2020_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律核心考点突破含解析新人教版必修3.doc
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)。
高中物理必修三第十二章电能能量守恒定律重点归纳笔记(带答案)
高中物理必修三第十二章电能能量守恒定律重点归纳笔记单选题1、假设港珠澳大桥的照明电路可简化为如图所示电路，其中太阳能电池供电系统可等效为电动势为E、内阻为r的电源，电阻R1、R2分别视为隧道灯和桥梁路灯，已知r小于R1和R2，则下列说法正确的是（）A．夜间，电流表示数为ER1+R2+rB．夜间，开关S闭合，电路中电流表、电压表示数均变小C．夜间，由于用电器的增多，则太阳能电池供电系统损失的电功率增大D．若电流表示数为I，则太阳能电池供电系统输出电功率为EI答案：CA．夜间，桥梁需要照明，开关S闭合，电阻R1、R2并联，根据闭合电路欧姆定律，电流表示数I=ER1R2R1+R2+r故A错误；B．夜间，开关S闭合，总电阻减小，干路电流增大，电路中电流表示数变大，故B错误；C．根据能量守恒定律可知，夜间，由于用电器的增多，电流变大，则太阳能电池供电系统损失的电功率增大，故C正确；D．当电流表示数为I，则太阳能电池供电系统总功率为EI，输出功率为P出=EI−I2r故D错误；故选C。
2、我国新一代高速列车牵引功率达9000kW，持续运行速度为350km/h，则新一代高速列车沿全长约1300km的京沪线从北京到上海，在动力上耗电约为（ ）A ．3.3×104kW·hB ．3.1×106kW·hC ．1.8×104kW·hD ．3.3×105kW·h答案：A由题可知，列车从北京到上海的时间为t =s v =1300350h =267h 在动力上消耗电能为W =Pt =9000kW ×267h ≈3.3×104kW ⋅h 故选A 。
3、用如图甲所示的电路来测量电池电动势和内阻，根据测得的数据作出了如图乙所示的U -I 图线，由图可知（ ）A ．电池电动势的测量值是0.40VB ．电池内阻的测量值是3.50ΩC ．外电路发生短路时的电流为0.40AD ．电压表的示数为1.20V 时电流表的示数I′=0.20A答案：DA ．由题图乙可知，U －I 图线纵坐标截距为电源的电动势，E ＝1.40V ，A 错误；B ．U －I 图线的斜率绝对值表示电源内阻r =|ΔU ΔI |=1.40-1.000.4Ω=1.00Ω B 错误；C ．外电路发生短路时的电流为I=Er=1.40AC错误；D．当电压表示数为U＝1.20 V时I′=E-Ur=1.40-1.201.00=0.20AD正确。
2020-2021学年高中物理 第十二章 电能 能量守恒定律 核心考点突破新人教版必修3
2020-2021学年高中物理第十二章电能能量守恒定律核心考点突破新人教版必修3年级：姓名：第十二章电能能量守恒定律一、纯电阻电路与非纯电阻电路【典例】规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;(2)如果接上220 V的电压后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
【解析】(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为:I== A≈0.16 A,发热功率为:P热=I2R=0.162×40 W≈1 W。
转化为机械能的功率为:P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I′== A=5.5 A,电动机消耗的功率即发热功率:P′=P热′=UI′=220×5.5 W=1 210 W。
答案:(1)35 W 1 W (2)都为1 210 W【方法技巧】纯电阻电路与非纯电阻电路问题的求解思路(1)当电动机不转动时,消耗的电能全部转化为内能,此时是一个纯电阻元件。
当电动机转动时,消耗的电能转化为机械能和内能,此时是非纯电阻元件。
(2)求解非纯电阻电路问题时,注意区分电功率和热功率,弄清电功率、热功率、其他功率的关系。
【素养训练】某同学用如图所示的电路进行对电动机M的输出功率的研究,其实验步骤:闭合开关后,调节滑动变阻器,电动机未转动时,电压表的读数为U1,电流表的读数为I1;再调节滑动变阻器,电动机转动后电压表的读数为U2,电流表的读数为I2。
则此时电动机输出的机械功率为( )A.U2I2-B.C.U2I2-U1I1D.U2I2【解析】选A。
闭合开关后,电动机未转动时,电动机的内阻R=;电动机转动后,电动机的电功率P电=U2I2,发热功率P热=R,则电动机的输出功率P出=P电-P热=U2I2-,故A正确。
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
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。
高中物理必修三第十二章电能能量守恒定律知识点总结归纳(带答案)
