第10章 第2课时 电能 能量守恒（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第十章　电路　电能 第2课时　电能　能量守恒 静电力 qU IUt 功 时间 IU 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 正比 正比 I2RT 机械能 内能 UI I2R 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 电荷量 导体 正比 反比 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 U外＋U内 Ir 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 谢谢观看！ 一、电功、电功率及焦耳定律 1．电功 (1)定义：是指电路中______对定向移动的电荷所做的功。 (2)公式：W＝____＝________(适用于任何电路)。 2．电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的__与通电____之比。 (2)公式：P＝__＝______(适用于任何电路)。 eq \f(W,t) 3．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____，跟导体的电阻及通电时间成____。 (2)公式：Q＝____________(适用于任何电路)。 二、电路中的能量转化 　从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为______，还有一部分转化为____，即P电＝P机＋P损，其中P电＝______，P损＝_____。 三、闭合电路的欧姆定律 1．电源 (1)电动势：非静电力所做的功与所移动的______之比，E＝__。 (2)电源的内阻：电源内部的____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____，跟内、外电路的电阻之和成____。 eq \f(W,q) (2)三个表达式： ①I＝_______(只适用于纯电阻电路)； ②E＝__________或E＝U外＋____； ③IE＝I-U＋I2r(适用于所有电路)。 eq \f(E,R＋r) [链接1] 人教必修第三册P82T3： 3．四个定值电阻连成图12.1­5所示的电路。RA、RC的规格为“10 V　4 W”，RB、RD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。 (2022·江苏卷)如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝2 Ω，R4＝4 Ω，电源电动势E＝12 V，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是(　　) A．R1　　　　B．R2　　　　C．R3　　　　D．R4 A　解析：R3与R4串联后与R2并联，再与R1串联，并联电路部分的等效电阻为R并＝ eq \f(R2（R3＋R4）,R2＋R3＋R4) ＝2 Ω，由闭合电路的欧姆定律可知，干路电流即经过R1的电流为I1＝I＝ eq \f(E,R1＋R并) ＝3 A，并联部分各支路电流大小与电阻成反比，则I2＝ eq \f(R3＋R4,R2＋R3＋R4) I＝ eq \f(2,3) I＝2 A，I3＝I4＝ eq \f(R2,R2＋R3＋R4) I＝ eq \f(1,3) I＝1 A，四个灯泡的实际功率分别为P1＝I12R1＝18 W，P2＝I22R2＝12 W，P3＝I32R3＝2 W，P4＝I42R4＝4 W，故四个灯泡中消耗功率最大的是R1，A正确。 [链接2] 人教必修第三册P88T4： 4．电源的电动势为4.5 V、外电阻为4.0 Ω时，路端电压为4.0 V。如果在外电路并联一个6.0 Ω的电阻，路端电压是多少？如果6.0 Ω的电阻串联在外电路中，路端电压是多少？ (2020·浙江1月选考)小明在一根细橡胶管中灌满食盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱。他将此盐水柱接到电源两端，电源电动势和内阻恒定。握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍，若忽略温度对电阻率的影响，则此盐水柱(　　) A．通过的电流增大 B．两端的电压增大 C．阻值增大为原来的1.2倍 D．电功率增大为原来的1.44倍 B　解析：根据闭合电路欧姆定律I＝ eq \f(E,R＋r) 可知，回路中电流减小，电源内阻分压减小，盐水柱两端电压增大，A错误，B正确；长度变为原来的1.2倍，横截面积变为原来的 eq \f(1,1.2) ，根据电阻定律R＝ρ eq \f(l,S) 可知，电阻变为原来的1.44倍，C错误；电功率P＝I2R，因电流的变化无法计算，所以电功率变化无法计算，D错误。 考点一　闭合电路的欧姆定律及电路的动态分析 巧选方法解答闭合电路的动态问题 1.程序法： “部分→整体→部分”，即 2．“串反并同”法(适用于电源内阻不为零的电路) (1)“串反”： 是指某一电阻增大(或减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大)。 (2)“并同”： 是指某一电阻增大(或减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小)。 3．极限法 由滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，然后再讨论有关问题。 [典例1] (多选)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，A、V为理想电流表和电压表。闭合开关后在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中，下列说法正确的是(　　) A．电压表示数减小 B．电流表示数增大 C．电阻R2消耗的功率增大 D．a点的电势降低 BD　解析：(程序法)P由a端向b端滑动，其接入电路的阻值减小，则总电阻减小，总电流增大，电阻R1两端电压增大，电压表示数变大，A错误；电阻R2两端的电压U2＝E－I总(R1＋r)，I总增大，则U2减小，I2＝ eq \f(U2,R2) ，I2减小，电流表的示数IA＝I总－I2增大，B正确；由P2＝I22R2知P2减小，C错误；Uab＝φa－φb＝φa＝U2，故φa降低，D正确。 (结论法)由于R3减小，R2与R3并联，则U2、I2均减小，而P2＝I22R2，知P2减小，C错误；Uab＝U2＝φa－φb＝φa减小，D正确；因为R1间接与R3串联，故I1、U1均增大，故电压表示数增大，A错误；根据IA＝I1－I2知IA增大，B正确。 (极限法)设滑片P滑至b点，则R3＝0，φa＝φb＝0，D正确；R2上电压为零，则功率也为零，C错误；当R3＝0时，总电阻最小，总电流最大，R1上电压最大，A错误；由于IA＝I1－I2，此时I1最大，I2＝0最小，IA最大，B正确。 如何解答含容电路的动态问题 1.电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，电容器两端的电压与其并联用电器两端的电压相等。 2．电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量。 [典例2] (2024·山东淄博模拟)如图所示，电源电动势为E、内阻为r，R1、R2、R3为定值电阻(阻值均大于电源内阻r)，电压表和电流表可视为理想电表。开关S闭合时，一个带电油滴P恰好能静止在平行金属板之间，若将滑动变阻器的滑片向b端移动，下列说法正确的是(　　) A．油滴将向上运动 B．电压表的示数变小，电流表的示数变大 C．电源的输出功率逐渐增大，电源的效率 逐渐增大 D．电阻R1、R3上消耗的功率都变大 B　解析：滑动变阻器的滑片向b端移动，则滑动变阻器接入电路的电阻减小，总电阻减小，则干路电流I增大，由UC＝E－I(R1＋r)可知电容器两端电压减小，油滴所受静电力减小，故油滴将向下运动，A错误；由于干路电流I增大，而UC＝U3减小，故I3减小，则流过R2的电流增大，R2两端电压增大，则滑动变阻器两端电压减小，即电压表的示数变小，电流表的示数变大，B正确；由于R外＞r，且总电阻减小，故电源的输出功率增大，而电源效率η＝ eq \f(U,E) ＝ eq \f(R外,R外＋r) ×100%减小，C错误；由以上分析知，U3减小，I3减小，则R3消耗功率减小，D错误。 1．智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节屏幕亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模 拟该功能，设计了如图所示的电路。闭合开关S，下列说法正确的是(　　) A．仅光照变强，小灯泡变暗 B．仅光照变弱，小灯泡变亮 C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮 D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮 C　解析：仅光照变强，光敏电阻的阻值变小，则总电阻变小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，灯泡的功率变大，灯泡变亮，同理分析，仅光照变弱，灯泡变暗，A、B错误；仅将滑片向a端滑动，接入电路的有效阻值变小，则总电阻变小，总电流增大，灯泡的功率变大，灯泡变亮，同理分析，仅将滑片向b端滑动，灯泡变暗，C正确，D错误。 2．(2024·江苏常州测试)如图所示，R1、R2为定值电阻，C为电容器。闭合开关S，在滑动变阻器R的滑片向上滑动过程中(　　) A．电阻R2中有向下的电流 B．通过电阻R1的电流增大 C．滑动变阻器R两端的电压变小 D．电容器C极板所带电荷量变小 A　解析：闭合开关S，在滑动变阻器R的滑片向上滑动的过程中，R阻值变大，电路中的总电流I＝ eq \f(E,r＋R1＋R) 减小，B错误；UR＝UC＝E－I(r＋R1)增大，C错误；电容器充电，R2中有向下的电流，电容器C极板所带电荷量变大，A正确，D错误。 考点二　闭合电路中的功率及效率问题 非纯电阻电路的分析与计算 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 2．