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下列思维导图主要包括三大知识要点,分别为:欧姆定律、电路初探、电工与电热。
编辑于2020-11-06 17:35:49电学工!
欧姆定律
电阻
电阻是表示导体对电流阻碍作用的物理量,导体电阻越大, 对电流的阻碍作用就越大,对电流的导通能力就越强。
导体电阻的大小与导体的长度、导体的横截面积与导体的材料有关。材料一样时,导体长度越长、横截面积越小,电阻越大。
设导体的电阻为R,组成导体材料的电阻率为ρ(ρ是这种材料在一定温度下的固有性质),导体的长度为L,导体的横截面积为S,则有R=(ρL)/S。要注意R单位为Ω,ρ单位为Ω·m,L单位为m,S单位为m²。
比较导体电阻大小的方法:导体两端电压一定时,比较电流。电流越大,导体的电阻越小,实验时要注意控制变量。
电阻符号为R,单位为欧姆,简称“欧”,用符号Ω表示。常见的单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。
兆欧、千欧和欧关系如下:1kΩ=1×10³Ω,1MΩ=1×10³kΩ。
导电性能不同的物质
超导体
定义:在某一温度下,电阻为零的导体称为超导体
例:降到-269℃时的水银等。
应用前景:用于长途输电、磁悬浮列车等领域。
导体
定义:容易导电的物体称为导体。
例:金属、石墨、酸碱盐的水溶液等。
注意点
1、纯水是绝缘体,但当水中混有某些杂质,例如食盐时,水就变成了导体。
2、导体和绝缘体之间并没有绝对的界限,原来不导电的物体,当条件改变时,也有可能变成导体。例如常态下的玻璃是相当好的绝缘体,如果给玻璃加热,使它达到炽热状态,它就变成导体了。
3、导体一般电阻较小,而绝缘体电阻一般极大,这是区分导体与绝缘体的依据。
半导体
定义:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质叫做半导体。
例:制成二极管,三极管、集成电路的材料,制成光敏电阻、压敏电阻、热敏电阻等传感元件的材料和制成发光二极管的材料。
注意点:发光二极管的电流输入具有方向性,即当电流从一端到另一端时,发光二极管为导体;当电流反向输入时,发光二极管为绝缘体。
绝缘体
定义:不容易导电的物体叫做绝缘体。
例:陶瓷、橡胶、常温下的玻璃和干树枝等。
电阻由上到下依次增大
电阻应用
定值电阻
阻值随温度变化极小的导体,班可认为其电阻不随温度(通过电流)变化而变化,即认为通过定值电阻的电流与其两端电压成正比,电压与电流之比等于其电阻。
变阻器
电阻箱
定义:电阻箱是一种用于定量测量的可变电阻,常用的电阻箱有插孔式和旋钮式等。
使用:调节四个旋钮,使四个旋钮对应的电阻之和为想要的电阻值,并将此时的电阻箱接入电路,此时电阻箱的阻值就为想要的电阻值。
滑动变阻器
组成:①支架;②滑片;③金属杆;④瓷管;⑤表面涂有绝缘漆、密绕在瓷管上的电阻丝(它的两端分别与下面的两个接线柱相连,与滑片接触的电阻丝表面的绝缘漆已被刮去,金属杆两端的接线柱(上面的两个接线柱)都能通过滑片与电阻丝相连接。
使用:一般滑动变阻器选用一上一下两个接线柱接入电路。当选用上面两个接线柱时,滑动变阻器可看作一段导线,当选用下面两个接线柱时,滑动变阻器可看成一个阻值为滑动变阻器最大电阻的定值电阻,这两种情况时,滑动变阻器的电阻不会随滑片的移动而变化。
注意点
1、当滑动变阻器的滑片与下端接入电路的接线柱越接近时,滑动变阻器的电阻越小,反之,则电阻越大。
2、当滑片不移动时,其阻值不随温度变化而变化。
3、滑动变阻器铭牌上的数值(如50Ω,2A)分别表示其最大阻值与能够通过它的最大电流。
电位器
使用:使用类似于滑动变阻器,都是依靠改变接入电路中的电阻丝长度来改变电阻,从而改变电流的。
各自优缺点
