电路中的能量转化与守恒
能量转化和能量守恒知识点总结
能量转化和能量守恒知识点总结在物理学中，能量转化和能量守恒是两个基本概念。
能量转化指的是能量在不同形式或物体之间的相互转变，而能量守恒则是指在一个封闭系统内能量的总量保持不变。
本文将对这两个知识点进行总结。
一、能量转化能量转化是指能量从一种形式转变为另一种形式的过程。
能量有多种形式，主要包括动能、势能、热能、电能、化学能等。
以下是几种常见的能量转化过程：1. 动能转化：当物体具有速度时，它具有动能，当物体加速或减速时，动能的转化就会发生。
例如，一个运动的汽车具有大量的动能，当它刹车时，动能会转化为热能散发出去。
2. 势能转化：势能是指物体由于位置或状态而具有的能量。
当物体的位置或状态发生改变时，势能的转化就会发生。
例如，一个悬挂在天花板上的重物具有重力势能，当它被释放时，势能会转化为动能。
3. 热能转化：热能是物体内部微观粒子的热运动所带来的能量。
当物体与外界接触时，热能的转化就会发生。
例如，将温水放置在室温环境中，热能会逐渐转化为周围空气的热能，使温度逐渐降低。
4. 电能转化：电能是指电荷在电场中具有的能量。
当电荷通过电路流动时，电能的转化就会发生。
例如，电池中的化学能会转化为电能，然后通过电路供应电器设备。
二、能量守恒能量守恒原理是物理学中的重要定律，它指出在一个封闭系统内，能量的总量保持不变。
这意味着能量可以转化为不同的形式，但总能量不会增加或减少。
能量守恒可以由以下公式表示：能量转化前的总能量 = 能量转化后的总能量这个原理适用于各种能量转化情况，无论是机械能转化、热能转化还是其他形式的能量转化。
例如，在一个摆动的钟摆系统中，当钟摆摆动时，势能转化为动能，动能转化为势能，但总能量保持不变。
能量守恒原理在实际应用中具有广泛的意义。
在能源利用方面，我们需要合理利用各种能源，实现能量的高效转化；在机械设计中，我们需要考虑到能量转化的效率，避免能量的浪费。
总结：能量转化和能量守恒是物理学中的基本概念。
高中物理练习：电路中的能量转化与守恒
4.4 电路中的能量转化与守恒[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.3.知道闭合电路中的功率和相关物理量的关系.科学思维：1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系,并能进行有关的计算.2.了解公式Q ＝I 2Rt(P ＝I 2R)、Q ＝U 2t R (P ＝U 2R)的适用条件.3.通过有关实例,让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系.4.会计算闭合电路的功率,借助公式和图像,分析求解电源的最大输出功率.一、电功和电功率1.如图1所示,电路中电流为I,通电时间为t,那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少？如果电路左、右两端的电势差是U,在电荷q 从左端移到右端的过程中,静电力做的功是多少？图1答案 It IUt2.电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同,两者间有何关系？答案 不相同.电流做功快,但做功不一定多;电流做功慢,但做功不一定少.电流做功的快慢用电功率表示,电流做功的多少用电功表示.电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关. [要点总结]1.电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,即电功等于电路中电能的减少量.2.电功的实质：电流通过一段电路所做的功,实质是电场力在这段电路中所做的功.3.电功的计算公式：W ＝IUt. 单位：焦耳,符号为J.常用单位：千瓦时(kW·h),也称“度”,1kW·h＝3.6×106J. 4.电功率：单位时间内电流所做的功.它表示电流做功的快慢. 公式：P ＝Wt＝IU,单位：瓦特,符号为W.例1 额定电压都是110V 、额定功率P A ＝100W 、P B ＝40W 的灯泡两盏,若接在电压为220V 的电路上,使两盏灯泡均能正常发光,且消耗功率最小的电路是( )答案 C解析 判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有P ＝UI ＝U2R ,可知R A ＜R B .对于A 电路,由于R A ＜R B ,所以U B ＞U A ,且有U B ＞110V,B 灯被烧毁,U A ＜110V,A 灯不能正常发光.对于B 电路,由于R B ＞R A ,A 灯又并联滑动变阻器,并联电阻小于R B ,所以U B ＞U 并,B 灯被烧毁,A 灯不能正常发光.对于C 电路,B 灯与滑动变阻器的并联电阻可能等于R A ,所以可能U A ＝U B ＝110V,两灯可以正常发光. 对于D 电路,若滑动变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻,则U A ＝U B ＝110V,两灯可以正常发光. 比较C 、D 两个电路,由于C 电路中滑动变阻器功率为(I A －I B )×110V,而D 电路中滑动变阻器功率为(I A ＋I B )×110V,所以C 电路消耗电功率最小.1.串联、并联电阻的功率分配(1)串联电路：P 1P 2＝R 1R 2,P n P ＝R n R (由P ＝I 2R 可得),电阻越大,功率越大.(2)并联电路：P 1P 2＝R 2R 1,P n P ＝R R n (由P ＝U2R可得),电阻越大,功率越小.2.计算纯电阻电路的功率时,可以用P ＝UI,也可以用P ＝I 2R 或P ＝U2R.做题时要根据题目灵活选用.二、焦耳定律1.某一电路中只含有某一电器元件,即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种,分析哪些属于纯电阻电路,哪些属于非纯电阻电路.答案 纯电阻电路有：含白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅的电路;非纯电阻电路有：含电动机、电解槽、电容器的电路.2.在电流通过电炉时,能量是如何转化的？在电流通过电动机时,能量又是如何转化的？答案 在电炉电路中,电流做的功即消耗的电能全部转化为电热,即W ＝Q.在电动机电路中,电流做的功即消耗的电能除一部分转化为电热之外,大部分转化为机械能,即W ＝Q ＋E 其他,此时W>Q. [要点总结] 1.焦耳定律(1)电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比. (2)公式：Q ＝I 2Rt. 2.热功率(1)单位时间内电流通过导体发出的热叫做热功率. (2)表达式：P ＝Q t ＝I 2R.3.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的内能.(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中,电流做的功将电能除了转化为内能外,还转化为机械能或化学能. (3)纯电阻电路和非纯电阻电路的比较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电功和电热的关系W ＝Q 即IUt ＝I 2RtW ＝Q ＋E 其他 UIt ＝I 2Rt ＋E 其他 电功率和热功率的关系 P ＝P 热,即IU ＝I 2R P ＝P 热＋P 其他 即IU ＝I 2R ＋P 其他 欧姆定律是否成立U ＝IR,I ＝UR成立U ＞IR,I ＜UR不成立说明W ＝UIt 、P 电＝UI 适用于任何电路计算电功和电功率Q ＝I 2Rt 、P 热＝I 2R 适用于任何电路计算电热和热功率 只有纯电阻电路满足W ＝Q,P 电＝P 热;非纯电阻电路W>Q,P 电>P热[延伸思考] 小明家有电炉、日光灯、电视机、电脑、电吹风等用电器,小明查了所有用电器的电阻,它们电阻的总和为R,已知小明家所接电网电压为U,于是小明很快算出了他家用电器的总功率：P ＝U2R ,小明这种算法正确吗？答案 不正确,因为小明家有些用电器不是纯电阻用电器,在此P ＝U2R不适用.例2 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多B.W ＝UIt 适用于任何电路,而W ＝I 2Rt ＝U2Rt 只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,UI>I 2R D.焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路 答案 BCD解析 电功率公式P ＝W t ,表示电功率越大,电流做功越快.对于一段电路,有P ＝IU,I ＝P U ,焦耳热Q ＝(P U )2Rt,可见Q 与P 、U 、t 、R 都有关,所以P 越大,Q 不一定越大,A 错.W ＝UIt 是电功的定义式,适用于任何电路,而I ＝UR 只适用于纯电阻电路,B 对.在非纯电阻电路中,电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能,所以W>Q,故UI>I 2R,C 对. Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D 对.例3 (2018·九江一中月考)有一个直流电动机,把它接入0.2V 电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4A;把它接入2V 电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1A. (1)求这台电动机的内阻;(2)求电动机正常工作时的输出功率;(3)如在正常工作时,转子突然被卡住,此时电动机的发热功率为多大？ 答案 (1)0.5Ω (2)1.5W (3)8W解析 (1)电动机不转时电路为纯电阻电路,由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r ＝U 0I 0＝0.20.4Ω＝0.5Ω(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路,消耗的总功率P 总＝UI ＝2×1W ＝2W 线圈内阻的热功率P 热＝I 2r ＝12×0.5W ＝0.5W则电动机正常工作时的输出功率P 出＝P 总－P 热＝2W －0.5W ＝1.5W(3)电动机的转子突然被卡住时,此时电路为纯电阻电路,发热功率P ＝U 2r ＝220.5W ＝8W.例4 小型直流电动机(其线圈内阻为r ＝1Ω)与规格为“4V 4W ”的小灯泡并联,再与阻值为R ＝5Ω的电阻串联,然后接至U ＝12V 的电源上,如图2所示,小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作,求：图2(1)通过电动机的电流; (2)电动机的输出功率P 出; (3)电动机的效率.答案 (1)0.6A (2)2.04W (3)85%解析 (1)流经灯泡的电流I L ＝P U L ＝44A ＝1A流经电阻R 的电流 I R ＝U －U L R ＝12－45A ＝1.6A流经电动机的电流I ＝I R －I L ＝0.6A.(2)电动机消耗的总功率P ′＝U L I ＝4×0.6W ＝2.4W 电动机的热功率P 热＝I 2r ＝(0.6)2×1W ＝0.36W电动机的输出功率P 出＝P ′－P 热＝2.4W －0.36W ＝2.04W (3)电动机的效率：η＝P 出P ′×100%＝2.042.4×100%＝85%.[学科素养] 通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式,并能区别应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算,充分体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养. 