高中物理必修三第十二章电能能量守恒定律知识点总结归纳单选题1、某一电源的电动势为E，内阻为r，外电路（纯电阻电路）的电阻为R，此电路（）A．短路电流为ER B．短路电流为ErC．正常工作时的电流为Er D．正常工作时的电流为ER答案：BAB．短路是指外电路电阻为零，则短路电流为I 短= E r选项A错误，B正确；CD．根据闭合电路的欧姆定律，知此电路正常工作时的电流为I=E R+r选项C、D错误。
故选B。
2、某同学将一直流电源的总功率P E、电源内部的发热功率P r和输出功率P R随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。
以下判断不正确的是（）A．在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标一定满足关系P A=P B+P C B．b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1:2，纵坐标之比一定为1:4C．电源的最大输出功率P m=9WD．电源的电动势E=3V，内阻r=1Ω答案：CA．在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，因为直流电源的总功率P E等于输出功率P R和电源内部的发热功率P r之和，所以这三点的纵坐标一定满足关系P A=P B+P C故A正确；B．当内电阻和外电阻相等时，电源的输出功率最大，此时电路中的电流即为b、c图线的交点处的电流，此时电流的大小为E R+r =E 2r功率的大小为E 24r，a、b图线的交点表示电源的总功率P E和电源内部的发热功率P r相等，此时电路中只有电源的内阻，此时电流的大小为Er ，功率的大小为E2r，所以两个交点的横坐标之比为1:2，纵坐标之比为1:4，故B正确；C．图线c表示电源的输出功率与电流的关系图像，由图可知最大输出功率小于3 W，故C错误；D．当I=3A时，P R=0，说明外电路短路，根据P E=EI知电源的电动势E=3V内阻r=EI=1Ω故D正确。
本题选不正确项，故选C。
新教材-人教版高中物理必修第三册-第12章-电能-能量守恒定律-知识点考点重点难点提炼汇总
第12章电能能量守恒定律1.电路中的能量转化 (1)2.闭合电路的欧姆定律 (5)3.实验：电池电动势和内阻的测量 (11)4.能源与可持续发展 (17)1.电路中的能量转化一、电功和电功率1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。
2．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电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积。
(2)公式：W＝UIt。
(3)单位：国际单位是焦耳，符号是J。
3．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。
(2)公式：P＝Wt＝UI。
(3)单位：国际单位是瓦特，符号是W。
二、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：Q＝I2Rt。
3．热功率三、电路中的能量转化1．电动机工作时的能量转化(1)能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。
(2)功率关系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即：P电＝P机＋P损，P电＝UI，P损＝I2R。
2．电池充电时的能量转化电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。
考点1：串、并联电路中电功率的计算1．串联电路功率关系(1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。
(2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋U n)I＝P1＋P2＋…＋P n。
2．并联电路功率关系(1)各支路电压相同，根据P＝U2R，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。
(2)总功率P总＝UI＝U(I1＋I2＋…＋I n)＝P1＋P2＋…＋P n。
3．结论无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。
【例1】有额定电压都是110 V，额定功率P A＝100 W，P B＝40 W 的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是( )A B C D思路点拨：(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。
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
新教材人教版高中物理必修第三册 第十二章电能 能量守恒定律 知识点考点总结及配套练习 含解析
