5.1 电路中的能量 讲义 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

夜市物理 粤教版2019必修第三册 5.1电路中的能量 知识构建 基础知识 一、电功和电功率 1．电功 (1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程． (2)电功的计算公式：W＝UIt. 单位：焦耳，符号为J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J. 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＝＝UI. (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 3.串并联电路中的电功率区别 1．串联电路． 功率关系 2．并联电路． 功率关系 3．结论． 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． 题型分析 例1.（23-24高二上·广东佛山·期末）如图三种灯具的发光原理不同，白炽灯由灯丝通电发热发光，荧光灯通电产生电磁辐射后发光，LED灯则直接将电转化为光。在额定电压下，功率为的白炽灯、的荧光灯与的LED灯，三者照明亮度相当。下列相关说法正确的是（    ） A．我们日常使用的电能属于一次能源 B．因为亮度相同，三种灯的节能效果一样 C．正常工作时通过LED灯的电流约为 D．内白炽灯产生的热量是LED灯的15倍 【答案】C 【详解】A．电能不能从自然界直接获取，是二次能源，故A错误； B．正常工作时，亮度相同，但LED灯消耗的电能少，所以选用LED灯更加节能，故B错误； C．正常工作时通过LED灯的电流约为 故C正确； D．由于LED灯是非纯电阻，通过题干无法求出电阻，故无法比较产生的热量，故D错误。 故选C。 【变式训练1】（24-25高二上·广东·期中）电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一个开关并联，然后再接到家庭电路上，原理示意图如图所示，电烙铁和灯泡均可视为阻值不变的纯电阻，下列说法正确的是（　　） A．开关接通时，灯泡发光 B．电烙铁在开关接通时的功率大于在开关断开时的功率 C．开关断开时，电路消耗的总功率增大 D．开关断开时，电烙铁和灯泡的功率之比等于它们阻值的反比 【答案】B 【详解】ABC．开关接通时，灯泡发生短路，灯泡熄灭，电路中电阻减小，电流增大，根据 可知，电路消耗的功率增大，电烙铁的功率也增大，则电烙铁在开关接通时的功率大于在开关断开时的功率，开关断开时，电路消耗的总功率减小，选项B正确，选项AC错误； D．开关断开时，根据 可知，电烙铁和灯泡的功率之比等于它们阻值之比，选项D错误。 故选B。 【变式训练2】（23-24高二上·广东江门·期中）如图所示为一电热壶玩具的加热装置电路图，加热电阻丝R2=2Ω，电源电动势E=16V，内阻r=1Ω。当调节电阻R1为13Ω时。则（　　） A．此时加热电阻丝的电压为16V B．此时加热电阻丝的热功率为2W C．此时电路的电流为2A D．如果想使同样一壶水在更短时间内烧开，应把调节电阻R1调大些 【答案】B 【详解】C．由闭合电路欧姆定律可得此时电路的电流为 故C错误； A．此时加热电阻丝的电压为 故A错误； B．此时加热电阻丝的热功率为 故B正确； D．由 可知如果想使同样一壶水在更短时间内烧开，应调节电阻R1，使加热电阻丝的热功率变大，由，可知应把电路中电流调大，即应把调节电阻R1调小些，故D错误。 故选B。 【变式训练3】在如图所示的分压电路中，c、d间的电压恒为U=10V，滑动变阻器的总电阻R0=20Ω，滑动触头P可在a、b两端点间滑动，定值电阻R=10Ω，则触头P位于a、b连线的中点时，电阻R消耗的功率是（　　） A．10W B．2.5W C．W D．W 【答案】D 【详解】滑动变阻器的触头P位于a、b连线的中点时，有 ， 下端并联的等效电阻为 则等效电阻所占电压为 故电阻R消耗的功率为 故选D。 基础知识 二、焦耳定律 1．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)表达式：Q＝I2Rt. 2．热功率 (1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P热＝I2R. (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 三、电功与电热 1．电功与电热． (1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t， P电＝P热＝UI＝I2R＝. (2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＞Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P＞P热． 