2024江西中考物理二輪復習 微專題 焦耳定律及電熱相關計算（課件）

這是一份2024江西中考物理二輪復習 微專題 焦耳定律及電熱相關計算（課件），共47頁。PPT課件主要包含了考點清單，I2Rt，多擋位類相關計算，比熱容，上升的高度，轉(zhuǎn)換法，裝置的氣密性不好，鎳鉻合金，通電時間，Q＝I2Rt等內(nèi)容，歡迎下載使用。
實驗 探究影響電流熱效應的因素
一、電流的熱效應：電能轉(zhuǎn)化為____能的現(xiàn)象．二、發(fā)現(xiàn)：英國物理學家______做了大量實驗，于1840年最先精確地確定了電流通過導體產(chǎn)生的熱量(電熱)與電流、電阻和通電時間的關系．(2020.1)三、內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成______，跟導體的電阻成______，跟通電時間成______．
【版本導航】教科：九上P94～P97
四、公式：Q＝_______Q—熱量，單位是J.I—電流，單位是A.R—電阻，單位是Ω.t—通電時間，單位是s.五、推導式：Q＝W＝Pt＝UIt＝ (僅適用于純電阻電路)六、電熱的利用與防止1、利用：電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等．2、防止：散熱窗、散熱片、散熱孔、電腦的微型風扇等．
1. 識別擋位方法：判斷接入電路中的總電阻的大小，家庭電路中，不同擋位時電壓不變(220 V)，根據(jù)P＝ 可知，總電阻最小時，電功率最大，用電器處于高溫擋；總電阻最大時，電功率最小，用電器處于低溫擋．
2. 常考多擋位電路解讀
例　(2021福建改編)如圖是某電蒸鍋的內(nèi)部簡化電路圖，R1、R2均為發(fā)熱電阻，R1的阻值為484 Ω，加熱擋功率為1 200 W．用此電蒸鍋對質(zhì)量為1.2 kg的水加熱使其溫度升高75 ℃，需要的時間為375 s．求：(1)保溫擋的功率；(2)電阻R2的阻值；(3)電蒸鍋的加熱效率；(4)關閉家中其他用電器，只讓電蒸鍋獨立工作，用加熱擋加熱水3 min，家中標有“3 000 r/(kW·h)”的電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了150 r，通過計算判斷此時電蒸鍋是否正常工作？
解：(1)只閉合S1時，只有R1接入電路，電蒸鍋處于保溫擋P保＝ ＝ ＝100 W(2)當S1、S2均閉合時，R1、R2并聯(lián)，電蒸鍋處于加熱擋P2＝P熱－P保＝1 200 W－100 W＝1 100 W R2＝ ＝ ＝44 Ω(3)水吸收的熱量Q＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×1.2 kg×75 ℃＝3.78×105 J消耗的電能W＝P熱 t＝1 200 W×375 s＝4.5×105 J該電蒸鍋的加熱效率η＝ ×100%＝ ×100% ＝84%
(4)電能表轉(zhuǎn)150 r時消耗的電能W′＝ ＝0.05 kW·h電蒸鍋消耗的實際功率P實＝ ＝ ＝1 kW＝1 000 W＜1 200 W＝P熱所以此時電蒸鍋不能正常工作
變式1　結合銘牌如圖所示是某品牌電蒸鍋的內(nèi)部電路簡化圖，R1、R2均為阻值不變的加熱電阻，該電蒸鍋有高溫、中溫和低溫三種工作擋位，其部分銘牌參數(shù)如下表所示，其中高溫擋的功率已模糊不清．求：(1)電阻R1的阻值；(2)高溫擋的功率；
(3)若該電蒸鍋的加熱效率為84%，則高溫擋正常加熱4 min，可將質(zhì)量為1.2 kg的水溫度從20 ℃加熱到多少 ℃？(4)若某次工作中電路的實際電壓為200 V，則中溫擋的實際功率為多少？(結果保留到小數(shù)點后一位)
