八年级物理电与热电功率和安全用电人教实验版知识精讲.docx
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八年级物理电与热电功率和安全用电人教实验版知识精讲
初二物理电与热、电功率和安全用电人教实验版
【本讲教育信息】
一.教学内容:
电与热、电功率和安全用电
二.规律方法指导
1.由导体产生热量的功率公式P=I2R还可以看出,在电阻相同的条件下,电能转化成热时的功率跟导体中电流的平方成正比。
2.计算电流通过导体产生的热的方法:
纯电阻电路中,电流通过电路所做的功全部用来产生热,消耗的电能全部转化为热能,这时W=Q=I2Rt,非纯电阻电路中,消耗的电能除一部分转化为热能外,还要转化为其他形式的能,这时有W=Pt=UIt>Q=I2Rt。
3.为了安全用电,应注意不要让干路电流超过家里供电线路和电能表所允许的最大值,为此,要防止同时使用很多大功率的用电器。
如果家里要添置新的大功率用电器,应先算一算它的电流,看电路中总电流是否超过供电线路和电能表允许的最大值。
4.选用保险丝时,其规格与电路的额定电流相比不能过大也不能过小,过大起不到保险作用,过小则用电器不能正常工作。
三.知识点分析:
学法点拨
学习本节的知识内容,应注重以下过程与方法:
学习本节时注意结合自己的生活经验,电流通过电炉会发热,通过电灯也会发热,寻找更多的例证,有助于理解电流通过导体时的能量转化关系,加深对电流热效应的理解,从而认识到,即使是一根导线也有发热的问题,这是一个无法回避的客观事实。
本节中提出的问题是电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热。
形成这种差别的原因是什么?
实验探究是围绕着这一个前提条件来进行的,选取的两个导体中的电流相等,通电时间相等,但电阻不相等,只要发热快慢不同,那么就可确定是电阻不同导致的,发热功率与电阻大小有关。
实际上电流大小和通电时间也是影响发热功率的因素,但这样研究控制了这两个变量,可以将问题简化。
这个探究实验的结论,只适用于电流相同的情形,因为它是在这个条件下得出的。
事实上对于不同的家用电热器而言,由于供电电压一定,情形正好相反,电阻小的发热功率恰好大。
因此理解物理规律不能脱离它产生的具体物理环境,否则就不能成立。
学习本节的知识内容,应注重以下过程与方法:
1.在家庭电路中一个十分重要的特点是电压一定,所以接入的用电器的功率越大,通过这个用电器的电流越大,同样这个规律也可理解为整个家庭电路中的总功率越大,总电流也越大。
这一规律可以通过理论方法推导出来,也可通过实验来探究这一规律。
想一想:
应该怎么探究?
第五章中探究并联电路中电流的规律,应该可以给你一些启示。
2.电流有热效应,所以当电流通过导线或电器时,电流过大有可能引起火灾,烧坏电器,保险丝就是利用了电流的热效应来烧断的,可以说是一个利用电流的热效应来控制电流的热效应的范例。
3.可以通过多种形式了解保险装置的应用及其规格,选购时的注意事项。
如:
可到电工用品商店访问,实地查看家中保险装置的规格,与学校或居民楼中的总保险对比,理解不同的规格的保险装置的适用场所。
4.通过与电工和有经验的人的交流养成安全用电的意识。
问:
有人说:
在能量转化过程中,电流产生的热量等于消耗的电能。
这种说法对吗?
为什么?
答:
这种说法是错误的,因为电能有热效应、磁效应、化学效应等,电能分别可以转化为热能、光能、动能、化学能等等。
例如:
电动机工作时,电能大部分转化为动能,还有一部分转化为热能。
只有在纯电阻电路中,如电炉、电烙铁、电烤箱等工作时,消耗的电能才会全部用来产生热量。
问:
如何正确理解焦耳定律?
答:
焦耳定律是一个实验定律,它的适用范围很广,凡涉及电流热效应的问题,例如计算电流通过某一电路产生的热量;比较不同电路或导体放出热量的多少等,都可以使用焦耳定律来求解。
但利用欧姆定律和焦耳定律导出的:
不是焦耳定律的表达式,它们只能在电能全部转化为热能的条件下才能成立。
使用焦耳定律公式进行计算时,公式中物理量要对应于同一导体或同一段电路,并均使用国际单位。
问:
保险丝为什么能“保险”?
