2.8 焦耳定律 电路中的能量转化-【志鸿优化训练】2025-2026学年高中物理必修第三册(教科版)

有效数字)： (2)电压表量程不够，需要改装，但是又不知 道电压表内阻的准确值，小刚打算将V1改 装成量程为3V的电压表。他先将电阻箱与 电压表V1串联后，连成图甲所示的电路，其 中RI应选用 (选填“R,”或 “R2")。 8.焦耳定律 电 学业目标·定位 课标要求 1,理解电功、电功率、焦耳热、热功率及它们之间的关系 2.应用焦耳定律解决相关问题。 3.区分电功和电热，会正确计算非纯电阻电路中的电 电热。 必备知识 梳理 国知识梳理 一、电功电功率 1.电功 (1)内容：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。 。第二章电路及其应用 将滑动变阻器滑片P移至最右端，同时将电 阻箱阻值调为零，再闭合开关，将滑动变阻器 的滑片P调到适当位置，使电压表刚好 满偏。 (3)保持滑片P的位置不变，调节电阻箱，使 电压表示数为 V,不改变电阻箱 的阻值，电压表和电阻箱的串联组合，就是改 装好的量程为3V的电压表。 (4)小刚利用改装后的电压表，连接成图乙所 示的电路测量电芯的电动势和内阻，这里的 Rp2应选用 (选填“R”或“R2”)。 移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1、V2的 多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图像如图 丙所示，图中直线斜率为k,纵轴截距为a, 则电芯的电动势E= ,内阻 。(均用k、a、R。表示) 路中的能量转化 核心素养 1.理解电功、电功率、焦耳定律。（物理观念） 2.区分电功和电热，对比不同电路中的能量转 化。（科学思维） 功和 3.能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 (科学态度与责任) 答案见P3361 (2)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的 所做的功。 (3)公式：W= (4)国际单位： ,符号为 (5)意义：电功是 转化为其他形式的 能的量度，即电功是多少就有多少 转 化为其他形式的能。 99 物厘必修第三册教科版 2.电功率 (1)定义：电流所做的功W与做这些功所用 时间t的比叫作电功率，数值上等于单位 内电流所做的功。 @公式：P- =UI。 (3)单位：瓦特，符号： ,1W=1J/s。 (4)物理意义：表示电流做功的 二、焦耳定律热功率 1.焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量Q跟 成正比、跟导体的 成正比、跟 成正比。 (2)表达式：Q=I2Rt。 (3)焦耳热：电流通过电阻而产生的热称为 2.热功率 (1)定义：电流通过电阻所产生的热量Q与 产生这些热量所用时间t的比叫作热功率： 数值上等于 内电流通过电阻所 产生的热量。 (2)表达式：P Q=IR。 (3)物理意义：表示电流 的物 理量。 (4)在非纯电阻电路（外电路消耗的电能没有 全部转化为内能)中，电功率的公式为 P电=UI,热功率的公式仍然为P热=IR, 此时P电>P热。 三、电路中的能量转化 1.外电路的能量转化 (1)外电路为纯电阻电路：P电= (2)外电路为非纯电阻电路：P电= 2.闭合电路中的能量转化 (1)表达式：IE=U+I2r。 (2)物理意义：电源把其他形式的能量转化为 4s100 电能的功率IE,等于电源输出功率U与电 源内电路的热功率I2x之和。 (3)特例：当外电路短路时，路端电压U等于 零，电源释放的能量全部转化为内电路的 ,若电源内阻很小，则短路电流很 大，可能造成电源损坏或引起火灾，故绝不可 以让电源 ©科学思维 一、思考判断 1.电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用 电器的电功率越大。() 2.电功率越大，电流做功一定越快。() 3.W=UIt可以计算任何电路的电功。() 4.Q=R可以计算任何电路的热量。() 5.电功一定等于焦耳热。() 6电动机消耗了电能，一部分转化为机械能， 一部分转化为焦耳热。() 二、思维探究 1.标有“220V40W”的白炽灯泡和“220V 40W”的电动机，把它们并联后接到220V 的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相 同的时间内产生的焦耳热相同吗？ 2.如图所示，电吹风和电熨斗都是通过电流做 功进行工作的电器。 (1)当电吹风吹热风时，将电能转化为什 么能？ (2)电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 关键能力·探究 探究一对电功和电功率的理解 回情境探究 将额定电压均为1.5V,额定功率分别为 0.3W和0.5W的小灯泡A、B串联起来接 在电压为U的电源上，两灯泡均发光。 (1)A、B两灯泡的电压能否同时达到额定 电压？ (2)A、B两灯泡中，哪个灯泡更亮一些？ ●知识深化 1.对电功的理解 (1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力 对自由电荷做功。 (2)从能量的角度看，电流做功过程是电能转 化为其他形式的能的过程，电功的大小量度 了电能的减少量，标志着电能转化为其他形 式的能的多少。 (3)电功W=U1t=gU对任何电路都适用。 2.对电功率的理解 W (1)电功率P=W=U1对任何电路都适用。 (2)额定功率和实际功率 ①额定功率：用电器正常工作时消耗的功率。 ②实际功率：用电器在实际电压下电流做功 的功率。 。第二章 电路及其应用 答案见P3361 @典例精析 【典例1】一根电阻丝，在通过2C的电荷量时 电功为8J,若在相同的时间内通过4C的 电荷量，求此时电阻丝上的电流做的功和所 加的电压分别是多少。 名师点拨 常用的几个公式的说明 ①W=gU=UIt ②1=9 @1-是 其中①式为计算电功的普遍公式；②式为电 流的定义式，普遍适用；③式为欧姆定律，只适 用于纯电阻电路。 [针对训练1]如图所示，把两个相同的灯泡 分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为 8V,乙电路两端的电压为16V。调节变阻器 R,和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的 功率分别为P:和P2,两电路中消耗的总功率分 别为P甲和P乙，则下列关系正确的是( -8V -16V A.P甲<Pz B.P甲>Pz C.P1>P2 D.P1=P2 1019+ 物厘必修第三册教科版 探究二焦耳定律的理解及应用 ©情境探究 如图所示，电压U恒为12V,灯泡L上标有 “6V12W”,电动机线圈的电阻R=0.502。 RM (1)灯泡L上流过的电流是否可以用I= U RL十R求解？为什么？ (2)若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功 率和发热功率各多大？ 自知识深化 1.纯电阻电路与非纯电阻电路 (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：含有电动机或电解槽的电 路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中， 电流做的功除了将电能转化为内能外，还转 化为机械能或化学能 2.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转化 情况 W 电功和电热 W-Q W=Q十E其他 的关系 U产 即UE=广Rt一R 即Ut=IPR十E 电功率和热 P=Pa P=P十P格 功率的关系 每1-R景 即UI=I子R十P他 欧姆定律是 U U-IR,I= 否成立 成立 U>R,I<R不 成立 .4每102 3.电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率指电动机消耗的总功 率，即P人=UI。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功 率，即P热=Ir。 (3)电动机的输出功率是指电动机将电能转 化为机械能的功率，即P出=IU一Ir。 P出_IU-Ir (④)电动机的效率：)一P人=U一。 ©典例精析 【典例2】有一个直流电动机，把它接入0.2V 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动 机的电流是0.4A;若把它接入2V电压的 电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。 (1)求电动机正常工作时的输出功率。 (2)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时 电动机的发热功率为多大？ 名师点拨 电功、焦耳热的计算方法 1.判断电路中的用电器是纯电阻用电器还 是非纯电阻用电器。 2.分析各用电器之间的连接方式，对纯电阻 电路，计算时可以利用串联电路的分压特点或 并联电路的分流特点。 3.由所求问题选取合适的公式，在非纯电阻 电路中计算电功只能用W=UIt,计算焦耳热 只能用Q=IR:。