解：(1)當開關S1閉合，S2接B時，電路為R1的簡單電路，此時處于中溫擋則電阻R1的阻值R1＝ ＝ ＝88 Ω(2)當開關S1斷開，S2接B時，電阻R1與R2串聯(lián)，電路處于低溫擋此時電路中的總電阻R總＝ ＝ ＝176 Ω所以電阻R2的阻值R2＝R總－R1＝176 Ω－88 Ω＝88 Ω當開關S1閉合，S2接A時，電阻R1與R2并聯(lián)，電路處于高溫擋，由于R1＝R2 則高溫擋的功率P高＝2P中＝2×550 W＝1 100 W
(3)高溫擋加熱4 min放出的熱量W＝P高t高＝1 100 W×4×60 s＝2.64×105 J根據(jù) 可知，水吸收的熱量Q吸＝ηW ＝84%×2.64×105 J＝2.217 6×105 J根據(jù)Q＝cm(t－t0)可知，可將水加熱到的溫度t＝ ＋t0＝ ＋20 ℃＝64 ℃
(4) 當實際電壓為200 V時，中溫擋的實際功率
變式2　結合坐標圖像如圖甲是某電蒸鍋的內(nèi)部電路的工作原理簡圖，R1、R2均為阻值不變的加熱電阻，通過旋鈕開關可以實現(xiàn)加熱和保溫兩個擋位功能的切換，某次使用該電蒸鍋燒水過程中，消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖乙所示．求：(1)電阻R1的阻值；(2)把體積為1.2 L、初溫為30 ℃的水加熱至沸騰，水吸收的熱量(1標準大氣壓下)；(3)已知(2)過程用時7 min，則該電蒸鍋的加熱效率．
解：(1)由圖乙可知，P加熱＝1 000 W，P保溫＝400 W由P＝ 可知，電壓不變時，電阻越小，電功率越大旋鈕開關旋至1時，電阻R1、R2串聯(lián)工作，電路處于保溫擋由P＝ 可知，此時電路中的總電阻R總＝ ＝ ＝121 Ω當旋鈕開關旋至2時，電路為R2的簡單電路，電路處于加熱擋,電阻R2的電阻R2＝ ＝ ＝48.4 Ω所以電阻R1的阻值R1＝R總－R2＝121 Ω－48.4 Ω＝72.6 Ω
(2)水的質(zhì)量m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×1.2×10－3 m3＝1.2 kg水吸收的熱量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.2 kg×(100 ℃－30℃)＝3.528×105 J(3)消耗的電能W＝P加熱t(yī)加熱＝1 000 W×7×60 s＝4.2×105 J則電蒸鍋的加熱效率η＝ ×100%＝ ×100%＝84%
變式3　結合電路設計小華利用電源、兩個相同的發(fā)熱電阻和兩個開關也設計了一個電蒸鍋的內(nèi)部簡化圖，其仍然具有加熱和保溫兩個擋位．已知該電蒸鍋的加熱擋功率為1 100 W.(1)請在圖中虛線框內(nèi)畫出兩個電阻和開關S2三個元件的符號，將電蒸鍋的電路圖連接完整；(2)求電蒸鍋內(nèi)部一個發(fā)熱電阻的阻值；(3)用該電蒸鍋將質(zhì)量為2 kg、初溫為20 ℃的水用加熱擋正常加熱至75 ℃，求水吸收的熱量；(4)已知該電蒸鍋的加熱效率為80%，求上述過程需要正常加熱多長時間？
解：(2)當開關S1、S2閉合時，電路處于加熱擋，則電阻R2＝ ＝ ＝44 Ω(3)水吸收的熱量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(75 ℃－20 ℃)＝4.62×105 J(4)由于電蒸鍋的加熱效率為80%，則電蒸鍋放出的熱量W＝ ＝ ＝5.775×105 J需要正常加熱的時間為t＝ ＝ ＝525 s
控制通過電熱絲的_____和通電時間相同，改變電熱絲的阻值(將阻值不同的電熱絲串聯(lián)在電路中)
探究影響電流熱效應的因素(近10年未考)
液柱上升的高度
【設計實驗與進行實驗】(1)請根據(jù)實物電路，在虛線框內(nèi)畫出對應的電路圖.(2)為了在較短的時間內(nèi)達到明顯的實驗效果，常選用空氣而不用水做實驗，是因為空氣具有________較小的特點.
