科学竞赛辅导---电学中能量守恒
科学竞赛辅导---电学中能量守恒
科学竞赛辅导---电学中能量守恒例题：1、小华组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接入如图（a ）所示的电路中，已知电源电压U=3V ，并保持不变，线圈电阻R=1．5Ω，接通电路后，电动机正常转动，电流表读数I=0．8A ，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图（b ）所示，摩擦不计，求：（1）电动机正常转动1min 消耗的电能W 和线圈产生的热量Q ．（2）电动机输出的机械功率P ． （3）电动机能量转换效率η．2、高压输电线路长约600Km,每根高压输电线的电阻为160Ω,若用100kv 电压输电,输送的功率为1000kw,则每小时每根输电线损失的电能是( )A ．1000kwhB ．16kwhC ．62500kwhD ． 984kwh学以致用1、中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重．其中客观原因是电网陈旧老化，近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有（ ）A ．提高输送功率B ．应用超导材料做输电线C ．提高高压输电的电压D ．减小输电导线的横截面积2、小明仔细观察家中的电视机、电风扇、白炽灯和节能灯四种电器，发现它们上面都标有" 220V 40W "的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生的热量最多的是( )A.电视机B.电风扇C.白炽灯D.节能灯3、小华准备参加玩具赛车比赛，他运用图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机．设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A ；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A ．则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为（ ）A ．91%B ．70%C ．30%D ．9%4、某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量为50kg ，电源电压为1l0V ，不计电源电阻及各处摩擦。
第三章《能量的转化和守恒》电学
2011年九年级（上）科学第三章《能量的转化和守恒》电学班级提高班姓名1.电学公式：I=U/RP=UI=U2/R =I2R(后面两条为纯电阻成立)W=UIt=(U2/R)* t=I2Rt (后面两条为纯电阻成立)2.串联电路特点： I总=I1=I2 R总=R1+R2 U总=U1+U23.并联电路特点： I总=I1+I2 R总=R1R2/R1+R2 U总=U1=U24.无论并联还是串联，电路消耗总功率等于各用电器消耗的电功率之和。
即P=P l+P25.在串联电路除电流之外，其余的量都与电阻成正比。
在并联电路除电压之外，其余的量都与电阻成正比。
基础训练：1．把Ｒ１和Ｒ２串联后接到电压为12伏的电路中，通过Ｒ１的电流为0.2安，加在Ｒ２两端的电压是4伏．试求：（1）Ｒ１和Ｒ２的电阻各是多少?（2）如果把Ｒ１和Ｒ２并联后接入同一电路（电源电压不变），通过干路的电流是多少?2．如图132所示电源电压不变，闭合开关后，用电器Ｒ１、Ｒ２均正常工作．已知Ｒ１的额定功率为1.5瓦，电流表Ａ１的示数为0.5安，电流表Ａ２的示数为1.5安．根据以上所给的条件，你最多可以求出几个与该电路有关的物理量?并逐一列式计算出这些物理量．3．如图134中，电源电压为10伏，灯Ｌ１、Ｌ２上分别标有“12Ｖ36Ｗ”、“12Ｖ24Ｗ”字样．求：1）当开关Ｓ１、Ｓ２均闭合时，电流表、电压表的示数分别为多少?2）当开关Ｓ１断开时，电流表、电压表的示数又是多少?4．如图137所示，有两个阻值分别为20欧、30欧的电阻串联在电路中．请你任意补充一个条件，提出问题，然后解答．（至少选择两种做法，但要求每次补充不同类型的条件，提出不同的问题）5．如图138所示，Ｒ１和Ｒ２为两个定值电阻，Ｒ２是Ｒ１的ｎ倍，小灯泡Ｌ上标有“6V3Ｗ”的字样，Ｓ为单刀双掷开关．当Ｓ与点ａ接通时，小灯泡正常发光；当Ｓ与点ｂ接通时，小灯泡消耗的功率为额定功率的四分之一．1）若ｎ为小于5的正整数，试通过计算说明ｎ的可能值． 2）试求ｎ取以上可能值时，Ｒ１和Ｒ２相应的阻值．中考链接1.（09浙台）30. 在“测定额定电压为2.5伏小灯泡功率”的实验中。
