九年级物理第三章 第7节 电热器浙江版知识精讲
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九年级物理第三章 第7节 电热器浙江版
【本讲教育信息】
一、教学内容
电热器
二、考点清单
（一）学习目标：
1、熟悉常用的电热器，知道电热器是利用电流热效应工作的
2、理解电流通过导体发出的热量跟哪些因素有关，理解焦耳定律
3、初步学会运用焦耳定律进行简单的计算
（二）重难点分析：
重点：理解电流通过导体发出的热量跟哪些因素有关，理解焦耳定律；初步学会运用焦耳定律进行简单的计算
难点：初步学会运用焦耳定律进行简单的计算
三、全面突破
【知识点1】常用的电热器：
1、电流的热效应
电流的热效应：电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。
电热器：用来加热的设备。
主要元件是发热体，由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成。
下图是常用的电热器：
2、电流的热效应的利与弊
利（优点）：无污染、热效率高、方便控制和调节温度
弊（缺点）：①在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会烧毁绝缘层而引发火灾；
②同时，由于电流的热效应，会影响家电的使用性能和寿命。
防止措施：加装散热系统（如散热电扇）或为了更好散热而特别设计的结构（散热窗）。
【典型例题】
例1. 如图是家庭、宾馆常用的电热水壶及其铭牌、
（1）该电热水壶正常工作时的电阻为 欧。
（2）该电热水壶正常工作时、烧开一壶水需要5分钟，其消耗的电能是多少？ （3）在用电高峰期使用，如果电压只有200伏，这时电热水壶的实际功率有多大？（不考虑电阻的变化）
解析：这道题以电热水壶作为背景，综合考查了电学的各方面计算，具体见答案解析。
答案：（1）由P＝U2/R得：R=U2 /P=（220V）2 /1100W=44Ω
（2）W=Pt=1100W×5×60s=3.3×105J
（3）P实＝U实2/R=（200V）2 /44Ω=909.1W
例2. 生活在高原的人们常用高压锅煮食物，这是由于高原地区的大气压较___________。以下是电压力锅和它的工作电路图，R1为工作时的加热电阻，标有额定功率为800W。R2为保温保压电阻，且R2＝2R1，S1为压力开关，当压强达到设定值时S1会自动断开，S2为限时开关，可以设定加热时间。求：
（1）当锅内气压为110千帕时，锅内气体对锅盖（400厘米2）的压力多大？
（2）正常工作时，R1阻值多大？
（3）若用此电压力锅煮骨头汤，S2限时60分钟。S1、S2同时闭合，工作30分钟后，S1达到限压值断开，S1闭合至限时结束，此过程中共消耗多少电能？
解析：本题也综合考查了电学的相关计算，同时考查了电路的分析，具体见答案解析。
答案：低
（1）F＝pS＝1.10×105帕×400×10－4米2＝4400牛
（2）R1＝U2/P1＝（220伏）2/800瓦＝60.5欧
（3）W＝W1+W2＝P1tl+P2t2
＝800瓦×l800秒+400瓦×3600秒＝2.88×106焦
例3. 电热水壶由于使用方便、高效，已成为家庭常用的电器之一。下面是某电热水壶的铭牌。要将lL 20℃的水烧开（在标准大气压下），此电热水壶需正常工作3min 20s的时间。则：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）电热水壶消耗多少电能？
（3）电热水壶的热效率是多少？
解析：这是一道综合考查电学知识和热学知识的题，第一问重在考查吸热公式的运用，第二问重在考查电学公式的运用，第三问考查计算热效率，是第一问与第二问的结果相比所得的值，具体见答案解析。
答案：（1）由ρ=m/V得：m=ρV=1.0×103千克/米3×1×10－3米3=1千克
Q吸=cm（t－t0）= 4.2×103 J/（kg·℃）×1kg×（100℃－20℃）=3.36×105 J
（2）W=Pt=2000W×200s=4×105J
（3）η= Q吸 /W=3.36×105 J/4×105J=84%
例4. 小丽家新买了一台电热水器，下表是该热水器的一些技术参数。
型号 FED—H50 额定电压 220V
最大水量 50kg 额定功率 2000W
现将水箱中装满水，通电后正常工作40min，水温从25℃上升到45℃. 在此过程中，求：
（1）热水器中电热丝的电阻：
（2）水所吸收的热量[c水=4. 2×103J／（kg·℃）] 解析：本题同样是综合考查了电学和热学的计算，具体见答案解析。
答案：（1）由P＝U2/R得：R=U2 /P=（220V）2 /2000W=24.2Ω
（2）Q吸=cm（t－t0）= 4.2×103 J/（kg·℃）×50kg×（45℃－25℃）=6.3×106
J
【知识点2】电热的计算：
（一）探究电热与哪些因素有关
1、提出问题：电流通过导体产生的热量与哪些因素有关呢？
2、作出猜想：可结合生活经验，猜测：电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。
3、设计实验：注意控制变量法的使用
（1）控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系
（2）控制t、R相同，研究热效应与电流的关系
