2020_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化练习含解析新人教版
新教材2023高中物理第十二章电能能量守恒定律12.1电路中的能量转化课件新人教版必修第三册
2.如何计算电流的发热功率?电流的发热功率一定与电流做功的 功率相等吗?
3.若把电热水器换成电风扇接入电路,则电流做的功与电流通过 电风扇产生的热量是什么关系?电流做功的功率与电流通过电 风扇的发热功率是什么关系? 答案:电风扇转动是靠电动机带动的,电风扇工作时电动机从电 源获得能量,一部分转化为电风扇的机械能,另一部分转化为内 能.从能量转化与守恒的角度看,三者满足W电=Q+W机械,其中W 电=UIt,Q=I2Rt,W电>Q.对应的功率关系为P电=P热+P机械,其中P电 =UI,P热=I2R,P电>P热.
【典例2】一电动车动力电源上的铭牌标有“36 V 10 A·h” 字样.假设工作时电源的输出电压恒为36 V,额定输出功率为 180 W,由于电动机发热造成的损耗为P热,其他损耗不计,电动 车的效率为80%,则下列说法正确的是( ) A.额定工作电流为10 A B.电池充满电后总电荷量为3.6×103 C C.电动车电动机线圈的电阻为7.2 Ω D.电动车保持额定功率行驶的最长时间是2 h
答案:(1)0.6 A (2)2.04 W (3)85%
3.(多选)有两个灯泡L1、L2,它们的电阻不变,额定电压皆为6 V, 额定功率分别为6 W、3 W,将它们接在电路中,下列说法正确的 是( ) A.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9 W B.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5 W C.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9 W D.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5 W 答案:BC
电阻 通电时间 I2Rt
电流的二次方 I2R
知识点三 电路中的能量转化 1.电吹风工作时,电能转化为什么能?电熨斗工作时,电能转化为 什么能? 答案:电吹风工作时,电能转化为机械能和内能.电熨斗工作时, 电能全部转化为内能.
第12章 第1节 电路中的能量转化 课件
D．电冰箱、电视机和空调器
)
【解析】 电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W.用电器的功
率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故C正确．
【答案】 C
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内容索引
3．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一
空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调
两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大
小关系为
(
)
A．PA＝PB，PC＝PD
B．PA＝PD＞PB＝PC
C．PD＞PA＞PB＞PC
D．PB＞PC＞PD＞PA
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内容索引
根据R＝
【解析】
根据P＝
得RA＝RB＜RC＝RD.由电路图知UB＝UC，
验装置、实验过程，以及通过精确测量所得到的发现：当一种已知量
的伏打电在已知时间内通过一金属导体时，无论该金属导体的长度、
直径和无论是何种金属，其所放出的热总是与它的电阻及通过导体的
电流强度的平方成正比．
内容索引
1．对物理现象的研究通常有理论探究和实验探究两种途径，焦
耳是通过什么途径研究电流在导体中的发热规律的？
它进行了多方面的实验测试.1838年，在父亲的支持下，焦耳在工厂
里建造了一个实验室，开始了他最初的实验研究，在测试中，焦耳注
意到电机和电路中的发热现象，他想到这和机件运
转中的摩擦生热一样，都是动力损失的原因，这促
2020-2021学年新教材高中物理 第十二章 电能 能量守恒定律 进阶突破(含解析)新人教版必
