第 20 课时　焦耳定律及其应用　家庭电路　安全用电

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豫考探究

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第 20 课时　焦耳定律及其应用　家庭电路　安全用电

预考解读

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考纲要求

　 1.通过实验探究，知道在电流一定时，电热与导体的电阻成正比。　 2.知道家庭电路的组成、保险丝的作用，会使用试电笔。　 3.了解安全用电知识，有安全用电意识



近三年河南省中考考查情况

年份题型分值难易程度考点

201

1

填空题第 5 题 2 易试电笔的原理和使用

实验探究题第21题

9 中等偏难灯丝的电阻随温度的升高而

增大

201

2

选择题第 11

题2 中等偏易安全用电及试电笔的使用

选择题第 14

题2 中等偏易灯丝由于电热而升华变细

201

3

选择题第 15

题2 中等偏难焦耳定律

作图题第 17

题2 中等偏易家庭电路的连接

预测201

4

　从往年的考试情况看， 2014年关于电和热的考题仍不会单独成题，还会镶嵌在其他题目中。做任何电学实验的出发点都是安全第一，

安全用电知识年年必考，大都以选择题或填空题的形式出现


考点聚焦

考点 1　电流的热效应


1 ．电流的热效应：电流通过导体时 ________转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。

2 ．探究实验

探究课题　电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关

实验装置

电能



探究方法　 ______________、转换法

实验设计

　 ①在电流和电阻相同时，探究电热与通电时间的关系；　 ②在电流和通电时间相同时，探究电热与电阻的关系 ( 电路设计：两阻值不同的电阻串联，目的是控制电流和通电时间相同 ) ；　 ③在电阻和通电时间相同时，探究电热与电流的关系 ( 电路设计：将阻值相同的电阻分别放在并联电路的干路和支路上 )

实验结论

　 ①在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越 ________；　　②在电阻、通电时间相同的情况下，通过的电流越大，产生的热量越 ________

控制变量法

多

多



实验说明

　 ①两烧瓶中煤油的初温相同，质量相等；　 ②选用煤油进行实验的原因是：煤油比热容 ________，在相同条件下吸热，温度升高快，易进行观察；且煤油是绝缘体，不导电

小


考点 2　焦耳定律


1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成________，跟导体的电阻成________，跟通电时间成________。　

2．公式　(1)数学表达式：__________(适用于所有电路)。　

(2)对于纯电阻电路可推导出：Q＝I2Rt＝UIt＝U2

R t。　

[说明]　①焦耳定律是对电流热效应规律的定量描述；②各物理量都对应同一段电路或同一个导体。　

正比正比正比

Q＝ I2Rt



3．电热与电能的关系

物理量电热电能 (电功 )