2．纯电阻电路和非纯电阻电路． 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件 特点 电路中只有电阻元件 除电阻元件外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器 电流、电 压、电阻 的关系 遵循欧姆定律，I＝ 不遵循欧姆定律．由UIt＝I2Rt＋W，知U>RI或I< 能量转化 形式 电流做功全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 电流做功全部转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt；电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电风扇、电解槽、吹风机 3.电功与电热的比较． 项目 电功 电热 电功与电 热的比较 电功实质是静电力移动电荷所做的功，W＝qU＝UIt 电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热，Q＝I2Rt 电功与电 热的联系 与区别 纯电阻电路 电流做功全部转化为内能： W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 非纯电阻电路 电流做功转化为内能和其他形式的能量： 电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他 电功率与 热功率的 关系 纯电阻电路中，P＝UI＝I2R＝ 非纯电阻电路中UI＞I2R，t既不能表示电功，也不能表示电热 题型分析 例2.（24-25高二上·广东汕头·期末）周老师在优质课展示活动中做了“电池+口香糖锡纸=取火工具”的实验（如图甲），实验前将口香糖锡纸中间剪掉一些（如图乙），将锡纸条带锡面的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，发现锡纸条很快开始冒烟、着火，下列说法正确的是（　　） A．此实验中使用旧电池效果更好 B．此实验利用了电流的热效应，a段最先燃烧 C．此实验利用了电流的热效应，c段最先燃烧 D．若，则a段电阻最小，c段电阻最大 【答案】B 【详解】A．此实验中使用老旧电池效果没有新电池好，因为老旧电池的内阻比较大，使得电路电流较小，电流的热效应不明显，故A错误； BCD．根据电阻定律 若，材料相同，则电阻率相同，a段横截面积最小，c段横截面积最大，则a段电阻最大，c段电阻最小；此实验利用了电流热效应，根据 由于电流相等，a段电阻最大，则a段的功率最大，a段最先燃烧，故B正确，CD错误。 故选B。 【变式训练1】（22-23高二上·广东广州·期末）随着科技的发展，家用电器种类越来越多。下列家用电器中利用电流的热效应工作的是（　　） A．扫地机器人 B．电饭煲 C．电风扇 D．电视机 【答案】B 【详解】A．扫地机器人工作时将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故A错误； B．电饭煲工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故B正确； C．电风扇工作时将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故C错误； D．电视机工作时主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应，故D错误。 故选B。 【变式训练2】（24-25高二上·广东广州·期末）某扫地机器人电动机的输入电压恒为，线圈电阻为。正常工作时电流为。下列说法正确的是（　　） A．正常工作时，电动机的输出功率为 B．正常工作时，电动机的机械效率为90% C．电动机被杂物卡住无法运转时，电动机的发热功率为 D．根据焦耳定律，无论电动机正常工作还是被卡住，电动机的发热功率均为 【答案】C 【详解】AB．正常工作时，电动机的输入功率为 热功率为 则电动机的输出功率为 则正常工作时，电动机的机械效率为 故AB错误； CD．电动机被杂物卡住无法运转时，电流为 则电动机的发热功率为 故C正确，D错误。 故选C。 【变式训练3】（24-25高二上·广东湛江·期末）如图所示，电源电动势内阻r=1Ω，电灯电阻保持不变，定值电阻R=2Ω。开关闭合后，电动机恰好以额定功率正常工作，已知电动机的额定电压电动机线圈的电阻下列说法正确的是（　　） A．通过电动机的电流为1.5A B．电动机的输入功率为72W C．电源的输出功率为12W D．电源的效率约为75% 【答案】A 【详解】．根据串联分压，定值电阻和内阻两端电压之和，干路电流 电动机正常工作，电动机两端电压，电动机与灯泡并联，两端电压相等，则通过灯泡电流 通过电动机电流 A正确； B．