8.焦耳定律 电路中的能量转化 9.家庭电路-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册创新导学案全书Word（教科版2019）

物理 必修 第三册(教科) 8．焦耳定律　电路中的能量转化 9．家庭电路 1．知道电流做功的实质，理解电功和电功率的概念。2.掌握焦耳定律，理解热功率的概念。3.理解电功和电热、电功率和热功率的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。4.能从能量转化与守恒的角度理解电路中的能量转化。5.了解安全用电和节约用电常识。 一　电功和电功率 1．电功 (1)与电能的关系：电能转化为其他形式能量的过程就是电流做功的过程，电流做功的多少等于电能转化为其他形式能量的数量。 (2)公式：W＝UIt。它表明，电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。 (3)单位：在国际单位制中单位是焦耳，简称焦，符号是J。 (4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力所做的功。 2．电功率 (1)定义：电流所做的功W与做这些功所用时间t的比。 (2)公式：P＝＝UI。它表明，一段电路上消耗的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积。 (3)单位：在国际单位制中单位是瓦特，简称瓦，符号为W。 (4)意义：描述电能转化为其他形式能量的快慢或者是电流做功的快慢。 二　焦耳定律 1．内容：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比、跟导体的电阻R成正比、跟通电时间t成正比。 2．公式：Q＝I2Rt。 3．焦耳热：电流通过电阻而产生的热。 4．热功率 (1)定义：电流通过电阻产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比。 (2)公式：P热＝＝I2R。 三　电路中的能量转化 1．在外电路中，电场力做功，将电源输出的电能转化为其他形式的能量。例如，在电阻元件中，电流使电阻发热，电能全部转化为内能，电功率等于热功率，即P电＝P热；在电动机、电解槽等用电器中，电能要分别转化为机械能、化学能等，还有一部分转化为内能，这时P电＝P热＋P其他，热功率只占电功率的一小部分。 2．式子IE＝IU＋I2r可以描述闭合电路中的能量转化情况。它的物理意义是：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和。因此，闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体体现。 3．当外电路电阻R为零(短路)时，路端电压U也等于零，这时的电流称为短路电流I0，此时有I0E＝Ir。可见，发生短路时，电源释放的能量全部在内电路中转化成内能，这种状况很危险。 四　家庭电路 1．安全用电 (1)安装可靠的接地线。 (2)过载保护与漏电保护。 家庭电路中使用的是低压断路器，又称自动空气开关。 2．节约用电 (1)尽量使用节能的用电器。 (2)合理使用空调。 (3)较长时间不使用的电器，请关闭电源。 判一判 (1)电功与电能的单位相同，电功就是电能。(　　) (2)电功率越大，电功越大。(　　) (3)1千瓦时＝3.6×106 J。(　　) (4)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。(　　) (5)根据I＝、P＝UI可导出P＝，该公式可用于任何用电器。(　　) (6)电流通过电解槽时，电功大于电热。(　　) (7)36 V的电压对人体一定是安全的。(　　) (8)发电与用电是“生产—消费”的关系，不存在节约用电的必要性。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)× 探究　电功和电功率 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：电路中电(势)能如何转化为其他形式的能？ 提示：自由电荷在电场力的作用下定向移动，电场力对自由电荷做功，电荷的电势能减少，转化为其他形式的能。 活动2：如果通过图中电路的电流为I，则在时间t内通过这段电路任一截面的电荷量是多少？ 提示：在时间t内通过图中这段电路任一截面的电荷量为q＝It。 活动3：在时间t内，电流通过图中电势差为U的一段电路，电场力做的功是多少？ 提示：恒定电场和静电场中电场力做功的规律相同，可以用W＝Uq计算电场力做的功。