三、闭合电路中的能量转化与守恒纯电阻电路中,电源电动势为E,内、外电路的电阻分别是r 和R,电路中的电流为I.t 时间内电源把多少其他形式的能转化为电能？外电路产生的热量是多少？内电路产生的热量是多少？三者之间有何关系？ 答案 EIt I 2Rt I 2rt EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt [要点总结]1.电源是把其他形式的能转化为电能的装置.电源提供的能量一部分消耗在外电路上,转化为其他形式的能;一部分消耗在内电路上,转化为内能.2.能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和,即EIt ＝U 外It ＋U 内It.3.功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和,即：EI ＝U 外I ＋U 内I. 对于外电路是纯电阻的电路,其功率关系为：EI ＝I 2R ＋I 2r. 4.电源的效率η＝UI EI ×100%＝UE ×100%.[延伸思考]1.纯电阻电路中电源的输出功率与外电阻之间有怎样的关系？什么情况下电源的输出功率最大？ 答案 电源的输出功率是指外电路消耗的功率. 当外电路为纯电阻电路时,(1)P 出与外电阻R 的函数关系图像如图所示,从图中看出当R ＜r 时,若R 增大,P 出增大;当R ＞r 时,若R 增大,P 出减小.(2)电源的输出功率P出＝I2R＝E2(R＋r)2R＝E2R(R－r)2＋4Rr＝E2(R－r)2R＋4r,由此可知当R＝r时,电源有最大输出功率P出max＝E24r. 2.电源的效率与外电阻有怎样的关系？输出功率最大时,电源的效率也最高吗？答案η＝P出P＝IUIE＝UE＝IRI(R＋r)＝RR＋r＝11＋rR,可见,外电阻R越大,电源的效率越高,当电源有最大输出功率时R＝r,η＝50%,此时电源的效率并不是最高.例5 如图3所示,电路中E＝3V,r＝0.5Ω,R0＝1.5Ω,变阻器的最大阻值为10Ω.图3(1)变阻器接入电路的阻值R为多大时,变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？(2)变阻器接入电路的阻值R为多大时,定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？答案(1)2Ω98W (2)0278W解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻,这样变阻器上消耗的功率也就是电源的输出功率.即当R＝r＋R0＝2Ω时,R消耗功率最大为：P m＝E24R＝324×2W＝98W.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表示为：P＝I2R0,因为R0不变,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：P m′＝E2(R0＋r)2R0＝32(1.5＋0.5)2×1.5W＝278W.功率最大值的求解方法1.流过电源的电流最大时,电源的功率、内阻损耗功率均最大.2.对某定值电阻来说,其电流最大时功率也最大.3.电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大,若不能相等,外电阻越接近内阻时,电源的输出功率越大.例6 如图4所示,线段A 为某电源的U －I 图线,线段B 为某电阻的U －I 图线,以上述电源和电阻组成闭合电路时,求：图4(1)电源的输出功率P 出为多大？ (2)电源内部损耗的电功率是多少？ (3)电源的效率η为多大？ 答案 (1)4W (2)2W (3)66.7%解析 (1)根据题意从A 的图线可读出E ＝3 V,r ＝E I 短＝36 Ω＝0.5 Ω,从B 图线中可读出外电阻R ＝1 Ω.由闭合电路欧姆定律可得I ＝E R ＋r ＝31＋0.5A ＝2 A, 则电源的输出功率P 出＝I 2R ＝4 W (2)电源内部消耗的功率P 内＝I 2r ＝2 W, (3)电源的总功率P 总＝IE ＝6 W, 故电源的效率η＝P 出P 总×100%≈66.7%.1.稳定电路的U －I 图像有两种：一是电源的U －I 图像(如图5中a);二是用电器的U －I 图像,而用电器的U －I 图像又分两类：线性(图中b)和非线性(图中c).图52.两种图像的交点坐标表示该用电器与电源串联的工作电流和路端电压(也是用电器两端的电压).如图,电源的输出功率分别为P b ＝U 1I 1,P c ＝U 2I 2.1.(对电功率的理解)如图6所示,一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民,所以整幢居民楼里有各种不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时,用欧姆表测得A 、B 间电阻为R;供电后,各家电器同时使用,测得A 、B 间电压为U,进线电流为I,则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )图6A.P ＝I 2R B.P ＝U 2RC.P ＝IUD.P ＝I 2R ＋U2R答案 C解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻,故总电功率只能用P ＝UI 来计算,C 正确.2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流且正常工作,在相同时间内( ) A.电炉放热与电动机放热相等 B.电炉两端电压小于电动机两端电压 C.电炉两端电压等于电动机两端电压 D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 答案 ABD3.(非纯电阻电路功率的计算)(2018·清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12V,电源内阻不计,电动机线圈电阻为1Ω,当它以5m/s 的速度在水平地面匀速行驶时,受到的摩擦力为7.2N,求此时通过电动机线圈的电流. 答案 6A解析 电瓶车匀速运动时,F ＝f ＝7.2N,由P ＝Fv 可知,电瓶车输出功率：P ＝7.2×5W ＝36W, 电动机的输出功率P 出＝UI －I 2r ＝36W, 代入数据得：12I －I 2＝36W, 计算得出：I ＝6A.4.(闭合电路中功率的计算)如图7所示的电路中,电源电动势E ＝10V,内阻r ＝0.5Ω,电动机的电阻R 0＝1.0Ω,定值电阻R 1＝1.5Ω.电动机正常工作时,理想电压表的示数U 1＝3.0V.求：图7(1)电源总功率; (2)电源的输出功率;(3)电动机消耗的电功率,以及将电能转化为机械能的功率. 答案 (1)20W (2)18W (3)12W 8W解析 (1)已知电压表的示数U 1＝3.0V 和定值电阻R 1＝1.5Ω,根据欧姆定律可求出电路中的电流 I ＝U 1R 1＝2.0A 电源的总功率P 总＝EI ＝20W(2)电源的输出功率P 出＝EI －I 2r ＝18W(3)根据闭合电路的欧姆定律,电动机两端的电压U 2＝E －U 1－Ir ＝6V 电动机消耗的电功率P 电＝U 2I ＝12W电动机将电能转化为机械能的功率,就是电动机的输出功率P 机＝U 2I －I 2R 0＝8W.一、选择题考点一 电功、电功率1.室内有几种用电器：1.5kW 的电饭煲、200W 的电冰箱、750W 的取暖器、250W 的电视机和2kW 的空调器.如果进线处有13A 的保险丝,供电电压为220V,下列情况下不能同时使用的是( ) 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、电视机和空调器答案 C解析 电路中允许的最大功率为P m ＝UI ＝2860W.用电器的功率之和大于P m 时,用电器就不可以同时使用,故C 正确.2.如图1所示为某两个电阻的U －I 图像,则电阻之比R 1∶R 2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P 1∶P 2及并联后接入电路时消耗功率之比P 1′∶P 2′分别是( )图1A.2∶1 2∶1 1∶2B.2∶1 1∶2 2∶1C.1∶2 1∶2 2∶1D.1∶2 2∶1 1∶2 答案 A3.(多选)有两个灯泡L 1、L 2,额定电压皆为6V,额定功率分别为6W 、3W,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9WB.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5WC.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9WD.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5W 答案 BC解析 当两灯泡串联时,电流相等,L 1的额定电流为I 1＝P 1U 1＝1A,电阻R 1＝U 21P 1＝6Ω,L 2的额定电流为I 2＝P 2U 2＝0.5A,电阻R 2＝U 22P 2＝12Ω.要使两灯泡不致被烧坏,电路中的最大电流为0.5A,最大功率为P max ＝I 22R 1＋I 22R 2＝4.5W,故A 错误,B 正确;当两灯泡并联时,电压相等,当电压为6V 时,两灯皆可正常发光,此时电路最大功率为9W,故C 正确,D 错误. 考点二 焦耳定律、热功率4.关于电功W 和电热Q 的说法正确的是( ) A.在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt,且W ＝QB.在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt,但W 不一定等于QC.W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt 均只有在纯电阻电路中才成立D.W ＝UIt 在任何电路中都成立,Q ＝I 2Rt 只在纯电阻电路中才成立 答案 B解析 W ＝UIt 是电功的定义式,适用于任何电路,Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式,也适用于任何电路,如果是纯电阻电路,则W ＝Q,在非纯电阻电路中,W>Q,B 对,A 、C 、D 错.5.通过电阻R 的电流为I 时,在t 时间内产生的热量为Q,若电阻为R,电流为2I,则在时间t2内产生的热量为( ) A.4QB.2QC.Q 2D.Q4答案 B考点三 纯电阻、非纯电阻电路6.(多选)(2018·山师附中期末)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到热风可将头发吹干.设电动机线圈的电阻为R1,它与电阻为R2的电热丝相串联,接到直流电源上,电吹风两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下选项正确的是( )A.IU>PB.IU＝PC.P>I2(R1＋R2)D.P＝I2(R1＋R2)答案BC解析根据题意可知,通过电吹风的电流为I,它两端的电压为U,所以它消耗的电功率P＝UI,A项错误,B项正确;电吹风内部有两部分电阻,一是电热丝的电阻,二是电动机线圈的电阻,所以热功率为I2(R1＋R2),因为有一部分电能转化为电动机的机械能,所以P>I2(R1＋R2),C项正确,D项错误.7.