电动机输入功率 B错误； C．电源输出功率 C错误； D．电源效率 D错误。 故选A。 基础知识 闭合电路中的能量 1．闭合电路中能量转化关系：EI＝U外I＋U内I． 2．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量；另一部分消耗在内电路上，转化为内能． 3．电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的能力． 4.闭合电路的功率问题 1) 电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率． 计算式：P＝IE普遍适用． 2) P＝＝I2(R＋r)只适用于外电路为纯电阻的电路． 3) 电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率．计算式：P内＝I2r. 4) 电源的输出功率P出：外电路上消耗的功率．计算式：P出＝IU外普遍适用． P出＝I2R＝只适用于外电路为纯电阻的电路． 5) 闭合电路上功率的分配关系：P＝P出＋P内，即EI＝U外I＋U内I，其中EI表示电源提供的电功率，U外I和U内I表示电源的外电路和电源的内电路上消耗的电功率，电源的内电路消耗的功率一般是热功率． 6) 电源的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%. 7) 电源的输出功率与外电阻之间的关系：P出＝U外I＝＝. 从上式可以看出： (1)当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝，此时电源的效率为η＝50%； (2)当R＞r时，随着R的增大，输出功率越来越小； (3)当R＜r时，随着R的增大，输出功率越来越大； (4)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2； (5)P出与R的关系如图所示． 题型分析 例3.（24-25高二上·广东惠州·期末）研究微型电动机性能时，可采用如图所示电路。闭合开关，当调节电阻箱R的阻值为时，电动机正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为和。已知电源内阻为，电动机内阻为，电压表和电流表均为理想电表，当电动机正常运转时，下列说法正确的是（　　） A．电源的电动势为 B．电源的输出功率为 C．电动机的输出功率为 D．电动机的发热功率为 【答案】D 【详解】A．根据闭合电路欧姆定律 其中是电动机两端电压，是电路电流，是电源内阻，是电阻箱阻值。 则 A错误； B．电源的输出功率 所以 B错误； C．电动机的总功率 电动机的发热功率 电动机输出功率 C错误； D．电动机的发热功率 D正确。 故选D。 【变式训练1】．（24-25高二上·广东·阶段练习）如图，电动势E、内阻r的电源与定值电阻R1和可变电阻R2串联，下列说法正确的是（　　） A．当时，定值电阻R1消耗的功率最大 B．当时，可变电阻R2消耗的功率最大 C．当时，电源的效率最大 D．若R1<r，则电源输出功率一定随R2的增大而增大 【答案】B 【详解】A．根据可知当电流最大时，定值电阻消耗的功率最大，由闭合电路欧姆定律 可知当时，电路电流最大，定值电阻R1消耗的功率最大，故A错误； B．根据可知 故当时，可变电阻R2消耗的功率最大，B正确。 C．电源的效率为 当闭合电路的外电路电阻越大，电源的效率越大，故C错误； D．根据可知 故当时，电源输出功率越大，由于R1<r，则电源输出功率随的增大而先增大后减小，故D错误。 故选B。 【变式训练2】（24-25高二上·广东广州·期中）如图所示的U-I图像中，直线①为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线②为某一电阻R的U-I图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路。由图象可知（　　） A．此状态下R的阻值为4.0Ω B．电源电动势为3V，内阻为1.0Ω C．电源的输出功率为3.0W D．电源的效率为50% 【答案】B 【详解】A．由图像交点坐标，可得此状态下R的阻值为 故A错误； B．根据闭合电路欧姆定律可得 根据图像可得电源电动势为 内阻为 故B正确； C．电源的输出功率为 故C错误； D．电源的效率为 故D错误。 故选B。 【变式训练3】将一电源、定值电阻R0 = 1 Ω及电阻箱连成如图甲所示的闭合回路，闭合开关后调节电阻箱的阻值，测得电阻箱功率与电阻箱读数变化关系曲线如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．该电源电动势为9 V B．该电源内阻为2 Ω C．调整R，电源最大输出功率为9 W D．电阻箱功率最大时电源效率为50% 【答案】B 【详解】B．