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1、费第十二章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化学习目标要求核心素养和关键能力1 .理解电功、电功率和热功率的概念。2 .掌握焦耳定律的内容。3 .能够运用能量守恒定律分析电路的能量转化情况。4 .知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别。1 .物理观念能够区别电功和电热、电功率和热功率。2 .关键能力运用能量观点分析电路问题。,教材知识梳理阅读教材，梳理基本概念和规律一一、电功和电功率.电功定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压。、电路中的电流L和通电时间t三者的乘积。公式：W=IUt单位：恁县,符号为Jo常用的单位：千瓦时(kwh),也称“度1 kW-h = 3.6X1 o6 Jo
2、.电功率定义：单位时间内电流所做的功。W公式：p = -=uio6单位：瓦特，符号为woA.两灯正常发光时，Ia 1bB.两灯电阻Ra PbD.将两灯并联后接入电路中，灯的功率Pa，Pb，解析由尸=。/,可得两灯功率相等，且所以电流故A错误； U2由P=半可得两灯功率相等，且所以电阻心心，故B错误；将 K两灯串联后接入电路中时，电路中电流相等，又因为电阻网治，由P=PR,得两灯的功率关系Pa Pb,故C正确；将两灯并联后接入电路中时，两灯的电压相等，又因为电阻 U2RaRb,由。=方，得两灯的功率关系PaVPK 故D错误。K答案c3.（非纯电阻电路电功和电热的分析）如下图定值电阻R和内阻为厂的
3、电动机M串联接到电路中，接通开关后，电动机正常工作，设电阻R和电动机M两端的电 压分别为Ui和lh，经过时间t,电流通过电阻R做功Wi ,产生热量,电流流 过电动机做功W2 ,产生热量Q ,那么有（）A Ui U2R_ rc。=耳，Q2 = t解析 设开关接通后，电路中电流为/。对于电阻凡 由欧姆定律得Ui=/R,有/y,对于电动机，有仇,联立得生甘，故A错误，B正确；根据焦耳定律得。=放=* Qz=Prt串 故C错误；电流通过电阻R做功W尸Qi=I2Rt=-t,电流流过电动机做功卬2=。2号/,故D错误。答案B课时定时训练（限时30分钟）对点题组练题组一电功和电热1 .把家用电炉的电热丝剪去
4、一小段后，继续使用，那么在同样的时间内（）A.由。二尸放可知，电炉的发热量减小B.由可知，电炉的发热量不变Jj2C.由。二景可知，电炉的发热量增大D.无法确定解析 将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的U2电压U不变，因此由公式。=万可知，在相同时间看内，电炉的发热量Q K增大，选项C正确。答案c2.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，假设要产生相等的热量，那么两种方法所需的时间之比/串：/并为（）A.1 : 1B.2 : 1C.4 : 1D.1 : 4解析 设每根电热丝电阻为Ro,那么R串=2Ro, R并=。由Q= W= r t得/串：，并=4 ：
5、 lo答案C3.（2020涟水县一中高二月考）关于电功率的以下说法中，正确的选项是（）A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B.用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C.白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率D.电功率越小，那么电流做功越少解析 用电器在额定电压下的电功率叫额定功率；额定功率是由用电器本身决定 的，与实际电压、电流都无关，故A错误；用电器的实际功率取决于用电器 的实际电压和实际电流，故B错误；白炽灯正常工作时，实际功率等于额定 功率，故C正确；电流做功的多少与用电器的电功率、用电器工作的时间都 有关，用电器的电功率小做的功不一定少，还要看时间，故D错误。答案C题组
6、二纯电阻电路电功和电热的分析4 .随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多。以下电器中主要利用电流的热效应工作的是（）A.电风扇B.电视机C.洗衣机D.电饭煲解析 电风扇和洗衣机将电能转化为动能和少量的热能，故A、C不符合题意； 电视机主要将电能转化为光能，C不符合题意；电饭煲主要将电能转化为热 能，D符合题意。答案D.（2020河北高阳中学高二期中）标有“6 V 6 W”和“6 V 3 W”的灯泡Li和L2串联接在某电源上，设灯丝电阻不变，贝）A.通过灯Li、L2的电流之比为2 : 1B.灯Li、L2的实际功率之比为2 : 1C.电源电压为12 V时，灯Li、L2均正常发光D