九年级科学竞赛辅导专题 动能和势能
九年级科学竞赛辅导专题动能和势能一、选择题1．撑杆跳高运动员由起到越过横杆的频闪照片，此过程中有关能量的说法，正确的是（忽略空气阻力）（ A ）（原创）A．撑杆的弹性势能先增大后减小B．人的机械能守恒C．撑杆的弹性势能先减小后增大D．人的机械能先增大后减小2．如图所示，一根不可伸长的细绳一端固定在O点，另一端系一小球，O点的正下方固定有一根钉子P。
位置1在O点的正下方，位置3与A点等高，位置5是A与l之间的某点，位置2是l与3之间的某点，位置4是高于3的某点。
不考虑空气阻力，小球从A点静止释放（ D ）A．第一次过位置l后最高能到达位置2B．第一次过位置l后最高能到达位置4C．第二次过位置1后最高能到达位置5D．第二次过位置l后最高能到达位置A3．如图所示为乒乓球在水平地面上弹跳时产生的轨迹的一部分，该图表明( A )A．在图中乒乓球的弹跳方向为自右向左B．乒乓球弹跳时机械能守恒C．乒乓球某次弹起过程中，弹起瞬间的动能大于此过程最高点时的重力势能D．乒乓球运动过程中重力势能一直减小4. 某块砖在一对平衡力的作用下运动，则该块砖：（）A. 机械能一定不变，动能一定不变B. 机械能可能改变，动能一定不变C. 机械能可能改变，动能可能改变D. 机械能一定不变，动能可能改变5.如图，为探究能量转化，小明将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐、两端分别固定在罐盖和罐底上。
实验装置做好后让它从不太陡的斜面上滚下，发现橡皮筋被铁块卷紧了，接着铁罐居然能从斜面底部自动滚上去!以下有关能量转化的判断，正确的是 ( D )A．铁罐在斜面上从最高处滚到最低处，主要是重力势能转化为动能B．铁罐在斜面上从最高处滚到最低处，主要是弹性势能转化为动能C．铁罐在斜面上从最低处滚到最高处，主要是动能转化为重力势能D．铁罐在斜面上从最低处滚到最高处，主要是弹性势能转化为重力势能6．如图所示，在空可乐瓶内滴一滴酒精，用装有气门芯的橡皮塞塞紧瓶口，再用打气筒通过气门芯向瓶内打气。
电路中的能量守恒定律
电路中的能量守恒定律电路中的能量守恒定律是指在闭合电路中，能量的输入等于输出。
这个原理是基于能量守恒定律的基本原理，即能量无法被创造或者消失，只能转化为其他形式。
在电路中，能量通常以电流的形式传输。
根据欧姆定律，电流的大小取决于电压和电阻的关系。
当电流通过电阻时，会产生热量，这就是能量转化为热能的过程。
因此，保持电路中能量守恒，需要考虑电压和电流的关系以及电阻的作用。
电路中的能量转化可以通过以下几个方面进行观察和分析：1. 电能转化为热能：当电流通过电阻时，由于电阻的存在，电能会转化为热能。
这是因为电阻会阻碍电流通过，电子在通过电阻时会与电阻内的原子或分子发生碰撞，从而产生热能。
这个过程符合能量守恒定律，即能量的输入等于输出。
2. 电能转化为光能：在某些电路中，例如发光二极管（LED）或者荧光灯，电能可以转化为光能。
当电流通过LED的半导体材料时，会产生电子和空穴的复合，释放出能量并发光。
同样地，这个转化过程也符合能量守恒定律。
3. 电能转化为机械能：在某些电路中，例如电动机或者扬声器，电能可以转化为机械能。
当电流通过电动机的线圈时，会产生一个磁场，磁场和永磁体之间的相互作用会导致线圈产生一个力。
这个力会使得电动机转动，从而将电能转化为机械能。
通过以上的分析，我们可以看到在电路中，能量的转化涉及到电力、磁场、热能和光能等多个方面。
而无论是电能转化为热能、光能还是机械能，都符合能量守恒定律，能量的输入等于输出。
这是因为电路中的能量转化是基于电荷的移动和电场的相互作用，而这些过程都遵循能量守恒定律。
总结起来，电路中的能量守恒定律是电路分析的基本原理之一。
在理解电路运行过程和性能特点时，需要考虑能量转化的过程，并根据能量守恒定律进行分析。
只有在能量的输入与输出平衡的情况下，电路才能正常运行。
因此，电路设计和电路安装都需要遵循能量守恒定律，以保证电路的有效运行和安全性。
通过对电路中的能量守恒定律的研究，我们可以更好地理解电路中的能量转化过程，同时也能够提高电路的效率和优化电路的设计。
高中物理奥林匹克竞赛——5.1 电荷的量子化-电荷守恒定律(共27张PPT)
q1 er
r
q2
4
F
1 4πε0q1q2 r2来自er大小： F
1 4πε0
q1q2 r2
方向： q1和 q2同号相斥，异号相吸.