由图乙可得电阻箱电阻R = 3 Ω时，功率P = 3 W，此时电阻箱阻值等于定值电阻和电源内阻之和，解得 故B正确； A．电阻箱电阻R = 3 Ω时，根据 可得此时电路电流为 根据闭合电路欧姆定律有 解得 故A错误； C．调整R，电源输出功率 因此可知外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，所以当电阻箱电阻R = 1 Ω时，电源输出功率最大 故C错误； D．电阻箱功率最大时电源效率 故D错误。 故选B。 巩固练习 一、单选题 1．（24-25高二上·山西运城·期中）小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为12.6V，内阻为。车灯接通电动机未启动时，电流表示数为12A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到52A。电表为理想电表，下列说法正确的是（　　） A．电动机未启动时，车灯的功率为125W B．电动机启动时，车灯的功率为120W C．电动机启动时，电动机的输入功率为420W D．电动机启动时，电动机的热功率可能为450W 【答案】C 【详解】A．根据题意可知，电动机未启动时，车灯、电流表和电源串联，根据闭合电路欧姆定律可知此时的路端电压 则车灯的功率 故A错误； B．根据欧姆定律可知，车灯的电阻 电动机启动瞬间，车灯两端电压 车灯的功率 故B错误； CD．此时电动机的输入功率 热功率一定小于，故C正确，D错误。 故选C。 2．有一台电风扇额定工作电压为 220V，额定电功率为 50W，线圈电阻为 0.4Ω，电风扇接入电压为 220V 的电路中，关于它每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】电风扇正常工作时产生的热量是由于内阻发热产生的，所以每分钟产生的热量为 故选C。 3．如图，是光敏电阻，当光照强度增大时，它的阻值减小，电压表和电流表均为理想电表，当外界的光照强度减弱时，下列说法正确的是（    ） A．电流表的示数增大 B．电压表的示数增大 C．电源的总功率增大 D．电源的输出功率减小 【答案】B 【详解】AB．当外界的光照强度减弱时，R阻值变大，则电路总电阻变大，总电流减小，电流表示数减小，因R0及电源内阻上的电压减小，可知电阻R上电压变大，即电压表示数变大，故A错误， B正确； C．电源的总功率 P=IE 因总电流I减小，则电源总功率P减小，故C错误； D．因外电阻和电源内阻的关系不确定，则不能判断电源的输出功率的增减情况，故D错误。 故选B。 4．如图所示，，为最大阻值是的滑动变阻器，E为电源电动势，电源内阻，下列说法正确的是（    ） A．，电源的输出功率最大 B．时，消耗的功率最大 C．时，电源的效率最高 D．时，电源的输出功率最小 【答案】B 【详解】AD．当外电阻等于内阻时电源的输出功率最大，由于 所以时，电源输出功率最大，当外电阻与内阻相差越大，电源的输出功率越小，当滑动变阻器接入电路中的电阻为5时，电源的输出功率最小，故AD错误； B．将R等效到电源的内部，R0上的功率等于等效电源的输出功率，当外电阻等于内阻时，即 时，等效电源的输出功率最大，即上的功率最大，故B正确； C．当时，外电阻最大，路端电压最大，由 知电源的效率最大，故C错误； 故选B。 二、多选题 5．（20-21高二上·广东江门·期中）在图示部分电路中，电阻、和的阻值相等。下列说法正确的是（　　） A．、和两端的电压之比为 B．、和两端的电压之比为 C．、和消耗的电功率之比为 D．、和消耗的电功率之比为 【答案】BD 【详解】AB．设三者电阻都为R，设流过R1的电流为I，则 可得 U1：U2：U3=2：1：1 故A错误，B正确； CD．根据公式 可得 故C错误，D正确。 故选BD。 6．（24-25高二上·全国·课后作业）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法，正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．焦耳热适用于任何电路 【答案】BCD 【详解】A．电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的焦耳热的多少还与做功时间的长短有关，故A错误； B．公式是计算电路的总功的大小，适用于任何电路，当为纯电阻电路时，根据欧姆定律可得 ， 所以和只能适用于纯电阻电路，故B正确； C．在非纯电阻的电路中，UI表示的是总的功率的大小，而只是电路中发热的功率，除发热功率外，还有其他形式的有用功率，所以在非纯电阻电路中 故C正确； D．焦耳热适用于任何电路中的热量的计算，故D正确。 故选BCD。 7．（24-25高二上·广东佛山·期末）擦窗机器人有效解决了外层窗户清洁困难的问题。某款擦窗机器人如下图所示，主要由电动机、传感器等部件构成，其电池容量为（电池能够提供的电量，表示当电池以3000mA的输出电流工作时，最长可以持续工作）、额定电压为、待机时功率为、工作时功率为。