2025年贵州省暑假特训导学案：高一物理强化训练1电能 能量守恒定律

2025年贵州暑假特训：高一物理强化训练1 姓名： 班级： 知识点一：电动机的三种功率和效率（重、难点） 概念 电动机是一种非纯电阻用电器，可以把电能转化为机械能和内能，欧姆定律不再适用。 能量转化 输入的总电能＝机械能＋内能（写成公式：W电＝E机+Q热），且机械能＞内能 模型构建 在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻r和无电阻的转动线圈串联而成，电流通过r时把电能转化为内能，而线圈把电能转化为机械能。设电动机两端的电压为U，通过电动机的电流为I，电动机的内阻为r，则 输入功率 电动机的输入功率：，也叫作电功率 损失功率 （也叫作热功率，热功率总是跟电阻有关，电动机线圈也有电阻，r：电动机线圈的电阻） 输出功率 电动机做有用功的功率，也叫机械功率，（只能用能量守恒定律，欧姆定律不适用）满足二次函数“y＝ax2+bx”的形式，具有最大值。电动机匀速提升重物时，机械功率可表示为 效率 ，即 注意 若题目中说“电风扇的扇叶被卡住而不能转动”或“电压过低导致电动机线圈不工作”时，则此时电动机输出的机械功率为零，电路消耗的电能全部产生焦耳热，即可以看成纯电阻电路，满足欧姆定律。 课堂训练： 1．一台标有“220V  66W”的电风扇，若其线圈阻值为10Ω。把电风扇接入220V的交流电中，正常工作时线圈的发热功率为（　　） A．66W B．0.9W C．9W D．6.6W 2．一台电动机，线圈的电阻是4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。下列选项正确的是（　　） A．电动机消耗的电功率为880W B．电动机的机械效率为90％ C．电动机发热的功率为125W D．电动机对外做功的功率为1000W 3．如图所示，电源电动势为，内阻为，定值电阻，电流表和电压表均为理想电表，不计导线电阻。闭合开关，若电动机风叶卡住不转动，电流表和电压表示数分别为和；断开开关，清除故障，闭合开关S，电动机正常工作，此时电压表示数为，关于电动机正常工作后，下列说法正确的是（　　） A．电流表示数为 B．电动机输出功率为 C．电源效率为 D．经，电阻产生的热量为3240J 4．某一直流电动机提升重物的示意图如图所示，电源提供给电动机两端的电压U=220V，当电动机以0.9m/s的恒定速率向上提升质量为100kg的重物时，电动机消耗的功率为1100W，取重力加速度大小g=10m/s2，不计各种摩擦，则（　　） A．电动机提升重物的功率为200W B．电动机线圈的电阻是8Ω C．电动机的热功率为900W D．电动机的输入电流为4A 知识点二：纯电阻电路与非纯电阻电路（重、难点） 纯电阻电路 非纯电阻电路 电路特点 电路中只有纯电阻元件，电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 电路中不仅有纯电阻元件，还有能把电能转化为其他形式的能量的用电器，如电动机。 电路符号 电路规律 欧姆定律适用，即， 欧姆定律不适用，即 能量转化关系 电能全部转化为内能 电能转化为内能和其他形式的能 电功 W电=Q热=UIt=I2Rt= 只能用W电=IUt 电功率 P电=UI=I2R= 只能用P电=IU 电热 Q热=UIt=I2Rt= 只能用Q热=I2Rt 热功率 P热=UI=I2R= 只能用P热=I2R 电功与电热的关系 电功＝电热，电功率＝热功率 电功＞电热，电功率＞热功率 ， ， 处理方法 欧姆定律 能量守恒定律 元件举例 电阻、白炽灯、电炉丝、电热器、电熨斗、电饭锅、电热水壶 电动机、电解槽、电容器、正在充电的电池 电动机：电能＝机械能+内能 正在充电的电池：电能＝化学能+内能 理解 ①不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功均用W=UIt，功率均用P=UI，热量均用Q=I2Rt，热功率均用P=I2R；若用其他变式，需要考虑是否为纯电阻电路。 ②不能简单地认为只要有电动机的电路就是非纯电阻电路，当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时电路的电动机可视为纯电阻电路。 ③白炽灯把90%以上的电能都转化为热能，只有很少转化为光能。所以在中学电学计算中，白炽灯也可以近似看做纯电阻。 