焦尔定律及其运用Word文件下载.docx
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2.电热的利用和防止
(1)电热的利用
电热器:
利用电来加热的设备.
发热体:
电热的优点:
(2)防止电热的危害
经典例题:
例1:
某个电热水器内有两根电热丝,其中一根通电时电热水器中的水经15min沸腾,另一根通电时(电压不变)经过30min沸腾。
假如把两根电热丝串联或并联起来,那么通电后要多少时间水才能沸腾?
[分析]由题意可知,不论是一根电热丝通电或者是两根电热丝(串联或并联)都通电,电热水器加热的水沸腾时,所需供给的热量是相等的。
[解]设第一根电热丝和第二根电热丝的电阻分别为R1和R2,电路上的电压是U,水沸腾需要通电的时间分别是t1和t2,那么每根电热丝单独通电加热时所放出的热量分别为
R串=R1+R2=R1+2R1=3+R1
由Q串=Q1,得
当两电热丝并联时
由Q并=Q1,得
所以
[答]串联时需45min,并联时需10min。
同类变析题:
在电压不变的电源上,接入一个可调温的电热器,电热器内部有两根阻值不等的电热丝。
当两根电热丝串联使用时,电热器消耗的电功率为220W,当只使用其中一根阻值较大的电热丝时,电热器消耗的功率为275W;
若将两根电热丝并联使用,电热器通电10s产生的热量是多少?
巩固练习:
1.电流的热效应是指电流通过导体时电能转化成_____现象,实验表明,在电流相同的情况下,电阻较大的导体在一定的时间内产生的热_____。
P=I2R这个关系式表明,在_____的条件下,电能转化成热时的功率跟导体的电阻成_____。
2.在日常生活中,利用电流的热效应的电器有_____、_____、_____、_____等
3.某同学将两个定值电阻R1、R2串联后,接在电压为7V的电源上,测出通过的电流是0.5A,R1两端的电压是5V,R2的电功率是_____W。
4.赵强同学家中有一个电热器,已知该电热器的电阻为100Ω,当他将这个电热器接在家庭照明电路中,通电10min产生的热量是_____J。
5.有一个电炉接在家庭照明电路中,2min放出1.0×
105J的热量,这个电炉的工作电流是_____,它的电阻是_____。
6.甲、乙两只电炉,分别为“220V,500W”和“220V,1000w”,把它们串联在电压为220V的电路中,发热量较大的是____.将它们并联在220V的电路中,发热量较大的是____.
7、如图1所示电路,电源电压不变,变阻器最大阻值R2与电灯阻值R1之比为3:
2,当滑片P由a端移到b端时,R1消耗功率之比为:
(A)
A.25:
4B.5:
2C.4:
25D.2:
5
8.有三个用电器,其中一个为“220V,60W”的电风扇,一个为“220V,60W”的白炽灯,另一个是“220V,60W”的电热器,都在额定电压下工作相同的时间,比较这三个用电器产生的热量是(C)
A.电风扇最多.B.白炽灯最多.C.电热器最多.D.都一样.
9.某电阻丝通过2A的电流时,在某段时间内放出热量是Q.如果通过它的电流增加到4A时,在相同的时间内放出的热量是(C)
A.2Q.B.3Q. C.4Q.D.8Q.