下列说法正确的是（　　） A．充满电后，机器人的最长待机时间为 B．进行擦拭工作时机器人内部电路的电阻为 C．若电动机卡住停转时，通过电动机的电流会增大 D．进行擦拭工作时机器人把电能全部转化为机械能 【答案】AC 【详解】A．额定电压为，工作时功率为，则工作时的电流为 由题意可知工作时最长可以持续工作时间为，则充满电后，机器人的最长待机时间为 故A正确； B．进行擦拭工作时，机器人不是纯电阻电路，则有 可得内部电路的电阻 故B错误； C．若电动机卡住停转时，通过电动机的电流 可知通过电动机的电流会增大，故C正确； D．进行擦拭工作时机器人把电能转化为机械能和焦耳热，故D错误。 故选AC。 8．（24-25高二上·广东深圳·期中）智能机器人可以服务人类生活。如图甲所示为一款新型送餐机器人，内部电路如图乙所示，它的直流电动机额定电压为，额定电流为，线圈电阻为，将它接在电动势为，内阻为的直流电源两极间，电动机恰好能正常工作。下列说法正确的是（　　） A．电动机消耗的总功率为 B．电动机消耗的热功率为 C．电动机消耗的总功率为 D．电动机消耗的热功率为 【答案】CD 【详解】AC．电动机恰好能正常工作，电动机消耗的总功率为 故A错误，C正确； BD．电动机消耗的热功率为 故D正确，B错误。 故选CD。 9．（24-25高二上·广东·期末）在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（设E、r是定值）向变化的外电阻供电时，关于电源的输出功率Р随外电阻R变化的规律如图所示。则下列判断正确的是（　　） A．当R=r时，电源有最大的输出功率 B．当R=r时，电源的效率η=50% C．电源的输出功率Р随外电阻R的增大而增大 D．电源的效率η随外电阻R的增大而增大 【答案】ABD 【详解】AC．该图像反映了电源的输出功率P随外电阻R变化的规律，由图看出，电源的输出功率随着外电阻的增大先增大后减小，当R=r时，电源有最大的输出功率，故A正确，C错误； B．当R=r时，路端电压与电源的内电压相等，则 电源的效率为 故B正确； D．电源的效率为 可知，R增大时，电源的效率增大，故D正确。 故选ABD。 三、解答题 10．（24-25高二上·广东河源·期末）面对当今世界能源危机，我国大力推广新能源汽车，某纯电汽车内部有两套电源系统：一套是高压动力电池系统，动力电池满电时电池储存的电能为，车辆百公里综合电耗为；另一套为低压照明电池系统，内部电路如图所示，电源电动势、内阻，电动机的内阻，灯泡L标有“12V  24W”字样且内阻恒定。 (1)动力电池系统在满电条件下，求该电车的续航里程x； (2)照明电池系统中，闭合开关S，若灯泡L恰好正常发光，求电源输出功率和电动机输出功率。 【答案】(1) (2)， 【详解】（1）由题意可得，动力电池系统在满电条件下，该电车的续航里程为 代入题中数据解得 （2）照明电池系统中，闭合开关，灯泡L正常发光，根据闭合电路欧姆定律有 对电源，输出功率 代入题中数据，解得 对于灯泡有 电动机输出功率 解得 11.（22-23高二上·广东茂名·阶段练习）在如图所示的电路中，电流表均为理想电流表，电阻，闭合开关后，电流表A1的示数为0.2A，电流表A的示数为0.3A。求： （1）的电功率； （2）的阻值； （3）在1min内消耗的电能。 【答案】（1）1.6W；（2）；（3）48J 【详解】（1）由题意，可得的电功率 （2）两端的电压 可得 （3）在1min内消耗的电能 12．（24-25高二上·江苏盐城·阶段练习）如图所示，电源的电动势E为3V，内阻r为1Ω，定值电阻R1为1Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为4Ω，求： (1)滑动变阻器R2接入电路的阻值为0时，通过R1的电流； (2)滑动变阻器R2接入电路的电阻为1Ω时，通电10s电阻R1上产生的热量。 【答案】(1)1.5A (2)10J 【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律有 解得 I1 = 1.5A （2）根据闭合电路欧姆定律有 解得 根据焦耳定律有 解得 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$夜市物理 粤教版2019必修第三册 5.1电路中的能量 知识构建 基础知识 一、电功和电功率 1．电功 (1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程． (2)电功的计算公式：W＝UIt. 单位：焦耳，符号为J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J. 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＝＝UI. (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 3.