人教九年级物理培优讲义第10讲焦耳定律教师版
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1、 知识互联网知识互联网 漫画释义漫画释义 1 1 10 0 0 焦焦焦 焦耳耳耳耳定定定定律律律律 1原理:PUI 2器材的选择:电源、开关、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器各一个,导线若干 3实验电路图(如上) 注意事项: (1)观察电流表、电压表、滑动变阻器的量程和允许通过的最大电流,选择量程时电压表 的量程要大于小灯泡的额定电压, 电流表的量程要大于小灯泡的额定电流 变阻器的电阻应与小 灯泡的电阻相当为好,允许通过的最大电流要大于小灯泡的额定电流 (2)断开开关,调节滑变到最大阻值处,使电路中的电阻最大 (3)闭合开关,调节滑变,使小灯泡两端电压为其额定电压 (4)此实验只做一次,不用
2、求平均值 【例1】 图甲为测量3.8V小灯泡额定电功率的实物图,电源电压为6V且稳定不变 夯实基础夯实基础 知识导航知识导航 模块一 电功率测量实验 (1)请用笔划线代替导线将电压表接入电路 (2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移到 端(选填“A”或“B”) (3)移动滑片位置,使小灯泡正常发光,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定 功率为 W 【答案】 (1)图略(电压表选 015V 量程) (2)B (3)1.9 【例2】 小鹏同学利用伏安法测量额定电压为2.5V 的小灯泡正常发光时的功率 (1)图中的电路没有连接完整,请你把图中的元件连接完整 (要求滑片 P 向右移动 时变阻器阻值变大
3、) (2)在连接电路时,开关应该 ;滑动变阻器的滑片 P 应放在 端(填:A 或 B) (3)小鹏闭合开关,通过调节滑动变阻器的滑片 P,使得电压表的示数为 2.5V,这时 电流表的示数如图所示,小灯泡正常发光时的功率是 W 【答案】 (1)图略 (2)断开,B (3)0.75 【例3】 小明同学利用电压表和电流表测量小灯泡的电阻值(已知小灯泡的额定电压为 2.5V) , 实验电路图如图左所示 能力提升能力提升 (1)按左图所示的电路图,将右图中的电压表正确连入电路(用笔画线代替导线) (2)开关闭合前,滑片 P 应移到 (填“a”或“b” )端;实验中,当滑片 P 移到 某一位置时, 电流表
4、 A 和电压表 V 示数如图所示, 则此时小灯泡的阻值为 (3)小明在实验时,小灯泡突然熄灭,检查发现 A 的示数为零,V 的示数接近电源电 压,请你帮小明分析电路的故障可能是: (4)若小明同学想用已连好的电路测量小灯泡的额定电功率,请你帮他把主要的实验 步骤补充完整: 移动滑动变阻器的滑片 P,使电压表的示数为 V 时,读出电流表的示数; 用原理 计算出小灯泡的额定电功率 【答案】 (1)如图(2))b;9(3)小灯泡处断路(4)2.5;P=UI 【例4】 某班同学到实验室做“测定小灯泡功率”的实验被测小灯泡的额定电压为 2.5V,电阻 约为 10实验室有如下器材:电源(电压为 6V) 、
5、电流表(00.6A 03A) 、电压表 (03V 015V) 、开关各一个,导线若干,滑动变阻器三只:R1(5 0.5A) 、R2(50 0.5A) 、R3(500 1A) 同学们设计的电路如图甲所示: (1)最合适的滑动变阻器应选用 _(选填 R1、R2、R3) (2)实验前在检查仪器时,发现电流表指针如图乙所示,则接下来的操作是 _ (3)经检查无误后,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片到某一位置,电流表和电压表 的示数如图丙所示,则此时通过小灯泡的电流是 _A,灯泡两端的电压是 _V, 此时小灯泡的电阻是 _(电阻计算的结果保留二位小数) ,灯泡的实际功率是 _W (4)改变滑动变阻器的阻值