电动机的三个功率及关系 输入功率 电动机的总功率，由电动机电路中的电流和电压决定，即P总＝P入＝UI 输出功率 电动机有用功的功率，也叫作机械功率 热功率 电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时会发热，P热＝I2r 三者关系 P总＝P出＋P热 效率 η＝ eq \f(P出,P入) ×100%＝ eq \f(P出,P总) ×100% 特别说明 ①正常工作的电动机是非纯电阻元件； ②电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻元件 [典例3] (2024·江苏连云港测试)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，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 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。则当这台电动机正常运转时(　　) A．电动机的内阻为7.5 Ω B．电动机的内阻为2.0 Ω C．电动机的输出功率为30.0 W D．电动机的输出功率为26.0 W D　解析：因为电动机停止转动时，电动机没有将电能转化为机械能，属于纯电阻元件，此时电流表和电压表的示数分别为1.0 A和1.0 V，说明电动机的内阻r＝ eq \f(U1,I1) ＝ eq \f(1.0,1.0) Ω＝1.0 Ω，A、B错误；当电动机正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率为P总＝U2I2＝2.0×15.0 W＝30.0 W，此时电动机的发热功率为P热＝I22r＝(2.0)2×1.0 W＝4.0 W，故电动机的输出功率为P出＝P总－P热＝30.0 W－4.0 W＝26.0 W，C错误，D正确。 如何正确解答电源的功率问题 1.电源的功率 (1)电源的总功率：P总＝IE＝IU外＋IU内＝P出＋P内。 (2)电源内部的功率：P内＝I2r＝IU内＝P总－P出。 (3)电源的输出功率：P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内。 2．电源的输出功率P出与外电阻R的函数关系 对纯电阻外电路：P出＝UI＝I2R＝ eq \f(E2,（R＋r）2) R＝ eq \f(E2R,（R－r）2＋4Rr) ＝ eq \f(E2,\f(（R－r）2,R)＋4r) ，其图像如图所示。 (1)当R“接近”r时，P出增大；当R“远离”r时，P出减小。 (2)当R＝r时，电源的输出功率最大，最大值Pmax＝ eq \f(E2,4r) 。 3．电源的效率：η＝ eq \f(P出,P总) ×100%＝ eq \f(U,E) ×100%， 纯电阻电路中η＝ eq \f(R,R＋r) ×100%。 [典例4] (2024·广东珠海测试)将一个电源与一个电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知(　　) A．电源的最大输出功率可能大于45 W B．电源的内阻一定等于5 Ω C．电源电动势为45 V D．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50% B　解析：由电阻箱所消耗功率P与电阻箱的读数R变化的曲线可知，电阻箱所消耗的功率P最大为45 W，所以电源的最大输出功率为45 W，A错误；外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大，所以电源内阻一定等于5 Ω，B正确；由电阻箱所消耗功率P的最大值为45 W可知，此时电阻箱的读数为R＝5 Ω，电流I＝ eq \r(\f(P,R)) ＝3 A，电源电动势E＝I(R＋r)＝30 V，C错误；电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，D错误。 3．(多选)(2024·广西南宁二中模拟)如图所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内阻，以下说法正确的是(　　) A．当R2＝R1＋r时，R1上获得最大功率 B．当R2＝R1＋r时，R2上获得最大功率 C．当R2＝0时，R1上获得最大功率 D．当R2＝0时，电源的输出功率最大 BC　解析：将R1等效到电源的内部，R2上的功率视为等效电源的输出功率，R2上的功率P2＝ eq \f(E2R2,（R2＋R1＋r）2) ，所以当外电阻等于内阻时，即R2＝R1＋r时，等效电源输出功率最大，即R2上的功率最大，A错误，B正确；根据P＝I2R可知，经过电阻R1的电流最大时，R1上的功率最大，当外电阻最小时，即R2＝0时，电流最大，R1上的功率最大，C正确；当外电阻等于内阻时，即R1＋R2＝r，电源的输出功率最大，所以R2＝0时电源的输出功率不一定最大，D错误。 4．(多选)(2020·江苏卷)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时，开关S闭合，电机工作，车灯突然变暗，此时(　　) A．流过车灯的电流变小 　 B．路端电压变小 C．电路的总电流变小 　 D．电源的总功率变大 ABD　解析：开关闭合时，车灯变暗，故流过车灯的电流I灯变小，A正确；电路的路端电压为U路＝U灯＝I灯R灯，I灯变小，路端电压变小，B正确；总电流即干路电流，为I干＝ eq \f(U内,r) ＝ eq \f(E－U路,r) ，U路减小，干路电流增大，C错误；电源总功率为P总＝EI干，I干增大，总功率变大，D正确。 考点三　电源U-I图线的理解和应用 1．