04--闭合电路中的能量转化问题(改)
电路中的能量转化 习题精选
12.1电路中的能量转化习题精选一、单选题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．静电力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大C．电流通过电动机时的电功率和热功率相等D．焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路2．标有“6V3W”的甲灯和“12V 12W”的乙灯，并联接在6V的电源上（假设灯丝的电阻不变），下列说法正确的是（）A．甲、乙两灯消耗的电能之比是1:4B．甲、乙两灯的电压之比是1:2C．通过甲、乙两灯的电流之比是1:2D．甲、乙两灯的实际电功率之比是1:13．如图所示，用充电宝为一手机电池充电。
已知充电宝的输出电压U，输出电流I，手机电池的内阻为r，若U、I均恒定不变，则充电一段时间t内（）A．转化为手机电池的化学能为UItB．手机电池产生的焦耳热为2 Ut rC．手机电池充电效率为1IrU-D．充电宝输出的电功率为UI＋I2r4．如图所示，a、b分别表示由相同材料制成的横截面积相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线，下列判断中正确的是（）A．a代表的电阻丝较短B．b代表的电阻丝较长C．将两条电阻丝串联后，其I U-图线位于a的下方D．将两条电阻丝并联后接入电路，a的热功率比b的大5．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、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是（）A ．P 甲=P 乙B ．P 乙=3P 甲C ．P 甲=3P 乙D ．P 乙>3P 甲6．图是利用电动机提升重物的示意图，其中D 是直流电动机。
P 是一个质量为m 的重物，它被细绳拴在电动机的轴上。
闭合开关S ，重物P 以速度v 匀速上升，这时电流表和电压表的示数分别是5.0 A 和100 V ，重物P 上升的速度为0.70 m/s 。
重物的质量为50 kg ，g 取10 m/s 2。
下列说法不正确的是（ ）A ．电动机消耗的电功率为500WB ．绳对重物做功的机械功率350WC ．电动机线圈的电阻20ΩD ．电动机的效率为70%7．如图所示的电路中，1R 、2R 都是“4W 、100Ω”的电阻，3R 是“1W 、100Ω”的电阻，则AB 间允许消耗的最大功率是（ ）A ．1.5WB ．4.5WC ．8WD ．9W二、多选题8．一微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V 电压时，通过的电流为0.3A ，此时电动机不转，当加在电动机两端的电压为2.0V 时，电流为0.8A ，这时电动机正常工作，下列说法正确的是（ ） A ．电动机内阻为1Ω B ．电动机内阻为2.5ΩC ．电动机正常工作时的效率为60%D．电动机正常工作时的效率为50%9．如图所示是某电吹风的简化电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。
闭合电路中的功率及效率问题
闭合电路中得功率及效率问题1、电源得总功率(1)任意电路:Ｐ总＝EI =U 外I ＋U 内Ｉ＝P 出+P 内. (2)纯电阻电路:Ｐ总=I ２(R +r )=＼f(E ２,R ＋ｒ)、２。
电源内部消耗得功率:P 内=I 2r ＝Ｕ内Ｉ＝Ｐ总—Ｐ出.3.电源得输出功率(1)任意电路:P 出＝UI =ＥI －I 2r ＝P 总－P 内。
(２)纯电阻电路:Ｐ出=I 2R ＝Ｅ2R(Ｒ＋r )2=错误!。
(3)纯电阻电路中输出功率随R 得变化关系①当R ＝r 时,电源得输出功率最大为P m ＝错误!.②当R ＞ｒ时,随着Ｒ得增大输出功率越来越小。
③当R 〈r 时,随着R 得增大输出功率越来越大。
④当P 出<P m 时,每个输出功率对应两个外电阻R 1与R 2,且Ｒ1R ２=r 2、⑤Ｐ出与R 得关系如图4所示.4。
电源得效率(1)任意电路:η=P 出P 总×100%＝U E ×１0０%。