例　 小剛在“探究影響電流熱效應的因素”實驗中，所用的實驗裝置如圖所示.
(3)實驗中通過觀察玻璃管內(nèi)液柱____________來反映電熱絲產(chǎn)生熱量的多少，這里采用的方法是_______．在研究許多物理問題時都會用到這種方法，下列研究實例采用研究方法與此相同的是___.A. 探究電流與電壓、電阻的關系B. 用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布C. 研究光的傳播時，引入“光線”D. 探究真空能否傳聲(4)閉合開關，通過兩個電阻絲的電流______，該裝置可以探究電流的熱效應跟_____的關系.
【分析與論證】一段時間后，觀察到甲玻璃管內(nèi)液柱上升的高度較大, 由此可以得出的結論是_______________________________________________________. 【交流與反思】(1)若通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)其中一個玻璃管中液柱的高度幾乎不變，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是__________________.
其他條件不變時，電阻越大，電流通過電阻產(chǎn)生的熱量越多
(2)容器中的電阻采用金屬絲，在電流與通電時間相同的條件下，選用長度和橫截面積都相同的兩種材料進行實驗．為了使實驗現(xiàn)象最明顯，可以選用表中的銅與_________進行對比.
長1米、橫截面積1毫米2的幾種材料的電阻(20 ℃時)
(3)(2022懷化)英國物理學家焦耳通過大量實驗，最先精確地確定了電流通過導體時產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的_____成正比，跟_________成正比．這個規(guī)律叫做焦耳定律，其表達式為________.【結論應用】(2023嘉興改編)請說出生活中支持“電熱跟導體的電阻大小有關，電阻越大電熱越多”這個結論的一個實例：__________________________________________.
電爐絲熱得發(fā)紅，與它串聯(lián)的導線卻不怎么熱
1. (2020江西1題2分)1840年英國物理學家_____最先精確地確定了電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時間的關系，其表達式為：Q＝____.2. (2020江西8題2分)給手機快速充電的過程，主要是將電能轉(zhuǎn)化為_____能，過一會兒，充電器發(fā)燙，這是通過電流_____的方式，增大了物體的內(nèi)能．
焦耳定律理解(10年4考)
3. (04江西26題改編)在家庭電路中同時接入如圖所示的用電器，會造成電路總功率過大，從而引起干路中的電流過大，根據(jù)_____定律，可知導線中將產(chǎn)生大量的_____，使導線發(fā)熱，甚至燃燒引起火災．
類型1　純銘牌類(2021.17，2022.20，2022.17)4. (2021江西17題8分)如表一所示是小紅同學家的燃氣熱水器正常工作時顯示的部分參數(shù)．已知水的初溫為20 ℃，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)．求：(1)燃氣熱水器正常工作10 min流出的熱水的質(zhì)量；(2)燃氣熱水器正常工作10 min流出的熱水所吸收的熱量；
電熱相關計算(10年7考)
(3)小紅同學觀察到學校用的是即熱式電熱水器，銘牌如表二所示．若要得到(2)問中熱水所吸收的熱量，即熱式電熱水器需正常工作16 min 40 s，則該即熱式電熱水器的加熱效率為多少；(4)請寫出使用電能的兩個優(yōu)點．表一 表二
