《專(zhuān)題30焦耳定理的實(shí)驗(yàn)探究及其應(yīng)用（班主任版）迎戰(zhàn)2021年高考數(shù)學(xué)專(zhuān)題備考精講精練》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《專(zhuān)題30焦耳定理的實(shí)驗(yàn)探究及其應(yīng)用（班主任版）迎戰(zhàn)2021年高考數(shù)學(xué)專(zhuān)題備考精講精練（16頁(yè)典藏版）》請(qǐng)?jiān)诖蠓窒砦膸?kù)-在線教育資源下載分享平臺(tái)上搜索。
1、專(zhuān)題30焦耳定理的實(shí)驗(yàn)探究及其應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)1：探究焦耳定理實(shí)驗(yàn)思路1.控制變量法在探究電熱的多少與電壓的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制兩個(gè)阻值絲的電阻相同；在探究電熱的多少與阻值的關(guān)系時(shí)，要控制通過(guò)兩個(gè)阻值絲的電壓相同，最好的方式其實(shí)是采用串聯(lián)。這兒就應(yīng)用了控制變量法。當(dāng)要研究的一個(gè)數(shù)學(xué)量與另外幾個(gè)數(shù)學(xué)量都有關(guān)系時(shí)，為簡(jiǎn)化和便捷，先研究與其中一個(gè)量的關(guān)系，而要控制其余幾個(gè)量不變這些研究問(wèn)題的方式叫控制變量法。這些技巧在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格上的反映為：某兩次試驗(yàn)只有一個(gè)條件不相同，若兩次試驗(yàn)結(jié)果不同，則與該條件有關(guān)，否則無(wú)關(guān)。反過(guò)來(lái)，若要研究的問(wèn)題是數(shù)學(xué)量與某一誘因是否有關(guān)，則應(yīng)只使該誘因不同，而其他誘因均應(yīng)相同。
2、控制變量法是學(xué)校數(shù)學(xué)中最常用的技巧。2.轉(zhuǎn)化法實(shí)驗(yàn)中電流形成的熱量不能直接觀察到，但熱量的變化可以用體溫的變化來(lái)感知。通過(guò)體溫的變化多少來(lái)間接曉得電壓形成的熱量的多少，這是轉(zhuǎn)化法。化學(xué)學(xué)中對(duì)于一些看不見(jiàn)、摸不著的現(xiàn)象或不易直接檢測(cè)的數(shù)學(xué)量，一般用一些特別直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)，或用易檢測(cè)的化學(xué)量間接檢測(cè)，這些研究問(wèn)題的方式叫轉(zhuǎn)換法。3.注意的問(wèn)題因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中電流形成的熱量較少，液體氣溫下降的也較小焦耳定律實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖，所以用體溫計(jì)不易直接檢測(cè)比較。為了使現(xiàn)象顯著，實(shí)驗(yàn)采用了兩種方式：不用體溫計(jì)，但采用了放大的“溫度計(jì)”。整個(gè)燒杯相當(dāng)于一個(gè)氣溫計(jì)的玻璃泡。因?yàn)闊锏囊后w較多，使升溫膨脹療效更顯著。采用煤油代替常見(jiàn)的水，用
3、玻璃管插入密封燒杯里的煤油中取代體溫計(jì)。用煤油取代水，是由于煤油比水的比熱容小，在吸收相等的熱量時(shí)氣溫上升的多，這樣現(xiàn)象更顯著。其實(shí)還有一個(gè)重要誘因，那就是煤油不導(dǎo)電。可以構(gòu)想因?yàn)樗畬?dǎo)電，若用水由水形成的內(nèi)阻就難以控制電路中的內(nèi)阻情況。知識(shí)點(diǎn)2：焦耳定律及其應(yīng)用1.電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量求解公式（1）焦耳定理：QI2Rt（2）純內(nèi)阻電路中，QW=Pt=U2t/R=UIt=I2Rt2.在借助焦耳定理求解估算題注意（1）涉及的四個(gè)化學(xué)量要一一對(duì)應(yīng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是導(dǎo)體的內(nèi)阻為R，通過(guò)這個(gè)導(dǎo)體的電壓為I，通電時(shí)間為t，則電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量為QI2Rt（2）公式中各個(gè)數(shù)學(xué)量的單位必須都得是國(guó)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(shí)間t的單位是秒（s），則熱量的單位是焦耳（J）3.