串并联电路中的电功率区别 1．串联电路． 功率关系 2．并联电路． 功率关系 3．结论． 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． 题型分析 例1.（23-24高二上·广东佛山·期末）如图三种灯具的发光原理不同，白炽灯由灯丝通电发热发光，荧光灯通电产生电磁辐射后发光，LED灯则直接将电转化为光。在额定电压下，功率为的白炽灯、的荧光灯与的LED灯，三者照明亮度相当。下列相关说法正确的是（    ） A．我们日常使用的电能属于一次能源 B．因为亮度相同，三种灯的节能效果一样 C．正常工作时通过LED灯的电流约为 D．内白炽灯产生的热量是LED灯的15倍 【变式训练1】（24-25高二上·广东·期中）电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一个开关并联，然后再接到家庭电路上，原理示意图如图所示，电烙铁和灯泡均可视为阻值不变的纯电阻，下列说法正确的是（　　） A．开关接通时，灯泡发光 B．电烙铁在开关接通时的功率大于在开关断开时的功率 C．开关断开时，电路消耗的总功率增大 D．开关断开时，电烙铁和灯泡的功率之比等于它们阻值的反比 【变式训练2】（23-24高二上·广东江门·期中）如图所示为一电热壶玩具的加热装置电路图，加热电阻丝R2=2Ω，电源电动势E=16V，内阻r=1Ω。当调节电阻R1为13Ω时。则（　　） A．此时加热电阻丝的电压为16V B．此时加热电阻丝的热功率为2W C．此时电路的电流为2A D．如果想使同样一壶水在更短时间内烧开，应把调节电阻R1调大些 【变式训练3】在如图所示的分压电路中，c、d间的电压恒为U=10V，滑动变阻器的总电阻R0=20Ω，滑动触头P可在a、b两端点间滑动，定值电阻R=10Ω，则触头P位于a、b连线的中点时，电阻R消耗的功率是（　　） A．10W B．2.5W C．W D．W 基础知识 二、焦耳定律 1．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)表达式：Q＝I2Rt. 2．热功率 (1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P热＝I2R. (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 三、电功与电热 1．电功与电热． (1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t， P电＝P热＝UI＝I2R＝. (2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＞Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P＞P热． 2．纯电阻电路和非纯电阻电路． 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件 特点 电路中只有电阻元件 除电阻元件外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器 电流、电 压、电阻 的关系 遵循欧姆定律，I＝ 不遵循欧姆定律．由UIt＝I2Rt＋W，知U>RI或I< 能量转化 形式 电流做功全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 电流做功全部转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt；电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电风扇、电解槽、吹风机 3.电功与电热的比较． 项目 电功 电热 电功与电 热的比较 电功实质是静电力移动电荷所做的功，W＝qU＝UIt 电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热，Q＝I2Rt 电功与电 热的联系 与区别 纯电阻电路 电流做功全部转化为内能： W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 非纯电阻电路 电流做功转化为内能和其他形式的能量： 电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他 电功率与 热功率的 关系 纯电阻电路中，P＝UI＝I2R＝ 非纯电阻电路中UI＞I2R，t既不能表示电功，也不能表示电热 题型分析 例2.（24-25高二上·广东汕头·期末）周老师在优质课展示活动中做了“电池+口香糖锡纸=取火工具”的实验（如图甲），实验前将口香糖锡纸中间剪掉一些（如图乙），将锡纸条带锡面的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，发现锡纸条很快开始冒烟、着火，下列说法正确的是（　　） A．