滑动变阻器和电位器能够连续调节电阻值,但一般阻值较小,也不能读数。
电阻箱能能够精确知道它的电阻,但不能连续调节。
纯电阻用电器
定义:一种将电能完全或大部分转化为内能的用电器。
纯电阻用电器符合欧姆定律,但没有将电能完全或大部分转化为内能,而是将其转化为机械能等其他能量的用电器,即非纯电阻用电器,是不符合欧姆定律的。
举例:灯泡
注意点
1、灯泡两端的电压、电阻与通过的电流符合欧姆定律,但一般认为其阻值会随温度升高而增大,即当通过它的电流越大时,它的电阻越大,它两端的电压与通过它的电流之比也越大。(具体说明请见题目)
2、一般的白炽灯机械效率低,只有10%,大部分能量都转化为内能,只少部分转化为光能,这就导致它的灯丝温度较高,所以一般用熔点极高的钨丝作为灯丝。
3、灯丝电阻在变化,测灯丝电阻时算平均值是没有意义的。
4、灯泡的铭牌上的数值一般有额定电流,额定电压和额定电功率,额定电流是能通过灯泡的最大电流,额定电压是灯泡两端的最大电压,额定电功率是灯泡在额定电压下工作时的电功率。其他用电器也类似。
定义:一种利用电流热效应将电能转化为光能的用电器。
欧姆定律及其应用
实验探究
探究通过导体的电流与两端电压的关系
步骤
1、连接好电路。
注意点
1、连接电路时,开关要断开;
2、开关闭合前,滑动变阻器滑片要调到最大阻值处。
3、特别要注意电流表、电压表的正负接线柱是否接反了。
4、要适当选用电流表,电压表的量程。
2、闭合开关,读出电流表、电压表示数,记录在表格中。
3、调节滑动变阻器,再次将电流表,电压表的示数记录在表格中,并像这样多次操作。
注意点
1、要注意电流电压是否会超过电流表、电压表、导体和滑动变阻器的最大限度。
2、要注意电流表示数、电压表示数是否会小于分度值,示数小于分度值时会导致读数不准。
4、分析数据,得出结论。
注意点:分析数据时,可以将数据画在坐标系中,要注意有误差的数据,最后将这些数据连接起来应该是一条直线。
总体注意点
1、滑动变阻器的作用:①保护电路;②调节导体两端电压,多次实验,避免偶然性,寻求普遍规律。
2、要注意最后得出的结论表述:当导体电阻不变时,通过导体的电流与导体两端电压成正比。
探究通过导体的电流与导体电阻的关系
步骤
1、连接好电路。
2,闭合开关,读出电流表,电压表示数,将电阻与电流表示数记录在表格中。
3、更换电阻,调节滑动变阻器,使电压表示数重新回到之前的示数,再次记录电阻与电流表示数,并像这样重复实验多次。
注意点
1、要注意电流电压是否会超过电流表,电压表,定值电阻和滑动变阻器的最大限度。
2、要注意电流表示数、电压表示数是否会小于分度值,示数小于分度值时会导致读数不准。
3、要注意在调节滑动变阻器时,电压表能否重新回到之前的示数。
使电压表重新回到之前示数的方法
1、在电压表并联部分之外再串联一个适当阻值的电阻;
2、换用阻值更小的电阻。
3、换用最大阻值更大的滑动变阻器。
4、减小电源电压。
5、增大电路中某些元件能够通过的最大电流。
电压表不能重新回到之前示数的原理:根据分压原理,滑动变阻器阻值越大,在滑动变阻器两端的电压越大,由于滑动变阻器两端电压与定值电阻两端的电压之和是一个定值,滑动变阻器两端电阻越大,定值电阻两端的电压就越小,但滑动变阻器是有最大阻值的,所以当滑动变阻器达到最大阻值时,电压表示数仍大于之前的示数。(或者也有可能部分用电器的能够通过最大电流值过小,使滑动变阻器阻值不能够太小,电压表示数小于之前的示数)
电压表不能重新回到之前示数的原因
1、电源电压太小。
2、定值电阻阻值太大。
3、滑动变阻器最大阻值太小。
4、电路中某些元件能够通过的最大电流过小。
4、多次实验的目的:避免偶然性,寻求普遍规律。
5、“大调大,小调小”原则:想要使灯泡两端电压变大,滑动变阻器电阻就要变大,想要使灯泡两端电压变小,滑动变阻器电阻就要变小。
4、分析数据,得出结论。
总体注意点