6、,多次测量通过小灯泡的电流和它两端的电压,根据记录 的数据,同学们画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象(如图丁) ,根据图 象提供的信息,算出小灯泡的额定功率为 _W,小灯泡灯丝电阻随电压增大而 _(选填“增大”“减小”或“不变”) 【答案】 (1)R2; (2)把指针调至零刻线(调零) ; (3)0.22;1.8;8.18;0.396; (4)0.625; 增大 1、实验装置:在两个相同的烧瓶中装满煤油,初温相同。瓶中各装一 根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电 流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高, 体积膨胀, 煤油在玻璃 管里会上升,电流产生的热量越多,
7、煤油上升得越高.观察煤油在玻 璃管里上升的情况,就可以比较电流产生的热量 (注意控制变量) 三种情况: (1)第 1 次实验: 两个电阻串联,它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较大,并观察两 知识导航知识导航 模块二 焦耳定律实验 瓶煤油上升高度比较 A、B 两瓶,什么相同?(I、t 相同),什么不同?(R 不同,R甲R乙; 玻璃管中煤油上升的高度不同,h甲h乙) 说明:在通电电流和通电时间相同的条件下,电阻越大,电流产生的热量越多 (2)第 2 次实验: 在两玻璃管中的液柱降回来后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前 次相同,两次实验比较甲瓶前后两次煤油上
8、升的高度 说明:在电阻和通电时间相同的条件下,电流越大,电流产生的热量越多,进一步的研究表 明产热量与电流的平方成正比 (3)第 3 次实验: 若通电时间越长,瓶中煤油上升得将会怎样?时间越长,瓶中煤油上升越高 说明:在通电电流和电阻相同的条件下,通电时间越长,电流产生的热量越多 2、 英国物理学家焦耳做了大量的实验于 1840 年最先精确地确定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,这个规律叫做焦耳定律 焦耳定律可以用公式表示:Q=I2Rt 练习:一根 50 的电阻丝接在 12V 的电压上,在 5min 内共产生多少热量. 解:I=U/R=12V/5
9、0=0.24A,QI2Rt(0.24A)250300s864J. 【例5】 如图所示, 是研究电流热效应的部分实验电路, 甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值 比 较通电后两根电阻丝各自两端的电压 U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量 Q甲、Q乙的大小,下面关系中正确的是( ) AU甲=U乙,Q甲=Q乙 BU甲U乙,Q甲Q乙 CU甲U乙,Q甲Q乙 DU甲U乙,Q甲Q乙 【答案】 C 夯实基础夯实基础 【例6】 如图所示是探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验, 烧瓶内用煤 油而不用水,你认为主要的原因是( ) A因为煤油的热值大 B因为煤油的比热容小 C因为煤油的密度小
10、D因为煤油具有可燃性 【答案】 B 【例7】 某同学探究“通电导体产生的热量与电阻的关系”而设计如图的实验A、B 两个相同的 烧瓶里装有相同的煤油 (1)将铜丝 A 和镍铬合金丝 B 串联,其目的是_ (2)这位同学通过实验得出:电阻越大,导体消耗的电功率则越大另一位同学指出 他的结论不严密, 请你将这位同学的实验结论补充完整: _ (3)已知 RB RA,通电一段时间后,烧瓶_中的温度上升较高 (4)若保持电源电压不变,利用该实验装置还可以探究通电导体产生的热量与_ 的关系(写出一种) 【答案】 (1)保证电流相等(2)通过导体的电流相同时(3)B (4)通电时间 【例8】 现用如图所示的器
11、材来探究通电导体产生的热量与电阻的关系: (1)将 A、B 两烧瓶的锰铜合金丝和镍铬合金丝串联接入电路,其目的是控制 _ 相等 (2)随着时间增加,两瓶中煤油温度都逐渐上升,说明通电导体产生的热量与 _ 有关 能力提升能力提升 (3) 已知镍铬合金丝比锰铜合金丝的电阻大, 通电一段时间后, _烧瓶 中 的煤油温度上升快(填 A 或 B)由此,小明得出_结论:通电时间一定, 电阻越大,导体产生的热量越多 (4)另一个同学指出小明的结论不严密,请你将小明的结论补充完整:_ 【答案】 (1)电流(2)通电时间(3)B(4)电流和通电时间一定,电阻越大,电流产生的热 量越多 【例9】 小明用如图所示的
