧引起火灾.

答案:电流 电流 焦耳 热量

3、电热器是利用 来加热的设备,它的主要组成部分是 ;组成这部分材料的要求 是 大,

高。

答案:电流热效应;发热体;电阻率;熔点

1 2222

1、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( )

A.电压 B.电流 C.电阻 D.通电时间

2、电熨斗通电后温度很高,而连接电熨斗的电线却不怎么热,这是因为

A. 电线有绝缘层保护,能隔热 B. 导线的电阻小,产生的热量也很小。

C. 电线散热快,所以温度低 D. 通过电线的电流小于通过电熨斗的电流。

3、下面列出的几种常见的家用电器:① 电炉;② 电饭锅;③ 电冰箱;④ 微波炉;⑤ 电视机;⑥ 电烙铁。 其中属于电热器的是( )

A、①②⑥ B、①②④⑥ C、①②⑤⑥ D、①②③④⑥

4、某电热饮水器上有A、B两根电热丝,将两根电热丝串联接在电源上,20 min可将饮水器中的水加热至沸腾;若将 A单独接到同一电源上,同样使初温和质量相同的水加热至沸腾,需要8 min;若将B单独接在同样电源上,使初 温和质量相同的水加热至沸腾,需要多长时间?(不计热损失)

解:Q串= UtRAU2R?RB20min52=t1 QA=2t2 Q串=QA 1=A== ∴ = RAt2RBRA?RBRA8min23

RU2U23 又∵ QB=QA ∴ = t2 t3=B×t2=×8mm=12min 答案:12 min RBRARA2

【中考在线:】

1、小明家的电热水壶的铭牌如图所示,在一个标准大气压下,该水壶正常工作时,

用l0min能将2kg、10℃的水烧开。

水的比热容c=4.2×10J/(kg.℃)

(1) 计算水吸收的热量; (2) 计算消耗的电能;

(3) 水增加的内能比消耗的电能小多少?请结合物理知识,从节能的角度提一个合理化的建议。

解答:(1) Q=cm(t-t0)= 4.2×103J/(kg·℃)×2kg×90℃=7.56×105J

(2) W=Pt =1500W×10×60s=9.0×105J (3) 1.44×105J 只要答出与减少热量损失的相应合理的措施都可以

2、右图是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R1规格为“220V 1100W”, 限流电阻R2=506Ω。电路的工作原理是: 当温控开关S接a时,电热丝R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温度时,温控开关S自动从a切换到b, 电路处于保温状态。正常工作时,加热功率1100W,保温功率88W。(电源电压保持不变,电阻不随温度变化。)

(1) 请你按照上述原理,对右图进行连线,使它成为完整的电路图;

(2) 某天在使用(1)中已经连接完整的电路时,R1烧毁了。有人想使电路恢复

正常工作,设计了下面方案。请通过计算、分析,对两个方案作出评价:

方案一:用“220V220W”电热丝R3、“220V 880W”电热丝R4串联替代R1;

2 3

方案二:用两根都是“220V 550W”的电热丝R5并联替代Rl。

(3) 请你选用下表所提供的电热丝,再设计一个方案,使(2)中损坏的电路恢复正常工作,并说明设计理由。

电热丝:

解答:(1)如图所示

(2)方案一: R3= U/ P3 =(220V)/220W=220Ω 同理R4= 55Ω

R3、R4串联后: 加热时:P串= U/(R3+R4)=(220V)/(220Ω+55Ω)=176W<1100W

保温时:P′串=U/( R3+R4+R2)= (220V)/(220Ω+55Ω+506Ω)≈62.0W<88W

两项都不合题意要求,方案一不可行。

方案二:R1=U/P1=(220V)/1100W =44Ω,同理R5= 88Ω。两根电热丝R5并联后总电阻值是44Ω,能替代R1, 加热时功率为1100W;保温时功率为88W。正常工作时,两项都合要求。

但是,当其中一根电热丝烧坏时,电路仍可以工作。

加热时:R5正常工作,P=550W<1100W

保温时:P′′= U/(R2+R5)= (220V)/(506Ω+88Ω) ≈81.5W<88W

断了一根电热丝后,两项都不合要求,而且不能及时发现加以排除。可见方案二不是最佳的。

(3)设计如下: 将两根“110V 550W”电热丝R9串联替代R1。

理由:一个电热丝的电阻值为R9R9=U/P=(110V)/550W=22Ω

两根电热丝串联后总阻值是44Ω,接在220V电压下能正常工作,能完全等效替代R1,符合题意要求。

其它设计,只要符合题意要求均可。

3、冬天,王同学使用电热毯时发现电热毯有高温档和低温档,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R2(置于电热毯外部),电热丝R:,请说明要使电热毯处于低温档时,开关S1、S2应处于什 么状态?并写出低温档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档时,开关S1、S2应处于什么状态?并写出高温档时 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。

解答:(1)S1闭合,S2断开。

低温档电热毯发热功率:P=I2R2=[U/(R1+R2)]2R2

(2)S1、S2均闭合 (1分)

高温档电热毯发热功率:.P=(U2/R2)+ (U2/R3)

(3)较好的电路是乙,(1分)因为在甲电路中,低温档时R1要发热,浪费电能。

3 222222222222

甲 乙

【学生练习题:】

(2010.浙江杭州)如图甲、乙所示为某型号电水壶的电路示意图及铭牌,R与R0产生的热能均能被水吸收,保温状 态水温保持在80℃以上。回答下列问题:

(l) 保温状态下,开关S0、S分别处于什么状态? (2) 求电阻R0和R的阻值。

(3) 80℃的一杯水,放在桌上自然冷却,每隔5分钟记录一次水温, 得出丙图图线。从图中可以得出什么降温规律?