(2)纯电阻电路:η=R Ｒ+r×100％＝错误!×100％ 因此在纯电阻电路中Ｒ越大,η越大;当R =r 时,电源有最大输出功率,效率仅为50％。
特别提醒 当电源得输出功率最大时,效率并不就是最大,只有５０%;当R →∞时,η→1０0%,但此时Ｐ出→０,无实际意义. “等效电源法”得应用例1 如图５所示,已知电源电动势E ＝５ V ,内阻r ＝２ Ω,定值电阻R 1＝0。
5 Ω,滑动变阻器Ｒ2得阻值范围为0~１0 Ω.求:图5(１)当滑动变阻器R ２得阻值为多大时,电阻R 1消耗得功率最大？最大功率就是多少？(2)当滑动变阻器得阻值为多大时,滑动变阻器消耗得功率最大？最大功率就是多少?(3)当滑动变阻器得阻值为多大时,电源得输出功率最大？最大功率就是多少?解析 (1)定值电阻Ｒ1消耗得电功率为P 1=Ｉ2Ｒ1＝Ｅ2Ｒ1(R 1＋R 2+r )２,可见当滑动变阻器得阻值R 2＝0时,R 1消耗得功率最大,最大功率为P 1ｍ＝E ２R 1(R １+ｒ)2＝２ W 、 (2)将定值电阻R 1瞧做电源内阻得一部分,则电源得等效内阻r ′＝R 1＋r ＝2。
高中物理闭合电路中的能量转化问题
高中物理闭合电路中的能量转化问题一、电路中的功与能能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律．在电路中能量是怎么转化的？请参照图3-4-1所示电路回答并举例．答：电源是把其它能转化为电能的装置．内阻和用电器是电能转化为热能等其它形式能的装置．如化学电池将化学能转化成电能，而电路中发光灯泡是将电能转化成光、热能．对于一个闭合电路，它的能量应该是守恒的，但又在不同形式间转化，通过什么方式完成呢？（请结合电动势和电压的定义回答）答：做功．在电源部分，非静电力做正功W非=q ，将其它形式的能转化成电能．而内阻上电流做功，将电能转化成内能W内=qU′（U′为内阻上的电势降），在外电路部分，电流做功W外=qU（U为路端电压），电能转化成其它形式的能．这些功与能量间的定量关系如何？总结：可见，整个电路中的能量循环转化，电源产生多少电能，电路就消耗多少，收支平衡．答：W非=W内+W外或q =qU′+qU二、电功与电热如图3-4-2所示，用电器两端电压U，电流I．回答：（1）时间t内，电流对用电器做功；W=UIt（2）该用电器的电功率；P=W/t=UI（3）若用电器电阻为R，时间t内该用电器产生的热量；Q=I2Rt（4）该用电器的热功率；）P热=Q/t=I2R（5）电功与电热是否相等？它们的大小关系如何？为什么？若电路为纯电阻电路，则W=Q=I2Rt,，若电路为非纯电阻电路，则W＞Q（因为W内还包括电能转化成的其它能量，即W=Q+E）[例1]如图3-4-3所示，A、B两灯泡额定电压都为110V，额定功率PA=100W，PB=40W，接在220V电路上．欲使灯泡正常发光，且电路中消耗的功率最少，用以下哪种接法？（C）非纯电阻电路中，电流做功也不再只转化为内能，而是根据具体情况转化为其它各种形式的能．如：小电机提升重物和电解槽电解ZnSO4溶液的例子，电能分别转化成何种能量？（转化成机械能和内能．转化为化学能和内能．）[例2]如图3-4-4所示的电路中，电源电动势=6V，内电阻r=1Ω，M为一小电动机，其内部线圈的导线电阻R M=2Ω．R为一只保护电阻，R=3Ω．电动机正常运转时，电压表的示数为0.3V，求电动机得到的电功率和它转动的机械功率（请学生回答解此题的关键点是什么？如何突破？）答：本题的关键是电路中有电动机，不是纯电阻电路，因而欧姆定律不再适用．突破点是利用电压表与R的阻值，求出电路中的电流，再求出各部分的电压和功率．I=U bc/R U ab= -Ir-U bc P电=U ab I P机=P电-I2R M解答完毕后，可再让学生求一下电动机的效率η以加深非电阻电路P电≠P热的印象．[例3]如图4 -2-1所示为直流电车模型工作示意图，电源电动势E =12V，全电路电阻R=1Ω，电车在水平路面上以v=5m/s行驶，车受阻力f =7.2N，则电路中电流强度为（ B ）A． 12A B．6A C．3A D．1A三、电源的功率与效率1．电路中各功率及其关系电源总功率：指非静电力做功，把其它形式的能转化为电能的功率．P总=W/t=q /t= I内电路消耗功率：指内阻上的电热功率．设内阻为r，则P内=W内/t=qU′/t=IU′=I2r电源输出功率：指电源对外电路做功的功率P 出=W 外/t=Uq/t=UI这三者之间是什么关系？2．电源的最大输出功率设外电路总电阻为R ，内阻为r ，电源电动势为，试推导电源最大输出功率及其产生的条件．思考题：①当R ＞r 或R ＜r 时，P 出怎么变化，对一个相同的P 出会不会有两个外电阻R 都满足，如果存在这样一对R ，它们应满足什么关系②画出P 转、P 内、P 出随电流I 的变化图像，通过图像证明R=r 时，P 出最大。
