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第10天 焦耳定律 劉芳同學(xué)有兩段電熱絲，電阻分別是R1、R2（R1＞R2)，她將這兩段電熱絲在電路中串聯(lián)起來，分別放入兩個相同的容器中，兩個容器中裝有相同質(zhì)量的水，如圖所示。當她將開關(guān)閉合后，關(guān)于甲乙兩個容器中水溫的變化，下面的說法中正確的是 A．甲容器中的水溫度上升的快 B．乙容器中的水溫度上升的快 C．甲、乙容器中的水溫度上升的一樣快 D．條件不足，無法判斷 【參考答案】A 【知識補給】 電熱的綜合計算 1．歐姆定律和電熱計算時，要特別注意它們的使用范圍是純電阻電路，即用電器工作時，消耗的電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如電烙鐵、燈泡等。焦耳定律（Q=I2Rt）適用于所有的電路。如果電流通過導(dǎo)體的電能全部轉(zhuǎn)化為熱，電流通過導(dǎo)體的消耗電能的功率就等于電能轉(zhuǎn)化為熱量的功率，即P=UI=I2R。 2．在熱、電綜合計算時，注意Q=I2Rt和Q=cmΔt、Q=qm的結(jié)合。 如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同，燃料的質(zhì)量相同，燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量也相同，下列說法不正確的是 A．比較不同液體的比熱容，可以選擇甲丙兩圖 B．比較不同液體的比熱容，可以選擇乙丙兩圖 C．比較不同燃料的熱值，可以選擇乙丙兩圖 D．比較不同燃料的熱值，不可以選擇甲乙兩圖 （xx長春校級期中）導(dǎo)線接頭處往往容易發(fā)熱的主要原因是 A．接觸處電阻小電流變大，相同時間產(chǎn)熱多 B．接觸處電阻大電流變小，相同時間產(chǎn)熱多 C．接觸處電阻大電流相同，相同時間產(chǎn)熱多 D．以上說法都不對 （xx河北檢測）兩條電阻絲串聯(lián)在電路中，在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量較多的是 A．通過電流較大的電阻絲 B．電壓較小的電阻絲 C．電壓較大的電阻絲 D．電阻較小的電阻絲 （xx內(nèi)蒙古校級模擬）如圖是探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)的實驗裝置，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面的高度的變化反應(yīng)密閉空氣溫度的變化，下列說法正確的是 A．該裝置是為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系 B．將左邊容器中的電阻絲由5 Ω換成10 Ω，就可以探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系 C．通電一段時間后，左側(cè)U形管中液面的高度差比右側(cè)的大 D．該實驗裝置是利用U形管中液體的熱脹冷縮來反應(yīng)電阻絲放出熱量的多少的 （xx婁底期末）如圖所示的家用電器中，利用電流熱效應(yīng)工作的是 A．筆記本電腦 B．電水壺 C．電視機 D．電風扇 xx年4月26日上午，中國第二艘航空母艦在中國船舶重工集團公司大連造船廠舉行下儀式。這艘航母仍舊為常規(guī)動力，滑躍式起飛，據(jù)悉我國后面的航母將采用彈射起飛，目前我國在葫蘆島建有電在磁彈射研究裝置。彈射器（系統(tǒng)）由個子系統(tǒng)組成：①能量貯存系統(tǒng)；②能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；③彈射系統(tǒng)；④監(jiān)視系統(tǒng)。根據(jù)資料，完成下面問題 （1）電磁彈射系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)要求在秒內(nèi)充滿所需的能量，為此航母上專門設(shè)計了 盤式儲能交流發(fā)電機（旋轉(zhuǎn)磁極）。最大輸出電壓1 600 V，輸出電流為5 000 A，效率為90%，發(fā)電機定子線圈的電阻為8毫歐，求： ①發(fā)電機的輸出功率多大？ ②每一次儲能時，發(fā)電機定子線圈將會產(chǎn)生多少熱量？ ③如果發(fā)電機定子線圈總質(zhì)量為50 kg，這些熱量全部被發(fā)電機定子線圈吸收，它的溫度變化多少？[c線圈=0.4103 J/（kg℃）] （2）根據(jù)（1）中計算結(jié)果，發(fā)電機最好選用__________做定子線圈． A．