第22 讲 电路中的能量转化 讲义-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

本讲义聚焦电路中的能量转化，系统构建电功、电功率与焦耳定律的知识体系，厘清纯电阻与非纯电阻电路的本质差异，明确电能转化为内能及其他形式能的路径，为后续电动机、电解槽等复杂电路分析奠定基础。 资料设计紧扣物理学科核心素养，突出科学思维与科学探究的融合应用，如通过“电动机正常运转时功率关系”案例引导学生建立模型并推导公式，强化逻辑推理能力。课中借助典型例题剖析非纯电阻电路能量分配，帮助学生突破难点，课后配套诊断练习与精讲精练，实现精准查漏补缺，提升学习效率，助力学生从知识理解走向问题解决。

人教版（2019）必修三第十二章电能 能量守恒定律讲义二次备课 第22讲 电路中的能量转化 教学目标： 一、物理观念 理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质是电能转化为其他形式能的过程。 掌握焦耳定律，理解电流热效应的本质，能区分并计算纯电阻电路和非纯电阻电路中的电热。 二、科学思维 培养学生运用科学思维方法，对电路中的能量问题进行抽象、推理、分析综合和质疑创新的能力。 能建立纯电阻电路 (电能全部转化为内能)和非纯电阻电路 (电能转化为内能和其他形式的能，如机械能、化学能)的模型，并正确选用公式进行计算 能推导并论证电功 、电功率、焦耳定律等公式。 能批判性地审视“灯泡的亮度由电流决定”等前概念，建立起“实际功率决定亮度”的正确观念。 三、科学探究 引导学生经历科学探究过程，提升通过实验发现、研究并解决问题的实践能力。 能提出可探究的科学问题。 四、科学态度与责任 通过本章学习，培养学生的科学精神和社会责任感。 通过焦耳研究热功当量等物理学史，学习科学家坚持不懈、严谨求实的探索精神。 知道电路中的能量转化在生产和生活中的广泛应用 (如电热水器、电动机、电池充电与放电)。 认识效率的重要性，讨论如何提高用电设备的效率 (如使用高效电机)、减少能量浪费，形成节能环保的意识。 知道安全用电常识 (如电流热效应可能引发火灾，不能用湿手触摸电器)，树立安全用电和社会责任感。 关注新能源技术 (如太阳能电池、燃料电池)中能量转化的效率问题，认识物理学对推动技术进步和社会可持续发展的重要性。 重难点： 教学重点是电功概念的建立和理解。 教学难点是对包含电动机的电路中的能量转化的实例分析。 自主学习（带着问题研读教材）： 问1、 试推导电流做功的表达式。电流做功的实质是什么（从力和能两角度说明）？ 问2、焦耳定律的内容是什么？表达式是什么？ 问3、请区分纯电阻电路和非纯电阻电路、电功与电热、电功率与热功率。简述串并联电路中功率分配原理。 问4、当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？ 自我诊断找差距： 1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是 ( ) 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 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 2.四个定值电阻按图示连接方式连入电路,其中RA、RC的规格为“10 V,4 W”,RB、RD的规格为“10 V,2 W”,则下列关于这四个电阻消耗功率的比值关系正确的是( ) A. =1　B. = 　C. = 　D. = 3.把小灯泡L₁(“6V 6W”)和小灯泡L₂(“6 V 3 W”)串联后接在电源电压为6 V 的电路中(不考虑灯丝电阻的变化)，下列说法正确的是( ) A.因为通过它们的电流相等，所以两灯一样亮 B.因为灯L₂实际功率较大，所以灯L₂较亮 C.因为灯L₁额定功率较大，所以灯L₁较亮 D.因为灯L₁实际功率较大，所以灯L₁较亮 4.VR(虚拟现实技术)是近年来火热的新兴技术，其应用场景之一是进行虚拟实验.如图所示是一款 VR 眼镜及其相关参数，关于该VR 眼镜，下列说法正确的是 ( ) 电池容量 4 000 mA·h 工作电压 DC10 V 额定功率 20 W 充电接头 type-c 机身重量 400 g A. mA·h是能量单位 B.理论上该眼镜充满电后只能连续工作1 h C.该眼镜的额定电流为2 A D.该眼镜充满电所储存的电能为1×10⁶J 5.在研究微型电动机的性能时，应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0.5 A 和2.0 V.