q1 er
r
q2
5
一 静电场
电荷
电场
电荷
场 实物
物质
静电场: 静止电荷周围存在的电场
6
二 电场强度
1 试验电荷 点电荷 电荷足够小
2 电场强度
E
F
q0
Q
场源电荷
试验电荷
er
E dE
1 er dq
4πε0 r 2
电荷体密度 dq ρdV
E
V
1 4πε0
ρer r2
dV
dq
+
r
dE P
11
电荷连续分布的电场
dE
1 4πε0
dq r2
er
E dE
1 er dq
4πε0 r 2
电荷面密度 dq σdS
E
S
1 4πε0
σer r2
dS
E E y r0
E E
1 4πε0 1
4πε0
)2 p rp3 y3
17
电场强度的计算
例8-6. 求一均匀带电直线在P点的电场。y
解：建立直角坐标系
dE
取线元 d x 带电 dq dx
P
x
dE 1 dx
4 0 r 2 将 dE 投影到坐标轴上
dEx
1
40
dx
r2
cos
Ex
1
（1）轴线延长线上一点的电场强度
E
1 4πε0
电路中的能量转化与守恒-PPT课件
三、闭合电路中的能量转化与守恒 [要点提炼] 1.电路中的能量关系为：IE＝UI＋I2r.
其中 IE 为电源的总功率，UI 为电源的输出功率，I2r 为内阻上消耗 的热功率.
2.若外电路是纯电阻电路，电路中的能量关系可写成 IE＝I2R＋I2r.
3.电源的效率 η＝UEII×100%＝UE×100%.
当电流最大时功率最大，此时应
有电路中电阻最小，即当 R＝0 时
R0 上消耗的功率最大：
Pm′
＝
E2 R0＋r2
R0
＝
32 1.5＋0.52
×1.5 W＝287 W.
1．(功率 P＝UI，P＝I2R，P＝UR2的区别)关于三个公式 P＝UI，P＝I2R，P＝UR2的
适用范围，以下说法正确的是
( BC )
4.(闭合电路的功率和效率)电源的效率η 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的 总功率之比，如图所示，直线A为电源a 的路端电压与电流的关系图线，直线B 为电源b的路端电压与电流的关系图线． 直线C为电阻R两端的电压与电流的关系 图线，将这个电阻R分别接到a、b两电
源上，那么 ( C )
A．R接到电源a上，电源的效率较低 B．R接到电源b上，电源的输出功率较大 C．R接到电源a上，电源的输出功率较大， 电源效率较高
例2
二、非纯电阻电路的计算 例 2 一台电风扇，内阻为 20 Ω，
接上 220 V 电压后，消耗的功率 为 66 W.求： (1)电风扇正常工作时通过风扇电 动机的电流强度； (2)电风扇正常工作时转化为机械 能的功率和内能的功率以及电动 机的效率； (3)若接上电源后，扇叶被卡住， 不能转动，则此时通过电动机的 电流是多大？电动机消耗的电功 率和发热功率各是多大？
4.4电路中的能量转化与守恒
(6) Pr ' =I 2r ' 20W
(7) Pr =I 2r 10W
(8)P总 EI 22310W 2230W
三、电源输出功率的讨论
1、输出功率讨论
2 EI I r P 出 =UI
P总 P r
若外电路是纯电阻，则有：
2 E E 2 2 ) R ( R r )2 P 出=UI =I R ( P出与R的关系如图所示。 Rr 4r 2 R E 由此可得 (1)当R=r ,电源的输出功率最大为Pm 4r
Pm 4r 4 4 W= 2.25W
(2)当 R2 0时通过R1的电流最大，R1消耗的功率最大
(3)可变电阻R2，当 R2 (R1 r ) 6时
E 2 6 2 P1m ( ) R1 ( ) 2W 2.0W R1 r 2+4
E2 62 功率最大 P2m W= 1.5W 4( R1 r ) 46
例7 直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I 变化的图线,抛物线OBC为同一 P/W C 直流电源内部热功率Pr随电流 9 A I 变化的图线,若A、B对应的 B 横坐标为2A,那么线段AB表示 的功率为 2 W, I=2A O 2 3 I/A 1 0.5 对应的外电阻是 Ω. 2 代入 P I 由图像可得：I短 =3A Prm 9W rm 短r得： r 1；
由 P源m EI短 得：E 3V
I 2 A 时输出功率：P PAB EI I 2r 2W P R 2 0.5 I
四、含非纯电阻电路 8．一直流电源给蓄电池充电如图所示，若蓄电池内 阻r，电压表读数U，电流表的读数为I，则输入蓄电 池的电功率为 UI ，蓄电池的发热功率为 I2r ，电能 2r ,UI-I 转化为化学能的功率为 ．
4.4 电路中的能量转化与守恒
二、电功与电热
在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能
转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做
加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的