此实验中使用旧电池效果更好 B．此实验利用了电流的热效应，a段最先燃烧 C．此实验利用了电流的热效应，c段最先燃烧 D．若，则a段电阻最小，c段电阻最大 【变式训练1】（22-23高二上·广东广州·期末）随着科技的发展，家用电器种类越来越多。下列家用电器中利用电流的热效应工作的是（　　） A．扫地机器人 B．电饭煲 C．电风扇 D．电视机 【变式训练2】（24-25高二上·广东广州·期末）某扫地机器人电动机的输入电压恒为，线圈电阻为。正常工作时电流为。下列说法正确的是（　　） A．正常工作时，电动机的输出功率为 B．正常工作时，电动机的机械效率为90% C．电动机被杂物卡住无法运转时，电动机的发热功率为 D．根据焦耳定律，无论电动机正常工作还是被卡住，电动机的发热功率均为 【变式训练3】（24-25高二上·广东湛江·期末）如图所示，电源电动势内阻r=1Ω，电灯电阻保持不变，定值电阻R=2Ω。开关闭合后，电动机恰好以额定功率正常工作，已知电动机的额定电压电动机线圈的电阻下列说法正确的是（　　） A．通过电动机的电流为1.5A B．电动机的输入功率为72W C．电源的输出功率为12W D．电源的效率约为75% 基础知识 闭合电路中的能量 1．闭合电路中能量转化关系：EI＝U外I＋U内I． 2．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量；另一部分消耗在内电路上，转化为内能． 3．电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的能力． 4.闭合电路的功率问题 1) 电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率． 计算式：P＝IE普遍适用． 2) P＝＝I2(R＋r)只适用于外电路为纯电阻的电路． 3) 电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率．计算式：P内＝I2r. 4) 电源的输出功率P出：外电路上消耗的功率．计算式：P出＝IU外普遍适用． P出＝I2R＝只适用于外电路为纯电阻的电路． 5) 闭合电路上功率的分配关系：P＝P出＋P内，即EI＝U外I＋U内I，其中EI表示电源提供的电功率，U外I和U内I表示电源的外电路和电源的内电路上消耗的电功率，电源的内电路消耗的功率一般是热功率． 6) 电源的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%. 7) 电源的输出功率与外电阻之间的关系：P出＝U外I＝＝. 从上式可以看出： (1)当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝，此时电源的效率为η＝50%； (2)当R＞r时，随着R的增大，输出功率越来越小； (3)当R＜r时，随着R的增大，输出功率越来越大； (4)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2； (5)P出与R的关系如图所示． 题型分析 例3.（24-25高二上·广东惠州·期末）研究微型电动机性能时，可采用如图所示电路。闭合开关，当调节电阻箱R的阻值为时，电动机正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为和。已知电源内阻为，电动机内阻为，电压表和电流表均为理想电表，当电动机正常运转时，下列说法正确的是（　　） A．电源的电动势为 B．电源的输出功率为 C．电动机的输出功率为 D．电动机的发热功率为 【变式训练1】．（24-25高二上·广东·阶段练习）如图，电动势E、内阻r的电源与定值电阻R1和可变电阻R2串联，下列说法正确的是（　　） A．当时，定值电阻R1消耗的功率最大 B．当时，可变电阻R2消耗的功率最大 C．当时，电源的效率最大 D．若R1<r，则电源输出功率一定随R2的增大而增大 【变式训练2】（24-25高二上·广东广州·期中）如图所示的U-I图像中，直线①为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线②为某一电阻R的U-I图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路。由图象可知（　　） A．此状态下R的阻值为4.0Ω B．电源电动势为3V，内阻为1.0Ω C．电源的输出功率为3.0W D．电源的效率为50% 【变式训练3】将一电源、定值电阻R0 = 1 Ω及电阻箱连成如图甲所示的闭合回路，闭合开关后调节电阻箱的阻值，测得电阻箱功率与电阻箱读数变化关系曲线如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．该电源电动势为9 V B．