導(dǎo)體 B．絕緣體 C．半導(dǎo)體 D．超導(dǎo)體 （3）整個電磁彈射系統(tǒng)中，彈射體是電磁彈射系統(tǒng)的核心組成部分，是一種把輸入的電能轉(zhuǎn)換為動能，從而在一定距離內(nèi)推動艦載飛機加速到規(guī)定彈出速度的功率執(zhí)行部件。它和__________的工作原理相同。 A．發(fā)動機 B．電動機 C．電磁起重機 D．電視機 （xx長春校級期中）探究“電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實驗。如圖甲和乙所示，兩個透明容器中密閉著等質(zhì)量的空氣，兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來，連接到電源兩端，通電一定時間后，比較兩個U形管中液面高度差的變化。 （1）在圖甲中，通過兩電熱絲的電流________；是探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體________的關(guān)系。 （2）在圖乙中，是探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過導(dǎo)體________的關(guān)系。 （3）實驗中，我們是通過觀察U形管中液面的_____來比較各容器中電熱絲產(chǎn)生熱量的多少的。 某簡易電吹風簡化電路如圖所示，其主要技術(shù)參數(shù)如下表，在家庭電路使用中： 額定電壓 220 V 額定功率 熱風時：990 W 冷風時：110 W （1）當電吹風吹冷風時，通過電動機的電流多大？若電動機電阻R1為1 Ω，則40 s內(nèi)電流通過電動機產(chǎn)生的熱量是多少焦？ （2）當電吹風吹熱風時，電熱絲R2的電功率是多少瓦？電熱絲R2的電阻值是多少歐？ 幾千年來中國的廚藝最講究的就是“火候”二字。現(xiàn)在市場上流行如圖1所示的新型電飯鍋，采用“聰明火”技術(shù)，電腦智能控溫、控壓，智能化控制食物在不同時間段的溫度，以得到最佳的口感和營養(yǎng)，其簡化電路如圖2甲所示。R1和R2均為電熱絲，S1是自動控制開關(guān)．把電飯鍋接入220 V的電路中，在電飯鍋工作的30 min內(nèi)，電路中總電流隨時間變化的圖象如圖2乙所示。求： （1）S和S1都閉合時電飯鍋的電功率； （2）電熱絲R2的阻值； （3）這30 min內(nèi)電飯鍋產(chǎn)生的熱量。 小王家新買的電熱淋浴器的銘牌如下表所示。小王按說明書要求給淋浴器裝滿水，通電50 min，觀察到淋浴器上溫度計示數(shù)由23 ℃上升到45 ℃。求： （1）在加熱過程中，水箱中水吸收的熱量是多少?[c水=4.2103 J/(kg℃)] （2）電熱淋浴器加熱過程中消耗的電能是多少? （3）比較（1）、（2）兩問計算結(jié)果，你認為違背能量守恒嗎?為什么? C【解析】將電阻絲的兩個斷頭接上后，接頭處是兩根導(dǎo)線相切，由于接觸的部位很少，很細，電阻就較大。根據(jù)焦耳定律公式Q＝I2Rt知，在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多，溫度越高，因此接頭處燒焦就是因為電阻過大造成的。故選C。 C【解析】串聯(lián)電路中電流處處相等，所以故A錯誤；在串聯(lián)電路中，根據(jù)公式U=IR可知，電阻越大，電阻兩端的電壓就越大，再根據(jù)可知，在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量就越多。故C正確，BD錯誤。故選C。 C【解析】AC、裝置中一個5 Ω的電阻與兩個5 Ω的電阻并聯(lián)后再串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I右＝I左，兩個5 Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點知I右＝I1+I2，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I1＝I2，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側(cè)通過電流的一半，即是研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，不是探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系；由Q＝I2Rt可知，左邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快；因此通電一段時間后，玻璃管左側(cè)液面高度差更大，故A錯誤，C正確；B、將左邊容器中的電阻絲換成10 