(2018·河北正定中学段考)一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V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5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是( )A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍答案 C解析由于电饭煲是纯电阻用电器,所以R1＝UI1＝44Ω,P1＝UI1＝1100W,其在1min内消耗的电能W1＝UI1t＝6.6×104J,洗衣机为非纯电阻用电器,所以R2≠UI2＝440Ω,P2＝UI2＝110W,其在1min内消耗的电能W2＝UI2t ＝6.6×103J,其热功率P热≠P2,而P1＝10P2,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.8.电阻R和电动机串联接到电路中,如图2所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,开关接通后,电动机正常工作.设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过电阻R做功为W1,产生热量为Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q2,则有( )图2A.U1＜U2,Q1＝Q2B.U1＝U2,Q1＝Q2C.W1＝W2,Q1＞Q2D.W1＜W2,Q1＜Q2答案 A解析电动机是非纯电阻,其两端电压U2＞IR＝U1,B错;电流做的功W1＝IU1t,W2＝IU2t,因此,W1＜W2,C错;产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2,A对,D错.考点四 电源的输出功率与效率9.(2018·重庆市期末)如图3所示,电源电动势为E,电源内阻为r ＝1Ω,定值电阻R 1＝4Ω,滑动变阻器R 2变化范围是0～10Ω,下列说法正确的是( )图3A.当R 2＝3Ω时,电源的输出功率最大B.当R 2＝3Ω时,R 1上获得的功率最大C.当R 2＝0时,电源的效率最大D.当R 2＝0时,R 1上获得的功率最大 答案 D解析 当R 1＋R 2>r 时,随着外电阻阻值增大,电源输出功率减小,所以当R 2＝0时,电源的输出功率最大,故A 错误;当滑动变阻器的阻值为0时,电路中电流最大,定值电阻R 1的功率最大,故B 错误,D 正确;电源的效率η＝UI EI ×100%＝E －Ir E ×100%,当滑动变阻器的阻值为0时,电路中电流最大,电源的效率最小,故C 错误.10.(多选)(2018·日照市期末)如图4所示电路,电源内阻不可忽略,电表均为理想电表,开关S 闭合后,灯泡正常发光.若滑动变阻器R 的滑动端向下滑动,下列判断正确的是( )图4A.电源的效率一定减小B.电源的输出功率可能减小C.灯泡L 有可能会烧坏D.电压表V 和电流表A 的示数均减小 答案 AB解析 滑动变阻器R 的滑动端向下滑动,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,外电压减小,由η＝U 外IEI×100%知,电源的效率减小,A 正确;由于不知外电阻与内电阻的关系,故电源的输出功率的变化无法确定,可能减小,也可能增大,B 正确;R 减小,R 与L 并联部分的电压减小,示数减小,L 变暗,但的示数为总电流与通过L 电流的差值,示数增大,C 、D 错误.11.(多选)(2018·南师附中高二期中)如图5所示是测定两个电源的电动势和内阻实验中得到的路端电压和电流的关系图线,则应有( )图5A.当I 1＝I 2时,电源总功率P 1＝P 2B.当U 1＝U 2时,电源输出功率P 出1<P 出2C.当I 1＝I 2时,外电阻R 1＝R 2D.当U 1＝U 2时,电源内部消耗的电功率P 内1<P 内2 答案 ABD解析 由题图可知,两电源的电动势E 相等,由电源的总功率P ＝EI 知,当I 1＝I 2时,电源总功率P 1＝P 2,故A 正确;电源的输出功率P 出＝UI,当U 1＝U 2时,由题图读出I 1<I 2,则P出1<P出2,故B 正确;由题图可知,图线1的斜率的绝对值大于图线2的斜率的绝对值,则电源的内阻r 1>r 2,当I 1＝I 2时,由闭合电路欧姆定律可知,R 1<R 2,故C 错误;电源内部消耗的电功率P 内＝I 2r ＝U 2内r,当U 1＝U 2时,U 内1＝U 内2,而电源内阻r 1>r 2,故P 内1<P内2,D 正确.12.(多选)如图6所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线,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( )图6A.电源1比电源2的内阻大B.电源1和电源2的电动势相等C.小灯泡与电源1连接时消耗的功率比与电源2连接时消耗的功率小D.小灯泡与电源1连接时消耗的功率比与电源2连接时消耗的功率大 答案 ABC解析 由闭合电路的欧姆定律E ＝U ＋Ir 知,当I ＝0时电动势E 等于路端电压U,即电源的U －I 图线与U 轴的交点就是电源电动势的大小,由题图知,电源1和电源2的电动势相等,故B 正确;电源内阻r ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪ΔU ΔI ,即电源的U －I 图线的斜率的绝对值表示电源的内阻,由题图知r 1>r 2,故A 正确;小灯泡的U －I 图线与电源的U －I 图线的交点即为小灯泡的工作状态,由题图知,小灯泡与电源1连接时消耗的功率P 1＝U 1I 1小于小灯泡与电源2连接时消耗的功率P 2＝U 2I 2,故C 正确,D 错误. 二、非选择题13.(2018·北京市朝阳区高二上学期期末)在如图7所示的甲、乙电路中,电源的电动势E＝3V,内电阻r＝1.0Ω,电阻R＝2.0Ω,电动机的内阻R内＝2.0Ω.求：图7(1)甲图中闭合开关S后,电阻R的功率;(2)乙图中闭合开关S后,电路中的电流为0.5A,电动机的热功率及输出功率.答案(1)2W (2)0.5W 0.75W解析(1)题图甲中闭合开关S后,电路中的电流：I＝ER＋r＝32＋1A＝1A电阻R上的功率：P R＝I2R＝12×2W＝2W.(2)题图乙中闭合开关S后,电路中的电流为0.5A,则电动机两端的电压：U＝E－I′r＝2.5V电动机的总功率：P＝I′U＝1.25W热功率：P热＝I′2R内＝0.52×2W＝0.5W输出功率：P出＝P－P热＝0.75W14.(2018·平顶山、许昌、汝州联考)图8所示电路中,电源的电动势E＝110V,电阻R1＝21Ω,电动机的内阻R0＝0.5Ω,开关S1始终闭合,当开关S2断开时,电阻R1消耗的电功率P1＝525W;当开关S2闭合时,电阻R1消耗的电功率P2＝336W,求：图8(1)电源的内阻r;(2)当开关S2闭合时,电动机输出的机械功率P出.答案(1)1Ω(2)1606W解析(1)当开关S2断开时,电动机被断路,此时电路中通过的电流为I＝ER1＋r 电阻R1消耗的功率P1＝I2R1,解得r＝1Ω(2)当开关S2闭合时,设R1两端的电压为U,有U＝P2R1设此时电源中通过的电流为I′,由闭合电路的欧姆定律有：E＝I′r＋U设流过R1的电流为I1,流过电动机的电流为I2,有：I1＝UR1,又I1＋I2＝I′电动机的输出功率为P出＝UI2－I22R0,解得P 出＝1606W.15.规格为“220V 36W ”的排气扇,线圈电阻为40Ω,求： (1)接220V 的电源后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;(2)如果接上(1)中电源后,扇叶卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率. 答案 (1)35W 1W (2)1210W 1210W解析 (1)排气扇在220V 的电压下正常工作时的电流为I ＝P U ＝36220A ≈0.16A.发热功率为P 热＝I 2R ＝(0.16)2×40W ≈1W. 转化为机械能的功率为 P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35W.(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机所在电路成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I ′＝U R ＝22040A ＝5.5A.电动机消耗的功率即电功率等于发热功率： P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5W ＝1210W.。
第十二章电能能量守恒定律
第十二章电能能量守恒定律1.电路中的能量转化【例题】一台电动机，线圈的电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220 V 时，通过的电流是5 A。
这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热和对外做功转化为机械能的功率P机。
三者之间遵从能量守恒定律，即P电＝P机＋P热解由焦耳定律可知，电动机发热的功率为P热＝I2R ＝52×0.4 W ＝10 W电动机消耗的电功率为P电＝UI ＝220×5 W ＝1 100 W根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为P机＝P电－P热＝1 100 W －10 W ＝1 090 W这台电动机发热的功率为10 W，对外做功的功率为1 090 W。
练习与应用1. 试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？2. 电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。
图12.1-4是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2 是加热用的电阻丝。
（1）自动开关S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由。
（2）要使电饭锅在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1 R2 应该是多少？3. 四个定值电阻连成图12.1-5 所示的电路。
R A、R C的规格为“10 V 4 W”，R B、R D 的规格为“10 V 2 W”。
请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。
4. 如图12.1-6，输电线路两端的电压U为220 V，每条输电线的电阻R为5 Ω，电热水器A的电阻R A 为30 Ω。
求电热水器A上的电压和它消耗的功率。
如果再并联一个电阻R B 为40 Ω的电热水壶B，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？2.闭合电路的欧姆定律练习与应用1. 某个电动势为E的电源工作时，电流为I，乘积EI的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI 表示什么？2. 小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。
《电路中的能量转化与守恒》 教学设计
《电路中的能量转化与守恒》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）理解电路中电能、电功率、焦耳定律等基本概念。
（2）掌握电路中电能的转化规律，能够分析不同电路元件中的能量转化情况。
（3）学会运用能量守恒定律解决电路中的能量问题。
2、过程与方法目标（1）通过实验探究和理论分析，培养学生的观察能力、分析推理能力和科学探究精神。
（2）经历从具体实例中抽象出物理模型的过程，提高学生的建模能力。
3、情感态度与价值观目标（1）让学生体会物理知识与实际生活的紧密联系，激发学生学习物理的兴趣。