1、滑动变阻器的作用:①保护电路;②保持定值电阻两端电压不变。
2、注意最后的结论表述:当导体两端电压一定时,通过导体的电流与其电阻成反比。
方法:控制变量法
欧姆定律
语言表达
导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。
当导体两端电压不变时,电流与电阻成反比。
当导体电阻不变时,电流与电压成正比。
注意点
1、在用语言表述导体中电流、导体两端电压和导体电阻的关系时,要注意前提(如导体电阻不变),即要控制变量。
2、表述时要注意,导体中的电流在前,导体两端电压和导体电阻在后,不能弄错因果关系。
公式
设导体两端电压为U,通过导体的电流为I,导体电阻为R,则有I=U/R。
变形公式
U=IR
R=U/I
注意点
1、电流的单位为A,电阻的单位为Ω,电压的单位为Ⅴ。
2、电流、电阻、电压要对应于同一用电器。
3、只有导体或纯电阻用电器符合欧姆定律,非纯电阻用电器是不符合欧姆定律的。
电阻拓展公式
在并联电路中,等效总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数和。
设电路总电阻为R总,各支路电阻分别为R1、R2……Rn,则有1/R总=1/R1+1/R2+……+1/Rn,特别的是,当n=2时,R总=(R1·R2)/(R1+R2)。
在串联电路中,等效总电阻等于组成各部分的电阻之和。
设电路总电阻为R总,各部分电阻分别为R1、R2……Rn,则有R总=R1+R2+……+Rn。
并联分流与串联分压原理
并联分流原理
设有n个电阻并联,阻值分别为R1、R2、R3……Rn,通过它们的电流分别为I1、I2、I3……In,则有I1:I2:I3:……:In=(1/R1):(1/R2):(1/R3):……:(1/Rn),特别的是,当n=2时,I1:I2=R2:R1。
串联分压原理
设有n个电阻串联,阻值分别为R1、R2、R3……Rn,两端电压分别为U1、U2、U3……Un,则有U1:U2:U3:……:Un=R1:R2:R3:……:Rn。特别的是,当n=2时,U1/U2=R1/R2。
应用
伏安法测电阻
原理:R=U/I
注意点:如果缺少电流表或电压表,可以用一个定值电阻与电压表并联代替电流表,用一个定值电阻与电流表串联代替电压表。
等效法测电阻
方法:等效替代法
多次实验的目的:求平均值,减小误差。
电路初探
电流(强度)
电流强度是表示一处电流大小的物理量,简称电流。
电流符号为I,单位安培,简称“安”,用符号A表示。常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
安、微安、毫安之间关系如下:1A=1×10³mA,1mA=1×10³μA。
测量电流强度的元件是电流表,也称安培表。
注意事项
1、使用前应先检查指针是否指零,如有偏差,则要用螺丝刀旋转表盘上的调零螺丝,将指针调至零位;
2、必须把电流表串联在电路中,使电流从标有“0.6”或“3”的接线柱流入电流表,从标有“-”的接线处流出,如果接反了,则指针会反向偏转。
3、绝不允许把电流表直接连接到电源的两极,如果直接将电流表连接到电源两极,会导致电源短路,电流表损坏。
4、被测电流的大小不能超过电流表的量程,在待测电流范围未知时,一般先是用大量程,试触后,如电流表示数在小量程范围内,再改用小量程,这样读数更为准确。
5、电流表电阻极小,可忽略不计,看作一段导线。
观察电流表
1、实验室常用的电流表是双量程电流表,有三个接线柱,左边的接线标有“-”,其余两个接线柱分别标有“0.6”和“3”。
2、如果把标有“-”的接线柱和标有“0.6”的接线柱接到电路中,就表示选用0~0.6A的量程,当指针指在满刻度时流为0.6A,读数时,应读取刻度牌下排的数值,此时电流表的分度值为0.02A。