7、.电源电压为9 V时，灯L2正常发光解析两灯泡串联在某电源上时，通过两灯泡的电流相等，故A错误；根据：PU2 /口 F箱， E C 5(6V) 2 八 Ui (6V) 2=不, 可付两灯泡的电阻分别为 R =R= $ w =6Q, R2=j= 3 w=12 Q,根据欧姆定律可知 Pi ： P2=FRi ： I2R2=R ： R2=6Q ： 12Q=1 ： 2,U 12 V 2所以B错误；电源电压为12 V时电路中电流力=万匕=w门：制c=W“1 十& o Ll- 12 12 32灯Li电压UJ=/iRi=1 Ax6 Q=4 VS,灯会被烧毁，故C错误；电源电压为9V时，电路中U 9 V电流 /
8、1=D =/c=0-5 A,灯 L2 电压。2=/2太2=0.5 AX12。=6尺十尺2 6十12 2V,正常发光，故D正确。答案D6.将两个定值电阻Ri、&并联在电压为U的电源两端，Ri消耗的功率为P , &消耗的功率为3Pi ,当把它们串联在电压为4U的电源两端时，以下说法正确的选项是()A.Ri两端的电压为UB.&消耗的功率变小C.通过&的电流变小D.两个电阻消耗的总功率为12a解析 留神、&并联在电压为。的电源两端时，两电阻两端的电压均为U,根据P=IU,功率之比等于电流之比，根据并联电路电流和电阻的关系，可知RiATJ=3&；当把它们串联在电压为4U的电源两端时，电路中的电流/=2丁
9、;.3K2 十&事 故通过R2的电流不变，电压不变，所以后的电功率不变，仍为3P1,A2故B、C错误；Ri两端的电压Ui=/Ri=Sx3R2 = 3U,故A错误；两个电阻A2消耗的总功率尸=U7=4Uq=12Pi,故D正确。答案D题组三 非纯电阻电路电功和电热的分析7 .（2020浙江温州中学高一期中）如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等 效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压输出 电流/可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r ,那么时间/内（）A.充电宝输出的电功率为UI+I2r8 .充电宝产生的热功率为3c.手机电池产生的焦耳热为，D.手机电池储存的化学能为
10、Ult - I2rt解析充电宝的输出电压。、输出电流/,所以充电宝输出的电功率为P=U/, A 错误；手机电池充电电流为/,所以手机电池产生的热功率为Pr = %,而充 电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解， B、C错误；输出的电能一局部转化为手机的化学能，一局部转化为电池的热 能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为WUIt-I2rt, D正 确。答案D.（多项选择）一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同电流并且均正常工作时，在相同时间内（）A.电炉放出的热量等于电动机放出的热量B.电炉放出的热量大于电动机放出的热量c .电炉两端电压等于
11、电动机两端电压D.电炉两端电压小于电动机两端电压解析 电炉电路和电动机电路焦耳定律都适用。根据焦耳定律。=产电炉和 电动机的电阻相同，电流相同，那么在相同的时间内电炉和电动机产生的电热 相等，故A正确，B错误；设电流为/,电阻为r,那么电炉两端电压。炉=斤, 电动机由。机/=产厂+尸机，U机,所以。机,。炉，即电动机两端电压大于 电炉两端电压，故D正确，C错误。答案AD综合提升练8 .新冠肺炎疫情期间，同学们都待在家里认真上网课。有一位同学突然想估算一下全校师生在家上直播课时消耗的总电能。他查阅了相关资料，信息如下表：学校师生总人数上课时间/节每大/节网络作业时间/h200030 min62使
12、用手机人数占比使用电脑人数占比手机的功率/W电脑的功率/W20%80%550仅考虑信息表中的用电器，试估算全校师生在家上直播课时一天消耗的总电能约为（）5 J8 J9 J9 J解析学生每天在线学习的时间Z=0.5x6 h+2 h=5 h=1.8xl04 s学生每天使用电脑的总功率Pi = 50x2 000x0.8 W=8x 1。4 w学生每天使用手机的总功率22=5x2000x0.2 W=2xl03 W学生每天学习使用手机和电脑需要消耗的电能为E= （Pl + P2）-t= 1.48X 109 J1.5xio9 JA、B、D错误，C正确。答案C.（多项选择）理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，