又由于q＝It，故W＝UIt。 活动4：用什么来衡量电流做功的快慢？请写出其表达式。 提示：做功快慢用功率来表示，电流做功的快慢就用电功率P来表示。P＝＝UI。 1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。自由电荷在电场力作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加，电能转化为其他形式的能。 2．电功和电功率 (1)电流做的功W＝UIt。它是电能转化为其他形式的能的一种量度。电流做了多少功，一定有多少电能转化为其他形式的能(如内能、机械能)。每个家庭的电表记录的就是电功，即这个家庭一段时间内消耗的电能。 (2)电功率P＝＝UI，它表示电流做功的快慢。 (3)电流做的功也可以通过电功率进行计算。W＝Pt，电表上的单位kW·h(度)就是这样来的。 3．串、并联电路中电功率的分析与计算 已知电功率的普遍表达式P＝＝UI，对于纯电阻电路，U＝IR，所以可以得到导出公式：P＝UI＝I2R＝。 (1)由P＝I2R知，串联电路中各电阻的功率与电阻成正比。 (2)由P＝知，并联电路中各电阻的功率与电阻成反比。 (3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。 有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的两盏电灯，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，则下列电路中消耗功率最小的电路是(　　) (1)电灯怎样才能正常发光？ 提示：电灯必须在额定电压或额定电流下工作才能正常发光。 (2)怎样才能使电路中消耗的功率最小？ 提示：因为电路消耗的总功率等于各负载消耗的功率之和，两灯功率均为额定功率，则滑动变阻器消耗的功率最小时电路消耗的总功率就最小。 [规范解答]　对电灯有P＝UI＝，可知RA＜RB，对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110 V，B灯被烧毁，A错误。对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UB＞U并，B灯被烧毁，B错误。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110 V，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110 V，所以C电路消耗的电功率最小。 [答案]　C 解答串、并联电路电功率时应注意的两个问题 (1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比还是反比关系。 (2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。 　2022年5月，比亚迪发布了最新款后驱电动汽车“海豹”，其电动机启动时电压与电功率分别为300 V、30 kW，则该电动机启动时电流为(　　) A．10 A B．100 A C．1000 A D．10000 A 答案　B 解析　根据P＝UI可得I＝＝ A＝100 A，故选B。 　三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W，现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中，则整个电路允许消耗的最大功率为(　　) A．30 W B．20 W C．15 W D．10 W 答案　C 解析　连接后电路如图所示，由图可知，L3两端电压最大时，电路消耗的功率最大，此时L3消耗的电功率为10 W，因L1与L2串联，且电阻相等，则L1与L2两端的电压都是L3两端电压的一半，所以P1＝P2＝＝＝＝ W＝2.5 W，则整个电路允许消耗的最大功率P＝P1＋P2＋P3＝2.5 W＋2.5 W＋10 W＝15 W，C正确。 探究　焦耳定律　电路中的能量转化 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：电流对甲、乙两图中的电路元件做功时，能量转化方面有什么不同？ 提示：甲图中的电路元件是纯电阻，电流做功时，电能全部转化为内能，电热Q和电功W相等。乙图中的电路元件是电动机(非纯电阻)，电流做功时，电能中一小部分转化为内能，其余都转化为机械能，故W>Q。 活动2：已知图乙中的电动机可以看成一个理想电动机和线圈电阻R串联，电动机两端的电压为U，电流为I，试导出电热的一般表达式。 