专题04 电路的三种状态(解析版)-九年级物理全一册
2023-2024学年九年级物理全一册学优生期中期末复习难点题型专项突破（人教版）专题04 电路的三种状态1．（2023•鄂州中考）如图所示，开关S闭合时，小灯泡L1、L2都不亮，用一段导线的两端接触a、b两点时，两小灯泡都不亮；接触b、c两点时，两小灯泡也不亮；接触c、d两点时，两小灯泡都亮。
对此，下列判断中可能的是（）A．小灯泡L1断路B．小灯泡L2断路C．开关S断路D．小灯泡L2短路解：由电路图知，闭合开关，两灯串联；A 如果灯L1断路，用一段导线的两端接触a、b两点时，L2会发光，故A错误；B 如果灯L2断路，导线接触b、c两点时，L1会发光，故B错误；C 如果开关断路，导线接触c、d两点时，电路是通路，两灯都发光，故C正确；D 如果灯L2短路，L1会发光，故D错误。
答案：C。
2．（2023•成都中考）如图所示的实验电路，还有部分导线未连接，字母a、b、c、d、e、f、g、h表示各元件的接线柱。
下列操作能让灯L1、L2都亮起来的是（）A．用导线连接d、f，再闭合开关SB．用导线连接b、f，再闭合开关SC．用一根导线连接e、g，用另一根导线连接d、f，再闭合开关SD．用一根导线连接e、f，用另一根导线连接d、g，再闭合开关S解：A、用导线连接d、f，再闭合开关S，灯L2亮，灯L1不亮，故A错误；B、用导线连接b、f，再闭合开关S，灯L2亮；此时灯L1没有接入电路（或L1所在电路断路），则L1不亮，故B错误；C、用一根导线连接e、g，用另一根导线连接d、f，再闭合开关S，两灯并联，都亮，故C正确；D、用一根导线连接e、f，用另一根导线连接d、g，再闭合开关S，电源短路，两灯都不亮，且会烧坏电源，故D错误。
答案：C。
3．（2022•自贡中考）小谢在做实验时，先连成如图所示的电路，闭合开关S1并观察灯泡亮暗情况后，再闭合开关S2，小谢看到的现象是（）A．两只灯泡一直都不亮B．两只灯泡一直亮C．两只灯泡开始都亮，后来L2不亮D．两只灯泡开始都亮，后来L1不亮解：读图可知，当只闭合S1时，两灯泡串联，所以两灯开始都发光，当再闭合S2时，灯L1被短路，只有灯L2工作，所以后来L1不亮，L2亮。
【高中物理】电路中的能量转化+课件+高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
电功
电功率
额定功率 和实际功率
1.定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的
功，简称电功，通常也说成是电流所做的功。
2.公式：W UI t
I U R
W
I 2 Rt
U2 R
t
任意电路
纯电阻电路
3.单位：焦耳(J)，常用单位千瓦时( kw h )
“千瓦时”就是日常生活中的“度”。
1kw h 3.6106 J
4.物理意义:电功是电能转化为
电 能
其他形式能的量度。 表
电功
电功率
额定功率 和实际功率
某同学发现家里的电炖锅 上有两个档位，分别是快炖和 慢炖，这两个档位的本质区别 是什么呢？这位同学说两个档 位的电功不同，这种说法正确 吗？
区别：反映电流做功快慢不同
电功率
1.定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。
电流通过线圈时要发热；P热＝I2r 4．功率关系：P总＝P出＋P热 5．电动机的效率： P出 100%
P总
认识 电动机
课本例题
巩固练习
公式总结
【例1】.一个电动机，线圈电阻是 0.4 ，当它两端所加的 电压为 220 V时，通过的电流是 5 A。这台电动机每分钟所 做的机械功有多少?