欧姆定律的变形式在纯电 阻电路中才能通用。 4.对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯 电阻用电器，电动机不转动时是纯电阻用电器。 随堂演练·达标 1.关于电功和电热的计算，下列说法正确的是 ( A.如果是纯电阻电路，电功可用公式W= UIt计算，也可用公式W=IRt计算 B.如果是纯电阻电路，焦耳热可用公式W= IRt计算，但不能用公式W=Ut计算 C.如果不是纯电阻电路，电功只能用公式 W=IRt计算 D.如果不是纯电阻电路，焦耳热可用公式 W=IR计算，也可用公式W=Ut计算 2.如图所示电路中，电动机内 阻为R1。当开关闭合，电 动机正常工作时，滑动变阻 器接入电路中的电阻为 R2,电动机两端的电压为U,通过电动机的 电流为I。电动机的输出功率等于() A.UI B.I2R C.UI-I'R D.UI-I2(R+R2) 3.把六个相同的小灯泡连成如图甲、乙所示的 电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两 电路所消耗的功率分别用P甲和Pz表示，则 。第二章电路及其应用 [针对训练2]（多选）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.W=UIt适用于任何电路，而W=IRt= U 只适用于纯电阻电路 C.在非纯电阻电路中，UI>IR D.焦耳热Q=IR:适用于任何电路 答案见P3371 下列结论正确的是( ⑧⑧8 R -12V -12V U A.P甲=Pz B.P甲=3P乙 C.Pz=3P甲 D.Pz>3P甲 4.图甲是某电源的路端电压与电流的关系图 像，用该电源与“3V3W”的灯泡L、电动 机M串联在图乙电路上，灯泡刚好正常发 光，电动机刚好正常工作。下列说法正确 的是() ↑UV 8.0 6.0 4.01IA A通过电动机的电流为1.6A B.电源的内阻为12 C.电动机消耗的电功率为4.5W D.电源的效率是75% 103 物理必修第三册教科版 5.额定电压为4.0V的直流电动机的线圈电阻为 1.02,正常工作时，电动机线圈每秒产生的热 量为4.0J。下列计算结果正确的是( A.电动机正常工作时的电流为4.0A B.电动机正常工作时的输出功率为8.0W C.电动机每分钟将电能转化成的机械能为 240.0J D.电动机正常工作时的输人功率为4.0W 6.(多选)如图所示为保温 电饭锅的电路示意图， R1、R2为电热丝，S为温 控开关，A、B两点连接在家庭电路上，R,· R2=9:1,加热时的功率为1000W,则() A.S断开时，电饭锅处于加热状态 B.S闭合时，电饭锅处于加热状态 C.保温状态时电源的输出功率为100W D,保温状态时电源的输出功率为000 9 7.如图所示是某大功率的电吹风的电路图，它 主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合 开关S、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气 从进风口吸人，经电热丝加热，形成热风后从 出风口吹出。已知电吹风的额定电压为 220V,吹冷风时的功率为190W,吹热风时 的功率为1400W。关于该电吹风，下列说 法正确的是( A.电热丝的电阻为55 B.电动机线圈的电阻无法计算 C,当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的 电能为1400J D.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的 电能为1400J 4.104 8.一台电风扇的额定功率是66W,电阻为 22,当它接在220V的电压下工作，问： (1)电风扇正常运转时，通过它的电流多大？ 电风扇的机械功率多大？ (2)若电风扇因故不能转动，这时通过它的电 流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？ 9.一电动机的线圈电阻r=12,工作电压为 220V。现用该电动机竖直吊起一个20kg 的重物，从静止开始匀加速上升100m,用时 20s,不计摩擦，g取10m/s2。求： (1)吊绳的拉力大小 (2)20s时，电动机输出的机械功率； (3)20s时，电动机的工作电流和发热功率。 (电动机在安全工作)为多V的电压表，故觉值电阻点进R,:实费电路周如圈 所 ②根括闲合电琳的歌解发律可停E=民：十12 写得1，-后，+虎，可如遥丙中有线：的城格我严 为6一气-20A解得位化老的电诗学务E一 29V. 要点二 2.