13、电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机线圈电阻为R ,它与电热丝电阻值R2串联后接到直流电源上，吹风机两端电压为U ,电流为I,消耗的功率为P ,那么有（）A.P= UIB.P = 72（/?i + /?2）C.P UID.P 产（吊 + Ri）解析电吹风机消耗的电功率尸是总的功率，总功率的大小应该是用/来计 算，所以总功率P=/U,故A正确，C错误；电吹风机中发热的功率要用於尺 来计算，所以总的发热功率为产（吊+及）,因为总功率一局部转化为机械功率, 一局部转化为热功率，那么吹风机的总功率要大于发热局部的功率，故B错误, D正确。答案AD.（多项选择）（2020盘
14、锦市二中高二期末）如下图电路中，输入电压。恒为12 V ,灯泡L上标有“6 V 12 W”字样，电动机线圈的电阻Rm = 0.5假设灯泡恰能正常发光，那么以下说法正确的选项是（）?住LURm）oA.灯泡正常发光时的电阻为3 QB.电动机的输入功率为10WC电动机线圈电阻的发热功率为2WD.整个电路消耗的电功率为12W解析 灯泡正常发光时的电阻为此=贷=1。=3。，故A正确；电动机两端的Pt I?电压=Ul=12V6V = 6V，整个电路中的电流/=讥=不A=2A,所以电动机的输入功率P=UJ=6x2W=12W,故B错误；电动机的热功率P热=/2Rm=4x0.5 W = 2 W,故C正确；整个电
15、路消耗的功率P总= U/=12x2W=24W,故D错误。答案AC12.（多项选择）（2020广西高二期末）国庆期间小明去逛超市，遇促销打折买了一个电吹风，电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图示电路图。以下说法正确 的是（）电吹风铭牌参数额定电压220 V50 Hz额定功率热风1 000 W冷风250 WO 220 V OA.该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 QB.该电吹风电动机M的内阻为193.6 QC当开关Si断开、S2闭合时，电吹风吹冷风D.当开关Si. S2均闭合时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 J解析 由表格可知发热电阻的功率Pr=PPm=1 000W250W = 7
16、50W,所以22（）2该电吹风发热电阻H的阻值宠=柴=号 Q-64.5Q,故A正确；电动机正R / DUU2常工作过程为非纯电阻，不能使用公式计算电动机内阻，故B错误；M由图可知当开关Si断开、S2闭合时，发热电阻断路，电动机工作，故吹冷风, 故C正确；当开关Si、S2均闭合时，电动机正常工作，功率仍然为250W, 故电动机每秒钟消耗的电能为W=Pz=250xl J=250J,故D错误。答案AC13 .小型直流电动机(其线圈内阻为r=1 Q)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联，再 与阻值为R = 5。的电阻串联，然后接至U= 12 V的电源上，如下图，小灯泡 恰好正常发光，电动机正常工作，
17、求：I I-L-RO U O通过电动机的电流；电动机的输出功率P出；电动机的效率。p 4解析(1)流经灯泡的电流/l=m=w a=ia. wr, , ,UUl 12-4流经电阻H的电流Ir= p A1.6 A KJ流经电动机的电流7=/?/l=0.6 Ao(2)电动机消耗的总功率P = Ud=4x0.6 W=2.4W电动机的热功率尸热=%=(0.6)2x1 w=0.36 W电动机的输出功率P 出=产一热= 2.4 W-0.36 W=2.04 WoP 中2 04(3)电动机的效率 7/ =-B7X 1 ()()% =77TX 1 ()()% = 85%o ，L I答案(l)0.6A (2)2.0
18、4 W (3)85%(4)意义：表示电流做功的快慢。想一想电吹风工作时，将电能转化为什么能？电风扇工作时，将电能转化为什么能？电 熨斗工作时，将电能转化为什么能？答案 电吹风和电风扇都有电动机，电能转化为内能和机械能，电熨斗将电能转 化为内能。二、 焦耳定律.焦耳定律内容：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：。二及。1 .热功率(1)定义：里位时间内的发热量称为热功率。表达式：P二区。物理意义：表示电流发热快慢的物理量。判一判以下说法是否正确？(1)电热。=产用可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。(J)(2)根据电功的公式和欧姆定