第十二章进阶突破1．在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，闭合开关S，灯泡L正常发光．两电表均为理想电表．在滑片P向右移动的过程中，下列说法正确的是( )A．电流表的示数变小B．电源的总功率变小C．灯泡L的亮度变大D．电压表的示数变小【答案】D【解析】在滑片P向右移动的过程中，电路总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律，电源输出电流I变大，电流表的示数变大，电源的总功率P＝EI变大，故A、B错误；由于滑动变阻器与灯泡和电压表都是并联，在滑片P向右移动的过程中，滑动变阻器接入电路中电阻变小，根据“串反并同”可知，与其并联的支路中电流、电压都减小，则灯泡中电流变小，电压表示数变小，故C错误，D正确．2．如图所示的电路中，闭合开关S后，灯泡L1、L2不亮，用电压表检测电压得到U bc＝0，U cd＝6 V，若电路中只有一处断路，则发生断路的是( )A．L1灯B．L2灯C．R D．电源【答案】B【解析】U bc＝0，由于R的分压为零，说明R没有断路，而U cd＝6 V，即L2的分压远远大于R的分压，运用闭合电路中分压的知识可知，此时L2的电阻远远大于R的电阻，所以是L2断路(可近似看成电阻无限大)，故B正确．3．在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．则当这台电动机正常运转时( )A．电动机的内阻为7.5 ΩB．电动机的内阻为2.0 ΩC ．电动机的输出功率为30.0 WD ．电动机的输出功率为26.0 W【答案】D【解析】因为电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A 和1.0 V ，电动机在没有将电能转化为机械能时属于纯电阻元件，故电动机的内阻r ＝U 1I 1＝1.0 V1.0 A＝1.0 Ω，故A 、B 错误；当电动机正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A 和15.0 V ，则电动机的总功率为P 总＝U 2I 2＝15.0 V×2.0 A＝30.0 W ，此时电动机的发热功率为P 热＝I 22r ＝(2.0 A)2×1.0 Ω＝4.0 W ，故电动机的输出功率为P 出＝P 总－P 热＝30.0 W －4.0 W ＝26.0 W ，C 错误，D 正确．4．(多选)如图所示，理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动扇叶转动，电热丝给空气加热，利用热风将头发吹干．电动机的线圈电阻为R 1，与电阻为R 2的电热丝串联后接到输出电压为U 的电源上，电路中电流为I ，则( )A ．电动机的输出功率为U 2R 1B ．电动机两端的电压为U －IR 2C ．电吹风机的发热功率为I 2(R 1＋R 2) D ．电吹风机消耗的电功率为I 2(R 1＋R 2) 【答案】BC【解析】电动机的输入功率为(U －IR 2)I ，电动机的输出功率为UI －I 2(R 1＋R 2)，故A 错误；含电动机电路是非纯电阻电路，电动机两端的电压为U －IR 2，故B 正确；电吹风机中发热的功率要用I 2R 来计算，所以总的发热功率为I 2(R 1＋R 2)，电吹风机消耗的功率P ＝IU 要大于发热功率，故C 正确，D 错误．5．(多选)如图所示，E 表示电源电动势、I 表示电路中的电流、U 表示电源的路端电压、P 表示电源的输出功率，当外电阻R 变化时，下列图像中可能正确的是( )【答案】CD【解析】电源的电动势与外电路的电阻无关，A 错误；由闭合电路的欧姆定律I ＝ER ＋r可知I －R 图像不是直线，B 错误；U ＝IR ＝ER R ＋r ＝E1＋rR，则随R 增加，U 增大，当R →∞时U →E ，C 正确；P ＝I 2R ＝E 2RR ＋r2＝E 2R ＋r 2R＋2r，因当r ＝R 时，P 最大，可知图像D 正确． 6．(多选)如图所示电路中，电源内阻不计，三个小灯泡完全相同且外电路变化时每个灯泡两端的电压都不会超过其额定电压，开始时只有S 1闭合，当S 2也闭合后，下列说法中正确的是( )A ．灯泡L 1变亮B ．灯泡L 2变亮C ．电容器C 的电荷量增加D ．闭合S 2瞬间流过电流表的电流方向自右向左 【答案】AD【解析】根据电路可知，S 1闭合、S 2断开时，L 1、L 2串联，则两灯一样亮，因L 3与电容器串联后接到电源两端，则L 3不亮，电容器两端电压等于电源电动势E ；当S 2也闭合后，电路总阻值变小，流过L 1的电流变大，L 1两端电压变大，L 2两端电压变小，则灯L 1变亮，L 2变暗；因电容器此时与灯L 1并联，则电容器两端电压变小，电容器上的电荷量变少，电容器对外放电，又知电容器左极板与电源正极相连，带正电，则闭合S 2瞬间流过电流表的电流方向自右向左，综上所述，选项B 、C 错误，A 、D 正确．7．(多选)图示电路中，电表均为理想电表，如果滑动变阻器的滑片逐渐向左滑动一段，四个电表的读数分别用U 1、U 2、I 1、I 2表示，四个电表读数的变化量绝对值分别用ΔU 1、ΔU 2、ΔI 1、ΔI 2表示，下列说法正确的是( )A ．U 1增大，U 2减小B ．I 1、I 2都增大C ．U 2I 1减小，U 2I 2不变 D ．ΔU 2ΔI 2＝R 3，ΔU 2ΔI 1＝r ＋R 1 【答案】ACD【解析】由电路图可知，R 2与R P 串联后再与R 3并联、然后它们与R 1串联，电压表V 2测并联部分两端的电压，电压表V 1测R 2两端的电压，电流表A 1测干路电流，电流表A 2测R 3支路的电流．