第五章 电能与能源的可持续发展总结提升 -2021-2022学年高二物理精讲精练（新粤教版必修第三册）

第5章 电能与能源的可持续发展 第一部分 知识总结 内容1：电路中的能量 一、电功和电功率 1．电功 （1）定义：电流通过一段电路时，自由电荷在电场力的推动下做定向移动，电场力对自由电荷所做的功，称为电功。 （2）公式：W＝UIt，单位：焦耳，符号：J。 2．电功率 （1）定义：电流做功与完成这些功所用时间之比叫作电功率。 （2）公式：P＝＝UI，单位：瓦特，符号：W,1 kW＝103 W。 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，与导体的电阻及通电时间成正比。 （2）公式：Q＝I2Rt。 2．热功率：一段电路因发热消耗的功率，P＝I2R。 三、闭合电路中的能量 电源的功率 电源的输出功率 电源的内耗功率 公式 P＝EI P出＝U外I P内＝U内I 意义 电源提供电能的功率 外电路消耗电能的功率 内电路消耗电能的功率 关系 P＝P出＋P内 知识演练 1．电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为(　　) A．通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少 B．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热 C．通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多 D．铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少 【解析】D　电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多。因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热，D正确。 2．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∶1　　　B．2∶1　　　C．4∶1　　　D．1∶4 【解析】C　设每根电热丝电阻为R，则R串＝2R，R并＝，由Q＝W＝t得t串：t并＝4∶1。 3．(多选)如图所示，直线A为电源的U­I图线，直线B、C分别为电阻R1、R2的U­I图线。利用该电源分别与R1、R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为P1、P2，电源的效率分别为η1、η2，则(　　) A．P1>P2 B．P1＝P2 C．η1>η2 D．η1<η2 【解析】BC　两图线的交点表示把电阻接入电源的工作电流和外电压。 有，P1＝U1I1＝4×2 W＝8 W P2＝U2I2＝2×4 W＝8 W η1＝×100%＝×100%≈67% η2＝×100%＝×100%≈33%。 4．如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为(　　) A．1 W B．6 W C．2 W D．2.5 W 【解析】C 由题图可知，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E＝3 V，短路电流为I＝3 A，所以电源的内阻为r＝＝1 Ω，图象上AB段所表示的功率为PAB＝P总－I2r＝(1×3－12×1)W＝2 W。 5．小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V　4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求： （1）通过电动机的电流； （2）电动机的输出功率P出。 【解析】(1)流经灯泡的电流IL＝＝ A＝1 A 流经电阻R的电流IR＝＝ A＝1.6 A 流经电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A。 (2)电动机消耗的总功率P＝IU＝4×0.6 W＝2.4 W 电动机的热功率P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W 电动机输出功率P出＝P－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W。 内容2：能源的利用方式 1．水能：是一种能源，是指水体的动能、势能和压力能等能源资源。主要用于水力发电。水能资源最显著的特点是可再生、无污染。 2．风能：是因空气流动而提供给人类的一种可利用的能量。风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，把风的动能转变为风车叶片的机械能。风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源。 3．太阳能：主要是有太阳能的光热转换、光电转换和光化学转换。利用太阳能发电可省去费用庞大的输电设备，随着太阳能电池转换效率的提高及制作成本的降低，前景非常诱人。 4．核能：是一种储存在原子核内部的能量，原子核发生核反应时，会释放巨大的能量。目前核能主要用于发电。 内容3：能量的转化与守恒 1．各式各样的能量：自然界上存在不同形式的能量，有机械能、内能、电能、电磁能、核能、化