提示：已知电功W＝Uq＝UIt，只有线圈电阻上才会产生热量，线圈电阻两端的电压UR小于U，不能由U计算Q，由欧姆定律，UR＝IR，所以Q＝WR＝URIt＝I2Rt。 活动3：应该如何计算电流通过导体发热的功率？两图中的电路元件消耗的电功率和热功率相等吗？ 提示：由P＝，得电功率P电＝UI；类似地由P＝，得热功率P热＝I2R。由以上分析可知，纯电阻元件消耗的电功率和热功率相等；非纯电阻元件(电动机)消耗的电功率和热功率不相等。 活动4：如图丙所示为不同情况下电路中的能量转化，试根据闭合电路欧姆定律，分析闭合电路中能量的转化关系。 提示：将E＝U＋Ir的两边同时乘电流I，可得EI＝UI＋I2r，式中左边的EI表示电源提供的电功率，右边的UI和I2r分别表示外电路和内电路上消耗的电功率，这表明电源提供的能量一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内阻上，转化为内能。 1．纯电阻电路与非纯电阻电路对比 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转化情况 电功和电功率 W＝UIt＝I2Rt＝t P电＝UI＝I2R＝ W＝UIt　P电＝UI 电热和热功率 Q＝I2Rt＝UIt＝t　 P热＝I2R＝UI＝ Q＝I2Rt　P热＝I2R 电功和电热关系 W＝Q W＝Q＋E其他>Q 电功率和热功率关系 P电＝P热 P电＝P热＋P其他>P热 欧姆定律是否适用 I＝，适用 U>IR，不适用 用电器代表 电炉丝、电炒锅、电烙铁、白炽灯 电动机、电吹风、洗衣机、电解槽、正在充电的电池 2.非纯电阻电路的功率和效率问题 对于电动机、正在充电的电池、电解槽等非纯电阻元件，一般都存在内阻r，通电正常工作时(设电压为U，电流为I)，电功率即总功率(也叫输入功率)P＝UI，损耗的功率一般只考虑内阻的热功率P热＝I2r，根据能量守恒，输出的有用功率P出＝P－P热，这个非纯电阻元件工作的效率η＝。 3．闭合电路中的几种功率 (1)电源内部：其他形式的能转化为电能。同时，电源本身也有一定的电阻，电流流过时电源也会发热，消耗一部分电能。 (2)外电路：通过电场力做功，将电源输出的电能转化为其他形式的能量。 (3)几种功率及相互关系 物理量 内容 电源的功率P 电源的内耗功率P内 电源输出功率P外 普遍表达式 P＝IE P内＝I2r P外＝IU 纯电阻电路 P＝IE P内＝I2r P外＝I2R 联系 P＝P内＋P外或IE＝I2r＋IU 规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)将排气扇接入220 V的电路后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率； (2)如果将排气扇接入220 V的电路后，扇叶被卡住，不能转动，排气扇的电动机消耗的功率和发热的功率。 (1)排气扇正常工作时，能否根据欧姆定律I＝计算通过排气扇的电流I？怎么计算该电流I? 提示：排气扇正常工作时属于非纯电阻元件，不能根据欧姆定律I＝计算通过排气扇的电流。可以通过公式P电＝UI计算I，I＝。 (2)将排气扇接入电路，扇叶不转时，排气扇的电动机在消耗电能上有什么特点？ 提示：没有电能转化为机械能，电动机此时为纯电阻元件，消耗的电能全部转化为内能。 [规范解答]　(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：I＝＝ A≈0.16 A 发热功率为：P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W 转化为机械能的功率为： P机＝P电－P热＝36 W－1 W＝35 W。 (2)扇叶被卡住不能转动时，排气扇的电动机成为纯电阻元件，电流做的功全部转化为内能，此时220 V电压全部加在线圈电阻两端，通过电动机线圈的电流为I′＝＝ A＝5.5 A 电动机消耗的功率即发热功率： P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1210 W。 [答案]　(1)35 W　1 W　(2)1210 W　1210 W (1)无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电功均为W＝UIt，电功率均为P电＝UI，电热均为Q＝I2Rt，热功率均为P热＝I2R。 (2)处理非纯电阻电路问题时，要善于从能量转化与守恒的角度出发，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解。 (3)非纯电阻电路在一定条件下可当作纯电阻电路处理。如电动机卡住不转或电压不足不转时即为纯电阻。 [变式训练2]　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，重力加速度g取10 m/s2，则(　　) A．每秒水泵对水做功为75 J B．每秒水泵对水做功为225 J C．水泵输入功率为440 W D．电动机线圈的电阻为10 Ω 答案　D 解析　每秒水泵对水做的功等于水的机械能增加量，即W＝ΔE＝mv＋mgH＝300 J，故A、B错误；水泵输出功率为P泵出＝＝ W＝300 W，水泵输入功率为P泵入＝＝ W＝400 W，故C错误；电动机的输入功率为P电＝UI＝440 W，根据能量的转化与守恒，可得P电＝P泵入＋Pr＝P泵入＋I2r，代入数据可得电动机线圈的电阻为r＝10 Ω，故D正确。 探究　家庭电路 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：我们在前面学习直流电路的内容时，导线的电阻一般都予以忽略。那么在家庭电路中，输电线(即导线)的电阻是否也同样可以忽略呢？ 提示：家庭电路的输电线一般比较长，即使只考虑用户电能表以内的部分，长度在几十米甚至更长的也很常见。根据R＝ρ，虽然其电阻与用电器相比还是比较小的，但它的电阻一般不能忽略。 活动2：多高的电压对人体是安全的？ 提示：一般安全电压为36 V。考虑到不同场合环境不同，标准也就不一样。 活动3：零线就一定是安全的吗？ 提示：正确安装的家庭电路中，入户的零线在户外已经与大地连接，因此它对地的电压是零，对人体来说是安全的。但如果出现特殊情况，造成零线与大地的连接断开，恰好开关又处于闭合状态，此时灯不能被点亮，而零线就与火线连接在一起了，它对地的电压就不再是零，而变成了220 V。这时的零线实际上已变成火线，人如果站在地面而身体的某个部分接触到零线，就会发生触电事故。 活动4：家庭电路中有哪些安全防护设施？ 提示：安装可靠的接地线；过载保护与漏电保护。 活动5：你在日常生活中有哪些节约用电的措施？ 提示：尽量使用节能的电器；合理使用空调；较长时间不使用的电器，则关闭电源。 1．家庭电路组成 (1)一般组成框图 (2)进户线 ①火线：火线跟零线间的电压是220 V。 ②零线：零线是与大地相连的，正常情况下零线跟大地之间的电压是0 V。 ③地线：在家庭里直接与大地相通的导线，这是为了安全另外加接的。火线与地线之间的电压是220 V，零线与地线之间的电压是0 V。 (3)验电笔——检测家庭电路的工具 ①结构如图所示，“电阻”阻值很大。 ②原理：使用验电笔检测家庭电路某部分是否带电时，应用手握住验电笔绝缘部分，并且接触笔尾的金属部分，将笔尖金属探头插到待检测部分。若待检测部分带电，则有电流经验电笔、人体流入大地，氖管发光。由于“电阻”很大，所以流过人体的电流极小，不会触电。 2．安全用电 (1)对人体的安全电压 我国的安全电压国家标准规定的安全电压等级共5级，分别为42 V、36 V、24 V、12 V、6 V，适用于不同场合，其中36 V是一般情况下使用的标准。 (2)安装可靠的接地线 我国家庭电路使用的电压是220 V，高于安全电压，因此电器的金属外壳必须有安全可靠的接地线。二眼插座接法是“左零右火”，三眼插座接法是“左零右火中接地”。 (3)过载保护与漏电保护 家庭电路以前采用闸刀开关和保险丝对电路进行过载保护。家庭电路现在使用的是低压断路器，又名自动空气开关，它代替闸刀开关控制电路的通断，还兼有防止电流过大以及漏电保护等多种功能，是低压配电网中一种重要的保护电器。 3．节约用电 (1)尽量使用节能的电器。 (2)合理使用空调。 (3)较长时间不使用的电器，关闭电源。 如图所示是某同学设计的家庭电路，电灯开关已断开，下列说法正确的是(　　) A．灯泡和两孔插座是串联的 B．开关和三孔插座的连接都是错误的 C．验电笔接触M点，氖管不发光 D．验电笔插入两孔插座的左孔，氖管发光 在电路图中，三孔插座与两孔插座的连接有什么规律？ 提示：均是左孔接零线，右孔接火线，三孔插座的上孔接地线。 [规范解答]　灯泡和两孔插座是并联关系，故A说法错误；开关必须接在火线与用电器之间控制火线，三孔插座的接法应为“左零右火中接地”，故B说法正确；因为灯泡与火线连接，则验电笔接触M点，氖管发光，故C说法错误；两孔插座的左孔接零线，则验电笔插入两孔插座的左孔，氖管不发光，故D说法错误。 [答案]　B 　关于家庭安全用电，下列做法正确的是(　　) A．将移动插座远离水池 B．用湿抹布擦去工作中电器上的灰尘 C．使用洗衣机时，电器外壳不接地 D．消毒碗柜、电饭煲和电冰箱同时使用一个移动插座 答案　A 解析　插座靠近水池时可能会使水溅入插座而引发短路，故应将移动插座远离水池，故A正确；当电器正在工作时，用湿抹布擦去电器上的灰尘，可能发生触电事故，故B错误；使用洗衣机时，电器外壳可能漏电，所以必须接地，防止触电事故，故C错误；消毒碗柜、电饭煲和电冰箱不能同时使用同一个移动插座，这样负载太大，会导致插座烧毁，引起火灾，故D错误。 