解:据能量守恒定律得: IUt = I2Rt +W
问题2：电流做功怎样理解？或者说电流做功的本质是什么？ 答：电流做功的本质是导体中有恒定电场，自由电荷在静
电力作用下定向移动，这个静电力在做功。
问题3：电流做功时能量是怎样转化的？ 答：静电力对自由电荷做正功，电荷的电势能（其实电势
能就是平时我们说的电能）减少，其他形式的能增加。
电功
电功率
额定功率 和实际功率
《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”是高中物理电学部分的重要内容，它建立在学生已经掌握了电路的基本概念和规律的基础上，进一步深入探讨电路中能量的转化和守恒关系。
本节课在教材中的地位举足轻重，它不仅是对之前所学电学知识的综合运用和深化，也为后续学习电磁感应、交流电等内容奠定了基础。
通过本节课的学习，学生能够更加全面地理解电路的本质，提高分析和解决实际问题的能力。
教材首先通过实验和实例，引导学生观察和思考电路中电能的转化形式，如灯泡发光时电能转化为光能和内能，电动机转动时电能转化为机械能和内能等。
然后，通过理论推导，得出焦耳定律和闭合电路的欧姆定律，从定量的角度阐述了电能的损耗和转化规律。
最后，引入能量守恒定律，强调在电路中能量的总量是保持不变的。
二、学情分析学生在之前的学习中已经掌握了电路的基本组成、电流、电压、电阻等概念，以及欧姆定律等基本规律，具备了一定的分析电路问题的能力。
但是，对于电路中能量的转化和守恒关系，学生往往缺乏系统的认识和深入的理解。
在思维能力方面，高中生已经具备了一定的抽象思维和逻辑推理能力，但对于较为复杂的物理过程和概念，还需要进一步的引导和启发。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）理解电功、电功率的概念，掌握其计算公式。
（2）理解焦耳定律，能用焦耳定律计算电路中产生的热量。
（3）掌握闭合电路的欧姆定律，理解电源的电动势和内阻的概念。
（4）理解电路中的能量转化与守恒定律，能够运用能量守恒定律分析和解决电路中的问题。
2、过程与方法目标（1）通过实验观察和分析，培养学生的观察能力和逻辑思维能力。
（2）通过理论推导和计算，培养学生运用物理规律解决实际问题的能力。
（3）通过小组讨论和交流，培养学生的合作学习能力和语言表达能力。
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。
新高考物理考试易错题易错点19闭合电路的欧姆定律附答案
易错点19 闭合电路的欧姆定律易错总结1．静电力和非静电力(1)静电力是带电体之间通过电场相互作用的力，非静电力是指除静电力外能对电荷移动起作用的力 . (2)非静电力的来源①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能． ②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能． 2．静电力与非静电力做功的比较(1)非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功．通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能．(2)静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功．静电力做功将电能转化为其他形式的能． 3．电动势(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大．(2)公式E ＝Wq 是电动势的定义式而不是决定式，E 的大小与W 和q 无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同．(3)电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功． 4.内、外电路中的电势变化如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．5．闭合电路欧姆定律的几种表达形式(1)I ＝ER ＋r 、E ＝IR ＋Ir 只适用于外电路为纯电阻的闭合电路．(2)U 外＝E －Ir ，E ＝U 外＋U 内适用于任意的闭合电路．6．路端电压与负载的关系：U ＝E －U 内＝E －ER ＋r r ，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U ＝E ；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势．7.路端电压与电流的关系：U ＝E －Ir .8．电源的U －I 图像：如图所示是一条倾斜的直线，图像中U 轴截距E 表示电源电动势，I 轴截距I 0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻．解题方法一、闭合电路欧姆定律及其能量分析 1．闭合电路中的能量转化(1)时间t 内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W ＝Eq ＝EIt . (2)时间t 内外电路产生的内能为Q 外＝I 2Rt .