计算公式 Q＝ I2Rt W＝ UIt

快慢程度 P 热＝ I2R P 电＝ UI

关系在纯电阻电路中：W＝ Q， P 电＝ P 热；

在非纯电阻电路中：W＞ Q， P 电＞ P 热


4.电热的利用和防止

(1)电热的利用——电热器


原理　电流的 ________效应

组成　主要组成部分——发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘体材料上做成的

优点　 ①清洁卫生；②热效率高；③可以方便地进行控制和调节温度

举例　电炉、电饭锅、电热毯等

(2)电热的防止

利用散热窗、散热片、风扇吹风等方法加快散热。

热


考点 3　家庭电路的组成


1．家庭电路的组成

图 20－ 1



组件　作用与连接

进户线　两条，即 ________和 ________；火线和零线间的电压为________，零线和大地间的电压为零，它们构成家庭电路的电源

电能表　测量用户消耗电能的多少，装在 ________上，它的铭牌上标有额定电压和额定电流，电路可使用的功率 P≤U 额 I 额

闸刀开关

　控制电路的 ________，装在干路上，安装时要静触点在上，动触点在下，不可倒装

火线零线 220 V

干路

通断



保险丝

材料　电阻率 ________、熔点 ________的铅锑合金

作用　当电流 ________时，由于温度 ________而熔断，切断电路，起保护作用

选择　过粗的保险丝不能起到保险作用；不能用铜丝和铁丝代替

连接　 ________在电路中；与大功率的插座串联的保险丝要接在 ________上

比较大比较低

过大升高

串联火线



用电器连接

　所有家用电器都 ________在电路中

灯泡　控制灯泡的开关与灯泡 ________，开关应当接在 ________上

插座　用来接可移动的用电器， ________在电路中

并联

串联火线并联



2. 试电笔

作用　用来辨别 ______________

种类　钢笔式、螺丝刀式

使用　手拿试电笔，手指按住笔卡或抵住笔尾金属体，使笔尖接触被测的导线，如果氖管发光，则接触的是火线，如果氖管不发光，则接触的是零线或地线

原理　如果被测导线是火线，电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧，再经过人体、大地，流到零线，与电源构成闭合电路，氖管就会发光

说明　使用试电笔时，手指不能接触笔尖金属体，否则会发生触电

3. 家庭电路中电流过大的原因： (1) 电路中发生 ________ ；(2)电路中用电器 __________过大。

火线和零线

短路总功率


考点 4　安全用电


1 ．触电形式

(1)低压触电：①双线触电 ( 如图甲所示 ) ；②单线触电 ( 如图乙所示 ) 。

图 20－ 2



(2)高压触电：①电弧触电；②跨步电压触电。

[ 说明 ] ①家庭电路触电是人体直接或间接跟火线连通造成的；②人体安全电压： ____________。

2 ．触电急救措施

如果发生触电事故，要赶快切断电源，或用绝缘体将电线挑开，迅速使触电人脱离电源，必要时应该对触电者进行人工呼吸，同时尽快通知医务人员抢救。

不高于 36 V



3 ．三线插头与漏电保护器

三线插头连接　左 ____右 ____上接 ____

地线作用

　用电器的金属外壳带电时，及时将电导入大地，防止触电事故的发生

漏电保护器作用：在有人触电或漏电时，能自动切断电路，对人体起保护作用　

零火地


4.安全用电原则

为了确保用电安全，日常生活中要做到：

①不接触低压带电体，不靠近高压带电体。

②更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关。

③不弄湿用电器，不损坏绝缘层。

④保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命应及时更换。



知识纵横


纯电阻电路与非纯电阻电路中的公式应用

种类

　物理量公式

　　

纯电阻电路　非纯电阻电路　

电能　 W＝UIt＝Pt＝I2Rt＝U2

R t　 W＝UIt＝Pt　

电功率　 P＝Wt ＝UI＝I

2R＝U2

R 　 P＝Wt ＝UI　

电热　 Q＝I2Rt＝UIt＝U2

R t　 Q＝I2Rt　

发热功率　 P 热＝I2R＝Wt ＝UI＝

U2

R 　 P 热＝I2R　

　


豫考探究

类型一电流的热效应

例 1 　用如图 20－ 3 所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。


图 20－ 3


(1) 实验中通过观察 ______________________ 来比较电流产生热量的多少。

(2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲、乙两瓶中要装入 _________________________的同种液体。