当滑动变阻器滑片P 向左端移动时，接入电路中的电阻变小，并联部分的总电阻变小，电路的总电阻变小，由I 1＝ER 并＋R 1＋r，可知电路中的总电流增大，即电流表A 1的读数增大，即I 1增大；由U 2＝E －I 1(R 1＋r )，可知电压表V 2的示数U 2变小，而电流表A 2的示数I 2＝U 2R 3，可知I 2变小，干路电流等于各支路电流之和，有U 1＝(I 1－I 2)R 2，可得R 2的电压U 1增大，故A 正确，B 错误；因U 2＝E －I 1(R 1＋r )，体现全电路的欧姆定律，则有U 2I 1＝R 并，逐渐减小，ΔU 2ΔI 1＝R 1＋r 保持不变；因U 2＝I 2R 3，满足部分电路的欧姆定律，有ΔU 2ΔI 2＝U 2I 2＝R 3不变，故C 、D 正确．8．(多选)如图甲所示，电源E ＝12 V ，内阻不计，灯泡L 的额定电压为9 V ，其伏安特性曲线如图乙所示，滑动变阻器R 的最大阻值为10 Ω．则( )A ．灯泡L 的阻值随电流的增大而减小B ．灯泡L 的额定功率为13.5 WC ．灯泡L 消耗电功率的最小值是2 WD ．滑动变阻器接入电路的阻值应至少为6 Ω 【答案】BC【解析】由I －U 图像可知，图像的斜率为灯泡的电阻的倒数，所以灯泡的电阻随电流的增大而增大，故A 错误；由图像可知，当灯泡的电压U ＝9 V 时，电流I ＝1.5 A ，所以灯泡的额定功率为P ＝UI ＝9×1.5 W＝13.5 W ，故B 正确；当R ＝10 Ω时，电流最小，灯泡消耗的电功率最小，如图所示，可得此时灯泡的电流I ′＝1.0 A ，电压U ′＝2 V ，所以灯泡的功率P ′＝U ′I ′＝2×1 W＝2 W ，故C 正确；因灯泡的额定电流为I ＝1.5 A ，正常工作时的电阻R L ＝U I ＝91.5 Ω＝6 Ω，根据闭合电路欧姆定律有I ＝E R ＋R L ，可得R ＝EI－R L ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫121.5－6) Ω＝2 Ω，即滑动变阻器接入电路的电阻至少为2 Ω，故D 错误．9．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随电流变化的U I 图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的U I 图线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是( )A ．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻相等B ．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2C ．电源1与电源2的内阻之比是7∶11D ．由于小灯泡L 的U －I 图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用 【答案】B【解析】根据图像交点知与电源1相接时电阻R 1＝35 Ω，与电源2相连接时R 2＝56 Ω，在这两种连接状态下，小灯泡的电阻不相等，故A 错误；小灯泡U －I 图线与电源U －I 图线的交点即为灯泡与电源连接时的工作状态，则连接电源1时，U 1＝3 V ，I 1＝5 A ，故P 1＝U 1I 1＝15 W ，连接电源2时，U 2＝5 V ，I 2＝6 A ，故P 2＝U 2I 2＝30 W ，所以小灯泡消耗的功率之比为：P 1∶P 2＝1∶2，故B 正确；U －I 图像的斜率的绝对值表示电源内电阻，根据电源U －I 图线，r 1＝107 Ω，r 2＝1011Ω，则r 1∶r 2＝11∶7，故C 错误；欧姆定律适用于纯电阻，灯泡是纯电阻用电器，适用欧姆定律，故D 错误．10．如图所示，电源电动势E ＝8 V ，内阻r ＝5 Ω，电灯A 的电阻为10 Ω，电灯B 的电阻为6 Ω，滑动变阻器的总电阻为6 Ω．闭合开关S ，当滑动触头P 由a 端向b 端滑动的过程中(不考虑电灯电阻的变化)，下列说法正确的是()A ．电流表的示数先减小后增大B ．电压表的示数先增大后减小C ．电灯A 的亮度不断增大D ．电源的最大输出功率为3.2 W 【答案】AD【解析】当滑动触头P 由a 端向b 端滑动的过程中，该并联电路的总电阻为R 总，则1R 总＝1R ＋R A ＋1R B ＋6－R，其中R 是和灯A 串联部分滑动变阻器的阻值，所以R 总＝R ＋1012－R22，由数学知识ab ≤⎝⎛⎭⎪⎫a ＋b 22当且仅当a ＝b 等号成立，知当R ＝1 Ω时，该电路的总电阻最大为5.5 Ω，所以滑动触头P 由a 端向b 端滑动的过程中，R 由0→6 Ω，R 总由5.45 Ω→5.5 Ω→4.36 Ω，可见电流先减小后增大，故A 正确；当R 总＝r ＝5 Ω时，电源有最大输出功率，为P max ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤8 V 5＋5 Ω2×5 Ω＝3.2 W ，D 正确；电压表的示数为B的分压，其值U B ＝R B R B ＋6－R×R 总R 总＋r ×E ＝4822－R ＋10＋110R ＋10，当R 由0→6时是个增函数，分压一直增大，故B 错误；同理，灯A 支路的电流I ＝ER 总R 总＋r×110＋R＝822－12－R ＋11012－R ，当R 由0→6时是个减函数，电流减小，功率减小，变暗，故C 错误．