2021年中考物理微專題復習專題30焦耳定律的實驗探究及其應用（學生版）

1、專題30 焦耳定律的實驗探究及其應用知識點1：探究焦耳定律實驗思路1.控制變量法在探究電熱的多少與電流的關系時，應控制兩個電阻絲的阻值相同；在探究電熱的多少與電阻的關系時，要控制通過兩個電阻絲的電流相同，最好的方法當然是采用串聯(lián)。這里就應用了控制變量法。 當要研究的一個物理量與另外幾個物理量都有關系時，為簡化和方便，先研究與其中一個量的關系，而要控制其余幾個量不變這種研究問題的方法叫控制變量法。這種方法在實驗數(shù)據(jù)的表格上的反映為：某兩次試驗只有一個條件不相同，若兩次試驗結果不同，則與該條件有關，否則無關。反過來，若要研究的問題是物理量與某一因素是否有關，則應只使該因素不同，而其他因素均應相同。

2、控制變量法是中學物理中最常用的方法。2.轉化法實驗中電流產(chǎn)生的熱量不能直接觀察到，但熱量的變化可以用溫度的變化來感知。通過溫度的變化多少來間接知道電流產(chǎn)生的熱量的多少，這是轉化法。物理學中對于一些看不見、摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認識，或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫轉換法。3.注意的問題由于實驗中電流產(chǎn)生的熱量較少，液體溫度升高的也較小，所以用溫度計不易直接測量比較。為了使現(xiàn)象明顯，實驗采用了兩種方法：不用溫度計，但采用了放大的“溫度計”。整個燒瓶相當于一個溫度計的玻璃泡。由于燒瓶里的液體較多，使升溫膨脹效果更明顯。采用煤油代替常見的水，用

3、玻璃管插入密封燒瓶里的煤油中代替溫度計。用煤油代替水，是因為煤油比水的比熱容小，在吸收相等的熱量時溫度上升的多，這樣現(xiàn)象更明顯。當然還有一個重要原因，那就是煤油不導電。可以設想由于水導電，若用水由水產(chǎn)生的電阻就無法控制電路中的電阻情況。知識點2：焦耳定律及其應用1.電流通過導體產(chǎn)生的熱量求解公式(1)焦耳定律：QI2Rt(2)純電阻電路中，QW=Pt=U2t/R=UIt=I2Rt2.在利用焦耳定律求解計算題注意(1)涉及的四個物理量要一一對應，簡單來說就是導體的電阻為R，通過這個導體的電流為I，通電時間為t，則電流通過導體產(chǎn)生的熱量為QI2Rt(2)公式中各個物理量的單位必須都得是國際單位，即

4、電流I 的單位是安培(A)、電阻R的單位是歐姆()、時間t的單位是秒(s)，則熱量的單位是焦耳(J)3.當發(fā)電廠電功率一定，送電電壓與送電電流成反比，輸電時電壓越高，電流就越小。此時因為輸電線路上有電阻，根據(jù)P=I2R可知，電流越小時，在電線上消耗的電能就會越少。所以電廠在輸電時增大送電電壓，減少電能在輸電線路上的損失。4. 應用和防止電熱的實例利用電熱的例子：熱水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等。防止電熱的例子：電視機外殼的散熱窗；計算機內的散熱風扇、電動機外殼的散熱片等?！纠}1】(2020四川南充)小明將線圈電阻為4.84的電動機接人220V的家庭電路中，關閉其它用電器，只讓電動機工作時

5、，觀察到他家標有2000imp/(kW.h)的電能表3min內閃爍了100次，則電動機在這段時間內消耗的電能為_kW.h，電動機線圈產(chǎn)生_J的熱量。【對點練習】一只標有”8V 0.4A”的小燈泡，接在電源電壓為12V的電路中，為使其正常發(fā)光，應串聯(lián)一個的電阻；該電阻通電10s所產(chǎn)生的熱量是J。【例題2】(2020連云港模擬)已知電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間有關在探究“電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的關系”時，可供選擇的器材有：8V穩(wěn)壓電源一個；20和50的滑動變阻器各一個；停表和開關各一個；塑料盒與U形管相連的實驗裝置一個，盒內密封著空氣，盒內電阻絲的阻值為20；導線若干(1)該