（2）培养学生严谨的科学态度和合作精神，树立节约能源的意识。
二、教学重难点1、教学重点（1）电路中电能的转化和电功率的计算。
（2）焦耳定律的理解和应用。
（3）能量守恒定律在电路中的应用。
2、教学难点（1）非纯电阻电路中能量的转化和计算。
（2）运用能量守恒定律解决复杂电路中的能量问题。
三、教学方法1、讲授法讲解电路中能量转化与守恒的基本概念和规律。
2、实验法通过实验演示，让学生直观地观察电路中能量的转化。
3、讨论法组织学生讨论相关问题，促进学生的思维交流和合作学习。
4、练习法通过练习题，让学生巩固所学知识，提高应用能力。
四、教学过程1、导入新课（1）展示生活中常见的用电器，如电灯、电扇、电热水器等，提问学生这些用电器工作时能量是如何转化的。
（2）引导学生思考电路中能量的来源和去向，从而引出本节课的主题——电路中的能量转化与守恒。
2、知识讲解（1）电能和电功率介绍电能的概念，指出电能是指电流做功的能力，单位是焦耳（J）。
讲解电功率的定义，即单位时间内电流所做的功，表达式为 P ＝W ／ t ，单位是瓦特（W）。
通过实例计算，让学生理解电功率的含义和计算方法。
（2）焦耳定律实验演示：通过电阻丝发热的实验，让学生观察电阻丝在电流通过时温度升高的现象。
推导焦耳定律：根据实验现象和能量守恒定律，推导焦耳定律 Q ＝ I²Rt ，其中 Q 表示热量，I 表示电流，R 表示电阻，t 表示时间。
电路中的能量转化与守恒教学反思
《电路中的能量转化与守恒》教学反思咸阳彩虹中学物理组姚二虎《电路中的能量转化与守恒》这节课学生在初中对于电功，电功率，焦耳定律等相关知识已有基础，高中在本节课的教学中增加了纯电阻元件和非纯电阻元件的区别，所以本节课的教学重点就是让学生学会处理纯电阻和非纯电阻电路中的电功和电热的计算。
教学设计上，考虑到学生的基础性，课前将具体的问题设置在导学案上，并提前下发给学生，让学生自学，取得了不错的课堂效果。
现将本节课的优缺点总结如下：优点：1.本节课的内容教材上纯理论推导，相对来说比较枯燥。
为了吸引学生的注意力，启发学生深入思考，设计出了实验导入新课，实验探究纯电阻和非纯电阻电路中的电功和电热的关系等环节，激发学生的学习兴趣和欲望，让学生用眼睛去观察现象、发现问题并结合问题设置，循序渐进；2.学生自行设计电路和实验，启发学生的创新能力；3.学生动手连接电路，其他学生帮忙提出连接电路时注意的问题，这些环节的设置不但紧扣实验题考点，而且同时推进了课堂的进度，充分利用了课堂上的每一分钟时间；4.电子白板实物展示学生的学案效果较好，学生尝试讲解自己的解题过程，改变了传统的老师，教学生听的模式，把课堂交给学生，给其他学生以新鲜新颖的感觉，所以听课时也比较认真，同时也最大程度地激发了学生学习知识的热情；5.板书设计整洁规范，重点内容醒目，两个能量转化与守恒的表达式能与课题对应。
不足之处:1.本节课实验设置探究外电路中的电功率和热功率的关系，由于课堂时间紧促，只测量了一组实验数据，偶然误差较大，没有达到预期的多次测量求平均值的效果；2.本节课训练的习题较少，如果能再多展示几个学生的解题过程（可以是错误的），学生印象会更深刻，更容易区分几个公式的适用范围，很好地区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量转化关系，效果会更好；3.课堂提问虽然有十多次，但并没有考虑到不同层次的学生，尤其是后进生对学案的自学情况不是很清楚；4.课堂节奏快，提出问题后留给学生的思考时间有些短；5.作为新教师，教态上如果能再具亲和力些，获得一个轻松愉悦的课堂氛围就更好了；6.语言表达上可以再简洁些。
电路中的电功与能量转化
电路中的电功与能量转化电路中的电功与能量转化是电学领域中的重要概念。
在电路中，电流的流动产生的功可以转化为电能或其他形式的能量。
本文将探讨电功和能量在电路中的转化原理以及应用。
一、电功的定义和计算方法电功是指电流在电路中产生的功。
根据电功的定义，电功可以通过电流的大小和电压的大小来计算。
设电路中的电压为U，电流为I，则电功P的计算公式为：P = U × I。
二、电功的能量转化电功在电路中可以转化为电能或其他形式的能量。
其中，电功转化为电能是最常见的情况。
在电路中，电流通过电阻产生热量，这是电功转化为热能的过程。
当电流通过电阻时，电功会使电阻发热，将电功转化为热能。
此外，电功还可以转化为其他形式的能量。
例如，在电路中连接一个电动机，电动机通过电功驱动转子进行工作，将电能转化为机械能。
同样地，电功也可以驱动发电机，将机械能转化为电能。
三、能量的守恒定律在电路中的应用能量守恒定律是自然科学的基本定律，也适用于电路中的能量转化过程。
根据能量守恒定律，能量不会被消失，只会从一种形式转化为另一种形式。
在电路中，能量守恒定律可以应用于电功和能量的转化。
根据能量守恒定律，电功的总和应该等于能量的转化总和。
例如，在一个闭合的电路中，电流经过电阻产生的热量应该等于电功的总和。
这种利用能量守恒定律来分析电路中能量转化的方法被称为能量守恒分析法。
四、电功率的概念和计算方法电功率是指单位时间内转化的电功数量。
电功率可以通过电流和电压的乘积来计算。
设电路中的电压为U，电流为I，则电功率P的计算公式为：P = U × I。
电功率的计量单位是瓦特（W），1瓦特等于1焦耳/秒。
电功率描述了单位时间内能量转化的快慢程度，同时也可以表示电路的负载情况。
五、电功率的应用及优化电功率的概念在电路的设计和优化中起着重要的作用。
通过合理控制电路的功率，可以有效利用电能，减少能量损耗。
在家庭用电中，合理控制电功率可以降低用电成本，提高能源利用效率。
4.4电路中的能量转化与守恒
电功与电热关系的分析
电功和电功率的普遍表达式：
1、电功
（1）定义：电流做的功简称电功。导体两端加上电压，导体内建立电场，在电场力作用下自由电子定向移动，形成电流，电场力做功，又说成电流做功。
W=Uq q=It
电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端电压、电路中的电流强度和通电时间成正比。
思考与讨论：焦耳定律的微观解释是什么？
提示：电流通过导体时，做定向移动的自由电子要频繁的跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高。
闭合电路中的能量转化与守恒
根据闭合电路欧姆定律，E=U内+U，两边都乘以I，可变为EI=U内I+UI
电功与电热
1、焦耳定律：
（1）定义：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成反比，跟通电时间成正比。
（2）表达式是：Q=I2Rt
（3）使用范围：可求任何电路中电流通过电阻时产生的热量。实质：电流的热效应实质是电能通过电流转化为内能。
2、热功率：
（1）定义：单位时间内电流通过导体发热的功率。
电源的总功率：
P总=EI
电源的输出功率：
P出=UI
电源的效率：
思考与讨论：输出功率随外电阻的变化？
电源的最大输出功率
在电源负载为纯电阻时，电源的输出功率与外电阻R的关系是：
由此式可最大输出功率为 .电源的输出功率P出与外电阻R的关系可以用P出—R图象表示，如图1所示.由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P可以有不同的外电阻R1和R2，且R1R2=r2（请同学们自己证明）.由图象还可以看出，当R<r时，若R增大，则P出增大；当R>r时，若R增大，则P出减小.
高中物理解题思路-第十二章 电能 能量守恒定律-电路中的能量转化
解析：使用环状凹槽电极时，电池标准容量是 0. 81 A·h，因此电池的能量为 W＝UIt＝3.7×0. 81×3 600 J＝10 789.2 J，A 错误；使用环状凹槽电极时，能 够在最大输出电流下工作时间 t＝ImQax＝0.18.15AA·h＝0.54 h，B 错误；使用中心 柱状电极时，根据 W＝UIt，可知电量 Q＝2 A·h＝7 200 C，C 错误；在最大输 出电流的工作状态下能工作时间为 t＝ImQax＝22AA·h＝1 h，D 正确。 答案：D
功率求解的技巧 (1)在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用 公式，如用电器电流相同时，用 P＝I2R 比较，若电压相同时用 P＝UR2比较， 若电阻相同时，可根据 I 或 U 的关系比较。 (2)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但 一定要明确是正比还是反比关系。 (3)当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率。实际功率与额定 功率不一定相等。
主题探究二 纯电阻电路和非纯电阻电路 【重难释解】
1．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的 内能。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。 在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机 械能或化学能等其他形式的能。
3．电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝UI －I2r。 (4)电动机的效率：η＝PP出入×100%＝UIU－II2r×100%。
典例2 在研究微型电动机的性能时，可采用如图 12.1-6 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 0.5 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。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的 线圈电阻。
《电路中的能量转化》 学历案
《电路中的能量转化》学历案在我们日常生活和现代科技的各个领域，电路无处不在。
从为我们照明的灯泡，到驱动电动汽车的动力系统，再到智能手机中的复杂芯片，电路都在发挥着关键作用。
而在电路运行的背后，隐藏着一个至关重要的现象——能量转化。
理解电路中的能量转化，对于我们深入掌握电学知识、合理利用能源以及推动科技发展都具有重要意义。
一、电路中的基本元件与能量首先，让我们来认识一下电路中的几个基本元件：电源、电阻、电容和电感。
电源是提供电能的装置，例如电池和发电机。
以电池为例，其内部通过化学反应将化学能转化为电能。
在这个过程中，电池的正极聚集了大量的正电荷，负极则聚集了大量的负电荷，从而形成了电压差。
当电路接通时，电荷就会在电路中流动，形成电流，电能也就得以输出。
电阻是限制电流流动的元件，它会将电能转化为热能。
当电流通过电阻时，电阻内部的自由电子与原子晶格发生碰撞，导致电子的运动速度减慢，电能被转化为电阻材料的内能，表现为电阻发热。
这种能量转化在电暖器、电炉等设备中被广泛应用。
电容是储存电荷和电能的元件。
当给电容充电时，电源提供的电能被转化为电容两极板之间的电场能。
而在电容放电时，电场能又被转化为电路中的电能。
电容在滤波电路、定时电路等中发挥着重要作用。
电感则是储存磁场能的元件。
当电流通过电感时，会在电感内部产生磁场，电能被转化为磁场能。
当电流变化时，电感会产生感应电动势，阻止电流的变化，磁场能又会被转化回电能。
电感常用于滤波、变压等电路中。
二、纯电阻电路中的能量转化纯电阻电路是指电路中只有电阻元件的电路。
在纯电阻电路中，电能完全转化为热能。
根据焦耳定律，电流通过电阻产生的热量 Q 等于电流 I 的平方乘以电阻 R 乘以时间 t，即 Q ＝ I²Rt。
例如，一个白炽灯泡就是一个纯电阻器件。
当电流通过灯泡的灯丝时，灯丝电阻较大，电能迅速转化为热能，使灯丝温度升高到几千摄氏度，从而发光。
但同时，大量的电能被以热能的形式浪费掉，这也是白炽灯泡效率较低的原因。
4.4电路中的能量转化与守恒(学)