11．某同学设计了如图所示电路，测量定值电阻的阻值、电源的电动势和内阻，使用的器材有：待测定值电阻R 1(约几欧)、待测电源E 、电流表A 、电阻箱R 2(0～999.9 Ω)、开关两个及导线若干．(1)请用笔画线代替导线在图中完成实物电路的连接．(2)测量R 1的阻值时，闭合开关S 1前，调节R 2至 (填“最大值”或“最小值”)，然后闭合开关S 1和S 2，调节R 2使电流表示数为I ，此时R 2的值为7.8 Ω；再断开S 2，将R 2调到5.8 Ω时，电流表示数也为I ，则R 1的值为 Ω．(3)测量电源电动势E 和内阻r 时，闭合开关S 1、断开S 2，调节R 2，得到R 2和对应电流I 的多组数据，作出1I－R 2图像如图所示，则电源电动势E ＝ V ，内阻r ＝ (计算结果均保留2位有效数字)，若电流表A 内阻不可忽略，则r 的测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值．【答案】(1)见解析图 (2)最大值 2.0 (3)6.0 1.0 大于 【解析】(1)按原理图接线，如图所示．(2)为了保护用电器，所以应使电阻箱的最大阻值接入电路，即在闭合开关前调节R 2至最大值；由闭合电路欧姆定律得I ＝E7.8＋r ＝E5.8＋r ＋R 1，解得R 1＝2.0 Ω．(3)由闭合电路欧姆定律得E ＝I (R 1＋R 2＋r ) 整理得1I ＝2＋r E ＋1ER 2由图像可知1E ＝1.5－0.56，2＋r E ＝12解得E ＝6.0 V ，r ＝1.0 Ω若电流表A 内阻不可忽略，由闭合电路欧姆定律得E ＝I (R 1＋R ＋r ＋R A )整理得1I ＝2＋r ＋R A E ＋1ER即内阻的测量值为r ＋R A >r ，即大于真实值．12．如图所示，电源的电动势E ＝110 V ，电阻R 1＝21 Ω，电动机绕组的电阻R 0＝0.5 Ω，开关S 1始终闭合．当开关S 2断开时，电阻R 1的电功率是525 W ；当开关S 2闭合时，电阻R 1的电功率是336 W ，求：(1)电源的内电阻；(2)当开关S 2闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率． 【答案】(1)1 Ω (2)1 606 W【解析】设S 2断开时R 1消耗的功率为P 1，则P 1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 1＋r 2R 1代入数据解得r ＝1 Ω．(2)设S 2闭合时R 1两端的电压为U ，消耗的功率为P 2，则P 2＝U 2R 1解得U ＝84 V由闭合电路欧姆定律得E ＝U ＋Ir 代入数据，得I ＝26 A设流过R 1的电流为I 1，流过电动机的电流为I 2，则I 1＝UR 1＝4 A而电流关系I 1＋I 2＝I 所以I 2＝22 A 由UI 2＝P 出＋I 22R 0代入数据得P 出＝1 606 W ．。
第十二章电能+能量守恒定律+知识点清单 高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
新教材人教版高中物理必修第三册第十二章知识点清单目录第12章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化第2节闭合电路的欧姆定律第3节实验：电池电动势和内阻的测量第4节能源与可持续发展第12章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化一、电功和电功率1. 电功(1)定义：静电力移动电荷所做的功，简称电功。
(2)公式：(3)单位：在国际单位制中，电功的单位是焦耳，符号为J。
常用的单位还有千瓦时，1 kW·h=3. 6×106 J。
2. 电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率，它在数值上等于单位时间内电流所做的功。
(2)公式：(3)单位：在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，符号为W。
常用的单位还有千瓦(kW)，1 kW=1 000 W。
(4)意义：电功率表示电流做功的快慢。
二、焦耳定律1. 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正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。
(2)表达式：2. 热功率(1)定义：热功率指单位时间内电流通过导体产生的热量。
(2)表达式：P 热=I 2R 。