6、實驗選用 的滑動變阻器更好(2)連接好的實驗圖如圖所示每次實驗(即獲得一組數(shù)據(jù))后，都要斷開開關，打開盒蓋上的通氣孔，U形管內兩液面迅速回到原位，等片刻后，關閉通氣孔，再進行下一次實驗請畫出實驗用的表格，表中要有必要的信息(3)某同學對實驗方案進行了重新設計：第一次實驗記錄高度差后，立即移動滑片增大電流做第二次實驗，每次實驗加熱時間相同，記錄的U形管內兩液面高度差依次為h1、h2在處理數(shù)據(jù)時，該同學想用h2來間接反映第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量，他這樣處理數(shù)據(jù)是否正確？ 理由是 【對點練習】我們知道：“電流通過導體時產(chǎn)生的熱量，與電流的平方成正比，與導體的電阻成正比，與通電時間成正比。”這

7、就是焦耳定律，用公式可表達為：Q=I2Rt。愛動腦筋的小明在探究這個問題時，設計了圖所示的實驗，只連接一次電路就完成了實驗探究。他的方法是用電阻絲(其中R甲R乙)給燒瓶中的煤油(煤油質量相同)加熱，然后觀察煤油在插入密封燒瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以對比電阻絲放熱的多少。請你仔細觀察小明設計的實驗電路，并應用所學知識分析回答下列問題：(1)探究電熱的多少與電流的關系，應該對比 兩個燒瓶中煤油柱上升的高度，而這兩個燒瓶中電阻絲阻值應該 。(2)探究電熱的多少與電阻的關系，應該對比 兩個燒瓶中煤油柱上升的高度。(3)有許多家用電器的工作原理即為焦耳定律，請舉兩個例子。一、選擇題1.圖甲是小燈泡

8、的電壓電流圖像。將此燈泡L與滑動變阻器R串聯(lián)在電壓為4.5V的電路中(如圖乙)，閉合開關，移動滑片P，當小燈泡的功率為0.75W時，( )A電流表的示數(shù)為0.2A B滑動變阻器R接入電路中的電阻為15C電路消耗的總功率為1.35W。 D10s內滑動變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J2如圖甲所示，兩電熱絲R1與R2并聯(lián)，R1=20，電源電壓保持不變，閉合開關，電流表A1和電流表A2表盤指針均指如圖乙所示位置，則以下判斷正確的是()AR1：R2=5：1B電源電壓是10VCR2的電功率是20WDR1工作2分鐘所放出的熱量為600J二、填空題3.(2020安徽)如圖所示的電路中，電源電壓U=9V，電阻R1

9、=200，R2=100，則通電1min該電路產(chǎn)生的熱量為_J。4.(2020四川成都)小彬用圖所示的實驗裝置探究“電流的熱效應跟電阻大小的關系”，電源電壓為3V，電阻絲R1=10，R2=20，兩氣球相同。閉合開關后，密閉燒瓶內的空氣被加熱，他觀察到_氣球先鼓起來。甲氣球乙氣球通電1min，R2產(chǎn)生的熱量為_J。5(2020甘肅天水)現(xiàn)有兩電熱絲，甲標有“10 1A”，乙標有“15 0.6A”，把它們并聯(lián)起來，通電10s后，甲、乙兩電熱絲產(chǎn)生的總熱量最多是 J。6.有一臺電動機，額定電壓3V，額定電流1A，電動機線圈電阻0.5這臺電動機正常工作1min，消耗的電能為J產(chǎn)生的熱量為J，輸出的機械能

10、為J。7.如圖所示，電源電壓恒定不變，小燈泡L標有“2.5V 0.75W”的字樣，R1、R2為定值電阻，其中R1=25，R2=50，當S1、S2都斷開時，小燈泡正常發(fā)光，電源電壓是 V：當S1閉合，S2斷開時，電流表的示數(shù)是 A：當S1、S2都閉合時，R2通電1分鐘產(chǎn)生的熱量為 J(不考慮溫度對電阻的影響)。 8.如圖所示，電源電壓不變，R2=30，R3=10只閉合S1，電流表示數(shù)為0.2A，電壓表示數(shù)為4.0V，則定值電阻R1為 ，電源電壓為 V閉合S1、S2、S3，電流表A1、A2示數(shù)之比為 ，通電lmin電阻R1產(chǎn)生的熱量為 J。 三、分析簡答題9.小明冬天取暖時發(fā)現(xiàn)：電暖器的電熱絲熱的