课堂训练： 5．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（　 　） A．焦耳热Q＝I 2Rt适用于任何电路 B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I 2Rt＝t只适用于纯电阻电路 C．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 D．在非纯电阻电路中，UI > I 2R 6．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 7．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 8．用一内阻不计，电动势为12V的电源给电动机M供电。闭合开关S，电动机开始工作，电动机中电流I随时间t变化的图像如图乙所示，当电流稳定时电动机正常工作，下列说法正确的是（　　） A．电动机线圈的电阻为8Ω B．电动机消耗的电功率为14.4W C．电动机的输出功率为3.6W D．电动机线圈的发热功率为1.6W 知识点三：闭合电路的欧姆定律（全电路欧姆定律）（重、难点） 本质 电源通过非静电力做功，将其他形式的能量转化为电能，电能在闭合电路中有两种形式消耗，一种是电源内部电阻的消耗，另一种是外电路电阻的消耗，这两种消耗的总和等于电源提供的电能，所以本质上是能量守恒定律的体现。 模型构建 通过非静电力做功，将其他形式的能转化为电能，有W非＝Eq 由电动势的定义式E＝，得W非＝EIt 电能有两部分消耗： ①外电路产生的热量Q外；②内电路产生的热量Q内 Q外＝I2Rt，Q内＝I2rt 根据能量守恒定律，得W非＝Q外+Q内EIt＝I2Rt+I2rt，即E＝IR+Ir. 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。 表达式 （决定式，纯电阻电路）★★★ 适用范围 外电路是纯电阻的闭合电路 等效电源 电源内部也存在电阻，内电路的电阻叫作内电阻，简称内阻。我们可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联。 变式 适用范围 纯电阻电路 纯电阻电路 纯电阻电路 任何电路 任何电路 意义 安阻法 安阻法 伏阻法 能量守恒 伏安法 基本概念 ①闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路。 ②外电路：电源以外的电路，电流方向是从电源的正极流向负极，沿电流方向电势降低。 ③内电路：电源内部的电路，电流方向是从电源的负极流向正极，沿电流方向电势升高。 外电压 ①概念：a.是电源两极间的电压。b.是用电器（负载）的实际工作电压。c.是外电路的电势降落。 ②别名：路端电压 ③大小：（纯电阻电路） R是外电路的所有用电器的等效电阻 ④特点：路端电压不一定等于电源电动势，只有当电源从电路中断开时，路端电压＝电动势 内电压 电源内阻的分压叫做内电压，大小是。 负载 外电路中的用电器叫作负载，也普遍指消耗电能的元件。 路端电压与电流的关系 电源的U－I图像：★★★ ( 对于某个特定的电源，电动势 E 和内阻 r 一般都是恒定不变的。但干电池通电时间太长，内阻变大。 ) ①满足函数关系：，是一条倾斜向下的直线； （满足一次函数：y＝kx+b） ②图线与纵轴的截距等于电源电动势，即； （外电路断路：相当于R→∞，I＝0，U＝E） ③图线与横轴的截距等于短路电流，即； （外电路短路：相当于R→0，U＝0，I＝） ④图线斜率的绝对值等于电源内阻，即. （斜率的绝对值越大，电源的内阻越大） 注意 ①当电源的U－I图像的坐标原点不是（0，0），而是（0，U1）时，图线与横坐标的交点坐标不再表示短路电流，其他含义不变。 ②干电池内阻很小，所以短路电流很大。电流过大，会导致温度过高，烧坏电源，甚至引发火灾。所以，绝不允许将电源两端用导线连接在一起！ 理想电源 不考虑内阻的电源。特点：将电源接入电路中，不论外电路如何变化，电源两端电压恒定。 路端电压与外电阻(负载)的关系 路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小。 (1)证明： 方法一：，R↑，R总↑，I↓，U↑ 方法二：，R↑，↓，U↑(2)口诀：同增同减 推论 ①当R＝r时，U＝；②当R→∞时，U→E；③当R→0时，U→0. 