第12章 电能 能量守恒定律（word版）-【精英1号】2025年高中物理学考笔记·知识梳理手册

第十二章　电能　能量守恒定律 减少　增加　UIt　UI　I2Rt　I2R　内能电势能　　　E－Ir　EI　I2r　UI　消失　转移到　不变　热 (1)电功就是电流流过电阻时产生的内能。(　　) (2)任何电路中，电功都可以用W＝UIt求出。 (　　) (3)在纯电阻电路中，由于电能只能转化为内能，所以电功等于电热。(　　) (4)在纯电阻电路中，计算电功时不可用公式W＝I2Rt。(　　) (5)在有电动机的电路中计算电热时不能用公式Q＝I2Rt。(　　) (6)电源可将其他形式的能转化为电能。(　　) (7)电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比(　　) (8)电动势E是由电源本身构造决定的，跟电源的体积和外电路均无关。(　　) (9)电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同。(　　) (10)外电路电阻增大，电源的输出电压将增大。 (　　) (11)外电路断路时，路端电压最大，外电阻为零。 (　　) (12)电源的功率P＝UI，其中U为路端电压。(　　) (13)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。(　　) (14)能量的耗散反映出自然界中的客观过程具有方向性。(　　) (1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)√　(9)×　(10)√　(11)×　(12)×　(13)√　(14)√ 　 电路中的能量转化 1.电功率P＝IU和热功率P＝I2R的比较 (1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R。 (2)对于纯电阻电路：P电＝P热，IU＝I2R＝，I＝(欧姆定律成立)。 (3)对于非纯电阻电路：P电＝P热＋P其他，即IU＝I2R＋P其他，I≠(欧姆定律不成立)。 2.电路中的能量转化 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (2)非纯电阻电路：在非纯电阻电路中，电流做功将电能部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。 【典例1】　下图所示是某电能表的表盘。表盘上标有“720 r/kW·h”，即每耗电1 kW·h电能表的转盘转720圈。当家里的家用电器都工作时，小明观察到电能表的转盘在1 min内转动了48圈。则小明家的家用电器(　　) A.总功率约为2 kW B.总功率约为4 kW C.每天消耗的电能约为96 kW·h D.每天消耗的电能约为108 kW·h 【答案】B 【解析】根据功率的定义式，有 P总＝＝＝4 kW，故A错误；一天的时间为t′＝24 h，则有E电＝P总t′＝96 kW·h，但是用电器不可能全部打开工作一天，C、D错误。故选B。 【典例2】　[2023·浙江嘉兴·阶段测试]某玩具电动车的电动机铭牌上的标注如图所示，当电动机正常工作时，下列说法正确的是(　　) 额定电压：3 V 额定电流：1 A 线圈内阻：0.5 Ω A.电动机的额定功率为18 W B.电动机的输出功率为2.5 W C.电动机线圈的发热功率为2.5 W D.电动机工作10 s产生的焦耳热为25 J 【答案】B 【解析】电动机的额定功率为P＝UI＝3×1 W＝3 W，A错误；电动机线圈的发热功率为Pr＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W，C错误；电动机的输出功率为P出＝P－Pr＝2.5 W，B正确；由焦耳定律可知，电动机工作10 s产生的焦耳热Q＝I2rt＝12×0.5×10 J＝5 J，D错误。故选B。 闭合电路的欧姆定律 1.路端电压与外电阻的关系 (1)一般情况：U＝IR＝·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＝，U＝0。 2.路端电压U与电流I的关系 (1)关系式：U＝E－Ir。 (2)U­I图像如图所示。 ①当外电路断路，即I＝0时，纵坐标轴的截距为电源电动势。 ②当外电路短路，即U＝0时，横坐标轴的截距为短路电流。 ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻。 【典例3】　[2023·浙江·高二学业考试]小明家的太阳能电池如图所示，因户外使用时间较久，厂家标记的参数已模糊不清。为了解相关参数，小明测量了此电池不接负载时两极间电压为22 V，接上10 Ω的电阻时两极间电压为16.1 V。此电池的电动势和内阻分别为(　　) A.22 V和3.7 Ω B.16.1 V和3.7 Ω C.22 V和10 Ω D.16.1 V和10 Ω 【答案】A 【解析】不接负载时两极间电压为22 V，则电池的电动势为22 V；根据闭合电路欧姆定律有 E＝·r＋U，代入数据解得r≈3.7 Ω。故选A。 【典例4】　[2023·浙江绍兴·学考模拟]如图所示的电路中，电源内阻不能忽略。