Ω的電阻絲后，變成了一個10 Ω的電阻與兩個5 Ω的電阻并聯(lián)后再串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I右＝I左，兩個5 Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點知I右＝I1+I2，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I1＝I2，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側(cè)通過電流的一半，雖然左右電阻不等，但是左右的電流也不相等，所以不是探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系，故B錯誤；D、該實驗裝置是利用U形管中空氣的熱脹冷縮來反映熱的多少，雖然產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U形管液面高度差的變化來反映，故D錯誤。故選：C。 B【解析】AC、筆記本電腦、電視機主要把電能轉(zhuǎn)化為光能與聲能，不是利用電流熱效應(yīng)工作的，故AC不符合題意；B、電飯鍋主要把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是利用了電流的熱效應(yīng)來工作的，故B符合題意；D、電風扇主要將電能轉(zhuǎn)化為機械能，不是利用電流熱效應(yīng)工作的，故D不符合題意。故選B。 （1）①8 000 000 W ②9 000 000 J ③405 ℃ （2）D （3）B （1）相等 電阻 （2）電流 （3）高度差 【解析】（1）圖甲中兩電阻串聯(lián)，通過兩電熱絲的電流相同，而電阻的大小不同，所以該實驗是探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻關(guān)系的； （2）在圖乙中兩電阻串聯(lián)，容器中兩電阻的大小相同，而通過左邊電阻中的電流是右邊電阻中電流的2倍，所以乙圖是探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過導(dǎo)體的電流關(guān)系。 （3）在該實驗中，我們是通過觀察U形管中液面的高度差來比較各容器中電熱絲產(chǎn)生熱量的多少的。 （1）10 J；（2）55 Ω （1）660 W （2）220 W （3）9.9105 J 【解析】（1）S和S1都閉合時，電阻R1與R2并聯(lián)；由乙圖可知此時電流值Imax=3 A， 則功率Pmax=UImax=220 V3 A=660 W。 （2）開關(guān)S1斷開時，電路中只有R1工作，由乙圖可知通過R1的電流值I1=2 A，則根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點可知電阻R1與R2并聯(lián)時I2=Imax-I1=3 A-2 A=1 A，根據(jù)歐姆定律得。 （3）只有R1工作時功率P1=UI1=220 V2 A=440 W；由乙圖可知t′=10 min+（20 min-15 min）=15 min=900 s，t″=（15 min-10 min）+（30 min-20 min）=15 min=900 s，則Q′=W′=Pmaxt′=660 W900 s=5．94105 J，Q″=W″=P1t″=440 W900 s=3．96105 J，∴30 min內(nèi)電飯鍋產(chǎn)生的熱量Q=Q′+Q″=5.94105 J+3.96105 J=9.9105 J。 （1）4.62106 J （2）4.8106 J （3）不違背，因為消耗的電能沒有全部被水吸收 【解析】（1）由可得，水的質(zhì)量m=ρV=1.0103 kg/m35010?3 m3＝50 kg，水吸收的熱量Q吸＝cm（t?t0）＝4.2103 J/(kg℃)50 kg(45 ℃?23 ℃)＝4.62106 J。（2）消耗的電能W＝Pt＝1 600 W5060 s＝4.8106 J。 （3）比較（1）、（2）兩問計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水吸收的熱量小于消耗的電能。這是因為電流產(chǎn)生的熱有一部分散失了，并沒有完全被水吸收，水吸收的熱量加上散失的能量，仍等于電流產(chǎn)生的熱量，所以沒有違背能量守恒。