1.电路中的能量转化-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第三册同步练测（人教版2019）

第十二章 电能 能量守恒定律 1. 电路中的能量转化 学习目标 核心素养 1.理解电功、电功率和热功率的概念。 2.掌握焦耳定律的内容。 电功、电功率物理观念 一科学探究电路中的能量 热功率 3.能够运用能量守恒定律分析电路的 电路中的 转化过程 能量转化 能量转化情况。 您耳定科学思维 科学态度 电劲机的能量 与责任 转化及应用 4.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的 电功、电功率的计算 区别。 D自主学习探新知 课前预习 双基落实 一、电功和电功率 (3)公式:p-W , 1.电流做功的实质 (4)单位: ,符号: (1)电能转化为其他形式的能,是通过 二、焦耳定律 来实现的。 1.焦耳定律 (2)电流做功的实质是,导体中的 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的 对自由电荷的 在做功。 成正比,跟导体的 及通电时 2.电功 间成正比。 (1)定义:电流在一段电路中所做的功,等于 (2)表达式:Q-^*Rt。 这段电路两端的电压U、电路中的 2.热功率 三者的乘积。 (1)定义:电流在单位时间内的发热量通常 (2)公式:W-Uq= 称为热功率。 国际单位: ,符号: (2)表达式,P-R 3.电功率 三、电路中的能量转化 (1)物理意义:表示电流做功 的物 1.电动机从电源获得能量,一部分转化为 理量。 ,还有一部分转化为内能。 (2)定义:电流在一段电路中做功的功率P 2.电动机消耗的功率P、输出的功率P、电 等于这段电路两端的电压U与电流I的 机自身的能量损失P 之间的关系为:P. 乘积。 -P +P,即UI-P*R+P。 85 高中物理·必修 第三册(人教版) 自我诊断 (4)电功率越大,表示电流做功越多。 1.判断下列说法的正误(正确的画“/”,错误 ) 的画“×”)。 (5)W一UI. 适用于任何电路求电功。 ( (1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是 ) 电能。 (6)Q三^*R:适用于任何电路求热量。 ( (2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生 ) 的焦耳热一定越多。 ( 2.通过电阻R的电流为I时,在/时间内产生 (3)电流做功的过程就是电能向其他形式的 能量转化的过程。 ) 时间7内产生的热量为 互动探究解疑难 要成归纯 重难突破 要点一。 电功和电功率的理解 □问题导引 路中,电流做功除了将电能部分转化为内 电吹风工作时,将电能转化为什么能? 能,还转化为机械能或化学能等其他形式 电缀斗工作时,将电能转化为什么能 的能。 4.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,电饭铜 电动机、电解格 能量转 # 化情况 W-Q D探究升华 电功和电 W-Q+Em 热的关系 即U-FR 1.电功和电功率 Ul-PR+E p-P. 电功率和热 W-UII 是电功的计算式,P-UI 是电 P-P.+P 功率的关系 即UI-R 功率的计算式,适用于任何电路。 即U-r*R十Pm 2. 电热和热功率 U=IR1- 欧姆定律 . Q=IRt是电热的计算式,P。一R是 是否成立 成立 成立 热功率的计算式,可以计算任何电路产生的 W-UI,P。-UI适用于任何电路计算 电热和热功率。 电功和电功率 3. 纯电阻电路与非纯电阻电路 Q-7R、P.=TR适用于任意电路计 (1)纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功 说明 算电热和热功率 时,电能全部转化为导体的内能 只有纯电阻电路满足W-Q.P.一P; (2)非纯电阻电路:含有电动机或电解糟等 非纯电阻电路WQ.P.P. 的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电 86 第十二章 电能 能量守恒定律 D典例剖析 不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电 [例1 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳 风扇等。