内电路产生的内能为Q 内＝I 2rt . (3)根据能量守恒定律，在纯电阻电路中应有W ＝Q 外＋Q 内，即EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt . 2．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比． (2)表达式：I ＝ER ＋r.(3)另一种表达形式：E ＝U 外＋U 内．即：电源的电动势等于内、外电路电势降落之和． 二、路端电压与负载的关系 1．路端电压的表达式： U ＝E －Ir .2．路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻R 增大时，由I ＝ER ＋r 可知电流I 减小，路端电压U ＝E －Ir 增大．(2)当外电阻R 减小时，由I ＝ER ＋r可知电流I 增大，路端电压U ＝E －Ir 减小．(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I 变为0，U ＝E .即断路时的路端电压等于电源电动势．当电源短路时，外电阻R ＝0，此时I ＝Er.【易错跟踪训练】易错类型1：不能熟练应用数学知识解题1．（2021·上海）如图所示，直线A 为某电源的U －I 图线，曲线B 为小灯泡L 的U －I 图线，将L 接在该电源两端组成闭合电路。
闭合电路的欧姆定律
闭合电路动态分析
在如图所示的电路中，将开关S由 断开变为闭合后，分析流经各个 电阻的电流及它们两端电压的变 化。电源的电动势及内阻不变。
R1
S
R2 R3
E r R4
闭合电路动态分析
A
R
R
在如图所示的电路中，将电阻R0 的滑片向下滑，分析电压表与电
V
R0
流表示数的变化。电源的电动势
及内阻不变。
R
R
外电阻越大，电流越小，外电压越大； 效率越大。
输出功率最大时：
当R
r时，I
E 2r
，U
E 2
，P出
E2 4r
；
50%
常见几种功率的分析
当滑动变阻器的滑片P左右滑动 时，分析电源输出功率，R1的 功率，R2的功率的变化。
R1
R2 P
Er
1、定值电阻功率最大的条件： P=I2R 通过定值电阻的电流最大
当R 时，P出 0；断路
当R
r时，P出
E2 4r
；输出功率最大
三个关系的区别与联系
P出 EI I 2r
所有电路
P出
E r
U
1U 2 r
所有电路
P出
E2 (R r)2
4r
R
纯电阻电路
在纯电阻电路中，三个特殊状态的联系：
当R
0时，I
E r
，U
0，P出
0；
短路
当R 时，I 0，U E，P出 0； 断路
3、规律： 当U 0时，P出 0； 短路
当U E时，P出 0； 断路
当U
E 2
时，P出
E2 4r
；输出功率最大
三、输出功率与电阻关系 P出 — R
2.6电路中的能量转化
3V,0.2 11.25
例题：已知如图，E =6V，r =4Ω ，R1=2Ω ，R2的变化范 围是0～10Ω 。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
E
r
① 2.25W② 2W③ 1.5W
例题：如图所示，直线a为电源的U-I图线，直线b为电阻R 的U-I图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，求电源 的输出功率和电源的效率．
特别地：外电路短 路时，U=0，则有： E•I短=I短2•r,
即电源提供的电能
全部转化为内能。
3.讨论：（设外电路为纯电阻，总电阻为R）
（1）电源的输出功率P出与R的关系
E2 P出=I2R=(R+r)2 = (R-r)2 +4r R E2R 当R=r时,P出最大
2 E Pmax= 4r
且最大值为:
由图可知:同一功率对应着两个电阻值,两个电阻值 之间有何关系呢?
r R1R2
（2）电源的效率η
P 出 UI = P供 EI
U （100%） E
若外电路是纯电阻，则有：
U IR R 1 = = = （100%） E I (R r) R r 1 r / R
R ↑, η ↑
§2.6 电路中的 能量转化
电源：其他能→电能，电源提供的电能为EIt ∴P供=EI
1.内阻：电能→电热，：Q=I2Rt ∴P内=I2r ∴ P出=UI
外电路：电源输出电能→其他能：UIt
2.闭合电路：E=U+Ir
EI=UI+I2r 即 P供=P出+P内
EIt=UIt+I2rt
闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电 路中的具体体现。
《1. 电路中的能量转化》(同步训练)高中物理必修 第三册_人教版_2024-2025学年
《1. 电路中的能量转化》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在电路中，电流做功的结果是( )。
A. 转化为磁场能B. 转化为热能和光能C. 增加导线的长度D. 减少电路中的电阻2、一段电阻丝通电后发热，下列关于其能量转化的说法正确的是( )。
A. 电能全部转化为内能B. 电能全部转化为机械能C. 电能一部分转化为光能，另一部分转化为内能D. 电能全部转化为化学能3、在一个电路中，电源的电动势为6V，内阻为1Ω，外电路的电阻为4Ω。