1．(安全用电)关于家庭安全用电，下列做法正确的是(　　) A．所有家用电器都使用两孔插座 B．电源总开关并联连接漏电保护开关 C．家用电器使用时需考虑供电电线的粗细 D．将多个大功率电器接在同一个移动插座上并同时使用 答案　C 解析　家用电器有的使用两孔插座，有的使用三孔插座，故A错误；电源总开关与漏电保护开关串联，故B错误；家用电器使用时需考虑供电电线的粗细，避免负载太大，烧毁导线，故C正确；多个大功率电器不能同时使用同一个移动插座，原因是负载太大，会导致插座烧毁，故D错误。 2．(安全用电)如图为家庭电路图的一部分，为了安全且只用一个开关控制两盏灯，开关应该安装在(　　) A．M处 B．N处 C．O处 D．P处 答案　A 解析　开关应安装在火线与灯泡之间以保证安全，为了用一个开关同时控制两盏灯，只能安装在M处，故A正确。 3.(多选)关于三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝的适用范围，以下说法正确的是(　　) A．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率 B．在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率 C．在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义 D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率 答案　BC 解析　欧姆定律公式I＝只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同，其中P＝UI普遍适用于求电功率，而P＝I2R普遍适用于求热功率。故B、C正确，A、D错误。 4．(串、并联电路中的电功率)(多选)如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等。则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法，正确的是(　　) A．U甲＞2U乙 B．U甲＝2U乙 C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙 答案　BC 解析　设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，则有U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙；又结合U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，故B、C正确。 5．(电功和电热)电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有(　　) A．U1<U2，Q1＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2 C．W1＝W2，Q1>Q2 D．W1<W2，Q1<Q2 答案　A 解析　设电路中电流为I，电动机是非纯电阻元件，其两端电压U2>IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此W1<W2，C错误；产生的热量由Q＝I2Rt判断，可得Q1＝Q2，A正确，D错误。 6．(电路中的能量转化)用充电宝给手机充电时，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的。设手机电池的内阻为r，则(　　) A．充电宝的发热功率为I2r B．充电宝输出的电功率为UI－I2r C．在时间t内，手机电池增加的化学能为UIt－I2rt D．手机电池的发热功率为 答案　C 解析　题中所给r为手机电池的内阻，通过充电宝的电流为I，但其电阻未知，所以充电宝的发热功率无法求出，A错误；充电宝输出的电功率为IU，B错误；由能量守恒定律可得，在时间t内，手机电池增加的化学能为UIt－I2rt，C正确；手机电池是非纯电阻元件，不能用计算其发热功率，手机电池的发热功率应为I2r，D错误。 7．(焦耳定律)如图所示，P为一块半圆形薄电阻合金片，先将它按图甲方式接在电极A、B之间，然后将它再按图乙方式接在电极C、D之间，设A与B、C与D之间的电压是相同的，则这两种接法相等时间内在电阻中产生的热量关系正确的是(　　) A．图甲产生的热量比图乙产生的热量多 B．