10.有几位同学课后讨论电流通过导体产生热量这个现象时,发表了以下几种意见,你认为其中错误的是(B)
A.当导体两端的电压一定,通过的电流一定时,通电时间越长放出的热量就越多
B.只要导体的电阻大,通电时间长,放出的热量就一定多
C.电流通过导体放出热量的过程,就是电能转化成热能的过程
D.如果导体的电阻为零,无论通过的电流多大,通电时间多长,导体都不会发热
11.某电热器的电阻是55Ω,将它接入电路中,通电1min产生的热量是5.28×
104J,关于通过这个电热器的电流,下面的说法中正确的是(A)
A.4AB.2AC.16AD.40A
12.将材料、粗细相同,长短不同的两段电热丝串联起来,接在电路中,通电一段时间后,下面的说法中正确的是(B)
A.通过两段电热丝的电流相同,产生的热量相同
B.通过两段电热丝的电流相同,产生的热量不同
C.通过两段电热丝的电流不同,产生的热量相同
D.通过两段电热丝的电流不同,产生的热量不同
13.一用电器标有“6V3W”的字样,用电流表测得此时通过它的电流是300mA,则1min内该用电器实际消耗的电能是(D)
A.180JB.108JC.1.8JD.64.8J
14.电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220V60W”字样,它们都在额定电压下工作相同时间,产生热量多的是(B)
A.电风扇B.电烙铁
C.电动机D.一样多
15、将一只电炉的电阻丝剪成长度相等的两段,并联后接到原来的电源上(设电源电压保持不变),相同时间电炉放出热量是原来的()
16、有两个电阻,R1=4欧,R2=6欧,先把它们串联起来接在6伏电池组的两极间,求每分钟电流通过各个电阻所做的功和整个电路的总功,再把它们并联起来接在6伏电池组的两极间,求每分钟电流通过每个电阻所做的功和整个并联电路的总功。
[分析]在求电功时,一般根据公式W=UIt,只要我们能知道所求电路(或用电器)的I、U和t,即可应用电功公式求出W,在此题的串联电路中,时间已知,我们可利用欧姆定律求出串联电路中两电阻的电流和各自两端的电压,再代入公式求电功;
而并联电路中,由于各电阻两端的电压都相等,所以只要求出各自通过的电流即可代入公式求电功。
U1=IR1=0.6安×
4欧=2.4伏
U2=IR2=0.6安×
6欧=3.6伏
根据电功公式W=UIt
W1=U1It=2.4伏×
0.6安×
60秒=86.4焦
W2=U2It=3.6伏×
60秒=129.6焦
W=UIt=6伏×
60秒=216焦
在并联电路中,U1=U2=U=6伏
W抇2=UI2t=6伏×
1安×
60秒=360焦
W抇=UIt=U(I1+I2)t=6伏×
(1.5安+1安)×
60秒=900焦
解题时要注意到各种电路的特点,灵活运用电功公式的变形式,可使解题过程简化,因为该例题属于纯电阻电路,我们可以应用W=I2Rt
解法2:
如串联电路中求出电流后
W1=I2R1t=(0.6安)2×
4欧×
W2=I2R2t=(0.6安)2×
6欧×
W=I2Rt=I2(R1+R2)t=I2R1t+I2R2t=W1+W2=86.4焦+129.6焦=216焦
[说明]由以上运算可知,两个导体无论是串联还是并联,电流通过两个导体所做的总功都等于电流通过每个导体所做的功之和。
同样,对于若干个用电器(无论串联还是并联)电流所做的总功都等于电流通过每个用电器所做的功之和。
即
W=W1+W2+…+Wn
17、有一个用电器上标有“110V,1500W”的字样,
(1)如果把它接在220V的电源上使用,应该串联一个多大的电阻?
(2)若用上述方法来使用0.5h电源要消耗多少kW·
h的电能?
(3)这样使用它有什么不好?
应怎样使用较好?
分析:
用电器的额定工作电压是110V。
因此要想使电器接入220V的电压正常工作,根据串联电路的电阻规律,可以给用电器串联一个分压电阻,分担220V-110V=110V的电压。
电阻接入电路和用电器同时工作,因此电阻也要消耗电能。
这部分能量是完全用来发热,浪费掉了,因此这样做会很浪费。
解:
(1)根据P=IU可求用电器正常工作时的电流:
I=
A=13.64A
因为电阻和用电器串联,所以通过电阻的电流也是I,由I=
得到R=
,因此,应串联电阻:
R=
=8.1Ω
(2)电源消耗的总功率,即用电器和串联电阻消耗的总功率
P总=I·
U源=13.64A×
220V=3000W
0.5h消耗的电能:
由P=
可知
W总=P总t=3kW×
0.5h=1.5kW·
h.