当电路闭合时，电路中的电流强度为：A. 1AB. 1.5AC. 2AD. 3A4、一个电路中，一个理想电压表的内阻为无穷大，一个理想电流表的内阻为0Ω。
在测量电路中的电压和电流时，以下说法正确的是：A. 电压表和电流表可以串联测量电路中的电压B. 电压表和电流表可以并联测量电路中的电流C. 电压表和电流表可以串联测量电路中的电流D. 电压表和电流表可以并联测量电路中的电压5、在下列电路中，若电源为恒定电流，电路中的电阻值为恒定值，下列哪个选项描述的是能量转化过程中，电阻上消耗的能量与电流二次方成正比的关系？A. 电源消耗的能量与电流二次方成正比B. 电动机消耗的能量与电流二次方成正比C. 栅极晶体管（Graham Class F）消耗的能量与电流二次方成正比D. 电阻,r上消耗的能量与电流二次方成正比6、一个简单的直流电路中，电源电压为12V，电阻R1和R2并联。
已知R1=4Ω，R2=12Ω。
那么，该电路的总电阻是多少？A. 1ΩB. 3ΩC. 6ΩD. 8Ω7、在电路中，电源的作用是将其他形式的能量转化为电能。
以下选项中，不属于电源将其他形式的能量转化为电能的是（）。
A、电池将化学能转化为电能B、发电机将机械能转化为电能C、太阳能电池将光能转化为电能D、电热器将电能转化为热能二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在电路中，当线性电阻消耗的功率等于其两端电压和通过的电流的乘积时，该电阻的功率为36W。
电路中的能量转化
U0
b
β o
M（I0,U0）
2）两者的交点坐标表示该电阻接入电 路时的路端电压与电流.
a
α I0 Im I
3）a的斜率的绝对值表示电源内阻的大 小、b的斜率的绝对值表示接入电路中
外电阻的的大小
4）图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。
当两个斜率相等时（即内、外电阻相等）图中矩形面积最 大，即输出功率最大。
(b)外电路功率：P出
I
U
E2 R (R r)2
(c)内电阻功率：P内 I U内 I2 r (d )三个功率关系：P总＝P出＋P内
四、电源的输出功率随外电阻变化的讨论
①电源的总功率P总=IE 由图可知:同一功率对
②内耗功率：P内=I2r
应着两个电阻值,两个电阻 值之间有何关系呢?
③输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
当外电阻为纯电阻电路时
= ( -r) P出=I2R外=
E2R外 (R外+r)2
E2
2
R外
+4r
R外
当R外=r时,P出最大，且最大值为
P出m=
E2 4r
电源的功率最大时，其效率只有50℅
五、闭合电路的U-I图象
U E
N
1）右图中a为闭合电路的U-I图象，b为 部分电路(外电阻)的U-I图象
2.6 电路中的能量转化
一、电路中的能量转化
1．电源内部：其他形式的能转化为电能．同时， 电源本身也有一定的电阻．电流流过时电源也会发 热，消耗一部分电能．
2．外电路：通过电场力做功，将电源输出的电 能转化为其他形式的能量．
3．表达式： EIt＝UIt＋I2rt
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。
闭合电路功率问题
闭合电路功率问题作者：王冠凯来源：《新教育时代·学生版》2018年第33期摘要：正确理解相关基础原理公式，灵活运用各种解题方法是学习物理学知识的重要途径。
闭合电路是我们在高中阶段学习物理电学知识的基本内容，本文就对闭合电路的功率问题给同学们做一个简单的归纳与总结。
关键词：闭合电路功率纯电阻电路等效电源法引言电荷沿电路绕一周后可回到原位置的电路称为闭合电路。
一个简单而完整的闭合电路由提供电能的电源，消耗电能的电阻，传送电能的导线与控制电流通断的开关组成。
一个闭合电流中存在四个功率分别是电源的总功率、电源的输出功率、电源内部消耗的功率和电源外部消耗功率，在计算各种功率问题时，首先我们应该知道欧姆定律只适用于纯电阻电路。
一、闭合电路中的四个功率1.电源总功率电源总功率是描述闭合电路中电源把其它形式的能转化为电能快慢的物理量。
根据能量守恒定律我们知道电源总功率等于内部消耗功率与外部消耗功率之和。
守恒思想是自然界中重要的基本定律，守恒思想贯穿着中学物理始终。
[1]故电源总功率在任意电路中都可以用公式P 总=IU外+IU内=P出+P内来表达。
又因为在纯电阻电路中电源内部消耗功率总是等于电源外部消耗功率，故在纯电阻电路中P总=IE。
2.电源的输出功率电源的输出功率指的是外电路上的电功率，在数量上等于总电流I与电路路端电压U的乘积。
在任意电路中，电源的输出功率为P出=IU，在纯电阻电路中，电源的输出功率为P出=I2R。
3.电源内部消耗功率和电源外部消耗功率电源内部消耗功率指内电阻的热功率，可以用公式P内=I2r；同理，电源外部消耗功率就是指外电阻的热功率，即P外=I2r。
二、纯电阻电路中输出功率的最值问题与电源效率对于纯电阻电路中输出功率的最值问题，我们可以运用简单线性规划的基本思想求解。
简单线性规划的基本思想是指在一定的约束条件下，通过数形结合求函数的最值。
[2]在前面的分析中，我们得到在外电路为纯电电阻的电路中可以应用欧姆定律，电源的输出功率和外电阻的热功率是相等的，且电源总功率P总=IU外，电源内电阻消耗功率P内=I2r。