(3)为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能 ________。

(4) 实验结论是 ______________________________________ 。

(5)该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与________的关系。

两支温度计示数的变化


质量相等、初温相同

相同

在电流、通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多

电流


命题角度：

(1)探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关；

(2)探究过程中控制变量法的应用；

(3)探究过程中产生热量的多少的显示方法；

(4)电流热效应及其应用和危害。



点评此实验通常从三个角度进行考查：①控制变量法的应用；②如何比较产生热量的多少 ( “转换法” 的应用 )；③被加热液体的选择 (比热容小的液体 )。

解　析　分析题意知，实验时应选取阻值不同的电阻丝串联接入电

路，在两烧瓶中装入质量相等、初温相同的同种液体，通过观察两

支温度计示数的变化比较电流产生热量的多少，从而探究“电流通

过导体产生的热量与电阻的关系”。



类型二焦耳定律及其应用

例 2 　小明家买了一台型号为 JYDZ－ 17 A的太阳牌全自动家用豆浆机，采用微电脑控制，预热、粉碎、煮浆全自动完成，可在十几分钟内做出新鲜香浓的豆浆。如图 20－ 4 甲、乙所示分别是豆浆机和其内部简化电路图，下表是该型号豆浆机的技术参数：


图 20－ 4

太阳牌全自动家用豆浆机JYDZ－ 17 A型技术参数额定电压 220 V

额定频率 50 Hz

电机功率 180 W

加热功率 850 W


某次小明放入大豆 80 g，加水 1420 mL。

(1)接通电源，加热管开始预热。已知电源电压为 220 V，求预热的实际电流是多少？

(2)温度到 80℃后停止加热，电机开始打浆，除去间歇时间，打浆时间共计为 70 s，电机打浆消耗的电能是多少？

(3) 打浆结束后，加热管继续加热，豆浆温度由 80℃ 升高到100℃，那么在此过程中，豆浆吸收的热量是多少？ [ 水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，设豆浆与水的比热容相等 ]

(4)若预热和加热时间总共为 12 min，小明使用豆浆机共计消耗多少电能？


3.86 A

1.26×104　J

1.26×105　J

0.17 kW·h


(5)豆浆机使用时的注意事项，请你将空白部分填写完整：

①机器工作时，与插座等电器设施保持一定距离，电源插座须使用 ____________；

②________部分切勿进水。


三孔插座

电路


命题角度：

(1)对焦耳定律的理解；

(2)有关电热器电路的计算；

(3)利用焦耳定律解释生活中的电热现象。



解　析　


(1)由 P＝UI 得 I＝P热U＝

850 W220 V

≈ 3.86 A。

(2)W机＝P热t＝180 W×70 s＝1.26×104 J。 (3)m＝m1＋m2＝80 g＋1420 cm3×1.0 g/cm3＝80 g＋1420 g

＝1500 g＝1.5 kg，Q＝cm(t－t0)＝4.2×103 J / (kg· ℃)×1.5 kg×(100℃－80℃)＝1.26×105 J。

(4)W热＝P热t1＝850 W×12×60 s＝6.12×105 J，W总＝W

热＋W机＝6.12×105 J＋1.26×104 J＝6.246×105 J≈0.17 kW· h。　


类型三电热与电能的计算

例 3 　 [2011·河南 ] 节约能源应从点滴做起。不少家庭习惯用遥控器关电视而不断开电源，这一方式虽然便捷，但电视在待机状态下仍要消耗电能。洋洋家彩色电视机的待机功率大约是 5 W，若他家平均每天看 4 h电视，看完后电视总处于待机状态。试问：

(1)在一个月中 ( 按 30天计 ) ，洋洋家的这台电视因待机浪费的电能是多少焦耳？

(2)如果将这些浪费的电能全部用来烧水，可以将多少质量的水从 15℃ 加热到 40℃ ？若洋洋洗一次澡需要 40℃ 的水 20

kg，这些烧热的水可供他洗澡多少次？ [ 水的比热容为 4.2×103

J/(kg·℃)]



