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六 電流的熱效應(yīng)一知識要點 電阻與電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體時能使導(dǎo)體的溫度升高，電能變成內(nèi)能，這就是電流的熱效應(yīng)。 焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時間成正比。焦耳定律用公式表示：。其中，表示熱量，表示電流，表示導(dǎo)體的電阻，表示導(dǎo)體通電的時間。 熱功率：電熱器在單位時間消耗的電能叫做熱功率 。多種電熱器上都有銘牌，上面標(biāo)明的額定功率就是它的熱功率。熱功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號是。 當(dāng)電流通過電動機(jī)時，電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時電動機(jī)的功率大于熱功率。電動機(jī)熱機(jī)械若電動機(jī)兩端的電壓為，通過電動機(jī)電流，電動機(jī)線圈的內(nèi)阻為，則電動機(jī)電功率電動機(jī)，電流通過電動機(jī)線圈的發(fā)熱功率熱，則電動機(jī)的機(jī)械功率機(jī)械電動機(jī)熱 當(dāng)電流通過白熾燈等多種電熱器時，電能幾乎全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，也就是純電阻電路中，這時電功率等于熱功率。即熱=U2/R，Q=UIt=U2t/R 6白熾燈的發(fā)光原理：利用電流的熱效應(yīng)，使通電的金屬絲溫度升高，達(dá)到白熱，從而發(fā)光。為避免高溫下金屬絲迅速氧化折斷，燈泡要抽成真空或充入惰性氣體。白熾燈的發(fā)光效率較低。二 范例剖析例1 有一個電壓值可任意選取的電源，有若干根電阻值相同的電阻絲。現(xiàn)把一根電阻絲接在電壓值為U 的電源上，通電1 min，電阻絲產(chǎn)生的熱量為Q，要想使電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q，應(yīng)采取哪三種最簡單的不同方法。分析與解析 根據(jù)Q=I2Rt及導(dǎo)出公式QU2t/R可采取的方法有：方法一：由Q=I2Rt可知，把一根電阻絲仍接到U 兩端，通電時間延長為3 min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量為3 Q。方法二：由QU2t/R可知，把三根電阻絲并聯(lián)接在U兩端，通電仍為1min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q。方法三：由QU2t/R可知，把一根電阻絲接到電壓為 U 的電源兩端，通電1 min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q。例2 甲、乙兩個電阻R16O，R2=75，它們允許消耗的最大功率分別是15W 和3 W 。若把它們接入某一并聯(lián)電路，則電路中允許通過的最大電流是 A。例3 李明同學(xué)從商店里買來一個電熱毯。使用中有時感到溫度太高，他想用一個開關(guān)和一個電阻把它改裝為兩檔，使電熱毯在單位時間內(nèi)的發(fā)熱量為原來的一半。廠家說明書上只寫著額定電壓為220 V，沒有其他額定指標(biāo)。請你設(shè)計一個方案完成這項改裝。要求：(1)畫出電路圖；(2)推導(dǎo)出所用電阻大小的計算公式；(3)指出安裝時必須注意的問題。圖1-22解析：(1)依題意要使電熱毯在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量變?yōu)樵瓉淼囊话?，那么電熱毯兩端的電壓?yīng)變小，需要串聯(lián)一個分壓電阻。設(shè)計電路如圖122所示。(3)在安裝串聯(lián)電阻時應(yīng)注意： 必須絕緣，防止漏電而出現(xiàn)觸電事故。 串聯(lián)電阻的散熱條件要好，以防火災(zāi)。 考慮串聯(lián)電阻的額定功率的大小。以防電阻自身燒毀。解后語：本題是一道解決實際問題的設(shè)計性試題，應(yīng)從設(shè)計的目的要求、依據(jù)、方法去解決實際問題。例 一臺電風(fēng)扇，內(nèi)阻為20，接上220V電壓后，功率為66V，問：（1） 電風(fēng)扇正常工作時通過電動機(jī)的電流是多少？（2） 電風(fēng)扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電動機(jī)的效率是多少？（3） 如果接上電源后，電風(fēng)扇的風(fēng)葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，這時通過電動機(jī)的電流以及電動機(jī)的電功率和發(fā)熱功率是多少？分析與解 (1) 因為電風(fēng)扇工作電路是非純電路, 電風(fēng)扇的總功率P總=UI，是輸入電壓和電流的乘積。