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浙教版科学九年级上册培优讲义10:电热器【含答案】

浙教版科学九年级上册培优讲义10:电热器【含答案】

浙教版科学九年级上册培优讲义10:电热器【含答案】

1、焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。用公式表示为Q=I2Rt。

2、常见的电热器:电饭煲、电热水壶、电熨斗、电吹风机、电烙铁等。

各种电热器都是利用电流的热效应来工作的。电流通过导体时发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。

电热器的优点:清洁、无污染、热效率高,便于控制和调节等。

3、电动机是利用电流做功转化为机能功的用电器,所以总功率即输入功率P电=UI;线圈发热做的功为额外功,因此P热=I2R;有用功就是电动机对外所做的机械功,即输出功率P机=Fv或P机= P电- P热,电能转化效率η=P机/P电×100%。

浙教版科学九年级上册培优讲义(十)

电热器

分类题型:

(一)焦耳定律

1、如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间

关系”的实验装置,两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在

相同质量和初温的煤油中,每一烧瓶里各插入一温度

计.请回答下列问题:

(1)合上开关,经过一段时间,两电阻丝产生热量的多

少是通过____

反映出来的;

(2)采用这种连接方式的目的是;

(3)实验采用煤油而不用水的原因是。

2.为了探究电流产生的热量跟什么因素有关系,小乐设计了如图1所示的甲、乙两装置.他将两段阻值不同的电阻丝(R1<R2)分别密封在两个完全相同的烧杯中,并通过短玻璃管与相同的气球相连,两次实验电源电压不变.

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(1)甲装置可探究电流产生的热量与是否有关.

(2)在这个实验中,电流产生热量的多少是通过体现出来的,像这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫

A.控制变量法B.等效替代法C.转换法D.类比法

(3)在装置甲、乙的两次实验中,比较相同时间里气球A与C体积变化情况可探究电流产生的热量

与有关.

(4)若甲、乙两装置同时实验,在相同的通电时间里,A、B、C、D四个气球胀大的程度从大到小的排列顺序是。

(二)电热器的计算

1、由于今年冬天较往年寒冷,很多老师的办公桌上放置了电热桌垫(如图)。好奇的小东同学看到后,很想知道它的电热原理,他查看说明书后发现:该电热桌垫由12伏电源供电,电功率在安全用电规定的30w-80 w范围内,发热部分由两根电热丝组成,R1、R2 的阻值分

别为6欧、4欧,该桌垫可通过调温开关控制不同的电功率(不考虑温度的变化对电阻的影响)。

(1)小东根据刚刚学习过的电热器知识,画出电热桌垫甲、乙两种电路,并说都符合设计要求,请你简要分析出哪一个电路符合要求?

(2)该电热桌垫消耗的最大功率是多少w?

(3)当电热桌垫处于低温档时,在1分钟内产生的热量是多少J?

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2、冬天到来了,用冷水洗手,洗碗,洗菜都会对皮肤形成较大的刺激,这样的季节在家里配备一个电热水龙头是必不可少的,电热水龙头(亦称作“即热水龙头”或“快热水龙头”),包括水龙头本体及水流控制开关,水龙头本体内设有加热腔和电器控制腔,用密封板隔开,电器控制腔内设有加热电路,加热腔内设有加热管,加热管功率一般在2 kW ~3kW,3s~5s即可加热出热水,加热管连接在加热电路上,其特征为绝缘加热管;绝缘加热管为水电隔离式绝缘加热管;水龙头本体多数为耐高温工程塑料型,少数为全金属型;电器控制腔内设有绝缘水压开关。加热电路内设有电器开关、温度控制器和防干烧装置,有的还设有漏电保护开关。图24甲是某款电热水龙头。图24乙是它的原理电路。R1、R2为电热丝,通过旋转手柄带动开关S接通对应的电路,从而实现冷水(常温)、温水、热水之间切换。有关参数如下表。不考虑温度对电阻丝的影响,请回答下列问题:

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(1)分别写出水龙头放出冷水、温水、热水时,图乙中开关右侧触点所对应的位置。(2)当水龙头放出的水是温水时,电路中的电流是多大?

(3)当水龙头放出的水是热水时,正常工作60s,消耗的电能是多少?

(4)R1、R2的电阻各是多大?