三、电路中的能量转化1. 纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为电阻的内能。
此时电功等于电热，W=Q=UIt=I 2Rt=U 2Rt ，电功率等于热功率，P=P 热=UI=I 2R=U 2R。
2. 非纯电阻电路：含有电动机、电解槽等用电器的电路称为非纯电阻电路。
在非纯电阻电路中，电流做的功一部分转化为机械能或化学能，还有一小部分转化为内能。
此时电功大于电热，W=UIt=Q+E 其他>Q=I 2Rt ，电功率大于热功率，P=UI=P 热+P 其他>P 热=I 2R 。
四、纯电阻电路和非纯电阻电路的理解 纯电阻电路非纯电阻电路电路特点 电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为除内能外的其他形式能的用电器 是否遵循 欧姆定律遵循欧姆定律I=UR不遵循欧姆定律U>IR 或I<UR能量转化 电流做功，电能全部转化为内能 电流做功，电能除转化为内能外，还要转化为其他形式的能 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 电功 W=UIt=I 2Rt=U 2RtW=UIt 电热 Q=I 2Rt=UIt=U 2RtQ=I 2Rt 电功率 P=UI=I 2R=U 2RP=UI 热功率 P 热=I 2R=UI=U 2RP 热=I 2R五、电动机的功率和效率 1. 电动机模型如图，电动机由线圈电阻和其他元件组成。
2020_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律1电路中的能量转化课件新人教版必修320
台灯
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W） 100～150 300～800 100～150
800～ 1 200
40～60
例1.A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时,各自消耗的实际功率相
同，则RA:RB:RC为( D )
A.1:1:1 C.2:1:1
B.1:2:2 D.1:4:4
电功等于电热： UIt I 2Rt
电功率等于热功率：UI I 2 R
欧姆定律： I U R
可见：欧姆定律适用于纯电阻电路
2.非纯电阻电路：电能转化为内能和其他形式的能量； 如电路中含有电动机、电解槽等。
规律：
电功大于电热：
W Q UIt I 2Rt
电功率大于热功率： UI I 2 R
欧姆定律：
P热=
Q t
电路中的能量转化
纯电阻电路：电能转化为内能
I E 非纯电阻电路： UIt 2Rt 其他
1.（多选）关于电功，下列说法中正确的有 ( AC ) A.电功的实质是电场力所做的功 B.电功是电能转化为内能的量度 C.电场力做功是电能转化成其他形式能量的量度 D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
I U R
UIt I 2Rt E
可见：欧姆定律不适用于非纯电阻电路
【规律归纳】
纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点
电路中除了电阻元件还有把电能转化 电路中只有电阻元件
为内能和其他形式的能的元件
能量转化形式
电能只有一部分转化为内能，另一部分
电能全部转化为内能 转化为机械能、化学能等其他形式的能
UIt=I2Rt→U=IR
电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电 流I、这段电路两端的电压U、通电时间t三者的乘 积。 4.单位：焦(J)、千瓦时(kW·h)。
12.1 电路中的能量转化(课件)-2020-2021学年新教材高中物理必修三(新人教版)
→电能转化为机械能和热能
电能转化为其它形式的能
电流做功
一.电功和电功率
电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其 它形式的能增加。
W=qU
q=It
W=UIt W=UIt
适用于任何用电器。
IU R
纯电阻电路
WU2 I2R R
提高认识：（1）电流做功的本质是静电力做功；（2）根据静电场的电势差的定义 式推出电流做功的表达式。
在这段时间内消耗的电能E分别为 （ BD）
A．U＝4V B．U=8V C．E＝16J D．E=32J
例2.A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时,各自消耗的
实际功率相同，RA:RB:RC为( D )
A.1:1:1
B.1:2:2
A
B
C.2:1:1
D.1:4:4
C
例3.如图网络式电路，每个电阻均为R = 100Ω。求： (1) C、D间接入多大电阻，可使A、B 间的总电阻与“格子”数 目无关？ (2) 若该电路接上 220V的恒定电源，则电源输出功率为多少？
（2）公式表述： Q I 2Rt
3.实验探究： 4.适用条件：任何用电器。
热功率
1.定义:单位时间内的发热量.