第十二章电能能量守恒定律1、电阻的测量一电功和电功率1.电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功,静电力对电荷做功的过程,就是电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。
2.电功的计算公式:W=UIt=Pt3.电功的单位:在国际单位制中电功的单位是焦耳,常用的单位是度,1度=1千瓦时=3.6×106焦耳。
4.额定功率和实际功率:额定功率:用电器在额定电压下工作的功率。
实际功率:用电器在实际电压下工作的功率。
【思考·讨论】千瓦时是电功的单位还是电功率的单位?电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功? (物理观念)提示:在公式W=Pt中如果电功率的单位是千瓦,时间的单位是小时,则电功的单位是千瓦时,电能表是测量电路中消耗电能的仪器,是计量电路中消耗的电功。
【典例示范】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R A∶R B∶R C为( )A.1∶1∶1B.1∶2∶2C.2∶1∶1D.1∶4∶4【解题探究】(1)A、B、C三个灯泡是怎样连接的?提示:B、C两个灯泡并联后与灯泡A串联。
(2)通过A、B、C三个灯泡的电流有什么关系?提示:B、C两个灯泡并联,两端的电压相同,即U B=U C,根据题意可知灯泡的实际功率相同,则B、C两灯泡的电阻相同,则通过A的电流是通过B或C电流的2倍,即I A=2I B=2I C。
(3)实际功率的计算公式有哪些?提示:例题中A、B、C三个灯泡为电阻元件,根据P=UI,结合I=可得P=和P=I2R。
【解析】选D。
B、C两个灯泡并联,U B=U C,B、C两个灯泡消耗的实际功率相同,则由P= ,得R B=R C,I A=2I B=2I C,则由P=I2R,得R A∶R B∶R C=1∶4∶4,故选D。
【规律方法】电功率与电阻的关系(1)在串联电路中电流处处相同,由P=I2R可知,电功率与电阻成正比。
(2)在并联电路中电路两端的电压相同,由P=可知电功率与电阻成反比。
2020_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律2闭合电路的欧姆定律课堂达标含解析新人教
闭合电路的欧姆定律1.(多选)在新冠肺炎疫情出现后,全国上下纷纷参与到了这场没有硝烟的“战争”中。
某厂家生产的医用监护仪紧急发往疫区医院,其配套的电池如图所示,某同学根据电池上的标识,所做判断正确的是( )A.电源接入电路时两极间的电压为12 VB.电源没有接入电路时两极间的电压为12 VC.该电池充电一次可以提供的最大电能为2.76×104 JD.该电池充电一次可以提供的最大电能为9.936×104 J【解析】选B、D。
该电池的电动势为12 V,即电源没有接入电路时两极间的电压为12 V,选项A错误,选项B正确;该电池充电一次可以提供的最大电能为E电=EIt=12 V×2.3 A·h=12 V×2.3 A×3 600 s= 9.936×104 J,选项C错误、D正确。
2.有两个相同的电阻,阻值为R,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I;若将这两个电阻并联,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是( )A.RB.C.4RD.【解析】选C。
由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时:I= ,两电阻并联时:I=·,解得,r=4R。
【补偿训练】如图所示电路,当R2的滑片向右移动时,各表读数的变化情况是( )A.A1、A2读数均变大,V1、V2读数均变小B.A1读数变大,A2读数变小,V1读数变大,V2读数变小C.A1读数变大,A2读数变小,V1读数变小,V2读数变大D.A1、A2读数均变小,V1、V2读数均变大【解析】选C。
方法Ⅰ,程序法:当R2的滑片向右移动时,变阻器有效电阻减小,则总电阻减小,总电流增大,故A1读数变大;V2测R3两端电压,因为电流增大,所以R3两端电压也增大,即V2读数变大;电流增大,会使内电压增大,所以路端电压减小,即V1读数变小;路端电压减小,而V2增大,则R1和R2的并联电压减小,故通过R1的电流减小,即A2读数变小,所以选项C正确。
新教材高中物理第12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
【思维脉络】
课前预习反馈
知识点 1 电功和电功率 1．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___对自由电荷的静电力在
做功。
3．静电力的功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压 U、电路中的电流I、通电时间t三者的_乘__积____。即W＝__U__It__。
(A )
A．U1＜U2，Q1＝Q2
B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1＞Q2
D．W1＜W2，Q1＜Q2