电功与电热的关系分析1.基本知识(1)电功：①定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流，这时 对 做了功，这就是电功．②公式：W ＝qU ＝表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的 、 、通电 三者的乘积． ③单位： ．(2)电功率：①定义：电流在 内做的功．②公式：P ＝W /t ＝ ，表示电流在一段电路上做功的功率等于 与这段电路两端的 的乘积． ③单位： ．(3)焦耳定律：①内容：电流通过导体产生的热量跟成正比，跟 成正比，跟 成正比． ②公式Q ＝ ，在纯电阻电路中还可写成Q ＝U 2R t .2．思考判断(1)电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．( )(2)根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．( ) (3)纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化情况相同，都是把电能转化为内能．( ) 3．探究交流为什么说欧姆定律只适用于纯电阻电路？在非纯电阻电路中U 、I 、R 三者之间又有怎样的关系呢？闭合电路中的能量转化与守恒1.基本知识把闭合电路欧姆定律E ＝U ＋U 内两边同乘以电流I 得： (1)电源的总功率：(2)电源的输出功率：(3)电源的效率：η＝UI EI ×100%＝UE×100%.(4)在闭合电路中，电源的总功率等于 与 之和． 2．思考判断(1)电源产生的电能只消耗在外电路上．( )(2)由于电源的总功率和输出功率不相等，所以电源工作时能量不守恒．( ) (3)电源的输出功率越大，电源的效率越高．( ) 3．探究交流用两节干电池接在直流电动机模型上，接通电路后直流电动机就转动起来．分析电路中的能量转化．纯电阻电路和非纯电阻电路【问题导思】1．两种电路在能量转化中有什么不同？ 2．非纯电阻电路中，电功和电热是否相等？ 1．两种电路的比较(1)纯电阻电路W ＝Q ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2RtP 电＝P 热＝UI ＝I 2R ＝U 2R(2)非纯电阻电路：电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt ，W >Q ； 电功率P ＝UI ，热功率P 热＝I 2R ，P >P 热．不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都用W ＝UIt ，功率都用P ＝UI ，热量都用Q ＝I 2Rt ，热功率都用P ＝I 2R ，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路．(2012·山东潍坊高二检测)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)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．1．(2012·宁德高二检测)微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 Ω，当加在它两端的电压为2.0 V 时，电流为0.8 A ，且能正常工作，求：(1)它的额定输入功率多大？(2)工作时由导线发热损失的功率多大？ (3)它的最大输出功率多大？分析电源的输出功率和效率【问题导思】1．纯电阻电路中，电源总功率和内、外电路消耗的功率有什么关系？ 2．电源的输出功率越大，电源的效率越高吗？ 1．纯电阻电路中各部分功率关系分析 由EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt 知EI ＝I 2R ＋I 2r ⎩⎪⎨⎪⎧P 电源＝EI P 外＝I 2RP 内＝I 2r2．电源的输出功率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＝I 2R ＝E 2(R ＋r )2R ＝E 2R (R －r )2＋4Rr ＝E 2(R －r )2R＋4r由此可知当R ＝r 时，电源有最大输出功率P 出max ＝E 24r.(2)P 出与外电阻R 的函数关系图像图像分析R <r 时，R 越大，P 出越大R >r 时，R 越大，P 出越小R ＝r 时，P 出＝E 24r ，为最大值3．电源的效率：η＝P 出P 总×100%＝UI EI ×100%＝R R ＋r×100%＝11＋r R ×100%，可见，当R 增大时，效率增大．当R ＝r 时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%，效率并不高．如图4－4－2所示，已知电源电阻r ＝2 Ω，定值电阻R 1＝0.5 Ω，求： (1)当滑动变阻器的阻值多大时，电阻R 1消耗的功率最大？ (2)当变阻器的阻值为多大时，变阻器消耗的功率最大？ (3)当变阻器的阻值多大时，电源的输出功率最大？2．如图4－4－3所示，R 为电阻箱，电表为理想电压表．当电阻箱读数为R 1＝2 Ω时，电压表读数为U 1＝4 V ；当电阻箱读数为R 2＝5 Ω，电压表读数为U 2＝5 V ．求：(1)电源的电动势E 和内阻r ；(2)当电阻箱R 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值P m 为多少？图4－4－3图4－4－1图4－4－2综合解题方略——串、并联电路的功率计算(2012·三明高二检测)如图4－4－4，电源的电动势为225 V ，内阻为0.5 Ω，输电线路的电阻为1 Ω，有规格为“220 V 100 W”的灯泡44盏并联在电源两端，灯泡能否正常发光？要使灯泡正常发光应关掉几盏灯？规律总结：串、并联电路中电功率的分析与计算 1．串联电路⎩⎨⎧++++=+++===n n P P P P I U U U UI P R ，I P ，I 321212)(总总功率阻成正比各电阻上的电功率与电根据相同各部分电路电流功率关系2．并联电路⎪⎩⎪⎨⎧++++=++++===n n PP P P I I I I U UI P ，RU P ，U 3213212)(总总功率与电阻成反比各支路电阻上的电功率根据相同各支路电压功率关系家庭节电小常识照明节电日光灯具有发光效率高、光线柔和、寿命长、耗电少的特点，一盏14瓦节能日光灯的亮度相当于75瓦白炽灯的亮度，所以用日光灯代替白炽灯可以使耗电量大大降低．在走廊和卫生间可以安装小功率的日光灯．看电视时，只开1瓦节电日光灯，既节约用电，收看效果又理想．还要做到人走灯灭，消灭“长明灯”．电视机节电 电视机的最亮状态比最暗状态多耗电50%～60%；音量开得越大，耗电量也越大．所以看电视时，亮度和音量应调在人感觉最佳的状态，不要过亮，音量也不要太大．这样不仅能节电，而且有图4－4－4助于延长电视机的使用寿命．有些电视机只要插上电源插头，显像管就预热，耗电功率为6～8瓦．所以电视机关上后，应把插头从电源插座上拔下来．电冰箱节电 电冰箱应放置在阴凉通风处，绝不能靠近热源，以保证散热片很好地散热．使用时，尽量减少开门次数和时间．电冰箱内的食物不要塞得太满，食物之间要留有空隙，以便冷气对流．准备食用的冷冻食物，要提前在冷藏室里慢慢融化，这样可以降低冷藏室温度，节省电能消耗．洗衣机节电 洗衣机的耗电量取决于电动机的额定功率和使用时间的长短．电动机的功率是固定的，所以恰当地减少洗涤时间，就能节约用电．洗涤时间的长短，要根据衣物的种类和脏污程度来决定．一般洗涤丝绸等精细衣物的时间可短些，洗涤棉、麻等粗厚织物的时间可稍长些．如果用洗衣机漂洗，可以先把衣物上的肥皂水或洗衣粉泡沫拧干，再进行漂洗，既可以节约用电，也减少了漂清次数，达到节电的目的．电风扇节电 一般扇叶大的电风扇，电功率就大，消耗的电能也多．同一台电风扇的最快挡与最慢挡的耗电量相差约40%，在快挡上使用1小时的耗电量可在慢挡上使用将近2小时．所以，常用慢速度，可减少电风扇的耗电量．1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻的电路C ．在不是纯电阻的电路中，UI ＞I 2RD ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路2．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( ) A ．电炉放热与电动机放热相等 B ．电炉两端电压小于电动机两端电压 C ．电炉两端电压等于电动机两端电压 D ．电动机消耗的功率大于电炉的功率3．(2012·莆田二中高二检测)如图4－4－5所示，电阻R 1＝20 Ω，电动机的绕组的电阻R 2＝10 Ω.当电键打开时，电流表的示数是0.5 A ，当电键合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I 和电路消耗的电功率应是( )A ．I ＝1.5 AB ．I <1.5 AC ．P ＝15 WD ．P <15 W4．如图4－4－6所示，已知电源内电阻r 为2 Ω，定值电阻R 0为3 Ω，滑动变阻器阻值范围为0～10 Ω.当滑动变阻器R 使其阻值为R 1时，在R 1上获得最大功率，则R 1的阻值应为( )A ．2 ΩB ．3 ΩC ．4 ΩD ．5 Ω图4－4－5图4－4－65．一直流电动机线圈的电阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V 时，电流为0.3 A ．松开转轴，在线圈两端加电压为2 V 时，电流为0.8 A ，电动机正常工作．求该电动机正常工作时，输入的电功率及电动机的机械功率．1．关于三个公式P ＝UI ，P ＝I 2R ，P ＝U2R 的适用范围，以下说法正确的是( )A ．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率B ．在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率C ．在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义D ．由U ＝IR 可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P 即是电功率，也是热功率 2．(2012·潍坊高二检测)额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间．比较它们产生的热量，结果是( )A ．电风扇最多B ．电烙铁最多C ．日光灯最多D ．一样多3．(2012·哈尔滨高二检测)用E 表示电源电动势，U 表示路端电压，U r 表示内电压，R 表示外电路总电阻，r 表示电源内电阻，I 表示干路电流，则下列各式中正确的是( )A ．U r ＝IRB ．U r ＝E －UC ．U ＝E ＋IrD ．U ＝RE R ＋r4．(2012·南京高二检测)如图4－4－7所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 、60 W ”的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )A ．电解槽消耗的电功率为120 WB ．电解槽的发热功率为60 WC ．电解槽消耗的电功率为60 WD ．电路消耗的总功率为60 W5．在如图4－4－8所示的电路中，灯泡L 的电阻大于电源的内阻r ，闭合电键S ，将滑动变阻器滑片P 向左移动一段距离后，下列结论正确的是( )A ．灯泡L 变亮B ．电源的输出功率变小C ．电容器C 上电荷量减少D ．电流表读数变小，电压表读数变大图4－4－7图4－4－86．(2012·古田一中高三检测)如图4－4－9所示，电源电动势E ＝3.2 V ，电阻R ＝30 Ω，小灯泡L 的额定电压U L ＝3.0 V ，额定功率P L ＝4.5 W ．