【答案】1)1501.00(2)4适用 a 【解析】1)制据闭合电路的做姆定律可知 U=E一r,由函的U一1图像可得电源电动路E一 上0v,内阻一智-a-1oa ()共正线交点处的电反和电流为队=12V,:= Q3A放小灯省的电黑为风一若器-4n灯随得于科 电元件，灯泡发光过型中大标定律适用： (3)由图内所示电路图可年，由闭合电路做蝇定律 像的鳞率居一言，联编然距一言放电海电动势E。 名：电源内阻一存 要点旦 3【答1G·反十定(21.，0a胸3a 【解标)根刻阳合电路做垢定律U-E衣·， 童斑可时一最·套+它· (2)则可如图线6的煮面一宝，图饺斜书k一正： 由围线6可知6-10，k-8600-Q8,商以E 25 无满的时约的为1一号-5得7： 1.0 V.r-0.80 kf. (》不知道电反表内阻的堂确值，还墨扩大电压表的 (3》若用著通的电压表代帮万用电表进行实酸，由 量程，就浅要设置征定的电压，因此图甲中分压闭的 于电压表内阳不是无穷大，会绿致测量结果存在议差， 滑动变园器匠选用电阻冠小于电压表内阻的R,以 由阀合电路放舞定律有E一U十r-U十RRT行 减小电压表分流带案的误素： R,十取 (3》当电阻葡阳催为零，滑请变阻器的滑片P调到电 十十官可见附线斜率不变，阳然距变化， 压表刚好端偏，说用分压为1V,促持滑片P的位置 不变，即分压保背为1V,当新节电阻箱，使电压表的 所以额到图线可佳是图乙中的￥ 【随堂演练·达标】 示数为}V时，电压表和电阻箱的申联短合的电压 1【答案11)左(21R十R,=R,+R 为1V,这说明当电压表的示数为1V时，电压表和 aE.（不 电阳髓的中联组合的电压为3V,这戴是政装好的3 V电压表： 【解桥】1)图乙中滑动变器果用了限瓷接法，为保 (4》由于定值电阻我。阻算为70，为了让V,表能尽 护灵址电德计，开始时滑动变阻善的滑片应滑到最 可能攻荐合透的数值，院选用圆值登小的帝动变圈 左路： (2)开关气置于2处时，特测电源替换了标座电原， R,:根据街合地路政鹅定排可得北，-E-一凸 要保持实验过程中流其R与R,的电流不查，则电 ER 氧A的输出电压围定不变，根帮做鲜定律可知，R FR 与R的阻值之和应绿持不度，即R十R:一 R:+R 3a 8R. ③根基军分电路物欧好定律，有受-民千是局 EE. -r-话 8焦耳定律电路中的能量转化 R中k经由于R,+R:一R,'+R解得E, 【必备知识·梳理】 【如识魔理】 E ()若考虑工作电图的内阻：则有尽，R十R:+干 1.电场力角耳丁电情电角 工.时间W快慢 E “+R+,由于R+R影我'十R',解得 二 民，一是甲测量值不变 1.电流！的二次方电阻R通电时司：集 塔热 2【塔秦1a2172R8号《40R, 2,单拉时间发携快慢 三 1收 1- L.PaPa十Pa 【解新】1)实验的利用1A恒慎电源对电花进行充电： 2.内能题路 [料学思地] 一，思考判断 1,×1/345,X6/ 二思推探宽 提示：1，不同.220V0W”的白炽灯泡通电时 将电能几平全花球化为内能，面“22如V40W的电动 机通电后情耗的电能大部分共化为机城能，利余的小常 分才韩化为内能。 2《们)电吹风工作时，将电腹转化为机械能和内能。 (2)电熨斗工作时，算电能转化为内能。 【关键能力·保究】 保究一 [情境规究 慢示：1)不能 但唐及-号可知尼，>R:两灯泡单联时，由刀 =PR可知，P。>P,敢A灯更先一些 [典例精新] [典例1【答案32】8V 【解析】量电里止的电阻为R,将W一U=h得 U一4V,在相明时同内通过的电膏量史为原来的 幅1-？知1-2L, 又福欧蜂定体一长得山一现一8V 电减的功W=U1=4W,=32. [针对调练1们D由灯布正常发光可年，R,中电 浓是R:中电流的二答，&，丙端电压是R:两网电压约 二分之一，两变图深销花的功水相等，闲电路中精托约 总功水相等，D正确，A,B,C错误、故违D, 保究二 [情境探究】 慢示：《1)不可以，因为有电动机工作的电路不是埔 电阴的电。 P---U)-1w. P。-wRw一)·Ru=2w。 [典例精析] [典例2【解桥】1山电动机不种时，抚明电动机无 机候靴陆出，它清耗的藏定企转化为热我，此时电动 水可看线线七，到，受-a5n 当所加电压冷2V、电流为1A时，电动机正常工 作，有机减能输出，此时电动化为单纯电雅鸟移，消机的 电能苦于种化的航城能和热能之和。 转化的热功车为P。=1,r=Q5W 瑟被率Pa-U1:=2W, 则喻出劝Pe=Pa一P。-1.5W。 (?)着在电稀机正常工作时被卡住，电精机无积，城 能输出，看作纯电但息路，此时岭电药劝单为 -品-8w 【针对别练2到D电功率公式P-,表示功水 悠大，电流破功运快：对于-段电路，有P-心.1-君 您耳热Q-(哈)，可地Q与P,:都布类，联以P 运大，Q不一建整大，A婚讽：W一U山：是电功的是义 式，述用于任间电路，百1一安只道用于地电园电路，B 正情：在非的电阻电路中，电流做的功一焦耳热十其他 形式的能，所以W>Q,甲山>户R,C对.Q一 是灿耳热的定义式，还用于任何电路中产生的焦耳鸡 D正确.