错解：B或C或D 错 因 分 析 ： 错 解 B ： 不 清 楚 在 非 纯 电 阻 电 路 中 公 式 U ＝ IR 不 再 成 立，错选B项；错解C：由W＝IUt判断出W1＝W2，考虑到电动机有机械 能输出，由能量的转化与守恒判断得Q1＞Q2，误认为C正确；错解D： 正确判断出U1＜U2后，由W＝IUt得W1＜W2，由Q＝IUt，得Q1＜Q2，错 选D项。 正确解答：电动机正常工作时其电路是非纯电阻电路，其两端电压 U2＞IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此W1＜W2， C错误；产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2，A正确，D错误。
课内互动探究
探究 一
串、并联电路中电功率的分析与计算
情景导入
用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生 大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原 因？
提示：通电导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它 们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电 阻要大得多。由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导 线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。
3．结论 无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗 的功率之和。
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课件新人教版必修
纯电阻电路和非纯电阻电路
1．在什么电路中电能全部转化为内能？ 【答案】在纯电阻电路中，导体发热，电能全部转化为内能．
2．设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I， 试以此为模型探究焦耳定律的表达式．
【 答 案 】 由 欧 姆 定 律 U ＝ IR ， 在 t 时 间 内 电 流 做 的 功 为 W ＝ IUt ＝ I2Rt．电路为纯电阻电路，W＝Q，即Q＝I2Rt，此式为焦耳定律的表达 式．
2．电功的单位有时用千瓦时，说明其物理含义，并计算1千瓦时等 于多少焦．
【答案】1千瓦时表示功率为1千瓦的用电器在1小时内所消耗的电 能．
1千瓦时＝1 000 W×3 600 s＝3.6×106 J．
探究总结 1．串联电路中功率关系 (1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻 成正比． (2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn．
【答案】度是电功的单位．1度＝1 kW·h＝3.6×106 J．
把六个相同的小灯泡连接成如图甲、乙所示的电路，调节变 阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P甲和P乙表 示，则下列结论中正确的是( )
A．P甲＝P乙 C．P乙＝3P甲
B．P甲＝3P乙 D．P乙>3P甲
【答案】B
【解析】设每个灯泡正常工作时的电流为I，则甲图中电路的总电 流为3I，P甲＝12 V×3I，乙图中电路的总电流为I，P乙＝12 V×I，故有 P甲＝3P乙，B正确．
A
B
C
D
【答案】C
【解析】若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电 路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电 路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，RA可能等于B灯与变阻器并联 后的电阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，两灯可能正常发光，且电 路消耗总功率为200 W；对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总 电阻，有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯正常发光，且电路中消耗总功率为 280 W．综上可知，C正确．
高中物理第十二章电能能量守恒定律知识点总结(超全)(带答案)
高中物理第十二章电能能量守恒定律知识点总结(超全)单选题1、2019年1月11日1时11分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功将“中星2D”卫星发射升空，升空后的卫星能量补给主要靠太阳能电池。
硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。