停电时,用电阻表测得A、B间电 定律的说法中正确的是 ( 阻为R;供电后,各家电器同时使用,测得 A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生 A、B间电压为U,进线电流为I.则计算该 的焦耳热一定越多 居民楼用电的总功率可以用的公式是 ( B.W-UI适用于任何电路,而W=I^*R/ ) U2} R只适用于纯电阻电路 曲宝数 C.在非纯电阻电路中,UI^R D.焦耳热Q-R适用于任何电路 C针对训练 A.P-r*R B.P R 1.如图所示,一憧居民楼里住着生活水平各不 相同的24户居民,所以整憧居民楼里有各种 C.P-UI 要点二 纯电阳电路中的功率分配及计算 D问题导引 (2)为了用电器不被烧毁,实际功率不能大 使用电水壶烧水时,壶 于额定功率。 内的水会很快被加热到沸 C典例剖析 腾,产生大量的热,而连接 [例2 两个用电器R、R。的额定电压都是 电水壶的导线却不怎么热; 6V,额定电流分别为0.1A和0.3A。把 这是什么原因呢? 这两个用电器并联后接在电压为8V的电 路中,要使它们都正常工作,应附加多大的 电阻?怎样连接?该电阻的功率至少 为多大? D探究升华 V 1.在纯电阻电路中,由于W-Q.I= ##,所以 有UI-rR- U{ R。 2. 串、并联电路中的功率关系 D针对训练 串联电路 并联电路 R 2.三个阻值相同的灯泡, #- 功率分配 其充许消耗的最大功 总功率 p=P十P.+P P-P+P.+P 率都是10W。现将它 3.额定功率和实际功率 们按如图所示方式连接,整个电路允许消耗 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作 ( 的最大功率为 。. 额定功率,当实际电压达到额定电压时,实 A.30W B.20W C.15W D.10W 际功率等于额定功率。 87 高中物理·必修 第三册(人教版) 要点三 非纯电阻电路功率的分析与计算 C问题导引 (1)先夹住电机轴,闭合电键,小电机不转 我们在生活中会经常观察到这样的现 动。调整滑动变阻器的阻值,使电压表的示 象:玩具车、电风扇、电动机等正常工作时会 数为0.50V,记下电流表的示数,算出小电 平稳运行很长时间,然而一且被卡住就会大 机消耗的电功率和热功率,并加以比较。 量发热,甚至可能烧毁。试分析这种现象产 (2)再松开夹子,使小电机转动,调整滑动变 生的原因。 阻器的阻值,使电压表的示数为2.0V(此 电压为小电机的额定电压),电流表的示数 为0.40A,算出小电机消耗的电功率和热 功率,并加以比较。 D探究升华 1. 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-UI。 (2)电动机的执功率是线圈上电阴的发热功 率,P-^*r。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化 C针对训练 为机械能的功率,P。一UI-^}r。 3.如图所示,有一内阻为4.40的电解和一 (4)电动机的效率:n= 盏标有“110V 60W”的灯泡串联后接在 U1-fr×100%。 电压为220V的直流电路两端,灯泡正常发 光,则 UI ( _ 2.当电动机不转动时,消耗的电能全部转化为 220_V 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。 C典例剖析 [例3] 取一个玩具小电 A.电解糟消耗的电功率为120W B.电解的发热功率为60W 机,其内阻R=1.00,把 C.电解糟消耗的电功率为60W 它接在如图所示的电 路中。 D. 电路消耗的总功率为60W 88 第十二章 电能 能量守恒定律 随堂巩固促应用 验证反馈 迁移运用 1.(电功和电热)下列关于电功、电功率和焦耳 3.(非纯电阻电路)扫地机器人是智能家用电 定律的说法中正确的是 器的一种,能凭借一定的人工智能,自动在 A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生 房间内完成地板清理工作。若机器人电动 的焦耳热一定越多 机线圈电阻为^,当它正常工作时,动机两 B.静电力做功使金属导体内的自由电子运 端所加的电压为U,通过的电流为I.下列说 动的速率越来越大 法正确的是 ) C. 电流通过电动机时的电功率和热功率相等 D. 焦耳热Q-^R7适用于任何电路 2.(纯电阻电路)A、B为“220V100W”的两 只相同的灯泡,C、D为“220V 40W”的两 只相同的灯泡。现将四只灯泡接成如图所 示的电路,并将两端接入电路,各灯泡的实 A.1# 际功率分别为P、P、P、P。。