(4) 一满壶80℃的水,自然冷却到室温,水释放的热量为多少? (水的比热c=4.2×10J/(kg.℃)] 3

(2009浙教杭)如图1所示电路是在环境温度为10 C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2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。

(1) 从图2中读出环境温度为15C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? 00

4

(2010.浙江金华)浴霸是安装在浴室可供取暖和照明的家用电器,某浴霸的铭牌和简化电路图如图所示,图中L1为 额定功率40W的照明灯,L2为额定功率880W的红外线取暖灯。

求:(1) 照明灯正常工作时电阻为多少欧姆? (2) 取暖灯正常工作时的电流为多少安培?

(3) 若让L,和k同时正常工作500秒钟,共消耗多少电能?

(2010.浙江嘉兴)2010年世博会全面使用一种名叫LED灯的新型节能灯。使用LED灯比旧式灯泡节能90℅,且发出 光的颜色会随电压的变化而变化(见下表)。图乙是世博会的吉祥物——“海宝”,夜晚在LED灯的照射下,能呈现出 不同的颜色,形象十分可爱。

(1)根据表中数据,当LED灯发出红光时,消耗的电功率是 瓦。

(2)把一个LED灯接入如上图甲所示的电路中,已知电源电压为5伏且保持不变,电阻R为90欧姆。闭合开关后, 毫安表(比安培表更精确的电流表)的读数为20毫安,通过计算说明此时LED灯发出什么颜色的光?

(3)有一座“海宝”的质量为2.0×10千克,与水平地面的接触面积为0.4米,求此“海宝”对地面的压强 (g取10牛/千克)。 32

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(湖北荆州市)如右图所示是额定电压为220V的理发用电吹风的典型电路,其中电热丝通电后可以发热,电动机通 电后可以送风,且电动机的额定功率为120W。

(1) 要送冷风,选择开关应放在______位置;要送热风,选择开关应放在_______位置。(填“A”、“B”或“C”)

(2) 若电吹风在额定电压下工作,送冷风时,通电8min电流所做的功是多少?

(3) 若电吹风在额定电压下工作,送热风时电路消耗的总功率为560W,则电热丝R的阻值应为多大?

【第八节 核能的利用】

1、原子结构:原子包括 原子核:质子(带正点)、中子(不带电)和核外电子(带负电)

2、核能:原子核在发生改变的过程中,释放出巨大的能量,称为核能,也叫原子核能或原子能。

3、获得核能的两条途径:裂变和聚变。

裂变:是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核,并释放能量的过程。发生的是链氏反应。 聚变:是使2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核,同时释放出能量的过程。聚变又叫热核反应。

4、原子弹及核潜艇是根据裂变的原理制造的,氢弹是根据裂变的原理制造的。

5、核电站:核电站利用核能发电,它的核心设备是核反应堆。核反应堆是通过可以控制的裂变反应释放核能的设备。 核电站中发生的能量转化是:核能→内能→机械能→电能。

原子核的裂变和聚变都会产生一些发射性物质,如α射线、β射线、γ射线。

【例题剖析】

例1:关于原子弹,下列说法正确的是 ( )

A.只有U235可用于知道原子弹 B.原子弹的威力比氢弹更大。

C.原子弹又叫核弹。 D.以上说法都不对。

【基础过关】

1、获得核能的途径: 重核裂变和轻核聚变 。

2、核电站中发生的能量转化是: 核能→内能→机械能→电能 。

3、核裂变是将质量较大原子核在中子轰击下分裂成 2个新原子核 ,并释放出能量的过程。

6

【能力提高】

1、单位质量的下列反应中,释放能量最大的是 ( )

A.裂变 B.聚变 C.液氢燃烧 D.差不多

2、以下对于放射线的说法正确的是 ( )

A、放射线五污染,无公害,使用时十分安全简单 B、在利用放射线时,要注意进行有效的防护和防止污染

C、放射线对人畜伤害严重,有弊无利,难于利用 D、α射线和β射线是有益俄,而γ射线是有害的

3、“里根”号是美国第一艘以在世前总统名字命名的航母。该航母于1998年年开始在纽波特纽斯船厂建造,2000年 下水,2001年命名。航母排水量为9.7万吨,水线以上有20层楼高,其飞行甲板面积为4.5英亩(约18000平方 米),可载80架舰载飞机和6000名舰员,服役期50年。航母上的两个核反应堆可以连续工作20年而不用加燃料。 它是利用 重核裂变 的方式将原子核内的能量释放出来的。

【中考在线】

1、卢瑟福建立了原子结构的_____模型.目前人类获得核能的途径有_____和轻核聚变.