2.公式: P=Q /t=I2R 热功率普适公式
热功率P等于通电导体中电流 I 的二次方与导体电阻R 的乘积．
3.单位：瓦(W) 千瓦(kW)．
例4.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、
非纯电阻电路:
欧姆定律不适用：I＜U/R
UIt ＞
电功：W= UIt 电功率：P=UI
高中物理人教必修三第12章第1节 闭合电路的欧姆定律(二)闭合电路欧姆定律20202021学年
新教材 新高考
电路中的能量转化
新教材 新高考
三.路端电压与负载的关系
新教材 新高考
路端电压与负载的关系
由路端电压: U E Ir
I E Rr
【探究结论】 R增大，电流减小，路端电压增大 R减小，电流增大，路端电压减小
新教材 新高考
断路(R→∞ I=0)
两 短路(R=0)
种
AB A
特 殊 情
外电路
Rs
Er
内电路
新教材 新高考
2.闭合回路的电流方向
在外电路中，电流方向由正极流向负极，沿电流方向电势降低。
在内电路中，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流
方向由负极流向正极。
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R
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内电路与外电路中的总电流是相同的。
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问题探究：闭合电路中电势如何变化？
解: 得:
E I1R1 I1r E I2R2 I2r
E 3.0V
r 1
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例2.在U-I图象中，由图象做出的下列判断中，正确的是（ACD ）
A.被测电池的电动势为1.5V B.被测电池的内电阻为2.0Ω C.外电路短路时的电流约为3.0A D.从图象的A点变化到B点，外电路电阻变小
求：
①电源的最大输出功率； ②R1上消耗的最大功率； ③R2上消耗的最大功率。
R2 R1
Er
① 2.25W；② 2W；③ 1.5W。
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2024版新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律1.电路中的能量转化课件新人教版必修第三册
导学·掌握必备知识
共研·突破关键能力
精练·落实学科素养
导学·掌握必备知识
一、电功和电功率
1．电流做功与能量转化：电能转化为其他形式的能，是通过
电流
________做功来实现的．
2．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的________在做
静电力
功．
3．电功
(1) 定 义 ： 电 流 在 一 段 电 路 中 所 做 的 功 ， 等 于 这 段 电 路 两 端 的
U2
则由P＝ 可得RB＝RC，IA＝2IB＝2IC，则由P＝I2R可得RA∶RB∶RC＝1∶4∶4，
R
故选D.
[训练4] 小强坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动
机启动时，汽车的车灯会变暗．汽车的蓄电池、定值电阻、电流表、
车灯、电动机连接的简化电路如图甲所示．汽车蓄电池的电压为12.5
V且保持不变，车灯接通电动机未启动时，电流表示数为10 A；车灯
P
(4)电动机的效率：η＝ 机 ×100%.