那么实际功 ( 率的大小关系为 # ) B.经过时间7.电动机消耗的电能W一^*}r C.经过时间1,电动机产生的热量Q一UIt D.经过时间t,电动机输出的机械功W A.P.-P,P-P。 -UIt B.P-P>P-P C.PPPP 提示请完成《素能提升训练》训练十五 D.PP>P>P 2.闭合电路的欧姆定律 学习目标 核心素养 1.了解电路中静电力和非静电力做功与 能量转化的关系,知道电动势的定义。 2.理解闭合电路的欧姆定律及其公式 知道电源的电动势等于内、外电路上 闭合电路 物理观念 电势降落之和。 科学探究 探究路电压 电动势 团合电路的 与负裁的关系 3.理解路端电压与负载的关系,知道这 定律 闭合电路科学思维 科学态度 ,翻合电路中能量 7 种关系的公式表达和图线表达,并能 与责任守的应用 定律的应用 用来分析,计算有关问题 4.掌握电源断路和短路两种特殊情况下 的特点。知道电源的电动势等于电源 没有接入电路时两极间的电压。 89"! 0? ! $ ! % zå/Ðæ¿ÎE - )!(( . æ( ( Ï4/ÐF ÐЀE ")!(( ) 0"(( ) ) DEz:/Ðæ¿Î(= ‘Ï4/ÐFÐÐC*Ð/ÐÙO ( yòµ‰–< ( xy4•/Ð(/Ðæ¿Î=E - )!( . æ ) $ " % …±Ø &(2, FY´êfb &2, FY´ ( tQR µ‰ ( 2/oE %!&(2, ) EF ! $ ! % "(( ! $,- ! $ " % !&( #! 0? ! $ ! % ‹å/š4uo/o( ( z:r[=ÃQ - 2, . æ ( ©è/šÍA^Ÿm4/,* ) 4/ý( ( è z:r[ÃQ}ª - D . 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R R? 8V- I=0.1 A+0.3 A=0.4 A, 18 : < 0 @ < E 0 1*' (!% ) 0& ) ( =ÍA+" & ) F4ý/Ð ( )Í΃E # < 0 @ < " : < 0 " " & R0(!1R ) & EF ' ! ;:!@ & ) H0þ ! (!1R & @ABC ' "!$ ! I/,à…= ( W ! # W " ÍAP` W # ’A ( )* W # ! S/ýÁa ( v&F/ÍÎE !(R ( ( D W ! ` W " Í A ( ©/ЃX ( Ï4ÇC W ! ` W " !Ê7F/ý¤h Ê W # !S/ýF+n ) xy # ! 0# " 0 @ $ % " " : 0 @ " %: 0 # # % 0 !( % R0"!&R ) Ϝ"/,v&FÍÎ #0# ! . # " .# # 0 $ "!&."!&.!( % R0!&R ( i $ 9« ) 34G !!!& 6789 ' :; ! d«å/Ó9#úê(hž«/Ð/, ( /G¾ ª+›4‡þE¨G ) +'m²%web8«/Ð/ , ( /G­›‡þE¨G ( åžaYFáY ) & <=>? ' & = # ' ! & 0? ' ! $ ! % Â/??‡K( ( /?h+"« /ÐÀñ ( /?`YKeÐÓÍA ( @0(!&(D ( IœÈe E0 @ : 0 (!&(D !!( ) 0(!&(, ( Ï # / 0@E0(!&()(!&(R0(!"&R ( # á 0E " :0(!&( " )!!(R0(!"&R ( # / 0# á ) $ " % Â/?‡K( ( /?hž«/ÐÀñ ( @0"!(D ( E0(!%(, ( # / 0@E0"!()(!%(R0(!1(R ( # á 0E " :0(!%( " )!!(R0(!'R ( # / ( # á ) & EF ' ! $ ! % (!"&R ( !"&R ! 0Àû‰OPÀû $ " % (!1(R ( !'R ! 0ÀûWOPÀû & @ABC ' #!$ ! 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R.=Y=8-6a=5Ω, 应串联一个5Ω的分压电阻，其功率至少为 p?=k=号 w=0.8 w。 [答案] 串联一个5 Q的电阻 0.8 W [针对训练] 2.C 由电路图可知，L?、L?串联后与L?并联，其中L?两 端电压最大，它消耗的电功率为10W时，因L与L,串 联，且电阻相等，则分配在L?与L,两灯上的电压都是 p=p.-()---灯L?两端电压的一半。所以 4=1w=2.5 w。。则整个电路消耗的功率P=P?+ P?+P?=(2.5+2.5+10)W=15 W,故C正确。 