(3)这样做会浪费很多的电能,应将用电器接在110V的电源上使用更好。
18、如图3所示,R1=30Ω,R2=80Ω,电源电压保持不变,假设灯丝电阻不变。
(1)当K、K1、K2都闭合时,电流表A1示数是0.4A,小灯泡L恰好正常发光,求电源电压、小灯泡的额定电压和A2示数各是多少?
(2)当K闭合,K1、K2都断开时,电流表A2的示数是0.1A,求小灯泡的实际功率是多少?
(3)小灯泡的额定功率是多少?
1)A2示数为0U1=I1R1=0.4A×
30Ω=12V电源电压12V灯泡额定电压12V
(2)当K闭合,K1、K2都断开时,电路为L与R2串联,则:
U2=I2R2=0.1A×
80Ω=8VL两端电压为UL=U-U2=12V-8V=4V
P实=ULI2=4V×
0.1A=0.4W灯泡电阻RL=UL/I2=4V/0.1A=40Ω
(3)P额=U21/RL=(12V)2/40Ω=3.6W
19.如图,是家用电饭锅的简化电路示意图.S1是限温开关,靠手动闭合。
当温度达到103℃时自动断开,不能自动闭合,S2是自动开关,当温度超过80℃时自动断开,温度低于70℃时自动闭合。
电阻R2的阻值是1886Ω,R1是工作电阻,阻值为50Ω。
锅中放好适量的米和水,接入家庭电路,闭合手动开关S1后,电饭锅就能自动煮好米饭并保温。
求
(1)加热过程中电饭锅消耗的电功率P1是多大?
(2)保温过程中电饭锅消耗的电功率P2是在哪两个值之间跳动?
7.分析:
电饭锅开始工作时,要用手动闭合限温开关S1,电阻R2被短接,只有电阻R1在工作(因S1达到103℃时才会自动断开,因此在103℃以下的温度范围内,S2的开合不影响整个电路的工作情况).当温度达到103℃时,S1自动断开,S2也会因温度超过80℃而断开,此时电阻R1和R2串联;
如果温度降低到70℃,则自动开关S2闭合,R2被短路,R1单独工作.因此保温过程电饭锅消耗的功率会在R1消耗功率和R1与R2串联消耗的电功率值之间跳动。
(1)电饭锅加热过程中,R2被短接,只有R1在工作,所以加热过程电饭锅消耗的功率即为R1消耗的功率.
R1=50Ω,U=220V
P1=
=968W.
(2)保温状态由R2控制.温度超过80℃时,S2自动断开,此时R1与R2串联.电饭锅消耗的功率为:
P2=
=
=25W
当温度低于70℃时,S2自动闭合,R2被短接.电饭锅消耗功率P2′=P1=968W.
所以,电饭锅保温时消耗的功率在25W和968W间跳动.
20.如图8-8所示,是研究“电流的热效应跟电阻大小的关系”的实验电路图.两个烧瓶盛着等量的煤油,温度计显示煤油的温度,两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,烧瓶甲中的金属丝是铜丝,电阻比较小,烧瓶乙中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大.请完成这个实验:
(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甲瓶中温度计的示数小于乙瓶中温度计的示数,这表明____________.
图8-8
21.在“测定小灯泡额定功率”的实验中,已知电源电压为6V,小灯泡额定电压为3.8V,灯丝电阻约为12Ω。
(1)如图2(甲)所示是未接完的实验电路,请用笔画线代替导线完成电路连接,并要求当滑片P向右移时,电流表示数减小。
(2)在方框内根据电路元件连接画出电路图。
(3)闭合开关前,应使滑动变阻器的滑片P置于端。
若闭合开关,灯不亮,电压表示数接近6V,电流表示数几乎为零,出现这种故障的原因是。
(4)闭合开关电压表示数为2.5V,应将滑片P向端移动,直到小灯泡正常发光时,电压表示数应为V时,电流表示数为0.3A,则小灯泡正常发光时的电阻为Ω,额定功率为W,通电5min,小灯泡消耗的电能是J,并请在乙图中标出电流表指针的位置。
第21题答案:
(2)如右图。
(3)B(右端),灯丝断了或灯泡接线未接好。
(4)A(左端),3.8,12.7,1.14,342。
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