3、如果把标有“-”的接线柱和标有“3”的接线柱接到电路中,就表示选用0~3A的量程,读数时应读取刻度盘上排的数值,此时电流表的分度值为0.1A
常见用电器的额定电流:普通荧光灯,0.15~2A;家用电冰箱,1A;微波炉、电饭煲,3~4A;普通柜式空调,10A。
额定电流,指用电器在额定电压下工作通过的电流。额定电压,指用电器正常工作时两端电压。
电压
电压是电流形成的原因,可类比成水压形成水流(类比法),电压是表示两点间关系的物理量。
在电路中产生持续电流的因素:1、电路两端有电压;2、电路为通路。
电压符号为U,单位伏特,简称“伏”,用符号V表示,常用的单位还有千伏(kV)和兆伏(MV)。
伏、千伏、兆伏关系如下:1kⅤ=1×10³V,1MⅤ=1×10³kV。
测量电压大小元件是电压表,也称伏特表。
注意事项
1、使用前应检查指针是否指零,如有偏差,则要用螺丝刀旋转表盘上的调零螺丝,将指针调至零位。
2、电压表应与待测电路并联,使电流从电压表标有“3”或“15”的接线柱流入,从标有“-”的接线柱流出。
3、可以将电压表直接连在电源两极,此时电压表的示数显示为电源电压。
4、被测电压的大小不能超过电压表的量程,一般先试用大量程,试触后,如果电压表示数在小量程范围,则应改用小量程。
5、可以将电压表电阻极大,可以看成断路。
观察电压表
1、实验室常用的电压表是双量程电压表,有三个接线柱,左边的接线柱标有“-”,其余的接线柱分别标有“3”和“15”。
2、如果把标有“-”的接线柱和标有“3”的接线柱接到电路中,则表示选用了0~3V的量程,电压表的分度值为0.1V,读数时应读取刻度盘下排的数值。
3、如果把标有“-”的接线柱和标有“15”的接线柱接到电路中,则表示选用了0~15V的量程,电压表的分度值为0.5V,读数时应读取刻度盘上排的数值。
常见用用电器的额定电压:一节干电池,1.5V;n节干电池串联,1.5n伏;一节蓄电池,2V;中国家庭电路,220V;大部分家庭用电器,220Ⅴ。
电路及其应用
电路组成
用电器
消耗电能,将电能转化为其他形式的能量,如内能、机械能、光能、声能等。
常见的用电器有灯泡、电动机、电铃等。
电源
提供电能
电源分为直流电源与交流电源,直流电源有蓄电池、干电池等。电池分正负两极,正极用+表示,负极用-表示,电流由正极流向负极。
用电器和电源之间不是绝对的,例如蓄电池在充电时是用电器,将电能转化为化学能;蓄电池在供电时是电源,将化学能转化为电能。
开关
导线
输送电能。
常见的导线有普通导线、T形相连导线、交叉相连导线等。导线交叉处一定要画点。
控制电路通断。
注意点
1、多个开关并联,只要一个或一个以上开关闭合,电路中就有电流。
2、多个开关串联,只有当每一个开关都闭合时,电路中才有电流。
3、在串联电路中,开关控制整个电路。在并联电路中,开关可以放在支路或干路上,在干路上的开关控制整个电路,在支路上的开关控制这一个支路上的用电器。
4、将开关和用电器并联且开关闭合不会造成电源短路的情况下,开关闭合,用电器不工作;开关断开,用电器工作。
常见的开关有普通开关、单刀双掷开关等。
应用
其他应用
根据题目要求,连接开关与用电器,使其满足题目要求。要注意开关的闭合与断开对用电器的影响,特别要注意电路是否会短路。如果电路短路,则可再串联一个定值电阻。
双开关控制电路
元件:电源、导线若干、两个单刀双掷开关、灯泡。
连接:将两个单刀双掷开关的静触点分别相连,动触点接入电路,并与灯泡串连,最后连接电源。
注意点:连接电路时开关要断开。
应用:闭合两个单刀双掷开关,若此时灯泡不亮,将其中任一个单刀双掷开关的闸刀切至另一静触点,则灯泡亮,同理,灯泡又会熄灭。
电路状态
通路
通路是指处处连通的电路。通路上的用电器工作。
断路
断路是指某处断开的电路。
断路分为干路断路与支路断路。干路断路时,所有用电器不工作;支路断路时,这一条支路上的用电器都不工作。