当开关S 接1时，电压表的读数为3 V ，则当开关S 接2时，灯泡发光的情况是( )A ．很暗，甚至不亮B ．正常发光C ．比正常发光略亮D ．有可能被烧坏7．如图4－4－10是横截面积、长度均相同的甲、乙两根电阻丝的I －R 图像．现将甲、乙串联后接入电路中，则( )A ．甲电阻丝两端的电压比乙电阻丝两端的电压小B ．甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率小C ．在相同时间内，电流通过乙电阻丝产生的焦耳热少D ．甲电阻丝消耗的电功率比乙电阻丝消耗的电功率小8．(2012·南平一中高二检测)如图4－4－11所示，一台电动机提着质量为m 的物体，以速度v 匀速上升．已知电动机线圈的电阻为R ，电源电动势为E ，通过电源的电流为I ，当地重力加速度为g ，忽略一切阻力及导线电阻，则( )A ．电源内阻r ＝E I －RB ．电源内阻r ＝E I －mg vI2－RC ．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D ．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小9．汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图4－4－12所示，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为10 A ，电动机启动时电流表读数为58 A ，若电源电动势为12.5 V ，内阻为0.05 Ω.电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了( )A ．35.8 WB ．43.2 WC ．48.2 WD ．76.8 W10．三个电阻分别标有“100 Ω、4 W ”，“200 Ω、2 W ”，“50 Ω、8 W ”，若将它们并联起来，允许消耗的最大功率是多少？图4－4－9图4－4－10图4－4－11图4－4－1211．如图4－4－13所示，电源电动势E ＝10 V ，电阻r ＝0.5 Ω，标有“8 V 、16 W ”的灯泡L 恰好能正常发光，电动机绕线的电阻R 0＝1 Ω，求：(1)电源的总功率； (2)电动机的输出功率．12．(2013·海口一中高二期末)如图4－4－14所示的电路中，电炉电阻R ＝10 Ω，电动机线圈的电阻r ＝1 Ω，电路两端电压U ＝100 V ，电流表的示数为30 A ，问通过电动机的电流强度为多少？通电一分钟，电动机做的有用功为多少？图4－4－14图4－4－13。
12-1.电路中的能量转化
比较 C、D 两个电路，由于 C 电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而 D 电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以 C 电路消耗的电功率最小。
规范解答
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 (1)意义：表示电流通过导体发热的功率 (2)单位：瓦特(W)
[规范解答] (1)排气扇在 220 V 的电压下正常工作时的电流为：
I＝UP＝23260 A≈0.16 A， 发热功率为：P 热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W。 转化为机械能的功率为：
P 机＝P 电－P 热＝36 W－1 W＝35 W。 (2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻元件，电流做的功全部
(3)公式：P热＝ ＝I2R
☆ 这是电流产生热量的一般表达式。
☆ 纯电阻与非纯电阻电路对比:
纯电阻电路
非纯电阻电路
能量转化情况
电功和电功率 电热和热功率
《电路中的能量转化与守恒》 教学设计
《电路中的能量转化与守恒》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）理解电路中电能与其他形式能量的转化关系。
（2）掌握焦耳定律，能用其计算电路中产生的热量。
（3）理解电源的作用以及电源的电动势和内阻的概念。
2、过程与方法目标（1）通过实验探究，培养学生观察、分析和解决问题的能力。
（2）通过理论推导，提高学生逻辑思维和数学应用能力。
3、情感态度与价值观目标（1）培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神。
（2）让学生体会能量转化与守恒的普遍性和重要性，增强节能意识。
二、教学重难点1、教学重点（1）电能与其他形式能量的转化关系。
（2）焦耳定律的应用。
2、教学难点（1）电源电动势和内阻的概念。
（2）对电路中能量转化与守恒的综合分析。
三、教学方法讲授法、实验法、讨论法、练习法四、教学过程1、课程导入（5 分钟）通过展示生活中常见的用电器，如电灯、电扇、电视等，提问学生这些用电器工作时能量是如何转化的，引发学生思考，从而引入本节课的主题——电路中的能量转化与守恒。
2、知识讲解（20 分钟）（1）电能的转化以电灯为例，讲解电能转化为光能和热能；以电扇为例，讲解电能转化为机械能和热能。
强调在电路中，电能可以转化为多种其他形式的能量。
（2）焦耳定律通过实验演示，让学生观察电阻丝发热的现象，引出焦耳定律：Q ＝ I²Rt 。
详细讲解焦耳定律的含义、公式中各物理量的单位，以及如何运用焦耳定律计算电流通过电阻时产生的热量。
（3）电源的作用结合电路图，讲解电源在电路中的作用是提供持续的电流。
电源内部存在非静电力做功，将其他形式的能转化为电能。
（4）电源的电动势和内阻用类比的方法，将电源比作抽水机，电动势类比为抽水机的扬程，内阻类比为抽水机内部的阻力。
让学生理解电动势反映电源将其他形式能转化为电能的本领，内阻则会消耗电能。
3、实验探究（15 分钟）分组实验：探究电流通过电阻产生的热量与电流、电阻和时间的关系。
学生设计实验方案，记录实验数据，分析实验结果，进一步加深对焦耳定律的理解。
高中物理电能能量守恒定律总结
高中物理电能与能量守恒定律深度解析在高中物理中，电能与能量守恒定律是两个核心概念，它们不仅相互关联，而且在实际问题中经常同时出现。
电能作为能量的一种形式，在电路中流动和转化，而能量守恒定律则确保在整个过程中能量的总量保持不变。
下面我们将详细探讨这两个概念，并通过具体的例题和解答来展示其应用方法和技巧。
一、电能的基本概念电能是指电荷在电场中移动时所做的功，通常用符号E 表示，单位是焦耳（J）。
在直流电路中，电能可以通过以下公式计算：E = UIt其中U是电压（伏特，V），I是电流（安培，A），t是时间（秒，s）。
这个公式告诉我们，电能在电路中的流动与电压、电流和时间三个因素密切相关。
二、能量守恒定律能量守恒定律是物理学中的一个基本定律，它表明在一个孤立的系统中，能量不能被创造或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
在电路中，电能可以转化为热能、光能、动能等其他形式的能量，但总能量始终保持不变。
三、方法和技巧理解电能与能量守恒的关系：在解决涉及电能和能量守恒的问题时，首先要明确电能是能量的一种形式，它在电路中流动和转化时遵循能量守恒定律。
应用公式进行计算：在解题过程中，要灵活运用电能和能量守恒的相关公式进行计算。
例如，在直流电路中，可以使用E = UIt公式来计算电能；在涉及能量转化的问题中，要注意不同形式能量之间的转换关系。
分析电路图：在解决电路问题时，要学会分析电路图，理解电路中各个元件的连接方式和作用，以便正确应用相关公式进行计算。
注意单位换算：在解题过程中，要注意不同物理量之间的单位换算，确保计算结果的准确性。
四、例题及解答例1：一个电阻为10欧姆的灯泡接在220伏特的电源上，通电5分钟，求灯泡消耗的电能。
解答：根据电能公式E = UIt，我们知道电压U=220V，电阻R=10Ω，因此电流I=U/R=220V/10Ω=22A。
时间t=5分钟=300秒。
将这些值代入公式，得到E = 220V ×22A ×300s = 1452000J。
《电路中的能量转化与守恒》 作业设计方案
《电路中的能量转化与守恒》作业设计方案一、作业目标1、帮助学生深入理解电路中能量转化与守恒的基本概念和原理。
2、培养学生运用所学知识解决实际电路问题的能力。
3、增强学生对能量转化与守恒定律在生活和科技中的应用意识。
二、作业内容（一）基础知识巩固1、让学生回顾电路中常见的元件，如电阻、电容、电感等，写出它们在电路中能量转化的形式。
2、给出一些简单的电路示意图，要求学生分析电源、用电器等在工作过程中的能量转化情况，并填写表格。
（二）计算与分析1、布置一些涉及电路中能量计算的题目，如已知电阻值、电流大小和时间，计算电阻消耗的电能。
2、给出复杂电路，让学生分析各个部分的能量转化和守恒关系，计算总能量和各部分能量的分配。
（三）实验探究1、设计一个简单的电路实验，让学生测量不同电阻下灯泡的亮度和电能消耗，探究电阻对能量转化的影响。
2、要求学生自行设计一个实验，验证电路中能量守恒定律，并写出实验报告。
（四）实际应用案例分析1、介绍一些生活中常见的电路设备，如充电器、电动车等，让学生分析其能量转化过程和效率。
2、给出一些科技领域中关于电路能量转化的最新研究成果，如高效能电池技术，让学生讨论其对未来能源利用的影响。
（五）拓展阅读与讨论1、提供相关的科普文章或学术论文，让学生阅读并总结其中关于电路中能量转化与守恒的新观点或新应用。
2、组织学生进行小组讨论，分享自己在日常生活中观察到的电路能量转化现象，并尝试用所学知识进行解释。
三、作业形式1、书面作业：包括填空题、计算题、简答题和实验报告等。
2、实践作业：进行实验操作和设计。
3、小组作业：小组讨论和合作完成案例分析。
四、作业难度层次1、基础层次：主要针对基础知识的巩固和简单的计算，适合大多数学生完成。
2、提高层次：涉及较复杂的电路分析和计算，以及实验设计，适合学有余力的学生挑战。
3、拓展层次：关注最新的研究成果和应用案例，引导学生进行深入思考和讨论，培养创新思维。
五、作业时间安排1、基础知识巩固作业：在课堂学习后的当天完成，预计时间 30 分钟。
《电路中的能量转化与守恒》 说课稿
《电路中的能量转化与守恒》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是《电路中的能量转化与守恒》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析“电路中的能量转化与守恒”是高中物理选修 3-1 中非常重要的一节内容。
它是在学生已经学习了电场、电路的基本概念和规律的基础上，进一步深入研究电路中能量的转化和守恒问题。
这部分内容不仅是对电学知识的深化和拓展，也为后续学习电磁感应、交流电等知识奠定了基础。
同时，它还与实际生活和生产密切相关，有助于培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
教材通过对纯电阻电路和非纯电阻电路的分析，引导学生理解电能与其他形式能的转化关系，并得出能量守恒定律在电路中的具体表现形式。
教材内容逻辑清晰，注重知识的系统性和连贯性。
二、学情分析学生已经掌握了电路的基本概念和部分电学规律，但对于电路中能量的转化和守恒问题还缺乏系统的认识。
他们在之前的学习中已经接触过能量的概念，但对于电能的转化和守恒在电路中的具体应用还需要进一步的学习和理解。
高二的学生已经具备了一定的逻辑思维能力和分析问题的能力，但对于抽象的物理概念和复杂的物理过程，还需要通过具体的实例和实验来帮助他们理解。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）理解电功和电功率的概念，掌握电功和电功率的计算方法。
（2）理解焦耳定律，掌握焦耳定律的表达式及适用条件。