故进CD. 【随堂演滤·达标】 1,A纯电目电路，电功形焦华热相等，电功可用公式 W一亚算，也可用公式W=风计算，故A正 确，B错溪：本镜电阻电降，电功用公式平一U山业计 算，故C量误：非纯电阻电路，集耳热用公式W一 R计算，故D情，战这A 2C电动机消耗的总电动率为P。一U机，其中一部分 用于产生热功率P。一R,另一都分输出机候功率 P,由P。Pa+P,解得P=U一产R,:故C正确 C正确D轴误。故选BC 数透C. B电动帆和电想筑并联，当欢格风时，电总共涌耗 王B设蜂个灯泡正常工作时的电领为，则甲图中电 的功常为P-Pa一Pm-10W一10W=110 辞的总电流为3，P单一U·3一U7,乙图中电路的 取，县软P一受可得电格丝的电阻为及一号- 总电流为I,Pz-U·了■了，故有P,-P2B正 需。故选B. 2100一00，故A错，电动规为丰说电用电路， 2 4,C已知灯泡是正骨工作，放此时灯泡达到了根定功 所以不能计算其电照，载B正确：当电欢风欢热风 率和装定电压，由P=可得1-号-号A=1A 时，电格然母秒钟清毛的电衡为Q一P1一1210×1J 一12I0J,故C错误：当电攻风欢格风时，电动肌M 放A植误：由电源的幕路电压与电氨的关系图像可 得电热丝R并联，电动机的功率为190W,所以每秒 得，斜率的他对值表示的是肉图的大小，放一导口 钟清尾的电服Q一P￥一1×1J一10J,故D =Q50,放B情误：由电潮的路端电压与电流的美 误。故这乱 系图檬可得：锅截矩表示的是电源电动势的大小，放 【答案水1)0,3A,2W《)110A4200W E=80V,别此时电海的息功率为P=E?=8X1W 【解析】水1)电风鼠正常运转时，不是纯电阳，由P曰 8W,灯泡的功率为3W,则内阻消托的功率为，P U小代人数据解得电流 =r=1'×0,5W口0,5W,期电动机们耗的功常为 I=0,3A P,-8W-G.5W-3W一45W,放C正喻：电源的 电风期内阻热动卡 效率为身一号×1四米-污%：故D物误，故 Pn-FR 电风扇机校功率 选C Px-P-Ps 5c电动机正常工作时的电花为1一丹-高 代人数据解每 P65,82w A一2A,A船误：电动机正常工作时的输出功率为 (2》当电风扇因故不能袋动时，电风扇是纯电阻由明 Pa=U一PA-2×4W一4W-4W,B情误电动 机每分掉将电能转化成的机龈能为层机一Pa■× 姆定律知一尺 0」J=240J,C正确：电动机正常工作时的输人动率 代人数据解得广=110A 为P=U=×4W=8W.D植误。故选C, 电风扇实环酒托的功率P一京 丘段C由电路图可每，当兮阔合时，R,短路，电路中电 代人数据解得P=2420W。 阻最小由P一反可每，此时电梵为加热状态：放A 【答案水1)210N(22100W(3)10A100w 22 储阀，B正确：电目R:的阻直为品，一户0网0 【解析水1)根据一2得 =840:因为R,·R,=9:1,所以R,=R=9× 00m/0.m/ 484n■43560，当$新开时，R,R:联，电路电 阴最大为R-R:+R:-435.6n+48.4n一484D, 银摆牛顿第二定律羽 保器状老时电路的功率为P一发一哥 F一国g一家 100w,放 代人数紫，解得 F=g+ma20X10N+230×05N=2I0N (2)20时时速度 v-af-05×29m/s-16m/4 电动机拾出的机械功率 P-F=20×10W=210的W. (3)根累能量守恒密报有 UI-Pa+Ir 代入数据，2201-2100+产×1 第得1=10 发热功率 P.=r=10×1W=100W. 习露课闭合电路欧姆定律的座用 【关健能力·探究】 探究一 [典例精析引 [典酬1小AC当滑动度阻器的滑片P有右淘移动 制，变阳器接人电路的电果减小，由闭合电路欧姆定律 得知，干路电流I增大，路褐电压U被小，则电德表A 或数增大，电压表V的读数女，=E一1(R,十r),【增 大，其德量不度，期U减小，通过电流表A的电面I -兰诚小w减小花过，的电装一1一 1,:1增大，「，减小，期1：'增大，则地质表V3的凌数 -1:R:增大。故选AC [针对谓练1]D本题考在闭合电路的动站分析， 当R的滑片向图中。网移动时R,楼人电降的电用 复小，外电路的总电阻就变小，总电流变大，特响电压变 小即电压表V的读数U变小。由于总电流变大，使得 我，R,两端电压都变大，面亮端电压又变小，国此，R 利R:串联后的电路两陶电压变小，则电瓷表A的读数 I变小。战边D, 保究二 集例2还香案I110的n品W27高W a品w