當(dāng)發(fā)電廠電功率一定，送電電流與送電電壓成正比，輸電時(shí)電流越高，電壓就越小。此時(shí)由于輸電纜線路上有內(nèi)阻，按照P=I2R可知，電壓越小時(shí)，在電纜線上消耗的電能才會(huì)越少。所以電站在輸電時(shí)減小送電電流，降低電能在輸電纜線路上的損失。4.應(yīng)用和避免電熱的實(shí)例借助電熱的事例：冷水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等。避免電熱的事例：電視機(jī)機(jī)殼的散熱窗；計(jì)算機(jī)內(nèi)的散熱吊扇、電動(dòng)機(jī)機(jī)殼的散熱片等。【例題1】（2020重慶涪陵）小明將線圈內(nèi)阻為4.84的電動(dòng)機(jī)接人220V的家庭電路中，關(guān)掉其它用家電，只讓電動(dòng)機(jī)工作時(shí)
5、，觀察到他家標(biāo)有/(kW.h)的電能表3min內(nèi)閃動(dòng)了100次，則電動(dòng)機(jī)在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能為_(kāi)kW.h，電動(dòng)機(jī)線圈形成_J的熱量。【答案】(1)0.05(2)【解析】（1）電動(dòng)機(jī)在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能為（2）依據(jù)公式可以求出電動(dòng)機(jī)線圈的電壓為電動(dòng)機(jī)線圈形成熱量為【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】一只標(biāo)有”8V0.4A”的小燈泡，接在電源電流為12V的電路中，為使其正常發(fā)光，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)的內(nèi)阻；該內(nèi)阻通電10s所形成的熱量是J。【答案】10；16。【解析】根據(jù)串聯(lián)電路中總電流等于各分電流之和，則串聯(lián)內(nèi)阻R兩端電流：UR=UUL=12V8V=4V，因串聯(lián)電路中各處的電壓相等，所以燈泡正常工作
6、時(shí)電路中的電壓：I=0.4A，由I=U/R可得，串聯(lián)內(nèi)阻R的電阻：R=UR/I=10；此時(shí)該內(nèi)阻通電10s形成的熱量為：QR=I2Rt=（0.4A）=16J。【例題2】（2020揚(yáng)州模擬）已知電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量跟電壓、電阻和通電時(shí)間有關(guān)在探究“電流通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量跟電壓的關(guān)系”時(shí)，可供選擇的器材有：8V穩(wěn)壓電源一個(gè)；20和50的滑動(dòng)變阻器各一個(gè)；停表和開(kāi)關(guān)各一個(gè)；塑膠盒與U形管相連的實(shí)驗(yàn)裝置一個(gè)，盒內(nèi)密封著空氣，盒內(nèi)內(nèi)阻絲的阻值為20；導(dǎo)線若干（1）該實(shí)驗(yàn)選用的滑動(dòng)變阻器更好（2）聯(lián)接好的實(shí)驗(yàn)圖如圖所示每次實(shí)驗(yàn)（即獲得一組數(shù)據(jù)）后，都要斷掉開(kāi)關(guān)，打開(kāi)蓋子上的通氣孔，U形管
7、內(nèi)兩液面迅速回到原位，等片刻后，關(guān)掉通氣孔，再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)用的表格，表中要有必要的信息（3）某同事對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：第一次實(shí)驗(yàn)記錄高度差后，立刻聯(lián)通滑片減小電壓做第二次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)加熱時(shí)間相同，記錄的U形管內(nèi)兩液面高度差依次為h1、h2在處理數(shù)據(jù)時(shí)，該朋友想用h2來(lái)間接反映第二次實(shí)驗(yàn)電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量，他這樣處理數(shù)據(jù)是否正確？理由是【答案】（1）50（2）記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表（3）不正確h2間接反映了第一次和第二次實(shí)驗(yàn)電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量的和不是第二次實(shí)驗(yàn)電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量【解析】（1）盒內(nèi)內(nèi)阻絲的電阻為20為定值內(nèi)阻，選滑動(dòng)變阻器的內(nèi)阻要大得好，由于這