答:
保险丝是由电阻率大,熔点较低的铅锑合金制成的。
但要注意,保险丝的电阻率大并不等于保险丝的电阻大,实际上保险丝的电阻还是很小的,保险丝的电阻率大只表示在长度和横截面积相同的情况下,保险丝的电阻比导线的电阻要大得多。
由于保险丝与导线中通过的电流相同,根据焦耳定律,电流在保险丝上产生的热就较多,保险丝温度就比导线温度高。
当温度达到保险丝的熔点时,保险丝就熔断,电路就会被自动切断,因此保险丝起到“保险”的作用。
问:
家庭电路中为什么不能用铜丝、铁丝等金属丝代替保险丝?
答:
选作保险丝的材料应具备电阻率较大和熔点较低这两个条件,而铜、铁这类材料,不但电阻率小而且熔点较高,是不适合做保险丝的。
如果家庭电路中用铜丝、铁丝代替保险丝,就埋下了事故的隐患。
当电路中的电流过大时,铜丝、铁丝不会熔断,不能起到有效的保险作用。
据消防人员讲,用铜丝、铁丝代替保险丝是引起用电事故或火灾的一个重要原因。
【典型例题】
电与热
[例1]长短粗细均相等的铜丝、铁丝、铝丝串联在电路中,通电后()
A.铜丝发热多B.铁丝发热多
C.铝丝发热多D.三者相同
解答:
电流通过导体时的发热功率,与电流的二次方和导体的电阻成正比,三根金属丝串联时,因为通电时间及电流强度均相等,且铁丝的电阻最大,所以铁丝发热最多。
[例2]老奶奶冬天用的电热毯通电后太烫,应该如何改造才能让它适当降温?
解答:
由于是家用的电热毯,所以电源电压一定,使它降温就是控制其发热功率使之减小,这时也可直接改变通过它的电流,因为P=IU,简便易行的方法是增加一个用来控温的电阻,与电热毯中的电热丝串联,这时流过电热丝的电流就减小了,当然这样做改动了原有设计,要十分注意安全。
你一定想说,增加的这个控温电阻不是也要发热吗?
为什么把它与电热丝看作一个整体后发热功率反而减小呢?
写出你的思考。
思考:
一.基础题
[例1]在验证焦耳定律的实验中,为了研究电流通过两根不同电阻丝产生的热量跟电阻的
关系,实验时()
A.通过它们的电流和加在它们两端的电压相同
B.通过它们的电流和它们的电阻相同
C.通过它们的电流和通电时间相同
D.通过它们的电流、加在它们两端的电压和通电时间都相同
精析:
由焦耳定律知,电阻丝产生的热量由通过电阻丝的电流、通电时间和加在它们两端的电压共同决定。
要研究其中一个因素与电阻丝产生的热量关系,应让其他两个因素相同。
故本题应选C。
答案:
C
说明:
本题应用了控制变量法。
控制变量法是初中物理学中的一种重要解题方法,要求学生必须掌握。
二.能力题
[例2]为研究某种植物在恒温下生长的规律,某中学物理兴趣小组的同学,设计制作了一台如图所示的恒温箱,箱内安装了一根电热丝。
按实际需要,电热丝每秒应向箱内提供539J的热量。
经选用合适的材料制成后,用220V的恒压电源供电,测得该电热丝每秒实际供热1100J。
为使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外怎样连接一个电阻元件?