19、律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相 同的。(x)(3)。=尸改适用于任何电路求热量。(J)三 电路中的能量转化1 .焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况，这种只含有电阻的电路叫 作纯电阻电路。实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载，如电动机、正在 充电的电池，这种电路叫作非纯电阻电路。2 .根据能量的转化与守恒定律，电动机消耗的功率尸电二尸机+ P损。假设只考虑 线圈发热产生的能量损失，那么P损二P热。设电动机两端的电压为U ,通过电动机线圈的电流为I,线圈电阻为R ,那么P电二5, P热心。(2)对于正在充电的电池，P电二产化+ P热。判一判以下说法是否正确？电动机消耗
20、的电能，一局部转化为机械能，一局部转化为线圈内阻上的电热。(J)焦耳定律的表达式为。=放，此式适用于任何电路。(J)U2三个公式P=U1、P=?R、尸=云没有任何区别，它们表达相同的意义，所以 三式中P都是电功率。(X),知识方法探究培养核心素券，提升关键能力一探究1电功和电热1 .电功和电功率w=。是电功的计算式，p= U/是电功率的计算式，适用于任何电路。2 .电热和热功率。= fRt是电热的计算式 八二形 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生 的电热和热功率。3 .串 并联电路的功率分配关系串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即肾选二系二匕并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成
21、反比，即P风=P2& =.= PnRn =无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和。4 .额定功率和实际功率用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率。当用电器两端电压到达额定电压U额时，电流到达额定电流I额,电功率也到达额定功率P额，且P额=。额/额。用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧 毁，要求实际功率不能大于其额定功率。【例1（多项选择）（2020宣威市九中高二期中）通过电阻丝的电流是/=100 mA ,电阻丝的电阻是R=100Q ,通电时间是U 10 s ,那么（）A.电阻丝两端电压是10 VB.通过其某一横截面的电子数
22、是L6X10I8个C.电流做的功是100 JD.产生的热量是10 J解析 由欧姆定律可知U=/R= 100x10-3x100 v= 10 V, A正确；由/=/,那么可 得通电时间为10 s时，通过某一截面的电荷量为乡=100x10-3x10 c=l C, 一个电子的电荷量e=1.6xl（）-i9 c,那么通电时间为10 s时，通过其某一横截 面的电子数是几=久二-19个= 6.25x1S8个，b错误；因为电阻丝是纯电阻, 1.6 X 1（）所以电流做的功全部转化为内能，那么有I2Rt=（100x10-3）2x 100x10 J=10 J, C错误，D正确。答案AD【针对训练1】关于电功W和电
23、热Q的说法正确的选项是（）A.在任何电路中都有W=Ult、Q 二?放，但叩二。B.在任何电路中都有W二Ult、Q = I2Rt，但W不一定等于QC.W= Ult、Q = I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.W=U在任何电路中都成立，Q 二尸放只在纯电阻电路中才成立解析是电功的定义式，适用于任何电路，。=尸放是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，那么W=Q,在非纯电阻电路中WQ, B正确，A、C、D错误。答案B探究2纯电阻电路电功和电热的分析1 .纯电阻电路与非纯电阻电路纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为
24、非纯电阻电路。在非纯电阻 电路中，电流做功将电能除了局部转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其 他形式的能。例如电动机P总二P出+ P热。2 .纯电阻电路和非纯电阻电路的比拟W = U、P电二UI适用于任何电路计算电功和电功率纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况L电功和电热的关系。即 lUt = I2RtW=。+ E其他UIt = I2Rt + E 其他电功率和热功率的关系尸二P热即 /U=/2rP=P热+ P其他即/U=/2R + p其他欧姆定律是否成立U -U=IR=不，成AZU IR , IQ ,尸电尸热【例2】（2020福建龙岩一中高二期末