3.如图甲是某热水器的电路原理图。烧水时,按下温控开关S和a、b接触,红色指示灯亮,加热档工作,电热管的功率是880W。当水温升到设定温度t1时,温控开关接触点断开,电热管停止加热。当水温下降到设定温度t2时,S自动上升与接触点c接通,黄色指示灯亮,保温档工作,电热管的功率是220W。当水温上升到设定温度t1时,温控开关触点断开,电热管停止加热。如此不断往复使水温保持在设定的范围内。(指示灯电阻很小,计算时可忽略不计)

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(1) 该热水器水箱中装有2Kg30℃的冷水,若把这些冷水加热到90℃需吸收多少热量?

(2)求R1的大小。

(3)图乙是该热水器工作时温度随时间变化的图象,求30min内电热管消耗的电能。

(三)电动机问题分析

1.如图所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能变成内能.已知线圈电阻1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈电流2A,物体质量540g,以10m/s匀速上升,不计绳的重力和一切摩擦.物体上升20s的过程中.(g取10N/Kg),求:

(1)电压表读数;

(2)电流通过线圈产生的热量;

(3)提升物体的有用功;

(4)电动机工作效率.

2.(2017杭州)如图是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图。开始小金先抓住转轴合上开关,观察小灯泡的亮度;接着放开转轴让电动机转动,继续观察小灯泡亮度的变化(已知:小灯泡的电阻为R,电动机线圈电阻为r,电源电压为U)。

由此请你回答:

(1)在电动机未转动时,t时间内电流在电路中产生的热量为___________(填写表达式)。

(2)在电动机转动时,电流所做的功________电流在电路中产生的热量(选填“大于”、“等于”或“小于”)。

(3)小金判断电动机转动后小灯泡会更亮,你认为小金的判断正确吗?并根据学过后知识给以解释。

3.(2016杭州)如图为某型号玩具电动机的工作电路图。电动机铭牌上标有“6V,6W,线圈电阻2Ω”字样。当开关闭合的瞬间,电动机尚未转动,此时通过电动机的电流称为启动电流。为了保护电动机,启动电流不得超过2A。求:

(1)启动时,变阻箱R的阻值至少多大?

(2)当电动机启动后,再次调节变阻箱R,使电动机进入正常工作状态。此时R消耗的电功率为多大?

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4.(2015杭州)某同学根据如图所示电路进行实验:先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动,闭合开关S,移动滑动变阻器滑片,记下电压表读数和电流表读数,

后松开夹子,使电动机转轴转动,移动滑动变阻器滑片,记下电

压表读数和电流表读数。数据记录如下:

U(V) I(A) W(J) Q(J)

不转动0.2 0.2 W1 Q1

转动 3.0 1.2 W2 Q2

(1)电动机不转动时,通电10s,电动机所做的电功W1和所产生的热量Q1。

(2)电动机转动时,通电10s,电动机所做的电功W2和所产生的热量Q2。

(3)试比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小关系,并分析其原因。

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1、某中学的科技研究小组,为“天宫一号”空间站的宇航员设计了如图所示的四种电加热

水壶,其中设计合理的是()

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2、家用电熨斗为适应不同衣料的熨烫,设计了调整温度的多挡开关.使用时转动旋钮即可

使熨斗加热到所需的温度.图是电熨斗的电路图.旋转多挡开关可以改变1、2、3、4之间的连接情况.现将开关置于温度最高挡,这时,1、2、3、4之间的连接是图5中的哪一幅()

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A B C D

3.同种材料制成的两个圆柱形导体甲、乙串联在电路中,如图所示,R甲又粗又长,R乙又细又短,R甲=R乙,通电一段时间后,不计热损失,比较甲、乙两导体升高的温度,正确的是()

A.甲导体的温度升高的多B.乙导体的温度升高的多

C.甲、乙两导体升高的温度相同D.条件不足,无法判断

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第3题第4题

4.标有“PZ110-100”的灯泡L1和“PZ110-40”的灯L2,将两灯分别按甲、乙接于220V的电路中,如图所示,则()

A.两电路中,L1、L2均不能正常发光

B.两电路中,L1、L2均能正常发光,甲电路消耗的总功率小

C.两电路中,L1、L2均能正常发光,乙电路消耗的总功率小

D.甲电路L1、L2能正常发光,乙电路L1、L2不能正常发光

5.如图所示,是一种USB风扇,可连接电脑USB接口或移动

电源使用。USB风扇内电动机规格“5V,2.5W”,线圈电阻1Ω。求:

(1)电动机正常工作时输出的机械功率和电动机的效率。

(2)当USB风扇被异物卡住后,电动机不转,10秒内线圈产生的热

量是多少?