《第十二章1电路中的能量转化》教学设计教学反思-2023-2024学年高中物理人教版19必修第三册
《电路中的能量转化》教学设计方案（第一课时）一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握电路中能量转化的基本概念，理解电能、热能、机械能之间的相互转换关系。
通过实验操作，学生能够观察并分析电路中能量转化的过程，并能够运用所学知识解决实际问题。
同时，培养学生的观察能力、实验能力和分析问题的能力。
二、教学重难点教学重点：掌握电路中能量转化的基本原理和规律，理解不同类型电路的能量转化过程。
教学难点：通过实验操作，观察并分析电路中能量转化的具体过程，理解电能与热能、机械能之间的转换关系，并能够用所学知识解释生活中的相关现象。
三、教学准备1. 教学器材：电源、电阻、电容器、电动机、温度计、电流表等实验器材；2. 教学课件：包含电路图、能量转化示意图等；3. 实验指导书：供学生参考的实验步骤和注意事项；4. 安全防护措施：确保学生操作时安全，避免触电等危险情况发生。
在准备过程中，需确保器材完好可用，环境安全适宜进行实验，以保证教学质量和学生安全。
同时要确保所有学生都明确实验目的和步骤，做好预习工作。
四、教学过程：一、引导阶段首先，为使学生能够快速进入课堂学习状态，我们应当利用问题或情境导入，激发学生的学习兴趣。
教师可以首先提问：“同学们，你们在日常生活中是否注意到过各种电路和电器的使用？它们在运行过程中有什么样的能量变化？”随后，通过展示一些生活中常见的电路和电器图片或视频，如手机充电、电灯发光等，引导学生观察并思考其中的能量转化过程。
二、知识铺垫在引导学生进入主题之前，需要先进行一些基础知识的铺垫。
教师可以先简要介绍电路的基本概念和电能的定义，强调电流的传递和能量的转换过程。
随后，通过图文并茂的方式，详细讲解电流、电压和电阻之间的关系，为后续的能量转化分析打下基础。
三、新课内容讲解（一）能量转化的基本概念在讲解能量转化的基本概念时，教师可以通过实例分析，如“一个电池如何将化学能转化为电能”，来帮助学生理解能量转化的过程。
高中物理(新人教版)必修第三册课后习题：电路中的能量转化(课后习题)【含答案及解析】
第十二章电能能量守恒定律电路中的能量转化合格考达标练1.用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要时间t,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么()A.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间2tB.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间t2C.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间4tD.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间16tQ=U 2R t,煮沸一壶水所需的热量为Q=(220V)2Rt。
当电压变为原来的12时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4t,选项A、B错误。
当电压变为原来的14时,时间要变为原来的16倍,即16t,选项C错误,选项D正确。
2.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,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项B正确。
3.(2020安徽合肥高二上学期期末)有一个电风扇,额定电压为U,额定功率为P,电动机线圈的电阻为R,把它接入电压为U的电路中,下列计算时间t内产生热量的方法中正确的是()A.Q=U 2R t B.Q=(PU)2RtC.Q=PtD.Q=2(PU )2 Rt,所以t时间内产生的热量为Q=I2Rt;由于是非纯电阻电路,故I<UR ,故Q≠U2Rt,故A错误;由于I=PU,Q=I2Rt,故Q=(PU)2Rt,B正确、D错误;电风扇的功率为P,而电风扇消耗的电能大部分转化为机械能,所以产生的热量Q<Pt,C错误。
4.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,若要产生相等的热量,则两种方法所需的时间之比t串∶t并为()A.1∶1B.2∶1C.4∶1D.1∶4R0,则R串=2R0,R并=R02。
由Q=W=U 2Rt得t串∶t并=4∶1。
5.如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“6 V12 W”字样,电动机线圈的电阻R M=0.50 Ω。
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
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推导：如图电源E、r，滑动变阻器多大时， 电源的输出功率最大？
在纯电阻电路中：
P
I 2R
E2 (R r)2
R
R2
E2R r2
2Rr
R Er P Pm
R
E2
r2 R
2r
E2 2r 2r
o
当R=r时,电源输出功率最大.