12、装置,探究电流产生的热量与哪些因素有关他分别将电阻丝(R1 R2)密封在完全相同的 4 个烧瓶中,并将烧瓶中气体通过短玻璃管与气球相连(设他 们所用的各种同类器材性能相同) 同时闭合开关后,电流通过瓶中的电阻丝均有热量 产生,在 a、b、c、d 四个气球中,鼓起来最快的是( ) Aa 球 Bb 球 Cc 球 Dd 球 【答案】 C 1焦耳定律 电流通过导体要产生热, 电流通过导体时产生的热量与导体中的电流的平方成正比, 与导体 的电阻成正比,与通电的时间成正比电热的产生实际上是将电能转化为内能 2 电热的计算式 (1) 2 QI Rt此式是计算电热的一般公式,适用于所有电路 (2) 2 U t
13、 Q R ,QUIt 只适用于纯电阻电路 3QW成立的条件: 电流通过导体时,如果电能全部转化为热能,而没有同时转化为其他形式的能量,即电流所 做的功全部用来产生热,则电流产生的热量 Q 就等于电流所做的功 W 知识导航知识导航 模块三 电热和焦耳定律 注意: (1)纯电阻电路与非纯电阻电路的区别:纯电阻电路指的是电能全部转化为内能的电路, 例如电路中只有电阻或小灯泡的电路, 而非纯电阻电路指的是电能不仅转化为内能, 还转化为了 其他形式的能量的电路,例如电路中有电动机的电路 (2)电热与电功的区别:电功指的是电能转化为其他形式的能量,包括转化为内能,而电 热只表示转化为内能的那部分电能,所以
14、一般情况下电功大于电热若电路为纯电阻电路,那么 电流只转化为内能,那么电功就等于电热 4 电热的应用与防止 (1)电热器是利用电流的热效应制成的加热设备电热器的主要组成部分是发热体发热 体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘材料上制成的常见的电热器有电炉、电烙铁、电熨 斗、电饭锅、电烤炉等 (2)电热的危害要加以防止,导体的电流过大,导体的温度升高,如果超过绝缘材料的耐 热温度,绝缘材料会迅速老化,甚至烧坏,引起火灾,所以需要加快散热 【例10】 将一台“220V 100W”的电风扇,一个“220V 100W”的充电器,一把“220V 100W”的电烙 铁,分别接到达 220V 的电源上,在相
15、同的时间内,电流通过它们产生的热量最多的是 ( ) A电烙铁 B充电器 C电风扇 D一样多 【答案】 A 【例11】 关于电流通过导体时产生的热量,以下说法正确的是( ) A根据 Q=I2Rt 可知,电阻越大,相同时间内产生的热量越多 B根据 Q=U2t/R 可知,电阻越大,相同时间内产生的热量越少 C根据 Q=UIt 可知,相同时间内产生的热量与电阻无关 D根据 Q=I2Rt 可知,在电流一定时,电阻越大,相同时间内产生的热量越多 【答案】 D 【例12】 将阻值为 40 的电阻丝接在电源两端,通电 10min,电流产生的热量是 1.5 103J,若将 阻值为 10 的电阻丝接入同一电源的两
16、端, 通电 10 min, 电流产生的热量是 ( ) A1.5 103J B3.75 103J C7.5 103J D6.0 103J 【答案】 D 【例13】 李同学自制了一个简易“电热驱蚊器”,它的发热元件是一个阻值为 1.0 104 的电阻, 将这个电热驱蚊器接在电源的两端,当电源两端电压为 220V 时,100s 内产生的热量为 _J 【答案】 484 【例14】 小明买回如图所示的干鞋器, 其电阻为 2 200, 正常工作电流为 0.1 A, 把它放入鞋内, 通电后就可以起到干燥杀菌除臭的作用, 这是利用电流的_效应工作的, 它 正常工作 100 s 产生_J 的热量 夯实基础夯实基
17、础 【答案】 热 2200 【例15】 一只灯泡接在 4V 电路中,通过它的电流为 0.4A,通电 l0s,则下列说法中不正确的是 ( ) A灯泡此时的电阻为 10 B灯泡此时的电功率为 1.6W C电流对灯泡做的功为 16J D灯丝放出的热量为 40J 【答案】 D 【例16】 一段导体两端的电压是 24V 时,通过的电流是 0.5A,则导体的电阻是 ,这段导 体消耗的电功率是 W,通过 10S 产生的热量是 J 【答案】 48 12 120 【例17】 图是某家用电热器内部电路结构示意图,其中 R1、R2为加热电阻丝(R1R2) 电阻丝 有四种连接方式可使电热器提供不同的发热功率,其中发热
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