动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为
内能．
探究：电流通过电热器产生的热量跟哪些
因素有关？ ①电阻R 猜想 ②电流I ③通电时间t 实验方法
5.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电 路．当调节滑动变阻器R并控制电动机使之停止转动时，
电流表和电压表的示数分别为 0.50 A 和2.0 V．重新调
节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示 数分别为2.0 A和24.0 V．则这台电动机正常运转时的输 出功率为（ A ） A．32 W B．44 W
实际电压下工作的功率是实际功率．
用电器只有在额定电压下工作时实际功率才等于额定功率
几种常见家用电器的额定功率 用电器 额定电压 （V ） 额定功率 （W ） 29寸彩电 220 120～150 电熨斗 220 300～800 电冰箱 220 100～150 微波炉 220 台灯 220
800～1200 25～60
联系。
集腋成裘，聚沙成塔。几秒钟虽然不长，却 能构成永恒长河中的伟大时代。
功率和发热功率是多少？
解析：（1）因为P入=IU 所以I=
P 66 = U 220
A=0.3 A
（2）电风扇正常工作时转化为内能的功率
P内=I2R=0.32×20 W=1.8 W
电风扇正常工作时转化为机械能的功率 P机=P入-P内=66 W-1.8 W=64.2 W 电风扇正常工作时的效率 η= 64.2×100%≈97.3%
I
【点评】电动机是非纯电阻用电器，但当电动机不转动时，
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科学竞赛辅导---电学中能量守恒
例题：1、小华组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接
入如图（a ）所示的电路中，已知电源电压U=3V ，并保持不变，
线圈电阻R=1．5Ω，接通电路后，电动机正常转动，电流表读
数I=0．8A ，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图（b ）
所示，摩擦不计，求：
（1）电动机正常转动1min 消耗的电能W 和线圈产生的热量Q ．
（2）电动机输出的机械功率P ． （3）电动机能量转换效率η．
2、高压输电线路长约600Km,每根高压输电线的电阻为160Ω,若用100kv 电压输电,输送的功率为1000kw,则每小时每根输电线损失的电能是( )
A ．1000kwh
B ．16kwh
C ．62500kwh
D ． 984kwh
学以致用
1、中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重．其中客观原因是电网陈旧老化，近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有（ ）
A ．提高输送功率
B ．应用超导材料做输电线
C ．提高高压输电的电压
D ．减小输电导线的横截面积
2、小明仔细观察家中的电视机、电风扇、白炽灯和节能灯四种电器，发现它们上面都标有" 220V 40W "的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生的热量最多的是( )
A.电视机
B.电风扇
C.白炽灯
D.节能灯
3、小华准备参加玩具赛车比赛，他运用图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机．设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A ；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A ．则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为（ ）
A ．91%
B ．70%
C ．30%
D ．9%
4、某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量为
50kg ，电源电压为1l0V ，不计电源电阻及各处摩擦。
当电动机转
动，使物体以0.9m ／s 的速度匀速上升时，电路中的电流大小为
5A 。
则电动机线圈的电阻大小为（g=10N ／kg ） （ ）
A 、22Ω
B 、11Ω
C 、16Ω
D 、4Ω
5、电动机和发电机在构造上差异不大。
一个玩具电动机，像图（a ）那样接上电源会转动；而像图（b ）那样，让其转动起来就可以发电，使小灯泡发光。
那么，下列说法 不正确的是（ ）
A ．图（a ）的能量变化：化学能 电能
机械能和内能
B ．图（b ）的能量变化：机械能 电能 内能和光能
C ．若相同时间内，图（a ）电池提供的电能与图（b ）灯泡消耗的电
