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．

（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？

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：

（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）

(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？

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。

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（）

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（）

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

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·℃）。

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.

（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

总

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．