如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像，图线b是某纯电阻用电器的U－I图像。
则在该光照强度下，把该电池和该电器组成一个闭合电路时，该电池的（）A．内阻为6.5 ΩB．输出功率为12.5 WC．内耗功率为0.22 WD．效率为30.6%答案：CA．由图线a与纵轴的交点可知电池电动势为E＝3.6 V，根据两图线交点处的状态可知，该电池和该电器组成一个闭合电路时，电阻两端的电压为2.5 V，即路端电压为U＝2.5 V电路电流为I＝0.2 A内阻为r=E−UI=5.5Ω.A错误；B．该状态下电池输出功率为P=UI=0.5WB错误；C．内阻消耗的功率为P r=(E−U)I=0.22W C正确；D．效率为η=UE×100%=69.9%D错误。
故选C。
2、下面各种电器的工作原理中，主要利用电流的热效应的是（）A．电风扇B．微波炉C．电热水壶D．电视机答案：CABD．电风扇、微波炉、电视机全是非纯电阻用电器，电能没有全部转化成焦耳热，不是主要利用电流热效应工作的，ABD错误。
C．电热水壶是利用电流的热效应工作的，C正确。
故选C。
3、利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。
根据实验数据作出U-I图像如图所示，该电池的电动势，内阻分别为（）A．1.45V，1.30ΩB．1.45V，2.90ΩC．0.45V，2.8ΩD．0.5V 1.45Ω答案：A根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir 则该电池的电动势为图线的纵轴截距E=1.45V 内阻为图线的斜率绝对值r=ΔUΔI=1.45−0.800.50−0Ω=1.3Ω故选A。
高中物理第十二章电能能量守恒定律知识点总结全面整理(带答案)
高中物理第十二章电能能量守恒定律知识点总结全面整理单选题1、在如图所示的电路中，已知电源的电动势E＝6 V，内电阻r＝0.5 Ω，外电阻R＝2.5 Ω。
闭合开关S后，外电阻R两端的电压为（）A．5 VB．3 VC．2 VD．1 V答案：A根据闭合电路欧姆定律，闭合S后，电流=2 AI=ER+rR两端电压U＝IR＝5 V故选A。
2、某研究性学习小组用如图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。
电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。
按正确的器材连接好实验电路后，接通开关，改变滑动变阻器的阻值R，读出对应的电流表的示数I和电压表的示数U，并作记录。
某同学记录的实验数据，根据这些数据在图中画出了U-I图线。
根据图线得到被测电池的电动势E约为（）A．1.44 VB．1.5 VC．2 VD．2.5 V答案：A根据闭合回路的欧姆定律U=E−Ir知在U−I图像中，图线与纵轴的截距表示电源电动势，由图像可读出E=1.44V故BCD错误，A正确。
故选A。
3、关于能量和能源，下列说法正确的是（）A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源C．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了答案：DA．化石能源在燃烧时放出二氧化硫、二氧化碳等气体，会形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，水能是可再生资源，故A错误；BD．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了；例如，内燃机燃烧汽油把化学能转化为机械能，最终机械能又会转化为内能，而最终的内能人们很难再重新利用，所以我们说能量的品质下降了；所以在能源的利用过程中，有一些能源是不可再生的，所以需要节约能源，故B错误D正确。
C．根据能量守恒定律，能量是不能够被创造的，故C错误。
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
( ×)
(6)焦耳定律的表达式为Q=I2Rt,此式适用于任何电路。
( √)
关键能力·合作学习
知识点一 电功、电热与焦耳定律的理解
1.电功与电功率:
电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。静电力对 自由电荷做功的过程,就是电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。 (1)电功的计算公式:W=UIt=Pt。 (2)电功的单位:在国际单位制中电功的单位是焦耳,常用单位还有“度”,
压都是灯L3两端电压的一半。
(U)2 所以P1=P2= 2
＝U2
＝P3
＝ =120.5WW,
R 4R 4 4
则整个电路消耗的功率
P=P1+P2+P3=(2.5+2.5+10) W=15 W,故C项正确。阿
【规律方法】电功、电热问题的求解技巧 (1)判断电路中的用电器是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器。 (2)分析各用电器之间的连接方式,对纯电阻电路,计算时可以利用串联电路的 分压特点或并联电路的分流特点。
