|
主讲： 优秀物理教师
李超
知识强化
一、知识概述
1、理解电流的的热效应；知道探索电流产生的热量实验中用到的物理学的基本研究方法。
2、会利用Q＝I2Rt进行电流产生热量的计算；知道计算电能和电流产生热的区别。
二、重难点知识讲解
1、电热与焦耳定律
（1）电流的热效应，当导体中有电流通过时，导体要发热，这种现象叫电流的热效应。
（2）焦耳定律：实验表明，通电导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
焦耳定律的公式：
（3）纯电阻型电路中，电流做的功全部转化为内能。即
（4）电热的分配：
对纯电阻电路，串联时：
并联时：
纯电阻电路中，由于 ，所以电热分配
串联时：
并联时：
2、电热器
电流热效应的应用
（1）电热器的工作原理
电热器是利用电流热效应制成的加热设备。电热器的主要构件部分是发热体。发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的，发热体的形状根据需要可做成线状、管状、片状等。
（2）电热的利用
有效地利用电热给人们带来了极大的便利，其最大优点是人们可以很方便地控制和调节温度，下面介绍几个常见的电热器；
①电熨斗：用来熨烫衣服使之平整的电热器。电熨斗按结构和功能分为普通型、调温型、喷雾型等。普通型电熨斗的基本构件是：发热体、底板、外壳、手柄等。在普通电熨斗上加上调温器和控温指示灯就构成调温型电熨斗，在调温型电熨斗上加上喷雾装置就构成了喷雾型电熨斗。
发热体是电熨斗的核心构件，一种是在云母板上均匀绕上电热丝，叫做云母电热芯。另一种是在金属管内装入螺旋状电热丝，再填充氧化镁粉制成，叫做电热管。红外线电熨斗则是把电热丝嵌在碳化硅板的槽内，碳化硅辐射红外线。
*云母、氧化镁是绝缘材料。
②电烙铁：用来焊接电子元件的电热器。发热体与电熨斗相似，有云母电热芯和电热管两种，为减小腐蚀铜焊头是用紫铜制造。
③电饭锅：用来煮饭的电热器。常见的电饭锅类型有，保温式自动电饭锅、定时启动保温式自动电饭锅、低压定时启动式自动电饭锅、电子电饭锅等。保温式电饭锅由发热体、磁钢限温器、双金属片恒温器等组成，当电饭锅内温度达到103℃时，磁钢限温器切断电路，停止加热。当电饭锅内温度下降到60℃左右时，会自动转入保温过程，这个过程由双金属片恒温器来控制。
电子式电饭锅是带有微电脑控制器的电饭锅，整个烧饭、煮饭、焖饭过程由预先设计的程序自动进行。
3、电热的防止
电热在某些地方会给人们带来危害和损失，在电动机中，电热过大会烧坏绝缘材料，直至烧坏电动机，在电视机里，电热过大会烧坏电子元件，使电视机不能正常工作。在远距离输送电的过程中，电能转化成电热散发到空间损失了一部分电能。为此人们采取了相应的办法：
（1）电动机里的导线尽量用电阻率小的材料，外壳做成叶片状增大散热面积，必要时装有风扇加快冷热空气的对流。
（2）电视机的外壳上开有散热窗，给产生电热较多的电子元件安装散热片。
（3）在远距离输送电的过程中，由于输送的电功率一定，由P＝UI和Q＝I2Rt知，减少输送电流I，便可减少由于电热而散失的电能，所以采用高压输电的方式。
三、典型例题
例1、一个电炉工作时的电压是220伏，电流是5安，求它在1小时内消耗多少千瓦时的电能？产生多少热量？
分析：
电炉是一个纯电阻型用电器，电流通过电炉做功把电能全部转化为内能，所以可用 来计算电热。
解法一：
电炉丝的电阻 
1小时内产生的热量 
因电能全部转化为内能，所以 
解法二：
电炉工作1小时消耗电能：
因电能全部转化为内能，故产生的热量：
解法三：
电炉的功率：
1小时消耗电能：
电能全部转化为内能，产生热量：
例2、两根相同的电热丝，电阻都为R，当它们串联后接在电源上，20分钟可以烧开一壶水，如果把它们并联后接在同一个电源上，烧开同一壶水需__________分钟。
分析：
两根相同的电热丝采用串联或并联烧开同一壶水，说明两种情况下产生的总电热是相同的。连接方式的不同，使得总电阻不同，总电流不同。使用同一个电源，说明总电压相同。所以此题用 讨论问题好一些。
解：
当两根电热丝串联时 
当两根电热丝并联时 
由题知
答：并联时烧开同一壶水需5分钟。
例3、如图所示是一个理发用电吹风的实物连接简图。其中发热电阻丝的阻值为 。求：
（1）电吹风吹冷风时，测得插头处电流为0.2A，此时电吹风消耗的电功率为多少？
（2）电吹风吹热风时，正常工作2min，消耗的电能为多少千瓦·时？
分析：
（1）电吹风是家用电器，它正常工作时应接在家庭电路中，家庭电路的电压是220V，当电吹风吹冷风时，只有电动机在工作。故电吹风电动机正常工作时消耗的电功率P＝UI。
（2）由图可以看出，当S1、S2闭合时，电热丝与风扇电动机并联接在220V的电源上，当电吹风吹热风时，电热丝与电动机均工作，电动机消耗的功率（1）中已求，只需求出电热丝正常工作时的电功率即可。
答案：
（1）I1＝0.2A，U0＝220V.
电吹风工作时消耗的电功率P1＝U0I1＝220V×0.2A＝44W
（2）电吹风吹热风时，电热丝的功率 ，总功率P总＝P1＋P2＝44W＋968W＝1012W.
2min消耗电能W＝Pt＝1012W×2×60s＝121440J＝0.03kW·h
点评：
本题没有提电吹风接的电源电压，因为电吹风是家用电器，它正常工作时应接在家庭电路中。如果不注意这点，本题将无法完成。
电吹风吹热风时，如果只注意到“热”，而没有注意到“风”，总功率会漏加电扇电动机工作功率。审题要仔细。
例4、使用电烙铁时，为了方便，有两档开关，使它工作时处于加热状态和休息时处于保温状态，（电源电压不变）如图所示。求：
（1）用公式说明开关S与哪个触点接触使电烙铁处于加热状态。
（2）要求加热功率是保温功率的10倍，则电阻R1与R2的比值为多少？
分析与解答：
（1）设电源电压为U，当开关S接触点1时，R1与R2串联，此时的电功率为：
当开关S接触点2时，此时的电功率为：
因为R1＋R2>R2，所以P1<P2，即开关S接触点2时电烙铁处于加热状态。
（2）加热时只有R2接入电路，此时的功率为 ，保温时，R1、R2都接入电路，此时的功率为： ，根据 可得： .
小结：
电烙铁处于保温状态时需要的热量由串联电阻R1、R2提供，在电压不变的情况下，根据 可知，串联时的电阻较大，它们产生的热量就少。有的电热器，在保温状态下，虽然两个电阻串联但只有一个电阻提供保温热量。具体情况要具体分析。
|
