第九章 第2课时 电能 能量守恒定律-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

第 2 课时 电能 能量守恒定律 一、电路中的能量转化 1.电功 (1) 定义:导体中的恒定电场对自由电荷的 静电力做的功。 (2) 公式:W = qU =UIt(适用于任何电路)。 (3) 电流做功的实质:电能转化为其他形式 的能的过程。 2.电功率 (1) 定义:单位时间内电流所做的功。 电功 率是表示电流做功快慢的物理量。 (2) 公式:P = W t = UI(适用于任何电路)。 3.焦耳定律 (1) 定义: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(适用于任何电路)。 4.热功率 (1) 定义:单位时间内导体产生的热量。 (2) 公式:P热 = I2R。 　 　 注意:① 对于纯电阻电路,电功等于电热,即 W = Q;对于非 纯电阻电路,电功大于电热,即 W > Q; ② 对于纯电阻电路,电功率等于热功率,即P电 = P热;对于 非纯电阻电路,电功率大于热功率,即 P电 > P热。 5.电动机的三个功率及关系 项目 内容 公式 输入功率 电动机的总功率,由通过电动 机的电流和两端电压决定 P总 = P入 = UI 输出功率 电动机做有用功的功率,也叫 机械功率 P出 = P总 - P热 续表 项目 内容 公式 热功率 电动机的线圈由于通过电流 产生的热量 P热 = I2 r( r 为电 动机的内阻) 三者关系 P总 = P出 + P热 效率 η = P出 P总 × 100% 　 　 注意:① 正常工作的电动机是非纯电阻元件;② 电动机因故 障不能转动时,相当于一个纯电阻元件。 例 1 (2022·河南省郑州国庆中学期中) 如 图所示,电源电动势 E = 18 V,内阻 r = 1 Ω,定值 电阻R = 5 Ω,电动机M 的线圈电阻R′ = 3 Ω。 开 关 S 闭合,电动机正常工作时,理想电压表的示 数为 12 V。 (1) 求通过电动机的电流; (2) 求电动机输出的机械功率; (3) 若电动机被卡死不能转动,求电动机的 热功率。 (1) 根据 E = UV + UR+r,可得定值电 阻 R 和电源内阻两端的电压之和为 UR+r = E - UV = 6 V, 由欧姆定律可得通过电动机的电流为 I = UR+r r + R = 1 A。 (2) 电动机消耗的电功率 P电 = UI = 12 W, 热功率 P热 = I2R′ = 3 W, 电动机输出的机械功率 P机 = P电 - P热 = 9 W。 (3) 若电动机被卡死不能转动,电路变为纯 电阻电路。 设此时电路中的电流为 I′,根据闭合 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 311第九章 电路及能量 　　　 电路欧姆定律得 I′ = E R + R′ + r = 2 A, 此时电动机的热功率 P′热 = I′2R′ = 12 W。 (1)1 A　 (2)9 W　 (3) 12 W 二、闭合电路的欧姆定律 1.电源的电动势和内阻 (1) 电动势的计算:非静电力搬运电荷所做 的功与搬运的电荷量的比值,即 E = W q 。 (2) 电动势的物理含义:电动势表示电源把 其他形式的能转化成电势能本领的大小,在数值 上等于电源没有接入电路时两极间的电压。 (3) 内阻:电源内部导体的电阻。 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) 公式:I = E R + r (只适用于纯电阻电路)。 (3) 其他表达形式。 ① 电压表达式:E = U + Ir。 ② 能量表达式:EI = UI + I2r。 3.路端电压与负载的关系 (1) 一般情况:U = IR = E R + r ·R = E 1 + r R ,当 R 增大时,U 增大。 (只适用于纯电阻电路) (2) 特殊情况:① 当外电路断路时,I = 0, U = E;② 当外电路短路时,I短 = E r ,U = 0。 4.闭合电路的功率及效率 电源的总功率 任意电路:P总 = EI = P出 + P内 纯电阻电路:P总 = I2(R + r) = E2 R + r