（3）控制I、R相同，研究热效应与时间的关系
4、进行实验：略
5、获得结论：当电流和通电时间相等时，电阻越大，电流产生的热量越多；
当电阻和通电时间相等时，电流越大，电流产生的热量就越多；
当电流和电阻相等时，通电的时间越长，电流产生的热量就越多。
（二）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。（它最先是由英国科学家焦耳发现的）
Q＝I2Rt
（三）电热计算的方法
思考：电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为能将电能全部转化成内能？
――电熨斗
①若电流所做的功全部转化为电热器的内能，即为纯电阻电路，则：
W＝Q 所以，Q＝W＝UIt＝I2Rt= U2t/R
也可用：Q＝W＝Pt
②若电流所做的功只有一部分转化为热能，则只可用焦耳定律Q＝I2Rt来计算电热，用W＝UIt来计算电功。
【典型例题】
例1. 如图甲所示电路是在环境温度为10℃左右的条件下工作的某自动恒温箱原理简图。箱内电阻Rl=5kΩ，R2为热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图乙所示，电源电压为12V.当电压鉴别器的两接入点a，b间的电压Uab小于2V时，鉴别器将使开关S接通，使恒温箱内的电热丝通电而发热，从而使箱内温度升高；当Uab大于4V时，鉴别器将使S断开，停止加热。
（1）从图乙中读出环境温度为15℃时的热敏电阻R2为 kΩ。
（2）通过计算判定该恒温箱内的温度将保持在怎样的范围？
（3）若想使此恒温箱内的温度变化范围在第（2）问的基础上降低一些，在鉴别器功能和热敏电阻不变的条件下，可采取怎样的措施？
解析：本题综合考查了电学的各部分知识点，要求同学们对电学要有一个整体的理解，具体见答案解析。
答案：（1）25kΩ
（2）当U=2V时 I1=U1/R1=2V/5kΩ =0.4mA
R2=U2/I2=U2/I1=（12V－2V）/0.4mA =25 kΩ
当U=4V I1=U1/R1=4V/5 kΩ =0.8mA
R2=U2/I2=U2/I1=（12V－4V）/0.8mA =10 kΩ
计算后查图2可得温度范围为15℃≤t≤55℃
（3）Uab原本的控制点2V调成大于2V 4V调成小于4V
如2.5V和3.5V
例2. 冬天，王同学使用电热毯时发现电热毯有高温挡和低温挡，于是他设计了电热毯的模拟电路图甲和乙（电热丝相当于电热毯内部发热电阻）。
（1）图甲中有定值电阻R1（置于电热毯外部），电热丝R2，请说明要使电热毯处于低温挡时，开关S1、S2应处于什么状态？并写出低温挡时电热毯发热电功率的表达式。
（2）图乙中有两根电热丝R2、R3，请说明要使电热毯处于高温挡时，开关S1、S2应处于什么状态？并写出高温挡时电热毯发热电功率的表达式。
（3）请指出你认为其中较好的电路，并说明理由。
解析：本题综合考查了电路分析，电路的优化与设计，电热的计算。是一道高质量的电热器计算题，具体见答案解析。
答案：（1）S1闭合，S2断开。
低温挡电热毯发热功率：P＝I2R2＝[U/（R1+R2）]2 R2
（2）S1、S2均闭合
高温挡电热毯发热功率：P＝（U2/R2）+（U2/R3）
（3）较好的电路是乙，
因为在甲电路中，低温挡时R1要发热，浪费电能。
例3. 如图所示电路，电源电压不变，R1=40Ω，R2=60Ω，通过R1的电流I1=0.3A，求：
（1）电路的总电阻
（2）电源电压
（3）R2消耗的电功率
（4）通电1min，电阻R1上产生的热量
解析：这道题综合考查了电学的有关计算，具体见答案解析。
答案：（1）R = R1 R2 /（R1+R2 ）=40Ω×60Ω/（40Ω+60Ω）=24Ω
（2）U=U1 = I1 R1 =0.3A×40Ω=12V （3）P2 =U22/ R2 =（12V）2/60Ω=2.4W
（4）Q1= U12 t/ R1 =（12V）2 ×60s/40Ω=216J
例4. 如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看. 它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动机线圈的电流为50A。问：
（1）每分钟该电动机消耗的电能是多少？
（2）已知电流通过导体时产生的热量Q=I2Rt（其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是0.4Ω，则线圈每分钟产生的热量是多少？
（3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少？
解析：这道题也综合考查了电学的各方面的知识，同学们要从整体的角度对电学有一个深入的理解，具体见答案解析。
答案：（1）W电＝UIt=220V×50A×60s=6.6×105 J
（2）Q=I2Rt=（50A）2 ×0.4Ω×60 s=6×104 J
（3）W= W电 －Q=6.6×105 J－6×104 J=6×105 J
四、应考锦囊
本讲的知识点是中考的必考内容，其中电热的计算一般都会和其它电学计算一起出现在后面较难的计算题上，是需要同学们熟练掌握的知识点，我们例题中所讲解的都是2020和2020年浙江省和全国其它省份的中考题，从这些题中不难看出，熟练运用我们在这两节课中所讲的推导公式对于提高同学们的解题速度显得非常重