外电阻R变化 R↑ R→∞ R↓ R=0 电流： I↓ I→0 I↑ 内电压： U内↓ U内→0 U内↑ U内=E 路端电压： U外↑ U内→E U内↓ U内=0 课堂训练： 9．如图所示的电路中，电阻R＝4Ω，断开S后，电压表的读数为6V；闭合S后，电压表的读数为4V，电压表为理想电表，则电源的内阻r为（　　） A．1Ω B．2Ω C．3Ω D．4Ω 10．如图所示的电路中，电源电动势，电源的内阻，电阻，电阻，当闭合开关S后，流过的电流为（    ） A． B．1A C． D． 11．如图所示为某一电源的图线，则由图可知（　　） A．电源电动势为10V B．电源内阻为2Ω C．电源短路时电流为5A D．路端电压为5V时，电路中电流为0 12．如图所示，直线A为某电源的图线，曲线B为某小灯泡L的图线的一部分，用该电源和小灯泡L串联起来组成闭合回路时灯泡L恰能正常发光，则下列说法中正确的是（　　） A．灯泡L的额定电压为1V，额定功率为2W B．此电源的内电阻为0.5Ω，此时灯泡L的电阻大于1Ω C．把灯泡L换成阻值恒为0.5Ω的纯电阻，电源的输出功率将增大，但效率降低 D．此时电源内阻的热功率为4W 知识点四：两种元件的U－I图像 金属导体的U－I图像 电源的U－I图像 图像 是一条过原点的倾斜直线，其斜率表示金属的电阻，随着电流的增大，电压也线性增大。 是一条倾斜向下的直线，因为电源有内阻，随着电流的增大，电源的内阻分压增大，输出电压减小。 函数关系 （部分电路的欧姆定律） （闭合电路的欧姆定律） 物理意义 导体两端的电压与通过导体的电流成正比 在闭合电路中，路端电压随电流的增大而减小 适用范围 一段导体 闭合电路 特点 金属的电阻一般是恒定的，故图像是倾斜直线 电源的内阻一般是恒定的，故图像是倾斜直线 电路图 图像含义 ①图像的斜率表示金属的电阻，即； ②金属的电阻与温度有关，温度升高，电阻增大，从而导致图像的斜率增大。 ①斜率的绝对值表示电源的内阻，即； ②图像与纵轴的交点表示电源的电动势U=E； ③图像与横轴的交点表示短路电流，即. 联系 在同一U－I图像中，导体与电源两图线的交点表示：该导体与电源组成闭合回路时电路的工作状态，对应的坐标值表示导体中的电流I和电压U，此时导体实际消耗的功率为P=U1I1。 课堂训练： 13．在图所示的图像中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，则下列说法不正确的是（　　） A．该电源的电动势为6V，内阻为 B．某电阻R的阻值为 C．该电源的输出功率为4W D．内、外电路消耗的电功率之比为2：3 14．如图所示的U-I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知（　　） A．电源的输出电压为2V B．电源内部消耗的热功率为4.5W C．电源的输出功率为9.0W D．电源的效率为60% 15．如图甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设，当里面注满某种电解液，且P、Q加上电压后，其图线如图乙所示，当时，下列说法正确的是（     ） A．该电解液的电阻为1000Ω B．该电解液的电阻为200Ω C．该电解液的电阻率是160Ω·m D．该电解液的电阻率是25Ω·m 16．如图所示为某线性元件甲和非线性元件乙的伏安特性曲线，两图线交于A点，A点坐标为，甲的图线与U轴所成夹角θ为30o。下列说法正确的是（　　） A．元件甲的电阻为 B．在A点，甲元件的电阻大于乙元件的电阻 C．随电压的增大，元件乙的图像斜率越来越小，故其电阻随电压的增大而减小 D．若将甲、乙元件并联，理想电源的电压为5V，则每秒通过干路某一横截面的电荷量为 知识点五：闭合电路的动态分析问题（重、难点） 题型特点 断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小，导致电路中的电压、电流、功率等的变化。 基本思路 局部→整体→局部 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的支路，再分析阻值变化的支路。 注意 抓住E和r不变，而I和U随外电路电阻的变化而变化。 判断电阻变化 判断电流变化 判断路端电压变化 判断电路其他物理量的变化 不论是串联电路还是并联电路，只要电路中有一个电阻变大，总电阻必增大；只要电路中有一个电阻减小，总电阻必减小。 