52第2课时　电能　能量守恒-【优化指导】2026年物理一轮复习高中总复习·第1轮（云南专版）

第❷课时　电能　能量守恒 [对应学生用书P199] 一、电功、电功率及焦耳定律 1．电功 (1)定义：是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功。 (2)公式：W＝qU＝IUt(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功与通电时间之比。 (2)公式：P＝＝IU(适用于任何电路)。 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)。 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，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即P电＝P机＋P损，其中P电＝UI，P损＝I2R。 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电荷量之比，E＝。 (2)电源的内阻：电源内部的导体的电阻。 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)三个表达式： ①I＝(只适用于纯电阻电路)； ②E＝U外＋U内或E＝U外＋Ir； ③IE＝IU＋I2r(适用于所有电路)。, 　[链接] 人教必修第三册P61T5： 5．某同学想探究导电溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律。他拿了一根细橡胶管，里面灌满了盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱。他量得盐水柱的长度是30 cm，并测出盐水柱的电阻等于R。现握住橡胶管的两端把它拉长，使盐水柱的长度变为40 cm。如果 …… 　(经典高考题)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：根据电阻定律R＝ρ可知，长度变为原来的1.2倍，横截面积变为原来的倍，所以电阻变为原来的1.44倍；根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知总电阻增大，干路电流I减小，路端电压即盐水柱两端电压U增大，A、C错误，B正确；电功率P＝I2R，因电流的变化倍数无法计算，所以电功率变化倍数无法计算，D错误。 [对应学生用书P200] 考点一 闭合电路的欧姆定律及电路的动态分析 突破 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 因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＝，I2减小，电流表的示数IA＝I总－I2增大，B正确；由P2＝IR2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＝IR2，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，故IA最大，B正确。 解答闭合电路动态问题的基本思路 (1)“先总后分”——先判断总电阻和总电流如何变化； (2)“先干后支”——先分析干路部分，再分析支路部分； (3)“先定后变”——先分析定值电阻所在支路，再分析阻值变化的支路。 突破 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】 如图所示，R3处是光敏电阻(随光照强度增大，R3阻值减小)，a、b两点间接一个电容器，当开关S闭合后，在没有光照射时，电容器极板上电荷量为零，当用光线照射电阻R3时，下列说法正确的是 (　　) A．R3的电阻变小，电容器上极板带正电，电流表示数变大 B．R3的电阻变小，电容器上极板带负电，电流表示数变大 C．R3的电阻变大，电容器上极板带正电，电流表示数变小 D．R3的电阻变大，电容器上极板带负电，电流表示数变小 A　解析：R3是光敏电阻，当用光线照射电阻R3时，根据光敏电阻的特点，其阻值变小，根据闭合电路欧姆定律知，电流表示数变大，C、D错误；没有光照射时电容器极板上的带电荷量为零，说明a、b两点电势相等，用光照射以后，R1、R2电阻没有变化，分压比不变，而由于R3的电阻减小，所以R3的分压减小，而两支路的电压相等，且R3左端接电源正极，故电容器上端的电势要高于下端，故上极板带正电，A正确，B错误。 1．如图所示的电路中，电阻R＝2 Ω。断开S后，电压表的读数为3 V；闭合S后，电压表的读数为2 V，则电源的内阻r为 (　　) A．1 Ω B．2 Ω C．3 Ω D．4 Ω A　解析：当S断开后，电压表读数为U＝3 V，则电动势E＝3 V，当S闭合后，电压表读数为U′＝2 V，由闭合电路的欧姆定律知E＝U′＋Ir，且I＝，整理得电源内阻r＝＝1 Ω，A正确。 2．在如图所示的电路中，开关S闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，导致电压表和电流表的读数都增大，电压表和电流表均为理想电表，则可能是 (　　) A．R1短路 B．R2短路 C．R3短路 D．R1断路 A　解析：若电路正常，则电流表测量流过R1支路的电流，电压表测量R3两端的电压。若R1短路，则R2被短路，外电路只有电阻R3接在电源两端，电流表测量干路电流，电压表测量路端电压，两表示数均增大，A正确；若R2短路，则电流表和R1被短路，电流表示数为零，B错误；若R3短路，则电压表示数为零，C错误；若R1断路，则电流表示数为零，D错误。 考点二 闭合电路中的功率及效率问题 突破 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＝×100%＝×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】 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；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)在发动机正常工作时，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＝＝0.5 Ω。 (2)电动机正常工作时的输入功率P输入＝UI＝2×1 W＝2 W，此时线圈的发热功率为P热＝I2R＝0.5 W，因此电动机的输出功率P输出＝P输入－P热＝(2－0.5) W＝1.5 W。 (3)当转子被卡住之后，电动机为纯电阻电路，电动机的发热功率P热′＝＝ W＝8 W。 非纯电阻电路的两点注意 (1)在非纯电阻电路中不能应用Q＝t，因为欧姆定律不再成立； (2)当电动机通电卡住不转动时，电路应为纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部转化为内能；只有在电动机转动时电路为非纯电阻电路，此时U>IR，欧姆定律不再适用。 突破 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＝R＝＝，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＝。 3．电源的效率：η＝×100%＝×100%， 纯电阻电路中η＝×100%。 【典例4】 (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＝，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。 3．有一个电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源。下列电阻与其连接后，使电阻的功率大于2 W，且使该电源的效率大于50%的是 (　　) A．0.5 Ω B．1 Ω C．1.5 Ω D．2 Ω C　解析：由闭合电路欧姆定律得I＝，电源的效率η＝×100%，电阻的功率P＝I2R。将四个选项代入得，只有C符合题目要求，C正确。 4．(2022·江苏卷)如图所示，电路中四个灯泡均正常发光，灯泡电阻分别为R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝2 Ω，R4＝4 Ω，电源电动势E＝12 V，内阻不计。则四个灯泡中消耗功率最大的是 (　　) A．R1 B．R2 C．R3 D．R4 A　解析：由电路图可知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＝＝2 Ω，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流即经过R1的电流为I1＝I＝＝3 A，并联部分各支路电流大小与电阻成反比，则I2＝＝2 A，I3＝I4＝＝1 A，四个灯泡的实际功率分别为P1＝IR1＝18 W，P2＝IR2＝12 W，P3＝IR3＝2 W，P4＝IR4＝4 W，故四个灯泡中功率最大的是R1，A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＝·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．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 3．电源U­I图线的理解 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，且I短＝ 斜率 电源内阻r＝||＝ 面积 电源的输出功率P出＝UI(P总＝EI，P内＝P总－P出＝EI－UI) 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】 (多选)如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线。曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为P(5.2，3.5)、Q(6，5)。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是 (　　) A．电源1与电源2的内阻之比是3∶2 B．电源1与电源2的电动势之比是1∶1 C．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是21∶26 D．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是7∶10 (1)电源的U－I图线与电阻的U－I图线的交点表示电源的路端电压与用电器两端的电压相等，通过电源的电流与通过用电器的电流相等； (2)交点表示该电源单独对该用电器供电的电压和电流，电路图如图所示。 ABC　解析：在电源的U－I图像中，图像斜率的绝对值表示电源的内电阻，根据电源U－I图线，可知电源1、电源2的内阻分别为r1＝＝ Ω＝ Ω，r2＝＝ Ω＝ Ω，则有r1∶r2＝3∶2，A正确；U－I图像的纵轴截距表示电动势，所以E1＝E2＝10 V，B正确；灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线的交点即为灯泡与这电源连接时的工作状态，则连接电源1时，有U1＝3.5 V，I1＝5.2 A，故灯泡消耗的功率为P1＝U1I1＝18.2 W，灯泡的电阻R1＝＝ Ω＝ Ω，连接电源2时，则有U2＝5 V，I2＝6 A，故灯泡消耗的功率P2＝U2I2＝30 W，灯泡的电阻R2＝＝ Ω，则有P1∶P2＝91∶150，R1∶R2＝21∶26，C正确，D错误。 　(多选)如图所示，曲线C1、C2分别是纯电阻直流电路中内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知下列说法正确的是 (　　) A．电源的输出功率的最大值为8 W B．电源的电动势为4 V C．电源的内电阻为1 Ω D．电源被短路时，电源消耗的最大功率可达16 W BCD　解析：当内电阻等于外电阻时，电源的输出功率最大，最大值为4 W, A错误；根据P＝UI可得，当I＝2 A时，外电压为2 V，内电压也为2 V，电源的电动势为4 V, B正确；电源的内电阻r＝＝1 Ω，C正确；电源被短路时，电源消耗的最大功率可达P＝＝16 W, D正确。 [课时跟踪练47见P443] 学科网（北京）股份有限公司 $$