解：(1)燃氣熱水器正常工作10 min流出的熱水的體積V水＝5.0 L/min×10 min＝50 L＝5×10－2 m3則10 min流出的熱水的質(zhì)量m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×5×10－2 m3＝50 kg(2)燃氣熱水器正常工作10 min流出的熱水所吸收的熱量Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(50℃－20℃)＝6.3×106 J(3)t即熱＝16 min 40 s＝1 000 s即熱式電熱水器消耗的電能W＝Pt即熱＝7 000 W×1 000 s＝7×106 J即熱式電熱水器的加熱效率η＝ ×100%＝ ×100%＝90%(4)環(huán)保、方便
5. (2022江西17題8分)家用電器使用日益廣泛，好學的瑞瑞突發(fā)奇想，想檢驗電熱水壺和電飯煲誰的熱效率高，如圖所示是瑞瑞家兩種電器及銘牌．下表是瑞瑞在使用這兩種電器(正常工作)燒水時所記錄的數(shù)據(jù)．(1)在1標準大氣壓下，把電熱水壺中的水燒開，水需要吸收多少熱量？(2)試通過計算說明電熱水壺和電飯煲的熱效率誰高．
解：(1)水吸收的熱量Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.8 kg×(100℃－20℃)＝6.048×105 J(2)電熱水壺的熱效率η壺＝ ×100%＝ ×100%＝ ×100%＝70%電飯煲的熱效率η煲＝ ×100%＝ ×100%＝ ×100%＝80%所以η壺< η煲 ，因此電飯煲的熱效率高
6. (2022江西20題6分)如圖甲所示，是一則公益廣告，濃濃的孝心滲透著社會主義核心價值觀．小姬給爺爺網(wǎng)購了一臺電熱足浴器，其銘牌的部分參數(shù)如圖乙所示，足浴器某次正常工作時控制面板顯示如圖丙所示，求：(1)此時足浴器的工作電流；(計算結果保留一位小數(shù))(2)足浴器裝入最大容量初溫22 ℃的水，當水溫達到控制面板上顯示的溫度時水所吸收的熱量；(3)上述加熱過程耗時16 min，該足浴器的熱電效率．
解：(1)由P＝UI得，此時足浴器的工作電流I＝ ＝ ≈ 2.3 A(2)水的質(zhì)量m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×5×10－3 m3＝5 kg水吸收的熱量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/( kg· ℃)×5 kg×(42 ℃－22 ℃)＝4.2×105 J(3)足浴器消耗的電能W＝Pt＝500 W×16×60 s＝4.8×105 J足浴器的熱電效率
類型2　含電路圖的多擋位類(10年4考)7. (2020江西22題8分)冬天打出來的果汁太涼，不宜直接飲用，如圖所示，是小麗制作的“能加熱的榨汁杯”及其內(nèi)部電路簡化結構示意圖，該榨汁杯的部分參數(shù)如表所示．
求：(1)僅榨汁時的正常工作電流；(2)R2的阻值；(3)已知該榨汁杯正常工作時的加熱效率為90%，給杯子盛滿果汁并加熱，使其溫度升高30 ℃，需要加熱多長時間．[c果汁＝4×103 J/(kg·℃)，ρ果汁＝1.2×103 kg/m3]
解：(1)僅榨汁時的正常工作電流I＝ ＝0.3 A(2)根據(jù)P＝UI＝ 可知，電壓一定時，S2閉合時，只有R1接入電路，為保溫擋，S2、S3均閉合時，R1和R2并聯(lián)，電阻最小，總功率最大，為加熱擋R2的功率P2＝P加－P保＝300 W－80 W＝220 WR2的阻值為R2＝ ＝220 Ω