答案:行星 重核裂变

2、为缓解电力紧张的状况,开发利用新能源,我国陆续建成了一些核电站。关于核电站,下列说法正确的是:( )

A.核电站使用的核燃料是石油或天然气 B.核反应堆中发生的是不可控制的核裂变

C. 核电站发电的能量转化过程是:核能一内能一机械能一电能

D.核电站产生的核废料可像生活垃圾那样被处理或进行二次加工利用

3、能源的开发和利用在“两型”社会的建设中起着很重要的作用。下列能源中,在使用时最安全、最清洁的是:( )

A.煤气 B.太阳能 C.电能 D.核能

4、下图为田湾核电站发电流程图。在核电站的发电过程中,核能的获取途径及能量转化顺序正确的是:( )

A.聚变;核能→内能→化学能→电能 B.聚变;核能→内能→机械能→电能

C.裂变;核能→内能→机械能→电能 D.裂变;核能→内能→化学能→电能 【第九节 能量的转化和守恒】

1、能的转化和守恒定律:能量既不会消失,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,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,能的总量保持不变。

2、能的转化和守恒定律,是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。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。

3、能量的转移和转化有一定的方向性。

(1)“永动机”不可能成功是因为它违背了能的转化的守恒定律。

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(2)自然界的事物的运动和变化都必须遵循能量转化和守恒定律,但符合能量和守恒定律的事件却不一定能够发生。

【例题剖析】

例1:下列关于核能的说法正确的是 ( )

A. 物质是由原子组成的,原子中有原子核,所以利用任何物质都能得到核能

B. 到目前为止,人类获得核能有两种途径,即原子核的裂变和聚变

C. 原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的 D. 自然界的原子核只有在人为的条件下才会发生聚变

【基础过关】

1、下列说法中正确的是 ( )

A.能量不可能由一种形式转化为另一种形式 B.随着人们对资源的利用,自然界中的能量越来越少

C.做功过程是能量转化的过程 D.能量可以源源不断地产生,自然界中的能量越来越多

2、分析下列各现象中能的转化

(1)锯木头,锯条发热(机械能→热能) (2)气体膨胀做功,温度降低(热能 → 机械能)

(3)水轮机带动发电机发电(机械能 → 电能) (4)电动机带动水泵转动 (电能→机械能)

(5)电流通过灯丝使灯丝发光 (电能 → 热能、光能) (6)煤燃烧 (化学能 → 热能)

(7)光合作用 (光能→化学能) (8)原子能发电 (核能 → 电能)

(9)压缩气体做功 (机械能 → 热能) (10)给蓄电池充电 (化学能 → 电能)

(11)木材燃烧 (化学能 → 热能)

3、下列现象中,只有能的转移而没有能的转化的是( )

A、冬天用手摸户外的金属感到冷 B、水烧开时,水蒸气把壶盖顶起

C、羊吃着草在田埂上行走 D、开关闭合后电能发光

4、、“永动机”至今没有创造成功,其原因是( )

A、科学技术还不够先进; B、机器不能对外输出能量;

C、违背了能量守恒定律; D、机器只能转移能量,不能转化能量。

【能力提高】

1、下列几种热量的传递过程中,不可能实现的是( )

A、太阳向地球辐射太阳能; B、燃烧的煤,向四周散发热量;

C、人体在常温下不断向周围散热 D、冰箱自发地将箱内热量散发出去而降温。

2、下列几个过程中,属于能量的转移的是( ),属于能量的转化的是( )。

a、给电炉通电,电炉丝发红; b、在砂轮上磨刀,会射出火星; c、晒太阳感到暖和; d、烧水时,水渐渐热起来到沸腾; e、用打气筒打气,筒壁发热。

3、学习了“能量守恒”后,同学们提出了下面的一些关于利用和开发我国能源的建议,其中不正确的是( ) A.我国煤炭资源丰富,应研究并采用如何让燃料充分燃烧,以减少热量损失的措施

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C.我国应进一步开发利用江河水力资源

D.随着资源的不断消耗,我国应研究出一种既可以不消耗或少消耗能量,又能不断对外多做功的机器

【中考在线】

1、救灾汽车正在公路上急驰,突然发现山体滑坡,紧急刹车。此时刹车片和轮胎都变热,汽车的机械能转化为 能,这一过程是通过 实现的,但能量的总量是 。

答案:内 做功 守恒(不变)

2、小王同学分析了四个常见事例中的能量转化,其中正确的是:( )

A.在汽油机的做功冲程中,内能转化为机械能 B.电风扇正常工作过程中,电能主要转化为内能

C.电热水器工作过程中,内能转化为电能 D.跳水运动员在空中下落的过程中,动能转化为重力势能

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