1度=1千瓦时=3.6×106焦耳。
(3)额定功率与实际功率: 额定功率:用电器在额定电压下工作的功率; 实际功率:用电器在实际电压下工作的功率。 为了用电器不被烧毁,实际功率不能大于额定功率。
2.焦耳定律:
(1)推导:设导体的电阻为R,通过的电流为I,由欧姆定律可知,导体两端的电压 U=IR,又因为Q=W=UIt,可得,Q=I2Rt。 (2)注意:焦耳定律是实验规律,这里的推导过程只是为了方便大家理解。 (3)在推导过程中用到Q=W,即电热等于电功,但其实在非纯电阻电路中,焦耳定 律依然成立。
二、焦耳定律和热功率 【情境思考】 不同型号的白炽灯泡串联在电路中,它们的发光亮度会有明显差异,影响这个 差异的主要参数是什么?该参数是如何影响灯泡亮度的? 提示:电阻。串联电路中电流相同,所以电阻越大灯泡越亮。
2020-2021学年新教材高中物理 第十二章 电能 能量守恒定律 4 能源与可持续发展学案 新
能源与可持续发展课程标准学业质量目标1.了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式,初步了解核裂变与核聚变。
2.知道不同形式的能量可互相转化,在转化过程中能量总量保持不变,能量转化是有方向性的。
3.了解可再生能源和不可再生能源的分类,认识能源的过度开发和利用对环境的影响。
4.认识环境污染的危害,了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性,具有环境保护的意识和行为。
合格性考试1.知道能量的多种形式;能区分可再生能源和不可再生能源;理解能量守恒定律。
2.通过对生活中能量转化的实例分析,理解能量守恒定律的确切含义。
3.能主动关心能源和可持续发展问题;能认识能源的过度开发和利用对环境的影响。
选择性考试1.知道能量转化是有方向性的。
2.通过大量的实例,总结能量在转移、转化过程中总量不变,并探究能量转化的方向性。
3.感知我们周围能源的耗散,树立节能意识。
必备知识·自主学习一、能量守恒定律1.能量的形式:机械能、内能、光能、电能、化学能和核能等。
2.能量的转化:做机械运动的物体具有动能和势能,相互之间可以转化;在电路中,电源将其他形式的能转化为电能,负载又将电能转化为内能、光能、机械能等。
3.能量守恒定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。
二、能量转移或转化的方向性如图是儿童玩滑梯的照片,儿童从滑梯的顶端滑到底端的过程中机械能转化为内能,儿童能从周围环境中吸收热量,自动地再从底端返回滑梯顶端吗?提示:不能,自然进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的。
1.能量转化的不可逆性:科学家对有关自然现象和经验事实进行大量研究后发现:一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
2.能量的耗散:(1)定义:电池中的化学能转化为电能,电能又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们很难把这些内能收集起来重新利用,这种现象叫作能量的耗散。
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第十二章电能能量守恒定律
一、纯电阻电路与非纯电阻电路
【典例】规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:
(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;
(2)如果接上220 V的电压后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
【解析】(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为:
I== A≈0.16 A,
发热功率为:P热=I2R=0.162×40 W≈1 W。
转化为机械能的功率为:
P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中
电流为I′== A=5.5 A,
电动机消耗的功率即发热功率:
P′=P热′=UI′=220×5.5 W=1 210 W。
答案:(1)35 W 1 W (2)都为1 210 W
【方法技巧】纯电阻电路与非纯电阻电路问题的求解思路
(1)当电动机不转动时,消耗的电能全部转化为内能,此时是一个纯电阻元件。
当电动机转动时,消耗的电能转化为机械能和内能,此时是非纯电阻元件。
(2)求解非纯电阻电路问题时,注意区分电功率和热功率,弄清电功率、热功率、其他功率的关系。
【素养训练】
某同学用如图所示的电路进行对电动机M的输出功率的研究,其实验步骤:闭合开关后,
调节滑动变阻器,电动机未转动时,电压表的读数为U1,电流表的读数为I1;再调节滑动
变阻器,电动机转动后电压表的读数为U2,电流表的读数为I2。
则此时电动机输出的机
械功率为( )
A.U2I2-
B.