路端电压与负载的关系 (1)一般情况：U＝IR＝ eq \f(E,R＋r) ·R＝ eq \f(E,1＋\f(r,R)) ，当R增大时，U增大。 (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＝ eq \f(E,r) ，U＝0。 2．闭合电路的路端电压U与电流I的关系 (1)关系式：U＝E－Ir。 (2)电源的U-I图像如图所示。 截距 (1)纵轴截距表示电源电动势E； (2)横轴截距表示电源的短路电流I短＝ eq \f(E,r) 斜率 电源内阻r＝| eq \f(ΔU,ΔI) |＝ eq \f(E,I短) 面积 电源的输出功率P出＝UI(P总＝EI，P内＝P总－P出＝EI－UI) 某点坐标 U、I的比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同 [典例5] (2024·山东济南5月模拟)如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图像；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图像；直线C为一个电阻R两端的电压与电流的关系图像。如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么(　　) A．R接到a电源上，电源的效率较高 B．R接到b电源上，电源的输出功率较大 C．R接到a电源上，电源的输出功率较大 D．R接到b电源上，电阻的发热功率较高 C　解析：由题图可判断出电源a的内阻大，在纯电阻电路中，电源效率η＝ eq \f(R,R＋r) ×100%，内阻越大，效率越低，故R接在a电源上电源的效率较低，A错误；当电阻R与电源组成闭合电路时，电阻R的U-I图像与电源的U-I图像的交点表示工作状态，交点的纵坐标表示路端电压，横坐标表示电流，两者乘积表示电源的输出功率，由题图看出，R接到a电源上，电源的输出功率较大，电阻的发热功率较高，B、D错误，C正确。 5．(多选)(2024·广西柳州模拟)某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示，下列结论正确的是(　　) A．电源的电动势为6.0 V B．电源的内阻为12 Ω C．电源的短路电流为0.5 A D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω AD　解析：虽然该电源的U-I图像的纵轴坐标不是从0开始的，但纵轴上的截距仍为电源的电动势，即E＝6.0 V，横轴上的截距0.5 A不是电源的短路电流，电源内阻等于图线斜率的绝对值，即r＝| eq \f(ΔU,ΔI) |＝| eq \f(5.0－6.0,0.5－0) | Ω＝2 Ω，由闭合电路欧姆定律可得，电流I＝0.3 A时，外电阻R＝ eq \f(E,I) －r＝18 Ω， A、D正确。 1．(2020·北京卷)图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是(　　) A．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系 B．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系 C．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系 D．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系 B　解析：tA对应的电阻较小，由闭合电路的欧姆定律I＝ eq \f(E,R＋r) 可知，对应电路中的电流较大，故tA应标在电流较大的刻度上；由于电流I和电阻R是非线性关系，电阻R与温度t是线性关系，故温度与电流是非线性关系，B正确。 2．(2022·浙江1月选考)某节水喷灌系统如图所示，水以v0＝15 m/s的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为2.0 kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H＝3.75 m不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为220 V，输入电流为2.0 A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%，忽略水在管道中运动的机械能损失，则(　　) A．每秒水泵对水做的功为75 J B．每秒水泵对水做的功为225 J C．水泵输入功率为440 W D．电动机线圈的电阻为10 Ω D　解析：每秒喷出水的质量为m0＝2.0 kg，抽水增加了水的重力势能和动能，则每秒水泵对水做功为W＝m0gH＋ eq \f(1,2) m0v02＝300 J，A、B错误；水泵输出的能量转化为水的机械能，则P出＝ eq \f(W,t) ＝300 W，而水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%，则P入＝ eq \f(P出,75%) ＝400 W，C错误；电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率，则电动机的机械功率为P机＝P入＝400 W，而电动机的电功率为P电＝U-I＝440 W，由能量守恒可知P电＝I2R＋P机，联立解得R＝10 Ω，D正确。 $$