(2) 從電源輸入電動機(jī)的總功率一部分在電阻上轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的部分P=I2R，所以機(jī)械功率P機(jī)=P總I2R。電動機(jī)效率100。(3) 電風(fēng)扇分葉被卡住，電源輸入的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枭系膬?nèi)能。由于電動機(jī)的電阻就是銅導(dǎo)線繞制的線圈的電阻，電阻很小，電流就很大，其功率遠(yuǎn)比正常工作時大得多，因而電動機(jī)很容易因發(fā)熱而燒毀，當(dāng)電動機(jī)被卡住時要迅速切斷電源。（1） 因為 入， 所以0.3（2） 電風(fēng)扇正常工作時轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率內(nèi)0.3220W=1.8W電風(fēng)扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)=UI-I2R=66W1.8W=64.2W電動機(jī)的效率100=100=97.3%（3） 電風(fēng)扇風(fēng)葉被卡住后通過電風(fēng)扇的電流I=11A電動機(jī)的電功率=11220W=2420W電動機(jī)發(fā)熱功率內(nèi)11220W=2420W三 鞏固練習(xí)當(dāng)電路中的保險絲熔斷時，不能用 或 代替該保險絲。2把標(biāo)有“6 V 3 W”和“6 V 6 W”的兩盞燈串聯(lián)后接人電路中，如果讓其中一盞燈正常發(fā)光，另一盞燈的實際功率不超過額定功率，則該電路兩端的電壓應(yīng)為 V，兩燈消耗的實際總功率為 W。3一個標(biāo)有“12 V 6 W”的燈泡接入某電路中，測得通過它的電流大小是0.4A，則它的實際功率( )。A等于6 W B小于6 W C大于6 W D無法判斷4.焦耳定律中說到：“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時間成正比”。一位同學(xué)根據(jù)這句話得出結(jié)論：“如果要想讓電爐在一定時間內(nèi)放出的熱量多，應(yīng)當(dāng)增大電熱絲的電阻?！彼f得對嗎？為什么？ 5. 家庭用電爐的功率一般都比家庭用的燈泡的功率大，那么，是電爐電阻大，還是燈泡的電阻大？6阻值為R的電阻絲接到電壓不變的電源中，3分鐘可以使一杯水燒開；現(xiàn)換用阻值為10R的電阻絲，再接到這個電源上，則使同樣的一杯水燒開（假設(shè)電流通過導(dǎo)體放熱全部被水吸收）所需時間為：A 30分鐘；B 0.3分鐘；C 900分鐘；D 以上答案都不對。7小王家電能表上標(biāo)有“220 V 10 A”字樣，他家原有電器的總功率是1500 W。最近新買了一個電熱水器，銘牌上部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。(計算結(jié)果保留小數(shù)點后兩位小數(shù))試求：(1)電熱水器的額定電流是多少?(2)電熱水器正常工作時的電阻是多少?(3)將電熱水器接入家庭電路后，通過計算回答他家的用電器能否同時使用?圖1-238在如圖123所示的電路中，電源電壓恒定，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器使小燈泡L正常發(fā)光；若再斷開開關(guān)S，要使小燈泡L仍正常發(fā)光應(yīng)將滑動變阻器的滑片( )。A向c 端移動 B向b端移動C保持不動 D無法判斷9去冬今春，城市電力極度緊張，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)和生活，現(xiàn)市上有一種“220 V 11 W ”的節(jié)能燈，它的發(fā)光效果與“220 V 6O W”的普通白熾燈相當(dāng)，表2中所列為這兩種燈的有關(guān)參數(shù)。(1)結(jié)合生活實際，請你提出一條節(jié)約用電的措施。(2)節(jié)能燈正常工作時通過的電流是多少?(3)根據(jù)表中有關(guān)參數(shù)，通過計算說明：在正常使用的情況下哪一種燈在經(jīng)濟(jì)上更有優(yōu)勢。說明：課本介紹節(jié)能型日光燈很省電。本題通過具體計算和分析，說明節(jié)能燈的優(yōu)勢。10據(jù)報道：近幾年有許多重大火災(zāi)都是因線路連接處接觸不良造成的，教訓(xùn)十分深刻。線路連接處接觸不良引起火災(zāi)的原因是：當(dāng)線路連接處接觸不良時，該處的電阻將 (選填“減小”、“增大”或“不變”)，在該接觸處就會產(chǎn)生局部過熱升溫，接觸處的電阻又將隨著溫度的升高而 (選填“減小”、“增大”或“不變”)，從而形成電熱的逐步積累和惡性循環(huán)，以致引發(fā)火災(zāi)。說明：課本強(qiáng)調(diào)家用電器的總功率過大，容易發(fā)生火災(zāi)。本題以另類電路引起火災(zāi)為素材命題，引起大家的關(guān)注這一安全問題。六 電流的熱效應(yīng) 答案1銅絲 較粗的保險絲 2. 9V 4.5W 3. B 4. 不對 ，因為照明電路電壓為220V不變 Q=I2Rt=U2t/R 5.小