（3）了解纯电阻电路和非纯电阻电路的区别，能够分析电路中的能量转化情况。
2、过程与方法目标（1）通过对电路中能量转化问题的讨论和分析，培养学生的逻辑思维能力和分析问题的能力。
（2）通过实验探究，培养学生的实验操作能力和观察能力，以及从实验现象中归纳总结物理规律的能力。
3、情感态度与价值观目标（1）通过对电路中能量守恒的学习，让学生树立能量守恒的观念，增强节约能源的意识。
（2）通过对实际电路的分析，让学生体会物理知识与生活实际的紧密联系，激发学生学习物理的兴趣。
4.4电路中的能量转化与守恒学案
编号：⑰课题： 4.4电路中的能量转化与守恒主编：史胜波审稿：丁义浩时间： 11.20 *实授课时： 2 班级：学生：组别：组评：师评：学习目标1.掌握电功、电功率、电热的概念及计算2.知道电流的热效应，能区分电热和电功3.理解纯电阻电路与非纯电阻电路的特点4.知道电源的总功率、输出功率及内阻上的热功率重点 1.电功与电热的关系2.电路中的能量转化与守恒难点 1.电功与电热的关系2.电路中的能量转化与守恒学法指导合作探究、讲授自主学习复习闭合电路欧姆定律问题：闭合电路中的能量是怎样转换的?是否守恒？1、电功（1）．实质：电流做的功，实质上是移动电荷做的功。
(2）．表达式：设加在一段电路两端的电压为U，流过电路的电流强度为I，则t时间内流过电路的电荷量Q= ，电场力移动电荷做的功W= ，t时间内电流做功W= 。
(3）．单位：1度= kw.h= J(4）．意义：2、电功率(1).定义：(2).公式：P=(3).单位：(4).物理意义：3、焦耳定律(1).纯电阻电路：只含白炽灯、电炉等电热元件的电路。
(在纯电阻电路中，电场力做功几乎全部转化为内能（热能）)(2).焦耳定律：（电热）(3).热功率：4、电功和电热的比较对于任何电路而言：电流做功W=UIt，电流产生的热Q=I2Rt.（1）.在纯电阻电路中，由于U=IR,因此，UIt= I2Rt,即电流做的功全部转化为电热。
（2）.在非纯电阻电路中（含电动机，电解槽的电路），电流做的功只有很少一部分转化为电热，绝大部分转化为其他形式的能。
因此，W>Q,即UIt>I2Rt，根据能的转化和守恒定律知：在非纯电阻电路中满足UIt= I2Rt + E(其他)。
即电功W=Q+E5、明确电源的几个功率（1）电源的总功率：；（2）电源的热功率：；（3）电源的输出功率：；（4）电源的效率：。
合作探究【思考探究】请完成P90页思考与讨论【案例1】分析教材P90页案例，写出完整的解题过程【案例2】1分析教材P91页案例，写出完整的解题过程汉滨区恒口高级中学高二物理（选修3-1）学案通过对案例二的分析和计算，你得到了哪些启发？（教材P92）自我检测1．(考查点：影响电功率的因素)一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W与36 V．若把此灯泡接到输出电压为18 V的电源两端，则灯泡消耗的电功率( )A．等于36 WB．小于36 W，大于9 WC．等于9 WD．小于36 W2．(考查点：电功率的计算)三个电阻分别标有“100 Ω，4 W”“200 Ω，2 W”“50 Ω，8 W”，将它们串联起来，允许通过的最大电流为________ A，允许消耗的最大总功率为________ W．(不考虑温度对电阻的影响)3．(考查点：纯电阻和非纯电阻电路的分析)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( )A．电炉放热与电动机放热相等B．电炉两端电压小于电动机两端电压C．电炉两端电压等于电动机两端电压D．电动机消耗的功率大于电炉的功率4．(考查点：电功率的计算)如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3( )A．1∶1∶1 B．4∶1∶1C．1∶4∶4 D．1∶2∶2【课后练习】.家庭作业与活动（P 92 1、 2）反思总结。
第四节电路中的能量转化与守恒
1. 复习电场力做功： W=Uq ， U 为电场中两 点间电势差，在电路中即为导体两端电压， q为电量，电路中为流过导体截面电量。 2.电流做功，把电能转化为其它形式的能 (1) 电流通过纯电阻（电灯，电炉子等）电 路做功，把电能转化为内能。 (3) 电流通过电动机做功，把电能一部分转 化为内能，一部分转化为机械能。
电源提 供电能
外电路消耗 的能量
内电路消耗 的电能
电源的工作效率
P U外 出 100% 100% P E 总
对纯电阻电路,电源的效率为:
R 1 I 2R 100 % 100% 2 100% Rr r I (R r) 1 R
结论：电源的效率随外电阻的增大而增大
(2)P电动机=12W,P电~机械=8W (3)P出=18W
3.如图所示,直线A为电源的路端电压U与电流I的 关系图线,直线B是电阻R的两端电压U与电流I 的关系图象,用该电源与电阻R组成闭合电路, 电源的输出功率和电源的效率分别为多少?
P出=4W
η=66.7%
U/V
3 2 1 P A B
0
2
4
6
2、电功率 （1）定义：单位时间内电流所作的功
w （2）公式：P=──= t UІ
（3）单位：瓦特 (4) 物理意义：表示电流做功的快慢
说明：
• （1）电功W=UIt和电功率P=UI的定义式 适用于任何电路 • （2）在纯电阻电路中遵循欧姆定律由于 U=IR，所以有： W=UIt=I2Rt=(U2/R)t P=UI=I2R=U2/R 对于非纯电阻的电路比如电动机，洗衣机 等由于在机器内部不遵循欧姆定律所以电 功只等于UIt，电功率也只能用P=UI
电路中的能量转化与守恒
4.3电路中的能量转化与守恒
U/R 关系
不满足欧姆定律，但是遵 循能量守恒定律即 UIt＝ I2Rt＋W，所以 U>IR 或 I<U/R
能量转化形 式
纯电阻电路
非纯电阻电路
电流做功将全部转化 为内能，即 W＝Q＝
I2Rt＝UR2t
电流做功除了部分转 化为内能外，还有部分 转化为其他形式的能 量，即 W＝UIt，Q＝
(1)将电阻与其他因素分离出来，区别对待。如电动机两端的 电压为 U，其内阻为 R，电流为 I，为了方便处理，将电阻 R 与电动机分离，画出等效电路图如图所示，很明显电压 U 是 加在电阻 R 和电动机两端的总电压，加在 R 两端的电压要比 U 小，所以用 I＝U/R 计算电路的电流明显不对。若知道 R 两端的电压 U′，对 R 使用欧姆定律 I＝U′/R 是可行的。
在非纯电阻电路中，电流做的功＝电热＋其他形式的能，所 以 W＞Q，即 UI＞I2R，C 正确。 Q＝I2Rt 是电热的定义式，适用于任何电路中产生的电热，D 正确。 [答案] BCD
规律总结 解决电功、电热问题要注意公式的适用条件，W＝UIt 和 Q＝ I2R·t 是定义式，普遍适用，根据欧姆定律的变形公式 W＝ UR2·t，W＝I2·R·t 只用于纯电阻电路，而且在纯电阻电路 中电功、电热相等。
[思路点拨] 审题时要把握以下两点： (1)发热功率为 P 热＝I2R。 (2)机械能的功率为：P 机＝P 电－P 热。
[解析] (1)排气扇在 220 V 的电压下正常工作时的电流为 I ＝UP＝23260 A≈0.16 A， 发热功率为 P 热＝I2R＝(0.16)2×40 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′＝UR＝24200 A＝5.5 A，电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P 电′＝P 热′ ＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W。 [答案] (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W
电功和电功率能量守恒和能量转换
电功和电功率能量守恒和能量转换电功和电功率是电学中重要的概念，它们与能量的守恒和转换密切相关。
本文将从电功和电功率的定义与计算方法入手，探讨电能的守恒原理以及电能在不同形式之间的转换过程。
一、电功和电功率的定义与计算方法电功是指电力对电荷的作用所产生的能量转换，一般用符号W表示，单位是焦耳（J）。
电功的计算公式为：W = V × Q其中，V表示电流强度，Q表示电荷量。
根据该公式，可以看出电功与电流强度和电荷量的乘积有关。
电功率是指单位时间内电功的转化率，用符号P表示，单位是瓦特（W）。
电功率的计算公式为：P = W / t其中，t表示时间。
电功率可以理解为单位时间内完成的电功量。
二、能量守恒的基本原理根据能量守恒定律，一个封闭系统中的能量总量是不变的。
在电学中，能量守恒同样适用。
电能守恒的基本原理是指在一个封闭电路中，电能的总量不会改变。
将能量守恒原理应用到电学中，可以得出以下结论：1. 在封闭电路中，电能可以从一种形式转换为另一种形式，但总能量守恒；2. 电能可以在电路中以电势能、电动能和热能等形式存在；3. 当电能转换为其他形式时，会产生一定的损耗，以热能散失。
三、能量的转换过程能量在电路中的转换过程涉及到多种形式的能量转换，下面以一个简单电路为例说明：假设一个直流电路中有一个电源、一个电阻和一个电灯泡。
电源提供电能，电流流过电路，经过电阻产生电功，最终转化为光能和热能。
当电流通过电灯泡时，电阻产生阻力，使得电流通过时产生电功。
电功转化为电灯泡光能，使其发出光亮。
同时，电功也会转化为电灯泡的热能，产生一定的热量。
这个过程中，电能通过电功的转化转化为光能和热能，但总能量仍然保持不变。
通过合适的电路设计和材料选择，可以使电能的转换效率最大化，减少能量损耗。
四、总结电功和电功率是电学中重要的概念，与能量的守恒和转换密切相关。
电功是电力对电荷作用的能量转化，电功率是单位时间内电功的转化率。
《电路中的能量转化与守恒》 作业设计方案
《电路中的能量转化与守恒》作业设计方案一、作业目标1、帮助学生深入理解电路中能量转化的形式和过程，包括电能、热能、光能等。
2、使学生能够运用能量守恒定律分析和解决电路中的相关问题。
3、培养学生的观察能力、逻辑思维能力和实践操作能力。
二、作业内容1、知识回顾（1）布置学生复习课本中关于电路、电流、电压、电阻等基本概念，以及欧姆定律的表达式和适用条件。
（2）让学生回顾不同类型的电源，如电池、发电机等，了解它们在电路中的作用和能量转化方式。
2、理论作业（1）给出一些简单的电路示意图，要求学生计算电路中各个元件消耗的电能、产生的热能，并分析能量的转化过程。
例如，一个由电阻和灯泡组成的串联电路，已知电源电压、电阻值和灯泡的电阻，计算电阻和灯泡消耗的电能以及产生的热能。
（2）设计一些关于能量守恒定律在电路中应用的选择题和填空题，例如：在一个电路中，电源提供的电能为 100J，电阻消耗了 60J 的电能，那么其余的电能去哪里了？（3）让学生推导在纯电阻电路和非纯电阻电路中，电能、热能和其他形式能量之间的关系表达式。
3、实验作业（1）安排学生进行简单的电路实验，如测量小灯泡在不同电压下的功率和亮度，观察电能转化为光能的情况，并记录数据和分析结果。
（2）提供一些实验器材，如电池组、电阻箱、电流表、电压表等，让学生设计并完成一个实验，探究电路中电阻值的变化对能量转化的影响，要求学生写出实验步骤、记录数据和得出结论。
4、拓展作业（1）让学生查阅资料，了解生活中常见的电路设备（如电视机、冰箱、空调等）的能量转化情况，并撰写一篇简短的报告。
（2）引导学生思考如何提高电路的能量利用效率，提出自己的想法和建议。
三、作业形式1、书面作业（1）完成理论作业中的计算题、选择题和填空题，要求书写工整、步骤清晰。
（2）撰写实验报告和拓展作业的报告，要求语言通顺、逻辑严谨。
2、实验操作按照实验要求进行实际操作，记录实验过程和结果。
3、小组讨论组织学生进行小组讨论，交流在作业中遇到的问题和心得体会，共同解决难题。
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二、焦耳定律 热功率 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．公式：Q＝I2Rt.