C.U2I2-U1I1
D.U2I2
【解析】选A。
闭合开关后,电动机未转动时,电动机的内阻R=;电动机转动后,电动机的电功率P电=U2I2,发热功率P热=R,则电动机的输出功率P出=P电-P热=U2I2-,故A正确。
【补偿训练】
(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机的内阻R2=10 Ω。
当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,此时电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是( )
A.I=1.5 A
B.I<1.5 A
C.P=15 W
D.P<15 W
【解析】选B、D。
当开关断开时,根据U=IR算出电源电压为10 V,开关闭合后,电阻R1中的电流没变,电动机两端电压也为10 V。
此电压不可能全部在电动机的内阻上,故电动机中的电流不可能达到1 A,所以总电流小于1.5 A。
据P=UI可知,电路消耗的电功率P也小于15 W。
选项B、D正确。
二、闭合电路的欧姆定律的应用
【典例】如图所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V 和0.4 A;当S断开时,它们的示数分别改变了0.1 V和0.1 A,求电源的电动势。
【解析】当S闭合时,R1、R2并联接入电路,U1=1.6 V,I1=0.4 A,
由闭合电路欧姆定律得:
U1=E-I1r
当S断开时,只有R1接入电路,总电阻变大,总电流变小,故路端电压增大0.1 V,总电流减小0.1 A,U2=1.7 V,I2=0.3 A,由闭合电路欧姆定律得:
U2=E-I2r
联立解得:E=2 V,r=1 Ω
答案:2 V
【方法技巧】闭合电路的欧姆定律的应用技巧
(1)分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。
(2)求干路中的电流:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路的欧姆定律直接求出,也可以利用各支路的电流之和来求。
(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
【素养训练】
一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流为40 mA,若将该电池板与一阻值为
20 Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.10 V
B.0.20 V
C.0.30 V
D.0.40 V
【解析】选D。
电池板没有接入外电路时,开路电压值等于电源电动势,所以电动势E=800 mV。
由闭合电路的欧姆定律得短路电流I短=,所以电池板内阻r==Ω=20Ω,该电池板与20 Ω的电阻连成闭合电路时,电路中电流I== mA=20 mA,所以路端电压
U=IR=400 mV=0.40 V,D正确。
三、闭合电路的动态分析方法
【典例】(多选)如图所示,闭合开关S并调节滑动变阻器滑片P的位置,使A、B、C三灯亮度相同。
若继续将P向下移动,则三灯亮度变化情况为( )
A.A灯变亮
B.B灯变亮
C.B灯变暗
D.C灯变亮
【解析】选A、C、D。
将变阻器滑片P向下移动时,接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律得知,总电流I A增大,则A灯变亮。
并联部分的电压U并=E-I A(R A+r),E、R A、r不变,I A增大,U并减小,I B减小,B灯变暗。
通过C灯的电流I C=I A-I B,I A增大,I B减小,则I C 增大,C灯变亮。
综上可知,A、C、D正确。
【方法技巧】闭合电路的动态分析方法
(1)程序法:分清电路结构→局部电阻变化→总电阻变化→总电流变化→路端电压变化→各部分电压、电流变化(一般先分析电阻不变的支路)。
(2)运用结论“串反并同”时,电源内阻不可忽略。
四、闭合电路的功率计算
【典例】如图所示,已知电源的电动势E=10 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω,滑动变阻器的最大阻值R2=5 Ω。
求:
(1)当滑动变阻器的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?电阻R1消耗的最大功率是多少?
(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?电源输出的最大功率为多少?
(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?变阻器消耗的最大功率是多少?
【解析】(1)由P1=()2R1知,
当R2=0时,R1消耗功率最大。
P1m=()2R1=8 W
(2)当r=R外时电源输出功率最大,
此时由R1+R2′=r得R2′=1.5Ω
此时P出max=()2(R1+R2′)=12.5 W
(3)将R1等效为电源内阻,
此时新电源内阻r′=r+R1=2.5 Ω
故当滑动变阻器的阻值为R2″=2.5Ω时,
滑动变阻器消耗的功率最大。
P2m=()2R2″=10 W
答案:(1)0 8 W (2)1.5 Ω12.5 W (3)2.5 Ω10 W
【方法技巧】电源的输出功率的求解方法
当外电路为纯电阻电路时讨论如下:
(1)电源的输出功率
P出=I2R=R==
由此可知当R=r时,电源有最大输出功率
P出max=。
(2)P出与外电阻R的函数关系图像
由图像分析可得:当R<r时,R越大,P出越大;当R=r时,P出=为最大值;当R>r时,R越大,P出越小。