6、电压力锅集高压锅和电饭锅于一体,既安全又节能,某品牌的电压力锅(如下图)的铭

牌如下表所示。其工作原理如图所示,A为密闭锅体,R1、R2分别是主加热器和保温加热器,L是用来指示电压力锅保温状态的发光二极管(电阻忽略不计),S1为电源开关。

闭合开关S1后,电路通过R1对电压力锅加热,当锅内水温达到105℃时,锅体向下移动,压力开关S2与触点a断开,与b点接通,电路通过R2对电压力锅保温。求:

(1)电压力锅正常加热工作时,通过加热电阻R1的电流是多大?

(2)电压力锅进入保温状态时,家庭电路电压发生变化降为198V,此时保温电阻R2消耗的实际电功率是多大?

(3)用该电压力锅对2kg、20℃的水正常加热到69.5℃,电压力锅加热的时间是多少?

已知消耗的电能有90%被用来给水加热。(水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)。

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参考答案

(一)焦耳定律

1(1)温度计升高的温度(2)控制通过的电流和通电时间相同;

(3)煤油的比热小,吸收相同热量,能升高较高的温度,现象明显。

2.(1)电阻(2)气球胀大程度 C (3)CDBA

(二)电热器的计算

1、(1)∵电功率的范围:30W-80W、R=U2/P 1.8Ω<R<4.8Ω

∴甲图R并=2.4ΩR2=4Ω符合乙图不符

(2)Pmax=U2/Rmin=U2/R并=(12V)2/2.4Ω= 60W

(3)Q=W=Pmint=u2/R2 .t =(12V)2/4Ω×60S= 2160J

2、

(1)水龙头放出冷水开关所对应的位置是1;水龙头放出温水开关所对应的位置是2;水龙头放出热水开关所对应的位置是3;

(2)10A;(3)1.98×105J;(4)22Ω;44Ω

3.

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(三)电动机问题分析

1.(1)30伏(2)120焦耳(3)1080焦耳(4)90%

2.(1)U2

R+r t (2)大于

(3)不正确,不转时W总功=Q电路UI1t=I12(R+r)t I1=U

R+r;

转动时W’总功>Q’电路UI2t>I22(R+r)t I2

R+r,故I2< I1,灯泡变暗3.(1)4Ω(2)6W

(1)

12V

6

2A

U

R

I

===Ω

R = R总—R电动机=6Ω—2Ω=4Ω

(2)

6W

1A

6V

P

I

U

===U R =12V—6V=6V P R=U R I=6V×1A=6W

4.(1)W1=U1I1t1=0.2×0.2A×10s=0.4J;

R线圈=U1/I1=0.2V/0.2A=1Ω

Q1=I12 R线圈t1=(0.2 A)2×1Ω×10s=0.4J

(2)W2=U2I2t2=3V×1.2A×10s=36J ; Q2=I22 R线圈t2=(1.2 A )2×1Ω×10 s =14.4J

(3)W1=Q1,W2>Q2;电动机未转动时,电流流经线圈时电能全部转化为热能,因此W1=Q1;

电动机转动时,电流流经线圈时电能一部分转化为机械能,另一部分转化为热能,因此W2> Q2。

5.(1)如果某电动机线圈的电阻为R,电动机工作时两端的电压为U,通过电动机的电流为I,请推导此电动机电能转化为机械能的效率η=(U-IR)/U。

(2)如果有一个直流电动机,把它接入0.3V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.6A,若把它接入3V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是2A。如在正常工作时,转子突然被卡住,此时电动机的发热功率多大?

(1)电动机消耗的电能:W总=UIt

线圈产生的热量:Q=I2Rt

W有=W总-Q=UIt-I2Rt=It(U-IR) (2分)

∴η=W有/W总= It(U-IR) /(UIt)=(U-IR)/ U (1分)

(2)电动机线圈电阻R=U1/I1=0.3V/0.6A=0.5Ω(1分)

转子被卡住时的电流I′=U2/R=3V/0.5Ω=6A (1分)

此时电动机的发热功率P′=I′2R=(6A)2×0.5Ω=18W (1分)

课后巩固

1、D

2、A 3.B 4.C 5、(1)2.25W 90% (2)250J

6、(1)由P=UI得电压力锅正常加热的电流:I1= P1/ U=1100W/220V=5A;

(2)由P= U2/ R2得:R2= U2/ P2=(220V) 2/20W=2420Ω,电饭锅实际消耗的电功率:

P实= U2/ R2=(198V)2/2420Ω=16.2W;

(3)水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)

由加热消耗的电能90%被水吸收有:Q吸=0.9W电,

根据W=Pt得加热时间:

t= W/ P= Q吸/90%P加热= cm△t/90%P加热

=4.2×103J/(kg?℃)×2kg×(69.5℃-20℃)/ 90%×1100W=420s.

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