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\o10.3物体的浮沉条件及应用18.4\o18.4焦耳定律焦耳定律(考点解读)(原卷版)
1、电热的利用与防止
(1)电流的热效应:电流通过导体时电能转化成热,这个现象叫做电流的热效应。
(2)电流热效应的实质:是电流通过导体时,由电能转化为内能。
(3)电热器:电流通过导体时将电能全部转化为内能的用电器。其优点是清洁、无污染、
热效率高,且便于控制和调节电流。
(4)有时人们利用电热,如电饭锅、电熨斗等;有时人们防止电热产生的危害,如散热孔、
散热片、散热风扇等。
(5)方法点拨:①电流有三大效应:热效应、磁效应、化学效应。②任何用电器,只要
有电阻存在,电流通过时就会有热效应;电流流过超导体不会有热效应。
2、焦耳定律
(1)内容: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,这个规律叫焦耳定律;
(2)公式:Q=I2Rt,公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J);
(3)变形公式:,Q=UIt。
(3)在纯电阻电路中,电能全部转化为热能,电功等于电热,即W=Q;在非纯电阻电路中,电能大部分转化为其他能,已小部分转化为热能,电功大于电热,W=Q+W其他;
(4)探究电热与哪些因素有关:①怎样用转换法体现电热:用温度计升高的度数;用细管内液柱升高的高度;用气球膨胀的大小;②怎样用控制变量法研究与电阻的关系:串联时控制电流和通电时间一定,并联时控制电压与通电时间一定。
3、焦耳定律在实际中的应用
(1)纯电阻电路:纯电阻电路就是除电源外,只有电阻元件的电路,或有电感和电容元件,但它们对电路的影响可忽略.电压与电流同频且同相位.电阻将从电源获得的能量全部转变成内能,这种电路就叫做纯电阻电路.基本上,只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化,此电路为纯电阻电路;
(2)焦耳定律的推导公式:,Q=UIt,适用范围,纯电阻电路;
(3)电热器的“双挡”问题:
①“双挡”中的电阻:电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知,当U一定时,电阻越大,电功率越小;电阻越小,电功率越大,所以高温挡总电阻最小,低温挡总电阻最大。
②“双挡”的控制开关
a短路式:两个电阻串联,把开关与其中一个电阻并联,如下图所示。
当闭合开关时,有一个电阻短路,只有一个电阻工作,此时为高温挡;当断开开关时,两电阻串联,电阻大一些,电热器的功率小一些,此时为低温挡;
b单刀双掷式:主要工作电阻放在干路上,一条支路用导线,一条支路连接在附加电阻上,如下图所示。
当开关掷向附加电阻的支路时,两电阻串联,为低温挡;当开关掷向导线支路时,只有主要工作电阻工作,此时为高温挡。
※注意:电流通过电动机做功消耗的电能,一部分转化为机械能,另一部分是转化为内能,也就是W≠Q.那么,用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热,电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
4、焦耳定律的计算公式及其应用
(1)公式:Q=I2Rt。
Q表示电热,单位是焦耳J;
I表示电流,单位是安培A;
R表示电阻,单位是欧姆Ω;
t表示时间,单位是秒s。
(2)推导式:和Q=UIt。(仅适用于纯电阻电路)
(3)电热与电能的关系:纯电阻电路时Q=W;非纯电阻电路时Q<W;
(4)电热与电功的关系:
应用公式
电功
电功率
焦耳定律
适用范围
基本公式
W=UIt
P=UI
Q=I2Rt
普遍适用
导出公式
=I2Rt
?=I2R
=UIt?
纯电阻电路W=Q
(5)公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式,与W=UIt不能通用.W=UIt是电流做功的计算公式,如果电流做功时,只有热效应,则两公式是等效的;如果电流做功时,同时有其他能量转化,像电动机工作时,电能既转化为热能,也转化为动能,则Q=I2Rt只是转化为电热的部分,W=UIt则是总的电功,只有对纯电阻电路才有W=Q,对非纯电阻电路Q<W。
【考点1电流的热效应】
【典例1-1】(2022秋?武冈市期末)下列家用电器正常工作时,在相等的时间内产生热量最多的是()
A.抽油烟机 B.电视机
C.电饭锅 D.电风扇
【典例1-2】(2022秋?祁阳县期末)石墨烯是一种新材料,具有优异的光学、电学、力学特性,石墨烯还具有很好的韧性,且可以弯曲。北京冬奥会运动场馆的最低温度可达﹣30℃左右,利用石墨烯制作的智能温控加热羽绒服可帮助工作人员抵御寒冷,有效提升保暖效果。可见,这种材料具有密度(选填“较大”或“较小”)、电阻(选填“较大”或“较小”)的特点。
【变式1-1】(2022秋?天河区期末)下列电器属于利用电流热效应工作的是()
A.LED灯 B.电热毯
C.电视
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