图甲产生的热量比图乙产生的热量少 C．图甲产生的热量和图乙产生的热量一样多 D．因为是形状不规则的导体，所以判断不出哪一个产生的热量多 答案　A 解析　将四分之一圆形薄合金片看成一个电阻，设阻值为r，题图甲中等效为两个电阻并联，R甲＝，题图乙中等效为两个电阻串联，R乙＝2r，又因为A与B、C与D之间电压相等，故由Q＝t知电阻小的产生的热量多，A正确，B、C、D错误。 8．(安全用电)(多选)小红家的限电器允许通过的最大电流是10 A，她家有2个标有“220 V　40 W”的日光灯，4只标有“220 V　15 W”的灯泡，1个标有“220 V　1000 W”的热水器，1台合计起来有160 W的电脑，1台制冷时耗电为140 W的电冰箱，1台耗电为80 W的电视机，1台标有“220 V　1200 W”的空调。下列说法正确的是(　　) A．所有用电器不能同时使用，灯泡、电视、空调、电脑、冰箱可以同时使用 B．所有用电器不能同时使用，灯泡、日光灯、电视、冰箱、空调、电脑可以同时使用 C．所有用电器不能同时使用，灯泡、热水器、空调可以同时使用 D．所有用电器能同时使用 答案　AB 解析　小红家最大可用电功率为220 V×10 A＝2200 W，而所有的电器都打开时总耗电功率为2720 W，所以不能同时使用；灯泡、电视、空调、电脑、冰箱的总功率为1640 W，可以同时使用；灯泡、日光灯、电视、冰箱、空调、电脑的总功率为1560 W，可以同时使用；灯泡、热水器、空调的总功率为2260 W，不可以同时使用。故A、B正确，C、D错误。 9．(电路故障分析)如图是某家庭电路的一部分，下列说法正确的是(　　) A．电冰箱接入三孔插座后其外壳与零线相连 B．断开开关S时，用验电笔接触A点氖管发光，接触B点时氖管不会发光 C．保险丝烧断后可用铜丝代替 D．闭合开关S时，电灯不亮，保险丝未烧断，可能是电灯短路 答案　B 解析　电冰箱接入三孔插座能使电冰箱金属外壳接地，故A错误；断开开关S时，A点在火线上，所以用验电笔接触A点时氖管会发光，B点与火线没有直接接触，也没有间接接触，所以用验电笔接触B点时氖管不会发光，故B正确；当电路电流过大时，保险丝会烧断断开电路，从而起到保护电路的作用，如果用铜丝代替保险丝后，就起不到保护作用了，故C错误；若闭合开关S时，电灯不亮，保险丝未烧断，可能是电灯断路，若电灯短路，则保险丝烧断，故D错误。 10．(非纯电阻电路的功率和效率)某款扫地机器人如图所示，额定功率为24 W，额定电流为3 A，正常工作时电机输出的功率为19.5 W。则(　　) A．电机的电阻为 Ω B．额定电压为6.5 V C．正常工作时，1 s内电机产生的热量为19.5 J D．正常工作时，电机的效率为81.25% 答案　D 解析　由P＝P出＋I2r得r＝0.5 Ω，A错误；由P＝UI得额定电压U＝8 V，B错误；正常工作时，1 s内电机产生的热量Q＝I2rt＝4.5 J，C错误；由η＝得η＝81.25%，D正确。 11．(电路中的能量转化)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，此时测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。求： (1)电动机线圈的电阻； (2)电动机正常工作时的输出功率； (3)在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率。 答案　(1)0.5 Ω　(2)1.5 W　(3)8 W 解析　(1)电动机不转时，电动机电路为纯电阻电路，根据欧姆定律可得线圈的电阻R＝＝ Ω＝0.5 Ω。 (2)电动机正常工作时的输入功率 P输入＝U2I2＝2.0×1.0 W＝2 W 此时线圈的发热功率为P热＝IR＝0.5 W 电动机正常工作时的输出功率 P输出＝P输入－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W。 (3)当转子被卡住之后，电动机为纯电阻元件，此时电动机的发热功率P热′＝＝ W＝8 W。 12．(串、并联电路中的电功率)如图所示，三个电阻R1、R2、R3的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为10 W、10 W、4 W，则此电路中允许消耗的最大功率为(　　) A．24 W B．16 W C．15 W D．14 W 答案　C 解析　R2、R3并联，两端电压相同，且阻值相等，由P＝可知，R2、R3消耗的实际功率相同，即P2＝P3。三个电阻的阻值相同，则通过R1的电流I1是通过R2的电流I2的2倍，由P＝I2R可知，R1消耗的实际功率是R2的4倍，即P1＝4P2＝4P3。