短路
短路指将使电路元件首尾被导线直接相连。
短路分为电源短路和用电器短路,电源短路会烧坏电源,用电器短路会使用电器不工作。
电路连接
并联及并连电路
定义:将2个或以上电路元件并列连接在电路中的连接方式称为并联。将各用电器并联起来组成的电路的电路叫并联电路。
特点
并联电路中,干路电流等于各支路电流之和。
设干路电流为I总,各支路的电流分别为I1、I2、I3……In,则表达式为:I总=I1+I2+……+In。
并联电路中,各支路两端的电压相等。
设各支路两端的电压分别为U1、U2、U3……Un,则表达式为:U1=U2=U3=……=Un。
串联及串联电路
定义:将电路元件逐个顺次首尾相连接的连接方式称为串联。将各用电器串联起来组成的电路叫串联电路。
特点
串联电路中,电流处处相等。
设各处电流分别为I1、I2、I3……In,则表达式为:I1=I2=I3=……=In。
串联电路中,一段电路两端电压等于其各部分电压两端之和。
设一段电路两端总电压为U总,各部分两端电压分别为U1、U2、U3……Un,则表达式为:U总=U1+U2+U3+……+Un。
注意点
1、用电器两端电压相等不一定并联,电流相等不一定串联,但用电器电流不相等一定是并联。
2、实验探究注意点
①多次实验的目的:避免偶然性,寻求普遍规律。
②实验中选用的灯泡规格尽量不同。
电功与电热
电功与电能
电能表
定义:一种用来测量电路消耗电能多少的仪表。
分类
电子式电能表
铭牌
电压:220V 电流规格:10(40)A 频率:50Hz 电能表常数:3200imp/(kW·h) 工作环境温度范围:-10~45℃ 相对湿度:不超过85%
主要技术参数含义
1、“电压”表示电能表适用的额定电压。
额定电压:用电器正常工作时的电压。
2、“电流规格”中,“10A”表示基本电流,它是确定电能表有关特性的电流值;“(40)A”是电能表能满足测量准确要求,且能长期正常运行的最大电流值。
3、“电能表常数”表示每消耗1kW·h的电能,电能表指示灯闪烁的次数。
电能表的计量单位是千瓦时,符号为kW·h,俗称度。1kW·h=3.6×10^6J,在数值上等于功率为1kW的用电器工作1h所消耗的电能。
感应式电能表
电流表常数:3200r/(kW·h) 含义:表示每消耗1kW·h的电能,电能表转盘转动的次数。 其余同上。
示数
电能表的示数由几位整数和一位小数(红色框内的数字)组成。连续用电一段时间后,电能表的示数会发生变化。
计算公式
设上月底电能表示数为W1,本月底电能表示数为W2,本月用电量为W,则有W=W1-W2。
设电能表指示灯闪烁的次数(电能表转盘转动的次数)为n,电流表常数为N,消耗的电能为W,则有W=n/N,n=W·N,N=n/W。
公式一、二中,电能的单位均为kW·h;公式二中,“n”的单位为imp或r,“N”的单位为imp/(kW·h)或r/(kW·h)。
电功和电功率
电功
定义:电流所做的功叫做电功。
注意点:家里的用电器工作一段时间,电能表的示数会发生变化,这说明用电器消耗了电能,即电能转化成了他形式能。所以电路中电流做的功,就等于电路中消耗的电能,就等于电路中转化成的其他形式的所有能量。
电功计算
电功大小与加在用电器两端的电压、通过的电流和通电时间有关。
电功公式
基础公式
若设用电器两端电压为U,通过用电器的电流为I,通电时间为t,电流所做的功为W,则有W=UIt。
变形公式一
U=W/(It)
I=W/(Ut)
t=W/(UI)
变形公式二
W=I²Rt
R=W/(I²t)
t=W/(I²R)
I=√[W/(Rt)]
W=(U²t)/R
U=√[(WR)/t]
t=(WR)/U²
R=(U²t)/W
注意点
1、W的单位为J,U的单位为Ⅴ,I的单位为A,t的单位为s,R的单位为Ω。
电功率的单位还有千瓦(kW)和毫瓦(mW),换算关系为:1kW=10³W,1W=10³mW。