(3)果汁的質(zhì)量m＝ρ果汁V＝1.2×103 kg/m3×300×10－6 m3＝0.36 kg果汁吸收的熱量Q吸＝c果汁mΔt＝4×103 J/(kg·℃)×0.36 kg×30 ℃＝4.32×104 J由公式η＝ ×100%得 W＝ ＝4.8×104 J則需要加熱的時間t＝ ＝160 s
8. (2023江西22題8分)如圖甲所示，是小姬媽媽為寶寶準備的暖奶器及其內(nèi)部電路的結構示意圖和銘牌．暖奶器具有加熱、保溫雙重功能，當雙觸點開關連接觸點1和2時為關閉狀態(tài)，連接觸點2和3時為保溫狀態(tài)，連接觸點3和4時為加熱狀態(tài)．(溫馨提示：最適合寶寶飲用的牛奶溫度為40 ℃)
(1)求電阻R2的阻值；(2)把400 g牛奶從20 ℃加熱到40 ℃，求牛奶所吸收的熱量[c牛奶＝4.0×103 J/(kg·℃)]；(3)如圖乙所示，是暖奶器正常加熱和保溫過程中溫度隨時間變化的圖像，求暖奶器在加熱過程中的熱效率．(結果保留到小數(shù)點后一位)
解：(1)電路處于保溫狀態(tài)時，只有R1工作；處于加熱狀態(tài)時，R1與R2并聯(lián)工作，P2＝P加熱－P保溫＝220 W－20 W＝200 W電阻R2的阻值R2＝ ＝ ＝242 Ω(2)牛奶吸收的熱量Q吸＝c牛奶m(t－t0)＝4.0×103 J/(kg·℃)×0.4 kg×(40℃－20℃)＝3.2×104 J
(3)由圖像可知，加熱所用時間t1＝200 s暖奶器加熱所需電能W＝P加熱t(yī)1＝220 W×200 s＝4.4×104 J暖奶器在加熱過程中的熱效率η＝ ×100%＝ ×100% ≈72.7%
9. (2022江西22題8分)如圖所示，是某型號的爆米花機的電路圖，該爆米花機具有制作和保溫的功能．只閉合開關S1時，R1加熱，電動機攪拌, 開始制作爆米花；只閉合S2時，R2保溫，防止爆米花變涼；爆米花機的銘牌如表所示．[c玉米＝1.2×103 J/(kg·℃)](1)將100 g、20 ℃的玉米粒加熱到300 ℃成為爆米花時，求玉米粒需要吸收的熱量；(2)電阻R1發(fā)熱，把100 g、20 ℃的玉米粒加熱成為爆米花，需要用時5 min，求R1加熱效率；(3)求保溫電阻R2的阻值．
解：(1)解：玉米粒吸收的熱量Q＝c玉米m(t－t0)＝1.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(300 ℃－20 ℃)＝3.36×104 J(2)加熱電阻R1工作5 min消耗的電能W＝P加熱t(yī)＝200 W×5×60 s＝6×104 J加熱效率(3)保溫電阻
10. (2023江西22題8分)如圖所示，是某家用電熱水壺內(nèi)部的電路簡化結構圖,其中R1、R2為阻值相同的電熱絲，有甲、乙、丙、丁四種不同的連接方式．該電熱水壺加熱有高溫、中溫、低溫三擋，中溫擋的額定功率為500 W. 求：(1)電熱水壺調(diào)至中溫擋正常加熱，將2 kg溫度為30℃的水燒開(標準大氣壓下)需要20min,水所吸收的熱量及電熱水壺的效率；(2)電熱水壺高溫擋的額定功率；(3)若某次電熱水壺用高溫擋加熱0.1h,耗電 0.09 kW·h，通過計算判斷此時電熱水壺是否正常工作？
解：(1)水吸收的熱量Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－30 ℃)＝5.88×105 J消耗的電能W＝P中t＝500 W×20×60 s＝6×105 J電熱水壺的效率η＝ ×100%＝ ×100%＝98%(2)由題圖可知，中溫擋時R1單獨工作，高溫擋時兩等值的電阻并聯(lián)接入電路中工作則R1＝ ＝ ＝96.8 Ω由于R1、R2阻值相等，所以高溫擋時電路中的電阻R＝ ＝48.4 Ω 高溫擋的額定功率P高＝ ＝ ＝1 000 W