能相等，则图（a ）获得的机械能将小于图（b ）消耗的机械能
D ．若相同时间内，图（a ）电池提供的电能与图（b ）灯泡消耗的电
能相等，则图（a ）获得的机械能将等于图（b ）消耗的机械能
6、在远距离输电时，一般采用高压输电，这样可以减少输电线路的
能量损失．若我市石门县火力发电厂发电机组的输出功率为
P 0，如果
采用电压U 输送，线路损耗功率为P ；如果将输送电压提高为原来的n 倍，则线路损耗功率为( )． A ．P/n B ．P/n 2 C ．P 0/n D ．P 0/n 2
7、如图是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：电动机的线圈电阻为1Ω，保护电阻R 为4Ω，当闭合开关S 后，两电压表的示数分别为6V 和2V ，则电路中的电流为 A ，电动机的功率为 W 。
8、如图是电动汽车动力系统示意图。
汽车行驶时，通过改变滑动变
阻器的阻值来调节电动机转速，从而改变行驶速度。
当汽车速度最大时，电压表的示数为180V ，电流表的示数为15A ，此时电动机消耗的
功率为 W 。
若电动机的内阻为0.4Ω，则电动机内阻的发热
功率为 W 。
9、手机、数码相机等电器中多使用可充电电池,电池上所标的"电压"
和"容量"是两个重要参数。
容量的单位通常为"毫安时"(符号mA-h)。
某种可充电电池所标的电压是1.2V,容量是1300mA-h,请估算这种电池可储存的电能 。
10、某航海模型中有一如图所示的配件，由电压恒定的电源和一个阻值恒定的电阻R l 串联组成，密封在一个盒子内，只露出两个接线柱A 、B 。
若将一电流表直接接在
A 、
B 上，电流表的示数为I 1=2.0A ；若将一只阻值为R 2=12Ω的电阻与
电流表串联后接在A 、B 两接线柱上，电流表的示数为I 2=0.5A 。
(1)求电源电压U 和电阻R l 的值。
(2)如果把一只内阻为r=4Ω的电动机和一电流表串联后接在A 、B 两接线柱上，电流表的示数为I=0.2A ，求电动机在t=lmin 时间内消耗的电能。
11、1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了一辆太阳能汽车，车上太阳能电池接收
板的面积是8m 2，它正对太阳时电池能够产生120V 的电压，并对车上电动机提供10A 的电流。
电动机线圈的直流电阻是4Ω，而太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为 1.0×103w/m 2.
求：该车的太阳能电池的效率是多少？电动机把电能转化为机械能的效率是多少？
（提示：电池的效率是指电池的输出功率与太阳能接收板接收的功率的比值。
电动机的效率是电能转化为机械能的功率与电池输出功率之比）
12、如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看．它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。
现
有一台电动机，当电动机两端加220V 电压时，通过电动机线圈的电
流为50A 。
问：
（1）每分钟该电动机消耗的电能是多少，
（2）已知电流通过导体时产生的热量Q=I 2Rt （其中I 、R 和t 分别表
示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电
阻是0.4Ω，则线圈每分钟产生的热量是多少?
（3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
9、太阳能是21世纪重点发展的能源之一。
太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车。
一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接受太阳能的面板的有效面积为S=8 m2，太阳光照射到电池板每1m2面积上辐射功率为P0=1KW，在晴朗的天气，电池对着太阳时产生的电压为U=120V，并对车上的电动机提供I=10A 的电流，试问：
（1）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？
（2）如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为150N，则汽车的行驶速度是多大？
一个实验用的电动机与电流表串联后接在6V的直流稳压电源上，闭合开关后电动机并没转动，这时电流表的读数为5A，检查发现电动机轴上的齿轮被卡住了，排除故障后，让电动机带动轻负载转动，这时电流表的读数为lA，由此可以算出，此时电机的机械功率
是 w。
一个实验用的电动机与电流表串联后接在6伏直流稳压电源上。
闭合开关后电动机并没转动，这时电流表的读数为5安，检查发现电动机轴上的齿轮被卡住了。
排除故障后，让电动机带动轻负载转动，这时电流表的读数为1安，由此可以算出，此时电能做机械功的功率为_______瓦。