11、發(fā)紅，而與電熱絲相連的導線卻不怎么熱(1)請你根據(jù)小明發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象提出一個需要探究的物理問題；(2)如圖是小明進行實驗探究的部分電路，A、B燒瓶中裝有質量相等、初溫相同的煤油，金屬絲電阻分別為RA、RB，RARB通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)B燒瓶中溫度計的示數(shù)大些請用所學的知識解釋此現(xiàn)象10據(jù)生活報訊，2017年4月14日起，插線板新國家標準正式實施，要求插線板的插孔須設置“保護門”，“保護門”可有效防止兒童將手指插入插孔而造成觸電事故，同時可避免灰塵長期沉積而造成的內部(選填“斷路”或“短路”)在線材方面要求：如果最大工作電流16A的延長線插座，導線的最小橫截面積由原來的1mm2增加到1.5mm2請你

12、根據(jù)所學物理知識解釋增加導線橫截面積的好處四、實驗探究題11小明利用圖所示的實驗裝置探究“導體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關系”甲、乙兩瓶中裝有質量與初溫都相同的煤油，甲瓶中銅絲的電阻比乙瓶中鎳鉻合金絲的電阻小(1)實驗中煤油吸熱的多少是通過 來反映的(選填“溫度計示數(shù)”或“加熱時間”)(2)為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，小明選用煤油而不用水做實驗，是因為煤油的比熱容水的比熱容(選填“大于”或“小于”)(3)通電一定時間后，乙瓶中的溫度計示數(shù)升高的快，由此得出的實驗結論是 (4)該實驗中用到的研究物理問題的法是 (填對一種即可)12在做“電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與什么因素有關”的實驗時，小于

13、采用了如圖甲所示的實驗裝置兩個透明的容器中密閉了等量的空氣，U型管中液面變化反映了密閉空氣溫度的變化(1)若通電時間相同，發(fā)現(xiàn)B玻璃管內液面上升較高，這表明：在電流和通電時間相同的情況下，導體的越大，產(chǎn)生的熱量越多(2)小剛采用了如圖乙所示的實驗裝置，通電相同時間，發(fā)現(xiàn)A玻璃管液面上升較高，這表明：在電阻和通電時間相同的情況下，通過導體的越大，產(chǎn)生的熱量越多(3)該實驗中用到的研究物理問題的方法是 法和轉換法13.小明和小華同學為了探究“電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關系”，設計了如圖所示的實際電路，兩個燒瓶A、B中盛有等量、初溫相等的煤油，RA與RB是阻值不同的電熱絲(1)RA與RB采用串聯(lián)

14、的方式，其目的是為了控制通電時間、 相等(2)小明同學為了比較RA與RB阻值的大小，用電壓表分別測出RA與RB兩端電壓的大小，發(fā)現(xiàn)UAUB，則RARB(選填“”“”或“=”)(3)在相同的時間內，可通過觀察 來比較電流通過電熱絲產(chǎn)生的熱量多少；為了升溫較快，試驗液體選用煤油而不選水，主要是水的比熱容比煤油 (選填“大”或“小”)(4)通過實驗，發(fā)現(xiàn)燒瓶B中煤油吸熱多，這表明：在電流、通電時間相同的情況下，電阻 (選填“越大”或“越小”)，產(chǎn)生的熱量越多(5)小華想改裝此實驗裝置用來“測量煤油的比熱容的大小”，則他們應將燒瓶A中煤油換成與其(選填“質量”或“體積”)相等的水，并將電熱絲RA換成

15、的電熱絲測量時，水和煤油的初溫均為t0，通電一段時間后，水和煤油的末溫分別為t水、t煤油，請寫出煤油比熱容的表達式：c煤油= (已知水的比熱容為c水)小明認為這樣測量煤油的比熱容會有較大的誤差，原因主要有： (只要寫出一條即可) 五、計算題14.如圖所示的電路中，電源兩端電壓保持不變，電阻絲R1的阻值為10當開關S閉合后，電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為0.4A求：(1)通電10s電阻絲R1產(chǎn)生的熱量；(2)電源兩端的電壓。15.如圖所示電路中，電阻Rl的阻值為2 ，當開關閉合后，電壓表V1的示數(shù)為1 V，V2的示數(shù)為2 V。求：(1)電源兩端的電壓；(2)迪過R1的電流和R2的阻值；(3)R2在1 mi