2、注意所有物理量要对应于同一用电器或导体。
3、由于变形公式二是根据欧姆定律和电功公式推导得来,故对于非纯电阻用电器,变形公式二是不适合的,只有变形公式一和基础公式适用,而对于纯电阻用电器或导体而言,所有公式都是适用的。
实验探究
探究电流做功多少与电压的关系
实验步骤
1、连接好电路:将两个电阻不等的白炽灯泡串联在电路中,用电压表分别与其并联,最后再串联一个滑动变阻器。
注意点
1、使灯泡串联的目的:控制电流和通电时间相同。
2、连接电路时开关应断开。
2、闭合开关,比较两个灯泡的亮暗和两只电压表示数的关系。
注意点
1、闭合开关前,滑动变阻器滑片应调至最大阻值处。
2、本实验中用灯泡亮暗表示在相同时间内电流做功的多少。
3、灯泡不亮的原因
①电路故障
②操作错误
③灯泡实际功率太小。
3、多次调节滑动变阻器,重复步骤二。
注意点
1、不要使灯泡两端电压超过额定电压。
2、多此实验的目的:避免偶然性,寻求普遍规律。
4、得出结论。
注意点:结论中要控制变量。
实验结论:当通电时间和电流相同时,灯泡两端电压越大,电流做功越多。
探究电流做功多少与电流的关系
实验步骤
1、连接好电路:将两个电阻不等的白炽灯泡,并联在电路中,用电流表分别与其串联,最后再串联一个滑动变阻器。
注意点
1、使灯泡并联的目的:控制,灯泡两端电压和通电时间相同。
2、连接电路时开关应断开。
2、闭合开关,比较两个灯泡的亮暗和两只电流表示数的关系。
注意点
同上
3、多次调节滑动变阻器,重复步骤二。
注意点
1、不要使通过灯泡的电流超过其额定电流。
额定电流:用电器在额定电压下工作时通过的电流。
2、多次实验的目的:避免偶然性,寻求普遍规律。
4、得出结论。
注意点:结论中要控制变量。
实验结论:当灯泡两端电压和通电时间相同时,通过灯泡的电流越大,电流做功越多。
实验方法:控制变量法、转换法。
电功率
定义:电功率是描述电流做功快慢的物理量。
注意点
1、设小灯泡的实际电压为U实,额定电压为U额,实际电流为I实,额定电流为I额实际功率为P实,额定功率为P额,可以发现: 当 U额>U实 或 I额>I实 时,P额>P实,此时小灯泡比正常发光时亮; 当 U额=U实 或 I额=I实 时,P额=P实,此时小灯泡正常发光; 当 U额<U实 或 I额<I实 时,P额<P实,此时小灯泡比正常发光时暗(或不亮)。 反之亦成立。
额定功率:用电器在额定电压下工作时的功率叫作额定功率。
2、使用用电器时,加在用电器两端的电压一般不能超过额定电压,通过用电器的电流一般不能超过额定电流,否则会造成用电器的实际功率超过额定功率,从而导致用电器因过热而烧毁。
电功率公式
基础公式一
若设用电器两端电压为U,通过用电器的电流为I,用电器的电功率为P,则有P=UI。
基础公式二
若再设电流做的功为W,通电时间为t,则有P=W/t。
变形公式一
I=P/U
U=P/I
变形公式二
W=Pt
t=W/P
变形公式三
P=I²R
I=√(P/R)
R=P/I²
P=U²/R
U=√(PR)
R=P/U²
注意点
1、电功率的单位为W,电压的单位为Ⅴ,电流的单位为A,电阻的单位为Ω。(在公式W=Pt及其衍生公式中,若电功率的单位为kW,时间的单位为h,则电功的单位为kW·h)
2、注意所有物理量要对应于同一用电器或导体。
3、由于变形公式三是根据欧姆定律和电功率公式推导得来,故对于非纯电阻用电器,变形公式三是不适合的,只有变形公式一、二和基础公式一、二适用,而对于纯电阻用电器或导体而言,所有公式都是适用的。
常见用电器的额定功率:电风扇,50W;液晶电视,150W;洗衣机,500W;电饭锅,700W;电水壶,800W;微波炉,1000W;挂壁式空调,1200W;电热水器,3000W。
电热与效率
电热器