要点三——[问题导引] 提示 这些用电器正常工作时是非纯电阻电路，电能只 有一部分转化为内能。一旦被卡住就变成了纯电阻电 路，电能全部转化为内能，释放大量的热量。 [典例剖析] [例3] [解析](1)小电机不转动时，电机是一个纯 电阻元件，电机与滑动变阻器串联，U=0.50 V, I=长=0.50=0.50 A,由欧姆定律 则Pe=UI= .50×0.50 W=0.25 W, P热=I2R=0.502×1.0 W=0.25 W, P=P。 (2)小电机转动时，电机是非纯电阻元件，U=2.0 V, I=0.40 A, Pe=UI=2.0×0.40 W=0.80 W, PA=I2R= .402×1.0 W=0.16 W, PP [答案](1)0.25 W,0.25 W 电功率等于热功率 (2)0.80 W,0.16 W 电功率大于热功率 [针对训练] 3.C 灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电 I=Ix=五A,压，且干路电 ,则电解槽消耗的电功率 P=P=60 W,A错误，C正确；电解槽的发热功率 P熟=I2R≈1.3 W,B错误；整个电路消耗的总功率 P?=220×iw=120W,D错误。 【随堂巩固促应用】 1.D 对于一段电路，Q=Pt,即Q与P、t都有关，所以 P越大，Q不一定越大，故 A错误；由电流的微观表 达式 I=neSv可知，同一金属导体 内电流不变，所以 电子运动的速率不变，故B错误；在电动机中，电流 做的功=焦耳热十机械能，所以W>Q,即UI>I2R, 故C错误；Q=I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何 电路，故 D正确。 R=p2.C 根 得，RA=Rg<Rc=Rp。由电路图知，UB p=长 Pp>P;因为IA=Ip,根据P==Uc,根据 I2R知Pp>PA。流过 A、D的电流大于流过 B、C的电 流，由P=I2R知，PA>Pg,Pp>Pc,所以Pp>PA> Pp>Pc。 知 3.A 经过时间t,电动机消耗的电能W=UIt,故B错误； 电动机产生的热量Q=I2rt,故C错误；电动机输出的机 I<兴，械功W山=UIt-I2rt,故D错误；根据Q<W,得 故 A正确。 2.闭合电路的欧姆定律 【自主学习探新知】 一、1.负极 正极 电势能 2.(1)其他形式的能 电势能(2)电势能 电场力 电势能 (2W3.(1)所做的功W 所移动的电荷量q 伏特(V) (3)非静电力的特性 无关 外电路 二、1.(2)电源内部 内电路中 理想电源 降低 (3)电源外部 2.I2Rt+I2rt 3.(1)电动势 电阻之和 (2)I=k+, Ux+U。(3)纯电阻 三、1.E-Ir 2.减小 增大 增大 减小 0 E 自我诊断 1.(1)√ (2 × (3)√ (4 ×(5)√(6)× (7)× 2.1 【互动探究解疑难】 要点——[问题导引] E=要可知W=qE,所以提示(1)根据电动势表达式 非静电力分别做了1.5J和3.7 J的功。 (2)根据功能关系知两次电势能分别增加了1.5J和3.7 J。 (3)根据电动势的物理意义知3.7V的手机电池做功本 领大。 [典例剖析] [例1] [解析](1)W=Eq=3.0×6 J=18 J,电源中 共有18J其他形式的能转化为电势能。 (2)W=Uq=2.4×6 J=14.4 J,外电路中共有14.4 J电 势能转化为其他形式的能。 [答案](1)18 J(2)14.4 J [针对训练] 1.ACD 由W=Eq可知，电路中每通过1C的电荷量时， 该铅蓄电池将4.8J的化学能转化为电能，故 A正确； 电池的电动势只与电池的性质有关，与体积无关，故 B 错误；电路中每通过1C的电荷量，该铅蓄电池内部非 静电力做功为W=Eq=4.8 J,故C正确；电动势反映电 源将其他形式的能转化为电能的本领，故D正确。 要点二——[问题导引] 提示(1)在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路 中沿电流方向电势升高。 (2)EIt;I2rt;I2Rt;EIt=I2Rt+I2rt。 (3)E=IR+Ir或I=k+ [典例剖析] [例2] [解析](1)R?、R?并联后与R?串联，则R?、 R=R,+R=2.4Q,R?并联电 干路电流I=,+R?+R=0.25 A。 (2)电源的内电压U,=Ir=0.15 V, 电压表的示数即为R?、R,的并联电压，U=IR,=0.6 V。 [答案](1)0.25 A(2)0.15V 0.6 V 19 E，