P
总
【典例】
例3 三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W．现将
它们按如图所示方式连接，整个电路允许消耗的最大功率为(
)
A．30 W B．20 W
C．15 W D．10 W
答案：C
解析：由电路图可知，L1、L2串联后与L3并联，其中L3两端电压最大，它消耗
1．电路中的能量转化
核
心
素
养
定
位
物理观念
了解电流做功的实质，知道电功率的概念．
科学思维
学会分析电路中能量转化的问题，知道焦耳定
律和电功之间的关系．
科学探究
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第1节电路中的能量转化合格考训练25分钟·满分60分一、选择题(本题共7小题，每题6分，共42分)1．(2019·某某省某某一中高二上学期期末)关于电功W和电热Q的说法，正确的是( B ) A．在任何电路里都有W＝UIt，Q＝I2Rt，且W＝QB．在任何电路里都有W＝UIt，Q＝I2Rt，且W不一定等于QC．W＝UIt，Q＝I2Rt均只在纯电阻电路中才成立D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立解析：非纯电阻电路中，W＝UIt用来求电功；Q＝I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒，电功和电热数值上相等，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt计算，故A错误；B正确；W＝UIt可用于任何电路求总电功；而Q＝I2Rt可以适用任何电路求热功，故CD均错误。
2．室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W 的电视机和2 kW的空调器。
如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是( C )A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器解析：电路中允许的最大功率为P m＝UI＝2 860 W。
用电器的功率之和大于P m时，用电器就不可能同时使用，故选C。
3．在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换，为了延长电灯泡的使用寿命，一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是( A )A．两个灯泡串联B．两个灯泡并联C．每个灯泡实际消耗的功率是其额定功率的四分之一D．每个灯泡实际消耗的功率小于其额定功率的四分之一解析：两个灯泡串联，每个灯泡承受的电压为U ＝2202V ＝110 V ，低于额定电压，灯泡不易损坏，故A 正确；两个灯泡并联，每个灯泡承受的电压为U ＝220 V ，仍等于灯泡的额定电压，灯泡正常工作，不能延长电灯泡的使用寿命，故B 错误；由P ＝U 2R ，两个灯泡串联时，U 变为原来的12，由于灯丝较正常发光时温度偏低，故灯丝电阻较正常发光时小，所以每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一，故C 、D 错误。
4．如图所示，R 1＝2 Ω，R 2＝10 Ω，R 3＝10 Ω，A 、B 两端接在电压恒定的电源上，则( B )A ．S 断开时，R 1与R 2的功率之比为5∶1B ．S 闭合时通过R 1与R 2的电流之比为2∶1C ．S 断开与闭合两种情况下，电阻R 1两端的电压之比为2∶1D ．S 断开与闭合两种情况下，电阻R 2的功率之比为7∶12解析：由P ＝I 2R ，I 相等，R 1与R 2的功率之比等于电阻之比1∶5，故A 错误；S 闭合I 2＝I 3，则I 1＝2I 2，故B 正确；S 断开时，U 1∶U 2＝R 1∶R 2＝1∶5，则U 1＝16U AB ，S 闭合时，U 1′∶U 2′＝R 1∶12R 2＝2∶5，则U 1′＝27U AB ，故C 错误；U 2＝56U AB ，U 2′＝57U AB ，由P 2＝U 22R 2，P 2∶P 2′＝49∶36，故D 错误；故选B 。
5. (2019·某某乌兰察布市四子王旗一中高二上学期期中)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。
现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U ，输出电流为I ，手机电池的内阻为r ，下列说法不正确的是( B )A ．电能转化为化学能的功率为UI －I 2rB ．充电器输出的电功率为UI ＋I 2rC ．电池产生的热功率为I 2rD ．充电器的充电效率为U －IrU ×100%解析：由P ＝UI 可知充电器输出的电功率为P 出＝UI ，根据热功率公式可得电池产生的热功率为P 热＝I 2r ，电能转化为化学能和热能，根据能量守恒定律有电能转化为化学能的功率为：P 化＝UI －I 2r ，故A 、C 正确，B 错误；充电器的充电效率为η＝P 化P 出×100%＝U －Ir U ×100%，故D 正确。
6．(2019·某某正定中学高二上学期段考)一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V 的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作。