该电源内阻为2 Ω C．调整R，电源最大输出功率为9 W D．电阻箱功率最大时电源效率为50% 巩固练习 一、单选题 1．（24-25高二上·山西运城·期中）小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为12.6V，内阻为。车灯接通电动机未启动时，电流表示数为12A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到52A。电表为理想电表，下列说法正确的是（　　） A．电动机未启动时，车灯的功率为125W B．电动机启动时，车灯的功率为120W C．电动机启动时，电动机的输入功率为420W D．电动机启动时，电动机的热功率可能为450W 2．有一台电风扇额定工作电压为 220V，额定电功率为 50W，线圈电阻为 0.4Ω，电风扇接入电压为 220V 的电路中，关于它每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 3．如图，是光敏电阻，当光照强度增大时，它的阻值减小，电压表和电流表均为理想电表，当外界的光照强度减弱时，下列说法正确的是（    ） A．电流表的示数增大 B．电压表的示数增大 C．电源的总功率增大 D．电源的输出功率减小 4．如图所示，，为最大阻值是的滑动变阻器，E为电源电动势，电源内阻，下列说法正确的是（    ） A．，电源的输出功率最大 B．时，消耗的功率最大 C．时，电源的效率最高 D．时，电源的输出功率最小 二、多选题 5．（20-21高二上·广东江门·期中）在图示部分电路中，电阻、和的阻值相等。下列说法正确的是（　　） A．、和两端的电压之比为 B．、和两端的电压之比为 C．、和消耗的电功率之比为 D．、和消耗的电功率之比为 6．（24-25高二上·全国·课后作业）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法，正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．焦耳热适用于任何电路 7．（24-25高二上·广东佛山·期末）擦窗机器人有效解决了外层窗户清洁困难的问题。某款擦窗机器人如下图所示，主要由电动机、传感器等部件构成，其电池容量为（电池能够提供的电量，表示当电池以3000mA的输出电流工作时，最长可以持续工作）、额定电压为、待机时功率为、工作时功率为。下列说法正确的是（　　） A．充满电后，机器人的最长待机时间为 B．进行擦拭工作时机器人内部电路的电阻为 C．若电动机卡住停转时，通过电动机的电流会增大 D．进行擦拭工作时机器人把电能全部转化为机械能 8．（24-25高二上·广东深圳·期中）智能机器人可以服务人类生活。如图甲所示为一款新型送餐机器人，内部电路如图乙所示，它的直流电动机额定电压为，额定电流为，线圈电阻为，将它接在电动势为，内阻为的直流电源两极间，电动机恰好能正常工作。下列说法正确的是（　　） A．电动机消耗的总功率为 B．电动机消耗的热功率为 C．电动机消耗的总功率为 D．电动机消耗的热功率为 9．（24-25高二上·广东·期末）在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（设E、r是定值）向变化的外电阻供电时，关于电源的输出功率Р随外电阻R变化的规律如图所示。则下列判断正确的是（　　） A．当R=r时，电源有最大的输出功率 B．当R=r时，电源的效率η=50% C．电源的输出功率Р随外电阻R的增大而增大 D．电源的效率η随外电阻R的增大而增大 三、解答题 10．（24-25高二上·广东河源·期末）面对当今世界能源危机，我国大力推广新能源汽车，某纯电汽车内部有两套电源系统：一套是高压动力电池系统，动力电池满电时电池储存的电能为，车辆百公里综合电耗为；另一套为低压照明电池系统，内部电路如图所示，电源电动势、内阻，电动机的内阻，灯泡L标有“12V  24W”字样且内阻恒定。 (1)动力电池系统在满电条件下，求该电车的续航里程x； (2)照明电池系统中，闭合开关S，若灯泡L恰好正常发光，求电源输出功率和电动机输出功率。 11.（22-23高二上·广东茂名·阶段练习）在如图所示的电路中，电流表均为理想电流表，电阻，闭合开关后，电流表A1的示数为0.2A，电流表A的示数为0.3A。求： （1）的电功率； （2）的阻值； （3）在1min内消耗的电能。 12．（24-25高二上·江苏盐城·阶段练习）如图所示，电源的电动势E为3V，内阻r为1Ω，定值电阻R1为1Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为4Ω，求： (1)滑动变阻器R2接入电路的阻值为0时，通过R1的电流； (2)滑动变阻器R2接入电路的电阻为1Ω时，通电10s电阻R1上产生的热量。 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$