3．热功率：单位时间内的发热功率．
P热＝ I2R .
三、纯电阻和非纯电阻电路的区别
项目
纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件
电路中除电阻元件外，还有将 电能转化为其他能的用电器
A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt， 且W＝Q
B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt， 但W不一定等于Q
C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路 中才成立
D．W＝UIt在任何电路中成立，Q＝I2Rt只 在纯电阻电路中成立
解析：选B.W＝UIt、Q＝I2Rt适用于一切电 路，但在纯电阻电路中W＝Q，在非纯电阻电 路中W＞Q，B对，A、C、D错．
电路中的能量转化 与守恒
电流的热效应
一、电功 电功率 1．电功，即电流做功，实质上是导体中的 恒定电场对自由电荷的静电力在做功． 2．电流做功的过程就是电能转化为其他形 式能的过程，电流做功的多少等于电能转化为 其他形式能的数量． 3．电功的公式：W＝ UIt. 4．电功率即单位时间内电流所做的功，电
“110V 44W”的灯泡L2及一只滑动变阻器R，将它
们接在220 V的电路中，要使两灯都正常发光，在
下图所示的几种接法中，最合理的是( C )
为什么C最好？？？
I1=0.2A R1=550Ω
I2=0.4A R2=275Ω
例7．有四盏电灯，如图所示连接在电 路中，L1、L2都标有“220 V，110 W”字样， L3和L4都标有“220 V，40 W”字样，把电 路接通后最暗的是 ( )
例18 如图所示，电动势为E、内阻不
计的电源与三个灯泡和三个电阻相接．只
合上开关S1，三个灯泡都能正常工作．如 果再合上S2，则下列表述正确的是( C ) A．电源输出功率减小
B．L1上消耗的功率增大
C．通过R1上的电流增大 D．通过R3上的电流增大
例19、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
例11、加在某台电动机上的电压是U，电动
机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，
则电动机线圈上消耗的热功率为（ C ）电动
机输出的机械功率为（ D ）
A．P
B．U 2/ r
C．P 2r /U 2
D．P – P 2r/ U 2
非纯电阻电路中
计算电功率只能用P=UI， 计算热功率只能用P热=I2R
例12 规格为“220V 55 W”的排气 扇，线圈电阻为40Ω，求：
停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 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．求这台 电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电 阻．
【思路】 (1)电动机不转时相当 于纯电阻，由欧姆定律求线圈电 阻． (2)根据能量守恒求电动机正常运 转时的输出功率．
电源输出 功率P外
普遍表达式 P＝IE
P内＝I2r P外＝IU外
纯电阻电路 P＝I2(R＋r) P内＝I2r P外＝I2R
联系
P＝P内＋P外或IE＝I2r＋IU外
例15. 如图，电源电动势E＝10 V， 内阻r＝0.2 Ω，标有“8 V 16 W”
的灯泡L恰好正常发光，电动机D线
圈电阻R0＝0.15 Ω，则电源的输出
（1）将它们串联后接到电源上，
其总电阻为 9 Ω，它们的电压之
比为 2:3:4 ，它们消耗的电功率之比
为 2:3:。4
（2）将它们并联后接到电源上，
其总电阻为 12/13 Ω，它们的电流之 比为6:4:3 ，它们消耗的电功率之比
为 6:4:3 。
例4．有四盏电灯，如图所示连接在 电路中，L1、L2都标有“220V，110W” 字样，L3和L4都标有“220V，40W”字 样，把电路接通后
功率为( ) A．16 W B．440 W C．80 W D．400 W
解析：选 C.由 E＝U 外＋U 内，U 内＝E－U 外＝(10
－8) V＝2 V，U 内＝Ir，所以
I＝Ur内＝
2 0.2
A＝10 A，
电 源 的 输 出 功 率 P 出 ＝ IE － I2r ＝ (10×10 －
102×0.2) W＝80 W.
最暗的是 ( C )
A．L1 C．L3
B．L2 D．L4
解析：由
P＝I2R
知，L2
Hale Waihona Puke 比L1暗，L3
比
L4
暗，又由
U2 P＝ R 知，
L3 比 L2 暗，故最暗的是 L3 灯，选 C。
例5 如图所示，R1和R2都是“4W， 100Ω”的电阻，R3是“1W，100Ω”的 电阻，则AB间允许消耗的最大功率是
(1)接上220V的电压后，排气扇转化为 机械能的功率和发热的功率及排气扇的 效率；52.5 W 2 .5W 95.5%
(2)如果接上电源排气扇正常工作后， 扇叶被突然卡住，不能转动，求电动机 消耗的功率和发热的功率。由此你能得 到什么启示？
1 210 W 1 210 W 排气扇可能被烧毁
例13、如图所示的电路中，电源电动势 为60 V，内阻不计，电阻R＝2 Ω，电动机的 内阻R0＝1.6 Ω，电压表的示数为50 V，电 动机正常工作，求电动机的输出功率。
【精讲精析】 当电流表和电压表的示数为 0.5 A 和 1.0 V 时电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻
消耗电能，其阻值 r＝UI11＝10..05 AV＝2 Ω.当电动机正常 工作时，电流表、电压表示数分别为 2.0 A 和 15.0 V， 则电动机的总功率 P 总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W， 线圈电阻的热功率 P 热＝I22r＝2.02×2 W＝8.0 W，所 以 P 输出＝P 总－P 热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W.
________ W.
解析：由 R1、R2 与 R3 的额定值知三个电阻正 常工作时的电流分别为
I1＝I2＝
PR11＝0.2 A，
I3＝0.1 A.
由串、并联电路的电流关系，当
I1＝0.2 A，I2＝I3＝0.1 A 时，AB 间消耗的功率 最大，最大功率为
Pm＝P1＋2P3＝6 W.
例6 给定两只标有“110V 22W”的灯泡L1和
在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此
式可用于
()
A．计算电冰箱的功率
B．计算电风扇的功率
C．计算电烙铁的功率
D．计算洗衣机的功率
解析：公式P＝U2/R是根据功率公式和欧姆定律推导出来 的，只能用在纯电阻电路中，故C正确，A、B、D错误。
答案：C
例3 将阻值为R1=2Ω,R2=3Ω, R3=4Ω的三个电阻接到电源上，则
[答案] (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W
如图所示，电路中电池的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω,R0是 可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过程中， 求：
(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最 大热功率；
(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小 热功率之和；
A．L1 B．L2 C．L3 D．L4
解析：由 P＝I2R 知，L2 比 L1 暗，L3 比 L4 暗，又由 P＝UR2知， L3 比 L2 暗，故最暗的是 L3 灯，选 C。 答案：C
例8.一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈
电阻相同，都为R，设通过的电流相同，则在相
同时间内，下列说法正确的是( ) A．电炉和电动机的电热相等 B．电动机消耗功率大于电炉消耗功率 C．电炉两端电压小于电动机两端电压 D．电炉和电动机两端电压相等 解析：选ABC.此题关键是分清电炉丝是纯电阻
例16．在如图所示的U－I图像中，直线Ⅰ
为某一电源的路端电压与电流的关系图像，
直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电 源与电阻R组成闭合电路。由图像判断正确的
是( ABC )
A．电源的电动势为3 V，内阻为0. 5 Ω
B．电阻R的阻值为1 Ω
C．电源的输出功率为4 W D．电源的热功率为4 W
例17、如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安 特性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏
【答案】 22.0 W 2 Ω 【规律总结】 非纯电阻电路中欧姆定律I＝U/R不成立. 电功率、电热功率只能用P＝UI和P＝I2R求解．其他功率 用能量关系处理．
2.输出功率随外电阻 R 的变化关系
电源的输出功率：P
出＝UI＝
RR＋E2r2＝
E2 R－R r2＋4r.
由上式可以看出：
(1)当
流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段 电路两端的电压U的乘积．表达式为
P ＝ UI.
5．额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额
定功率。当用电器两端电压达到额定电压U额时， 电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率 P额，且P额＝U额I额。
(2)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。
安特性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω,则 这只定值电阻的阻值为______Ω。现用3只这种规 格的定值电阻并联，作为该蓄电池组的外电路，则 该蓄电池组所输出功率的是_______W。
解：由图象可知蓄电池的 电动势为20V。
由斜率关系知外电阻阻值 为6Ω。
用3只这种电阻并联作为外 电阻，外电阻等于2Ω，因 此输出功率为50W。
(3)R0调到多少时R上消耗 的功率最大．