用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ，则下列说法中正确的是( C )A ．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB ．电饭煲消耗的电功率为1 555 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC ．1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 JD ．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析：由于电饭煲是纯电阻用电器，所以R 1＝UI 1＝44 Ω，P 1＝UI 1＝1 100 W ，其在1 min 内消耗的电能W 1＝UI 1t ＝6.6×104 J ，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R 2≠U I 2＝440 Ω，P 2＝UI 2＝110 W ，其在1 min 内消耗的电能W 2＝UI 2t ＝6.6×103 J ，其热功率P 热≠P 2，而P 1＝10P 2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，只有选项C 正确。
7．(多选)(2019·某某省某某一中高二检测)在如图所示的电路中，输入电压U 恒为8 V ，灯泡L 标有“3 V,6 W ”字样，电动机线圈的电阻R M ＝1 Ω。
若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是( AC )A ．电动机的输入电压是5 VB ．电动机的效率是80%C ．流过电动机的电流是2 AD ．整个电路消耗的电功率是10 W解析：电路电流I ＝P L U L ＝63 A ＝2 A ，整个电路消耗的电功率P ＝IU ＝16 W ，电动机的输入电压U M ＝U －U L ＝5 V ，电动机的效率η＝IU M －I 2R MIU M ×100%＝60%，综上所述可知选项AC 正确。
二、非选择题8．(8分)如图所示的电路中，电阻R 1＝1 Ω，R 2＝2 Ω，R 3＝3 Ω，在A 、B 间接电源，S 1、S 2都打开，此时电阻R 1、R 2、R 3消耗的功率之比P 1∶P 2∶P 3＝__1∶2∶3__；当S 1、S 2都闭合时，电阻R 1、R 2、R 3消耗的功率之比P 1′∶P 2′∶P 3′＝__6∶3∶2__。
解析：当两个开关均打开时，三个电阻串联，电流相等，则由P ＝I 2R 可知，功率之比等于电阻之比；故P 1∶P 2∶P 3＝1∶2∶3；当开关均闭合时，三个电阻并联，电阻两端的电压相等，则由P ＝U 2R 可知，功率之比与电阻成反比；故P 1′∶P 2′∶P 3′＝6∶3∶2。
9.(10分) (2019·某某省某某市高二上学期三校联考)当李老师最后离开计算机房要去关闭总电闸时，发现电能表(如图所示)的转盘仍在缓慢地转动。
他用手表粗略地估测了一下，1 min 转盘转动了5转。
经检查发现，原来机房内还有20台电脑显示器处于待机状态。
(1)读出该房间总共已经用了多少电？(2)请你算算1台电脑显示器的待机功率约为多大？并就此问题联系实际谈谈在日常生活中如何节约用电？解析：(1)1 325.6 kW·h。
(2)1分钟转5转，用电W＝53 000kW·h＝53W·h每台显示器的待机功率P＝W20t＝53×3 60020×60W＝5 W要及时关闭待机状态的用电器。
等级考训练15分钟·满分40分一、选择题(本题共2小题，每题8分，共16分)1.如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成，当闭合开关S1、S2后，电动机正常工作，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出，断开开关S1，电吹风吹冷风。
已知电吹风的额定电压为220 V，吹热风时的功率为1 000 W，吹冷风时的功率为120 W，关于该电吹风，下列说法正确的是( C )A．当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为1 000 JB ．当电吹风吹冷风时，电热丝每秒消耗的电能为120 JC ．电热丝的电阻为55 ΩD ．电动机线圈的电阻为1 2103Ω 解析：吹热风时，电热丝和电动机并联，即电路消耗的电功率等于电热丝消耗的电功率与电动机消耗的电功率之和，故1 000 W ＝120 W ＋P 热，则电热丝的功率为P 热＝880 W ，根据公式W ＝Pt ，可得当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J ，根据公式P ＝U 2R可得电热丝的电阻为R ＝U 2P 热＝55 Ω，选项A 错误，C 正确；当吹冷风时，只有电动机工作，电热丝不工作，电热丝消耗的电能为0，选项B 错误；因为电动机是非纯电阻，所以不能根据R ＝U 2P 求解线圈电阻，选项D 错误。
2．某实物投影机有10个相同的强光灯L 1～L 10(24 V/200 W)和10个相同的指示灯X 1～X 10(220 V/2 W)，将其连接在220 V 交流电源上，电路如图。
若工作一段时间后L 2灯丝烧断，则( C )A ．X 1的功率减小，L 1的功率增大B ．X 1的功率增大，L 1的功率增大C ．X 2的功率增大，其他指示灯的功率减小D ．X 2的功率减小，其他指示灯的功率增大解析：L 2和X 2并联，灯丝烧断。
X 2两端电压增大，由P ＝U 2R 知，指示灯X 2实际功率变大；在串联电路中总电压等于分电压之和，X 2两端电压增大，所以其他灯组两端电压减小，由P ＝U 2R 知：其他指示灯的实际功率减小。
故选C 。
二、非选择题3．(11分)如图所示为“风光互补路灯”系统，它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。
为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出。
下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：风力发电机太阳能电池组件最小启动风速 1.0 m/s 太阳能电池36 W最小充电风速 2.0 m/s 太阳能转化效率15%最大限制风速12.0 m/s 蓄电池500 Ah－12 V最大输出功率400 W 大功率LED路灯80 W－12 V电量由20%充至90%所需时间为__84__h；如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240 W/m2，要想使太阳能电池的最大输出功率达到36 W，太阳能电池板的面积至少要__1__ m2。