(3)请你就如何降低彩电的电能消耗，提出两条合理化建议：

①_____________________________；

②__________________________。


1.08×107　J

103 kg


命题角度：

利用 Q ＝ I2Rt和W ＝ Pt进行简单计算。



解　析　


(1)浪费的电能为 W＝Pt＝5 W× (24－4)×3600 s× 30＝1.08×107 J。

(2)由题意可知，Q＝W，由Q＝c 水m(t－t0)得

热水的质量为m＝Q

c水（t－t0）

＝1.08×107 J

4.2×103 J /（ kg· ℃）×（40℃－15℃）≈103 kg，

洋洋洗澡的次数为 n＝103 kg20 kg

≈5次。

(3)尽量减少待机时间；看电视时，调小音量；减少看电视时间等。


类型四家庭电路的组成

例 4 　 [2012·河南 ] 我国家庭电路中，火线与零线之间的电压为 ________V。用试电笔可以辨别哪条是火线，如图 20－ 5所示的两种使用方法中，正确的是 ________图。


图 20－ 5

220

乙


命题角度：

(1)家庭电路的组成；

(2)家庭电路中各元件的作用及安装要求；

(3)新型电器设备的工作原理和使用。



点评家庭电路与我们所学的简单电路相比有许多特殊的措施，在家庭电路中，用电安全和仪器的正确使用是考查的重点。

解　析　使用试电笔时手要接触笔尾金属体，不能接触笔尖金属体。



类型五安全用电

例 5 　 [2013·郑州模拟 ] 我们的生活离不开电，在日常生活中树立安全用电意识非常重要。图 20－ 6 中符合安全用电要求的是 ( 　　 )


图 20－ 6

A


命题角度：

(1)家庭电路中电流过大的原因；

(2)安全用电的原则及注意事项；

(3)触电及电路火灾的应急处理知识；

(4)生活中的防雷知识。



点评安全用电知识是中考中的热点，考查内容涉及试电笔的使用、触电急救、保险丝的作用及接地线的相关情况，与生活紧密联系，充分体现了“从物理走向生活”的新课程理念。



类型六家庭电路故障的排查

例 6 　如图 20－ 7 所示的电路中，正常发光的三盏灯突然全部熄灭，经检查保险丝完好，用试电笔插进插座的两孔，氖管均发光。造成这一现象的原因是 ( 　　 )

A ．插座发生短路了

B ．进户的火线断了

C ．进户的零线断了

D ．某盏电灯的灯丝断了


C

图 20－ 7


命题角度：

(1)用试电笔判断电路故障；

(2)用灯泡的亮暗来确定故障的原因。



点评家庭电路故障常见的有三种：一是短路，保险丝烧断；二是灯丝断了，断点与火线之间能使试电笔氖管发光，断点与零线之间不能使试电笔氖管发光；三是进户线零线断了，打开用电器，部分零线、火线均能使试电笔氖管发光。

解　析　分析题意知，正常发光的三盏灯全部熄灭，且经检查保险

丝完好，说明电路中出现了断路；用试电笔插进插座的两孔，氖管

发光，说明火线完好，原因是零线断路了，选 C。




例 7 　　为检查照明电路的故障，电工经常采用的方法是：取下保险丝，将额定电压为 220 V “ ”的校验灯接在保险丝的两只接线柱上，如图 20－ 8 所示。在检查某盏灯之前，先断开所有开关，再闭合该支路开关，若 ( 　　 )

A “ ”．校验灯恰能正常发光，说明该支路短路

B “ ”．校验灯恰能正常发光，说明该支路正常

C “ ”．校验灯发光比正常暗，说明该支路短路

D “ ”．校验灯发光比正常暗，说明该支路断路

A



图 20－ 8



点评　“校验灯”判断电路故障　

如图 20－ 9 “ ”所示，若某支路短路，该支路开关闭合前校验灯“ ”不亮，但将该支路开关闭合，校验灯通过该支路短路线接在电压为

220 V “ ”的火、零线之间，校验灯正常发光；若某支路断路，支路开“ ”关闭合前后，校验灯均处在断路，不发光；若某支路正常，该支路

“ ”开关闭合后，该支路上的灯泡与校验灯串联在电压为 220 V的火、“ ”零线之间形成回路，使得校验灯两端的电压小于 220 V “，校验

”灯发光不正常 ( 暗红色 ) 。

图 20－ 9

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