当电路的总电阻增大时，总电流必减小；当电路的总电阻减小时，总电流必增大。但支路的电流变化要看情况。 不能根据公式直接判断路端电压的变化情况，因为I、R同时变化，直接判断U很困难，应该根据来判断。 这是此类题型最难的一步，要结合欧姆定律、焦耳定律、串并联电路规律及能量守恒定律来判断。 解 题 方 法 (1)程序法：外电路的电阻R变化总电阻变化总电流变化内电压变化外电压变化外电路其他参数(电流/功率/热量……)变化 ①明确各部分电路的串、并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压； ②由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化； ③根据闭合电路的欧姆定律判断电路中总电流如何变化； ④根据U内＝Ir，判断电源的内电压如何变化； ⑤根据U外＝E－Ir，判断电源的外电压（路端电压）如何变化； ⑥根据串、并联电路的特点，判断各部分电路的电流、电压、电功率、电功如何变化。 (2)极限法：电路的动态变化原因大多是因为滑动变阻器的滑片移动引起的，这时可以将滑片分别移动到两个极端去分析讨论。值得注意的是，此方法适用的范围为单调变化的电路。 (3)口诀法：“串反并同” ①串反：与变阻器串联的元件，电流、电压、功率的变化规律与变阻器相反；（串：相依为命） 某一电阻增大，与它串联或间接串联的电阻的电流I、电压U、电功率P等所有电学量都减小； 某一电阻减小，与它串联或间接串联的电阻的电流I、电压U、电功率P等所有电学量都增大。 ②并同：与变阻器并联的元件，电流、电压、功率的变化规律与变阻器相同。（并：可有可无） 某一电阻增大，与它并联或间接并联的电阻的电流I、电压U、电功率P等所有电学量都增大； 某一电阻减小，与它并联或间接并联的电阻的电流I、电压U、电功率P等所有电学量都减小。 ③适用范围：若不计电源内阻，则路端电压U外始终等于电源电动势E，不满足“串反并同”。其它结论仍然成立。 课堂训练： 17．在如图所示的电路中，电阻箱接入电路的阻值为R，电源的电动势为E，电源内电阻为r，闭合开关。若电阻箱阻值变大，则电压表的示数将（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．先变大后变小 18．如图，是一实验电路图，在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是（　　） A．电流表的示数变小 B．路端电压变大 C．电源的输出功率变小 D．电路的总电阻变大 19．如图所示电路中，当滑动变阻器滑片P向上移动时，则（   ） A．电流表示数变大 B．电压变示数变小 C．灯泡变暗 D．灯泡变亮 20．如图所示电路中，当滑动变阻器的滑片P向下端b滑动过程中，下列说法正确的是（　　） A．电压表示数增大 B．电源的输出功率变大 C．电路总电阻变小，电源的热功率变大 D．电流表示数减小 知识点六：电源的三种功率和效率 模型构建 设电源的电动势为E，内阻为r，电路中总电流为I，路端电压为U，则 ( 考虑纯电阻电路，外电路电阻大小任意可调 ) 总功率 概念：电源在单位时间内所提供的能量。 表达式：①（普遍适用） ②（适用于外电路为纯电阻的电路），其中R为外电路的总电阻 输出功率 概念：电源通过外电路向用电器提供的功率。 表达式：①（普遍适用） ②（适用于外电路为纯电阻的电路） ③数学处理： ①当外电阻小于电源内阻时，电源的输出功率随外电阻的增大而增大； ②当外电阻大于电源内阻时，电源的输出功率随外电阻的增大而减小。 重要结论 ①当时，电源的输出功率最大，且；★★★ ②当R越接近r时，电源的输出功率越大；③. 热功率 电源内部消耗的功率，即 关系 本质：是能量守恒定律的体现 关系：电源的总功率等于电源的输出功率与电源内部消耗的功率之和，即. 效率 （普遍适用） 重要推论 ①规律：当外电路是纯电阻电路时，； ②结论：外电路的总电阻越大，电源的效率越高； ③推论：当时，.★★ 注意 是电源的效率随外电阻的增大而增大，而非电源的输出功率！ 课堂训练： 21．某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系内，如图所示，根据图线可知（ ） A．反映Pr变化的图线是a B．电源电动势为8V C．