8、樣通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器內(nèi)阻焦耳定律實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖，電路電壓能有效控制，不會(huì)太大，保護(hù)電源。（2）所畫(huà)表格要彰顯每次實(shí)驗(yàn)內(nèi)阻絲內(nèi)阻為20為定值內(nèi)阻。時(shí)間一定。要彰顯U形管液面高度差，電壓大小，熱量。（3）該朋友想用h2來(lái)間接反映第二次實(shí)驗(yàn)電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量實(shí)錯(cuò)誤的。由于h2間接反映了第一次和第二次實(shí)驗(yàn)電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量的和不是第二次實(shí)驗(yàn)電壓通過(guò)導(dǎo)體形成的熱量該朋友在設(shè)計(jì)方案就是錯(cuò)誤的。【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】我們曉得：“電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)形成的熱量，與電壓的平方成反比，與導(dǎo)體的內(nèi)阻成反比，與通電時(shí)間成反比。”這就是焦耳定理，用公式可抒發(fā)為：Q=I2Rt。愛(ài)動(dòng)腦筋的小明在探究這個(gè)問(wèn)題時(shí)，設(shè)計(jì)了圖所示的實(shí)驗(yàn)，只聯(lián)接一次電路就完成了
9、實(shí)驗(yàn)探究。他的方式是用內(nèi)阻絲（其中R甲R(shí)乙）給燒杯中的煤油（煤油質(zhì)量相同）加熱，之后觀察煤油在插入密封燒杯里的玻璃管中上升的高度，就可以對(duì)比內(nèi)阻絲吸熱的多少。請(qǐng)你仔細(xì)觀察小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)剖析回答下述問(wèn)題：（1）探究電熱的多少與電壓的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)對(duì)比兩個(gè)燒杯中煤油柱上升的高度，而這兩個(gè)燒杯中電阻絲電阻應(yīng)當(dāng)。（2）探究電熱的多少與內(nèi)阻的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)對(duì)比兩個(gè)燒杯中煤油柱上升的高度。（3）有許多家用家電的工作原理即為焦耳定理，請(qǐng)舉兩個(gè)反例。【答案】（1）甲、丙或乙、丙相等（2）甲、乙（3）電飯煲、電熱毯、電暖爐等【解析】本題主要涉及兩種化學(xué)研究方式：一是控制變量法。另一種是轉(zhuǎn)化放
10、大的方式。（1）探究電熱的多少與電壓的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)控制內(nèi)阻和通電時(shí)間保持不變，甲和丙內(nèi)阻控制相等，電壓不等，可以通過(guò)玻璃管煤油上升高度，借助轉(zhuǎn)化法曉得電熱與電壓的關(guān)系。同理乙和丙也可以做到。（2）探究電熱的多少與內(nèi)阻的關(guān)系，控制電壓和通電時(shí)間不變。顯著甲乙內(nèi)阻絲串聯(lián)，電壓相同，所以答案很容易曉得。（3）借助通濁度體形成的熱量來(lái)工作，達(dá)到目的的設(shè)備，工作原理就是焦耳定理。一、選擇題1.圖甲是小燈泡的電流電壓圖象。將此燈泡L與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)在電流為4.5V的電路中（如圖乙），閉合開(kāi)關(guān)，聯(lián)通滑片P，當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時(shí)，（）A電壓表的示數(shù)為0.2AB滑動(dòng)變阻器R接入電路中的內(nèi)阻為15C電路消耗的總功率為1.35W。D10s內(nèi)滑動(dòng)變阻器R形成的熱量為13.5J【答案】C【解析】當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時(shí)，按照?qǐng)D甲，可知，燈泡L兩端的電流為2.5V，通過(guò)燈泡的電壓為0.3A，電路中的等效內(nèi)阻15.電路消耗的總功率P=IU總=4.5V0.3A=1.35W。變阻器R在10s形成的熱量Q=W=UIt=2V0.3A10s=6J。A電壓表的示數(shù)為0.2A，錯(cuò)誤。B滑動(dòng)變阻器R接入