因为10 W<4×4 W，所以电路中允许消耗的功率最大时，P1＝10 W，P2＝P3＝＝2.5 W，P总＝P1＋P2＋P3＝15 W，C正确。 13．(电热的综合分析)有一段电阻率和密度不随温度变化的圆柱形金属材料，长为L，横截面积为S，现在把恒定电压U加在金属材料两端，金属材料产生的焦耳热与升高的温度之间满足如下关系：Q＝kcmΔT，其中c为金属的比热容，m为金属的质量，ΔT表示升高的温度，k为大于1的常数。为避免升温过快，以下操作中可行的是(　　) A．均匀拉长金属材料使横截面积S减小，L变大 B．均匀压缩金属材料使横截面积S增加，L变小 C．保持长度L不变，换更粗的同种材料金属 D．保持长度L不变，换更细的同种材料金属 答案　A 解析　根据焦耳定律和欧姆定律可得Q＝t，根据电阻定律可得R＝，又因为Q＝kcmΔT，质量m＝ρ2LS，联立可得＝。由＝可知，L变大，变小，升温变慢；L变小，变大，升温变快；L不变，不变，升温速度不变；升温快慢和横截面积S无关，故A正确，B、C、D错误。 [名师点拨]　本题的关键词“升温过快”，实质是用比值定义法定义了一个新的物理量。遇到这类从未见过的题目时，应该根据所学物理规律结合题意分析，如定义一个新物理量，从而结合所学物理规律定量分析、计算。例如：必修第一册“刹车平稳、刹车太急”，实际是定义了物理量——速度的变化率。 14．(综合应用)具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全，车主可通过旋钮开关实现功能切换。如图乙所示是模拟加热原理图。其中测试电源的电压为100 V，电热丝即图乙中电阻的阻值均为100 Ω，后视镜玻璃的质量为400 g，玻璃的比热容为0.75×103 J/(kg·℃)。防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大。当开关旋至“3”挡时，该电路工作1 min，可使后视镜玻璃温度升高30 ℃。 (1)当开关旋至“1”挡时，开启________(选填“防雾”“除露”或“化霜”)功能，电路中的电流是________； (2)当开关旋至“2”挡时，电路消耗的功率是________； (3)当开关旋至“3”挡时，电路的加热效率是________。 答案　(1)防雾　0.5 A　(2)100 W (3)75% 解析　(1)当开关旋至“1”挡时，两条电阻丝串联接入电路，电路的总电阻R1＝2×100 Ω＝200 Ω；当开关旋至“2”挡时，一条电阻丝单独接入电路，电路的总电阻R2＝100 Ω；当开关旋至“3”挡时，两条电阻丝并联接入电路，电路的总电阻R3＝ Ω＝50 Ω。由P＝可得，电路的总电阻越大则电功率越小，故当开关旋至“1”挡时，功率最小，开启防雾功能；开关旋至“2”挡时，功率较大，开启除露功能；开关旋至“3”挡时，功率最大，开启化霜功能。 当开头旋至“1”挡时，电路中的电流为I1＝＝＝0.5 A。 (2)当开关旋至“2”挡时，电路消耗的功率为P2＝＝＝100 W。 (3)当开关旋至“3”挡时，电路消耗的功率为P3＝＝＝200 W；加热功率为P3′＝＝ W＝150 W；则电路的加热效率η＝＝75%。 15．(非纯电阻电路的能量问题)如图所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r＝1 Ω，电炉电阻R＝19 Ω，电解槽电阻r′＝0.5 Ω。当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684 W；S1、S2都闭合时，电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看作不变)。当S1、S2闭合时，试求： (1)电源的电动势； (2)流过电解槽的电流大小； (3)电源的总功率的大小； (4)电解槽中电能转化成化学能的功率。 答案　(1)120 V　(2)20 A　(3)3000 W　(4)1700 W 解析　(1)设电源电动势为E，S1闭合、S2断开时，由P＝I2R知，通过电炉的电流为 I0＝＝ A＝6 A 电源电动势E＝I0(R＋r) 代入数据解得E＝120 V。 (2)S1、S2都闭合时，电炉和电解槽并联，则电炉中电流为IB＝＝ A＝5 A 电源路端电压为U＝IBR＝95 V 流过电源的电流为I＝＝25 A 流过电解槽的电流为IA＝I－IB＝20 A。 (3)电源的总功率为P总＝EI＝3000 W。 (4)电解槽消耗的电功率为PA＝IAU＝1900 W 电解槽的热功率为P热＝Ir′＝200 W 电解槽中电能转化成化学能的功率为 P化＝PA－P热＝1700 W。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$