定义:主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。电热器都是纯电阻用电器。
例:电热油汀、蒸汽电熨斗、电暖气、电水壶、电炉和电灯泡等。
实验探究:探究影响电流热效应的因素。
电阻
实验步骤
1、连接好电路:将一段电阻丝浸没在一定质量的液体(如煤油)中,并用温度计测量液体温度,将两个装置(其内电阻丝电阻值不等)串联,并再串联一个滑动变阻器。
注意点
1、选用煤油而不选水的目的:煤油比热容小,升温快;水比热容大,升温慢。选煤油可以减少实验时间。
2、将两个电阻串联的目的:控制电流相同。
2、闭合开关,记录温度计示数变化量。
注意点:记录的一定是温度计示数的变化量。
3、调节滑动变阻器,多次重复步骤二。
注意点:多次实验的目的:避免偶然性,寻求普遍规律。
4、得出结论。
注意点:实验结论要控制变量。
实验结论:当电流和通电时间一定时,电阻丝电阻越大,产生的热量越多。
电流
实验步骤
1、连接好电路:将一个装置与滑动变阻器串联接入电路。
2、保持通电时间一定,记录温度计示数的变化量。
注意点:实验中需要秒表。
3、改变通电时间,再次记录液体温度的变化量。
注意点:多次实验的目的:①将不同组实验进行对比,得出结论;②避免偶然性,寻求普遍规律。
4、得出结论。
注意点:实验结论要控制变量。
实验结论:当电阻丝电阻和通电时间一定时,电流越大,产生的热量越多。
通电时间
实验步骤
1、连接好电路:将一个装置接入电源。
2、保持电源电压不变,改变通电时间,记录液体温度变化量。
注意点:实验中需要秒表。
3、得出结论。
注意点:实验结论要控制变量。
实验结论:当电阻丝电阻和电流一定时,通电时间越长,产生的热量越多。
最终结论:影响电流热效应的因素有电阻、通过的电流和通电时间。
注意点
1、实验方法:控制变量法。
2、实验中通过液体温度的升高量来表示电阻丝放出热量多少。
焦耳定律
公式
基础公式
语言表达:电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电时间成正比。
若设电流为I,电阻为R,通电时间为t,产生的热量为Q,则有Q=I²Rt。
变形公式一
I=√(Q/Rt)
t=Q/(I²R)
R=Q/(I²t)
变形公式二
Q=W=UIt
U=Q/(It)
I=Q/(Ut)
t=Q/(UI)
Q=W=(U²t)/R
U=√[(QR)/t]
t=(QR)/U²
R=(U²t)/Q
Q=W=Pt
P=Q/t
t=Q/P
注意点
1、电流的单位为A,电阻的单位为Ω,通电时间的单位为s,热量和电功的单位为J,电压的单位为V,电功率的单位为W。
2、对于纯电阻用电器而言,有W=Q,才有了变形公式二,故对于非纯电阻用电器,变形公式二是不适合的,只有变形公式一和基础公式适用,而对于纯电阻用电器或导体而言,所有公式都是适用的。
热效率,机械效率,效率
公式
基础公式
若设(机械)效率为η,输出的有用能量(或有用功)为W有用,输入的总能量(或做的总功)为W总,则有η=(W有用/W总)×100%,或设热效率为η,物体吸收的热量为Q吸,燃料放出的热量为Q放,则有η=(Q吸/Q放)×100%。
在机械效率中,若设有用功为W有用,额外功为W额外,总功为W总,则有W总=W有用+W额外。
变形公式一
Q吸=η×Q放,W有用=η×W总
Q放=Q吸/η,W总=W有用/η
变形公式二
若设有用功功率为P有用,总功功率为P总,机械效率为η,则有η=P有用/P总。
P有用=η×P总
P总=P有用/η
注意点
1、功和热量的单位为J,机械效率没有单位。
2、所有物理量要对于同一用电器。
家庭电路与安全用电
家庭电路的组成
进户线(电源线)
测电笔:判断火线的工具。
构成
两个金属电极、氖管、弹簧和一个阻值很大的电阻——高电阻。
使用
1、使用测电笔时,手要接触测电笔尾部的金属电极,使人体、测电笔、火线与大地构成一个回路,这时会有微弱电流通过测电笔,因此,氖管会发光。