并通过计算确定这个电阻元件的阻值。
精析与解答:
要使电路改装后达到设计要求,即减小电热丝的电功率,由知,应在箱外电路中串联一个电阻。
由得电热丝电阻:
串联电阻后电热丝两端的电压:
串联电阻两端的电压:
由于R与串联,则有:
三.应用题
[例3]两烧瓶中盛有等量的煤油并浸泡着一段电阻丝,如图所示,烧瓶A中电阻丝的阻值小于烧瓶B中电阻丝的阻值.将它们串联接入电路中,通电后温度计读数上升较快的是________;原因是_______。
精析:
A与B串联,电流相等,把可知,P与R成正比,R越大,P越大,在相同时间内,电能转化为热能越多,温度计示数上升越快。
答案:
B
四.探究题
[例4]某同学用如图所示的装置研究电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系。
图中两个烧瓶内盛有质量和温度都相同的煤油,温度计显示煤油的温度,两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,烧瓶A中的金属丝是铜丝,电阻比较小,烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大。
该同学想把两段金属丝串联接入电路。
(1)请你用笔画线作导线,帮他完成电路。
(2)这样连接的目的是_______________。
(3)实验过程中可以观察到,A瓶中温度计的示数小于B瓶中温度计的示数,这表示____。
精析:
此题将实验操作、理论知识有机地结合在一起,考查学生探究新知识和解决实际问题的能力。
接滑动变阻器时,应注意接线柱的连入方式,要遵循“一上一下”原则,将两电阻丝串联是为了控制电流相等。
答案:
(1)电路连接如图所示。
(2)控制电流和通电时间相等。
(3)电流和通电时间相同时,电阻越大,电流通过导体产生的热量越多。
说明:
本题用实验探究电流通过导体产生的电热跟电阻的大小关系。
电功率和安全用电
一.基础题
[例1]家庭电路的保险丝断了。
下列做法中正确的是()
A.用铜丝代替
B.为了保险,选择尽量粗的保险丝
C.选择额定电流等于或稍大于电路中最大正常工作电流的保险丝代替
D.选择额定电流等于或稍小于电路中最大正常工作电流的保险丝代替
精析:
如果保险丝熔断时,电路中并没有故障,则可能是选择的保险丝额定电流太小,应选择额定电流等于或稍大于电路中的最大工作电流的保险丝即可。
应选C,如果盲目的选择额定电流更大的保险丝或用铜丝,可能会使电路中电流很大而保险丝不熔断,发生危险,或使电路中产生巨大热量、烧坏用电器,甚至引起火灾。
答案:
C
说明:
对保险丝的“保险”原理含糊不清,认为用铜丝替代或选择尽量粗的、额定电流大得多的保险丝差,当电路中电流过大时,保险丝不熔断,反而起不了保险的作用。
[例2]下表为某型号“新科”空调铭牌上的部分数据,关于这种型号的空调,下列说法正确的是()
A.若正常工作且连续制冷0.5h,空调消耗的电能为0.66kw·h
B.若正常工作且连续制热0.5h,空调消耗的电能为0.55kw·h
C.空调的专用保险丝的额定电流应略大于6A
D.空调的专用保险丝的额定电流应略大于5A
精析:
若正常工作且连续制冷0.5h,空调消耗的电能为;若正常工作且连续制热0.5h,空调消耗的电能为;用电器最大工作电流。
答案:
C
二.能力题
[例3]某学校电能表允许通过的最大电流是25安,学校已经装了40瓦的电灯50盏,60瓦的电灯20盏,想要再装些电灯,至多能装多少盏40瓦的电灯?
精析与解答:
家庭电路电压是220伏,根据题目所给的条件有两种解题思路:
一是先求每盏40瓦和60瓦的电灯的电流和,然后求出已装电灯的总电流,电路中允许通过的电流为25安,则再安装电灯的总电流为,因此可再安装电灯的盏数为,但结果要采取“去尾”法求近似值。
二是先求出已装电灯的总功率,电路中允许通过的电流为25安,则电路中允许安装电灯的总功率为,再安装的电灯总功率,因此可再安装电灯的盏数为。
解法一:
每盏40瓦和60瓦电灯所通过的电流为
瓦/200伏安
60瓦/220伏=3/11安
已装电灯的总电流为
安安安
∵电路中所允许通过的最大电流为25安
∴可再装电灯的总电流为
安安安
因此可再装40瓦电灯的盏数为
安/安=57
解法二:
∵电路中所允许通过的最大电流为25安
∴电路中所允许安装电灯的总功率为
伏安=5500瓦
学校已安装电灯的总功率为
瓦瓦=3200瓦
因此学校再安装电灯的总功率为
瓦瓦=2300瓦
再安装40瓦电灯的盏数为
∴瓦/40瓦=57
三.创新题
[例4]下面是5种规格的保险丝的有关数据。
(1)由表中的数据,你能得到哪些有关保险丝的知识?
写出2条。
①_____________________;
②_____________________。
(2)小华家有“PZ220
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- 关 键 词:
- 年级 物理 热电 功率 安全 用电 实验 知识