闭合开关S，当滑动变阻器R的滑片向右滑动时，电流表与电压表示数变化情况分别是(　　) A.增大　增大 B.减小　减小 C.增大　减小 D.减小　增大 【答案】C 【解析】滑动变阻器滑片向右滑动，R减小，电路中总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律I＝可知干路电流增大，则电流表示数增大。根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知路端电压U减小，所以电压表示数减小。故选C。 (1)动态分析的总体思路和结论 思路：局部→整体→局部 结论：R局→R总→I总→U外→ (2)在分析灯泡亮暗变化时，电压、电流、功率均可作为参考依据。 【典例5】　在下图所示的U­I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源与电阻R组成闭合电路。由图像判断错误的是(　　) A.电源的电动势为3 V，内阻为0.5 Ω B.电阻R的阻值为1 Ω C.电源的效率为80% D.电源的输出功率为4 W 【答案】C 【解析】根据闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时U＝E，由此读出电源的电动势E＝3 V，内阻等于图线的斜率大小，则r＝||＝ Ω＝0.5 Ω，A正确；根据图像可知电阻R＝＝1 Ω，B正确；电源的效率η＝×100%＝×100%＝×100%≈66.7%，C错误；两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由题图读出电压U＝2 V，电流I＝2 A，则电源的输出功率为P出＝UI＝4 W，D正确。本题选择错误的，故选C。 能源与可持续发展 1.能量守恒定律的两种表达 (1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 (2)ΔE增＝ΔE减，某种形式能量的增加量等于其他形式能量的减少量。 [特别提醒]　能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。 2.对能量耗散的理解 (1)能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了。 (2)能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。 【典例6】　[2023·浙江·阶段练习]下列关于能量守恒定律的认识不正确的是(　　) A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B.某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，不可能制成 D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了 【答案】D 【解析】根据能量守恒定律可知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确，不符合题意；某个物体的能量减少，根据能量守恒定律可知，必然有其他物体的能量增加，B正确，不符合题意；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C正确，不符合题意；石子在碰撞中机械能转化为了内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。故选D。 【变式6­1】　[2023·浙江·高二学业考试]如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为r的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为η＝20%。风速在15～20 m/s范围内，η可视为不变。已知风速v＝15 m/s时每台发电机输出电功率为3000 kW，空气的密度为ρ＝1.3 kg/m3，则(　　) A.单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为ρπr2v2 B.当风速为20 m/s时每台发电机的输出电功率约为7100 kW C.每台发电机叶片转动时形成的圆面半径r约为21 m D.若每年有4000 h风速在15～20 m/s，则每台发电机年发电量至少为1.2×106 kW·h 【答案】B 【解析】单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为Ek＝mv2＝ρVv2＝ρπr2v3，故A错误；风速v＝15 m/s时每台发电机输出电功率为3000 kW，当风速为20 m/s时每台发电机的输出电功率约为P′＝×3000 kW≈7111 kW，故B正确；由Ek＝ρπr2v3，可得发电机输出电功率为P＝ρπr2v3η，则r＝，代入数据可得r≈47 m，故C错误； 每年有4000 h风速在15～20 m/s，则每台发电机年发电量至少为E＝Pt＝1.2×107 kW·h， 故D错误。故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$