2、一般来说,当测电笔的笔尖接触电线或与电线相连通的导体时,氖管会发光,表示接触的是火线,氖管不发光,表示接触的是零线。
3、当测电笔笔尖接触电线时,绝不允许用手或身体的其他部位再去接触笔尖。
火线
电流由火线流入。
火线和零线之间的电压为220V,在正常情况下,零线和大地之间的电压为零,火线和大地之间电压为220V,地线和大地、零线之间的电压也为零,火线和地线之间的电压为220V。
零线
电流由零线流出。一般情况下,人碰到零线不会触电。
电能表
总开关
控制整个家庭电路的通断。
熔断器
电线都有规定的额定电流,如果电流超过这个规定值,电线就会过热,有可能烧坏绝缘皮,甚至引起火灾。为了避免这种事故的发生,电路里必须安装保护电路的装置——熔断器。
安装在熔断器中的熔丝俗称“保险丝”,是由熔点较低的铅锑合金材料制成的。当电路中的电流超过一定限度时,熔丝的温度达到熔点时,它便会熔断,自动切断电路,从而保证电路安全。
制成熔丝的材料一般电阻率大。
注意点
1、选用熔丝的标准:能通过的最大电流等于或稍大于电路中的额定电流值,导线中的电流一旦超过规定值,熔丝就熔断。
2、熔丝有不同的规格。熔丝越粗,使它熔断的所需电流越大。
3、千万不要用铁丝、铜丝代替熔丝,因为铁丝铜丝在电流过大时不易熔断,起不到保护电路的作用。
4、熔丝熔断后,首先应查清发生故障的原因,在排除故障后才能更换熔丝,恢复供电。
类似熔断器的还有断路器,最常见的有漏电保护断路器(俗称“漏电保护器”)和空气断路器(俗称“空气开关”),它们通常安装在供电箱中。
顺序一定不能乱
熔断器在总开关之后:便于更换熔断器。
支路开关
一般是控制某一个用电器的开关。
为了防止触电,开关要接在火线上。
插座
二线插座与二线插头
“左零右火”:二线插座中,左边的插孔接零线,右边的插孔接火线,二线插头的两个插脚分别对应两个插口。
三线插座线三线插头
“左零右火中间地”:左边的插孔接零线,右边的插孔接火线,中间的插孔接地线,三线插头的三个插脚分别对应三个插口。
三线插头中上面的插脚,也就是接地线的插脚,一般会比接零线和火线的插脚长一些,这是为了,防止接零线和火线的插脚已插入插孔,但接地线的插脚还未接入插孔,导致触电。
用电器
用电器之间一般是并联的。
要使用电器在额定电压下工作。
地线
用电器的金属外壳与火线之间应该是绝缘的,人体接触外壳时并没有危险。但如果用电器内部导线的绝缘皮破损或绝缘性能变差,导致火线与外壳接通,人接触外壳时就会发生触电事故。因此,用电器的金属外壳应该接地。这就是地线的作用。
安全事故
安全事故的原因
电路发生短路(火线和零线直接相接)。
电路中用电器的实际总功率超过电路所能承受的最大功率(人们称之为“超负荷运行”)。
这也是熔断器熔断的原因。
引发火灾的原因:线路连接处接触不良,该处电阻会变大,导致局部过热,引发火灾。
防止安全事故
1、防止电流过大:防止短路,防止超负荷运行。
2、防止电路接触不良。
触电
单线触电
人体接触火线或漏电的用电器等,使人体大地和电网中的供电设备构成闭合回路。
双线触电
人体的,两个部位(如两只手)分别接触火线和零线,使人体与电网中的供电设备通过导线构成闭合回路。
触电时,通过人体的电流与电压和人体的电阻有关。一般来说,人体电阻较大。在皮肤潮湿时,人体电阻会大幅度减小。对人体来说,安全电压一般不高于36V。
注意点
1、安装家庭电路要符合规范。例如开关必须接在火线上,应使用三线插座将用电器的金属外壳接地。
2、要防止本应绝缘的物体导电,例如要防止导线绝缘部分破损,若有破损,应及时更换;不要使用湿抹布擦拭用电器或在电线上晾晒衣物。
3、发现有人触电或因电引发火灾时,要采取合理的措施,例如发现有人触电时,应立即切断电源,无法切断电源时,应用干木棍等绝缘体挑开电线,发现用电器或电线失火时,应先切断电源,然后再灭火。