25、）以下关于电功、电功率和焦耳定律的说法 中正确的选项是（）A.电流做功越快，电功率越大，电路中产生的焦耳热一定越多B.在非纯电阻电路中，UII2RC.电功W=。只在纯电阻电路中适用D.电热Q = PRt只在纯电阻电路中适用解析电流做功越快，电功率越大；但是电路中产生的焦耳热不一定多，一个是 没有说明时间，另一个没有说明电路是不是纯电阻电路，故A错误；在非纯 电阻电路中消耗的电能一方面转化为内能，一方面转化为其他形式的能，即 有卬电=卬其他+Q其中 W电=U，Q=I1Rt所以有W电即有 UItI2Rt所以UII2R,故B正确；电功公式W=U是对一切电路都适用，故C错误；电热公式。=产放适用于一
26、切电路，故D错误。答案B【针对训练21额定电压都是110 V ,额定功率Pa= 100 W , Pb = 40 W的电灯两盏，假设接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（）A B思路点拨 两电灯均正常发光时，其电压必为额定电压。滑动变阻器消耗的功率最小时电路总功率就最小。TJ2解析对灯泡有2=/=万，可知RaVRb,对于A电路，由于RaVRb,所以UbKUa,那么有Ub110V, B灯被烧毁，A错误；对于B电路，由于RbRa, A灯又并联变阻器，并联电阻更小于族，所以UbU并，B灯被烧毁，B错 误；对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于Ra,所以可
27、能Ua=Ub = 110V,两灯可以正常发光。对于D电路，假设变阻器的有效电阻等于A、B的 并联电阻，那么Ua=Ub=U0 V,两灯可以正常发光。比拟C、D两个电路， 由于C电路中变阻器功率为(/a/B)X11O V,而D电路中变阻器功率为(/a + /b)x110V,所以C电路消耗电功率最小。答案c探究3非纯电阻电路电功和电热的分析例3 (2020北京顺义区一中高二月考)一台直流电动机，其线圈的电阻值为 0.5 Q。当电动机两端所加电压为8 V时，电动机正常工作，通过线圈的电流是2 Ao由此可知()A.电动机消耗的电功率为72 WB.电动机输出的机械功率为12WC.电动机线圈的发热功率为2
28、WD.电动机的工作效率为50%解析 电动机消耗的电功率P=U/=16W,故A错误；电动机线圈的发热功率产 热=/2r=2 W,故C正确；电动机输出的机械功率夕出=。-P热=14 W,故x 100% = 87.5%,故 D 错误。B错误；电动机的工作效率=P出 P 答案c【例4】（2020山东济南中学高一期中）扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭 借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。假设机器人电动机线圈电阻 为r ,当它正常工作时，电动机两端所加的电压为U ,通过的电流为I,以下说法 正确的选项是（）A.尽 rB.经过时间t ,电动机消耗的电能W=I2rtC.经过时间，电动机产生的热
29、量Q = UltD.经过时间，电动机输出的机械功W= Ult解析 经过时间K电动机消耗的电能故B错误；电动机产生的热量。 =I2rt,故C错误；电动机输出的机械功W出=。一/2已 故D错误；根据 QW,得吟故A正确。答案A【针对训练3】（2020攀枝花市十五中高二月考）某电动机提升重物的装置如图所 示，电源的电压为120 V ,不计内阻。重物的质量m = 50 kgo当电机以v = 0.9 m/s 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度/= 5 A ,重力加速度g = 10 m/s2 , 那么以下判断不正确的选项是（）电动机A.电动机消耗功率600 WB .电动机的机械功率450 WC .
30、电动机线圈电阻为6 QD.电动机线圈电阻为24 Q解析 电动机消耗功率尸=U/=600 W,选项A正确，不符合题意；电动机的机 械功率机=加go=450W,选项B正确，不符合题意；对电动机PP机=於厂, 解得电动机线圈电阻为r=6Q,选项C正确，不符合题意，选项D错误，符 合题意。答案D,随堂对点自测限时自测，逐点突破.1 .（电功和电热）（多项选择）关于四个公式:P=UI ；P = FR ；P# ；P罟, 以下表达正确的选项是（）A.公式适用于任何电路的电功率的计算B .公式适用于任何电路的热功率的计算C.公式适用于任何电路电功率的计算D.以上均不正确WTJ2解析P=UI,适用于任何电路的电功率的计算，而P=/2r、2=十只适用IK于纯电阻电路的电功率的计算，A正确，C错误；尸=产尺适用于任何电路的U2热功率的计算，尸=、P=，只适用于纯电阻电路的热功率的计算，B正确。答案AB.（纯电阻电路电功和电热的分析）（2020浙江咸祥中学高二期中）能源问题是当今 社会重要的一个难题。关于节约能源已经深入到我们的家庭生活中。现有两盏节 能灯A和3 ,其额定功率相同，额定电压A灯大于B灯，贝也 ）