r
R
练习1、如图电源E=12V，r=4 Ω，求(1)滑动变
阻器多大时电源的输出功率最大，最大功率多
大。(2)变阻器电阻分别为R1 R2时电源输出功 率相等， R1 R2 满足什么关系？
(1)R=4 Ω时，Pm=9W
(2) P
R1
R2=
r2=16
R
Pm
P
Er
o R1 r R2 R
同一输出功率（最大功 率除外），有两个外阻 和它对应
练习2、如图电源E=12V，r=6 Ω，定值电阻 为R0=2Ω，滑动变阻器R最大阻值为12Ω。 (1)R多大时，电源的输出功率最大？ 4 Ω (2) R多大时，R上消耗的功率最大? 8Ω (3) R多大时，R0上消耗的功率最大? 0
(3) R2的大小
R1
E=6V U1=2.4V R2=3Ω
R3
c R2 Er
练习、如图所示的电路中，电源电动势E=10V，
内电阻r=0.50Ω，电阻R=1.5Ω，电动机的电阻
R0=1.0Ω，电动机正常工作时，电压表的示数 是UV=3.0V，求： (1)电源释放的电功率 20W
(2)电动机消耗的电功率和输出的机械能功率
P Pm
R0
R
o r
思考讨论：如果EE=1r2V，
r=2Ω， R0=6Ω， R最 大阻值为12Ω，情况如
R 何？
0, 8Ω, 0
选择=结果
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(3)电源的输出功率 18W
12W,8W
(4)电源的效率及电动机的效率
M
90% ，66.7%
R0
V
Er
R
总的能量传输的方向是：
电源 (其他形式 能转化为 电能)
内电路(电能→内能)
灯(电能→内能)
外电路
电动机 (电能转化为
机械能 内能
根据能量转化和守恒定律，其功率关电源内阻 热耗功率
电源输 出功率
灯泡的热 耗功率
电机的输 入功率
电机热 耗功率
电机输 出功率
问题2、如图电源E=12V，r=6Ω，求滑动变阻 器分别为4Ω、6Ω、9Ω时电源的输出功率。
R Er 由计算结果可以看出，电源的输出功率随电阻 大小而怎样变化？（实验） 思考：什么条件有最大值？最大值多大？
（4）三个功率之间的关系
P
怎样？为什么？
R
S
Er
电路的功率：
(1)电源的内耗功率： P内= I2 r
(2)电源的输出功率： P外 或 P出
非纯电阻电路： P外=UI
P外=UI
纯电阻电路：
P外=UI=I2R=
U2 R
(3)电源的总功率： P总= I E
(4)三者之间的关系： P总= P内 + P外
E=U+Ir
目标要求： 1、能写出闭合电路的功率表达式 2、能说出闭合电路中能量的转化 3、理解电源的输出功率随外阻变化的关系
问题1:如图所示的电路中，电源电动势 E=4.0V，内阻r=0.5Ω，外电阻R=1.5Ω。
（1）内外电阻上消耗的电功率分别是多少？
（2）电路消耗的总功率是多少？
（3）电源提供的总功率是多少？
IE = IU + I2r
思考：同一个电源提供的总功率一定是不变 的吗？为什么？
练习、如图所示的电路中, 电源r=0. 5Ω， R1=2.0 Ω， R3=1.3Ω， 滑动变阻器R2的总电 阻为9.0Ω，当R2的触头位于c点时，电源的 总功率为12W，输出功率为10W，求：
(1)电源电动势
(2) R1两端电压U1