电源内阻为1Ω D．当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Ω 22．某充电电池的输出功率P随电流I的变化的图象如图所示，由图可知下列选项中错误的是（　　） A．该电池的电动势E=4V B．该电池的内阻 C．该电池的输出功率为时，电路中的电流可能为 D．该电池的输出功率为时，此电路的外电阻一定是 23．手机屏幕的自动亮度调节功能对于提供舒适的视觉体验至关重要，现用如图所示的电路模拟此功能。小灯泡电阻保持不变，光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小。闭合开关，当光照强度增大时，则（     ） A．小灯泡变暗 B．光敏电阻两端电压变大 C．电源的总功率变大 D．电源的效率变大 24．如图所示，电源的电动势E为12V，小灯泡L规格为“2V  4W”，电阻R为8Ω。电动机的额定电压U为8V，线圈的电阻RM为0.5Ω。闭合开关S，小灯泡L和电动机M都正常工作。下列说法正确的是（　　） A．电源的内电阻为0.5Ω B．电动机线圈电阻的热功率为2W C．电动机的机械功率为7.5W D．电源的效率约为67% 课后作业： 1．如图是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是（　　） A．电源的电动势为6.0V B．电源的内阻为12Ω C．电流为0.2A时的外电阻是28Ω D．电源的短路电流为0.5A 2．一台电动机的线圈电阻为2Ω，当它接上220V的电源后，正常工作时通过线圈的电流为4A，下列说法正确的有（　　） A．电动机消耗电功率为880W B．电动机消耗电功率为32W C．线圈发热功率为880W D．线圈发热功率为32W 3．如图所示的电路中，电源电动势为，内阻为，R0为定值电阻。闭合开关后，向右移动滑动变阻器R1的滑片，在此过程中（　　） A．灯泡L变暗 B．两端电压减小 C．电源的路端电压减小 D．经过的电流增大 4．已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大。为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源的电动势E和内阻r不变，在没有磁场时调节变阻器R使灯泡L正常发光。若探测装置从无磁场区进入强磁场区，则（　　） A．流过灯泡的电流变大 B．流过灯泡的电流变小 C．电流表的示数变小 D．电流表的示数变大 5．如图某手持风扇，其电动机的电阻为0.5Ω、额定电压为3.7V、额定功率为7.4W，风扇内电池容量为4000mA·h。则（　　） A．电动机正常工作时的电流为2A B．电动机正常工作时的发热功率为1W C．电动机正常工作时的机械功率为7.4W D．该风扇连续正常工作的时间最长为2h 6．如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图线，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图线，用该电源与电阻R组成闭合电路，则下列说法正确的是（     ） A．电源的电动势为3V B．电阻R是1.5Ω C．电源的输出功率是2W D．电源内阻消耗的功率是2W 7．研究微型电动机的性能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1.0A和1.0V；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2.0A和15.0V。不考虑温度对电阻的影响，则当这台电动机正常运转时（　　） A．电动机的内阻为1Ω B．电动机的输出功率为26.0W C．电动机的输出功率为30.0W D．电动机的内阻为2.0Ω 8．如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，电源电动势，电源内阻忽略不计，电路中的电阻，小型直流电动机M的内阻，闭合开关S后，电动机转动，电压表示数，电动机以匀速竖直向上提升质量为m重物，重力加速度g取，则（　　） A．电流表的示数为5A B．电动机的发热功率为20W C．电动机输出的机械功率为550W D．重物的质量 ( 新高 二 物理 · 必修 三 第 1 页 ( 共 4 页 ) ) 学科网（北京）股份有限公司 $$