重新调节滑动变阻器 R 使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A 和24.0 V.则这台电动机正常运转时输出功率为( ) A.47 W B.44 W C.32 W D.18 W 6.手机电池容量(电量)和快速充电功能是人们选择手机的重要参考因素，如图为某品牌手机中锂电池电量从0%到100%过程中充电功率P 和充电时间t 的关系图像，设充电过程中电池两端电压恒为4.35 V，不计其他能量损耗，则( ) A.充电过程的平均功率为40 W B.充电过程的平均功率为60 W C.该电池的容量为2 000 mA·h D.该电池的容量为4 000 mA·h 7.取两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量相同,则先后两次所用时间之比为(　　) A.1∶2　　　　B.4∶1　　　　C.2∶1　　　　D.1∶4 8.一个小型电热水器如图所示,浸入水中的加热元件RL=1.0 Ω,在外部并联的电阻RS=2.0 Ω。在正常工作时,电源给电路提供I=3.0 A的恒定电流。下列说法正确的是(　　) A.RL两端的电压为3.0 V B.流过RL的电流为1.0 A C.RS上消耗的电功率为2.0 W D.RL上消耗的电功率为16.0 W 9.(多选题)如图甲所示为某款服务型机器人,它的直流电动机额定电流为I,额定电压为U,线圈电阻为r0。机器人内部电路可简化为图乙所示电路,电源提供恒为U0的电压,电动机恰好正常工作,定值电阻的阻值为R,则此时(　　) 　 A.电动机的额定电压U>Ir0 B.电动机的输入功率为U0I C.电阻R的电功率为U0I-UI D.电动机的输出功率为UI-I2R 10.如图所示，小型直流电动机(其线圈内阻r=1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联,再与阻值R=5Ω的电阻串联，然后接至 U=12 V的电源上，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作. (1)求流过电阻R的电流； (2)求电动机的热功率 诊断报告 我做错的题目有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 我有待掌握的教材考点有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 我的疑难问题有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 精讲精练补短板： 一、题型剖析 1.纯电阻电路的功和功率的计算 例1.A、B两灯泡额定电压都为 110 V，额定功率 100 W、 接在电压恒为220 V 电路上.欲使两灯泡均正常发光，且整个电路消耗的电功率最小，则下面四种电路连接方式中满足要求的是（ ） 2.非纯电阻电路功和功率的计算 对于电动机模型：电动机由线圈和其他元件组成.电动机正常工作时部分电压加在线圈电阻上，大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路，它把电能转化为机械能和内能；电动机通电但不工作时，电压全部加在线圈电阻上，此时电路为纯电阻电路。对于电解槽模型，正常工作时,电能转化为化学能和内能。 例2.如图所示是利用电动机提升重物的示意图,其中D是直流电动机,P是一个质量为m的重物,用细绳将重物拴在电动机的轴上,闭合开关S,重物P以速度v匀速上升,这时理想电流表和理想电压表的示数分别是I=5.0 A和U=110 V,重物P上升的速度v=0.70 m/s。已知该装置机械部分的机械效率为70%,重物的质量m=45 kg,重力加速度g取10 m/s2,下列说法正确的是(　　) A.电动机消耗的电功率为550 W B.细绳对重物做功的机械功率为325 W C.电动机的输出功率为400 W D.电动机线圈的电阻为5 Ω 二、巩固练 A组　夯实基础 1.小明家有一个烧水壶，铭牌上标有如下数据，下列说法正确的是 ( ) 型号 额定容量 额定电压 额定功率 额定频率 RT25-C 2 L 220 V 1 000 W 50 Hz A.该烧水壶的电阻是48.4 Ω B.该烧水壶在正常工作时的电流是0.22 A C.若实际电压为110 V，此时烧水壶的实际功率是500 W D.该烧水壶加热水5m in产生的热量是5 000 J 2.甲、乙两段实心铁导体的电阻相等.甲导体比乙导体的长度和横截面积都小.将它们串联在电路中，如图所示，通电一段时间后，比较甲、乙导体升高的温度(不考虑散热)，正确的是( ) A.甲导体的温度升高得多 B.乙导体的温度升高得多 C.甲、乙导体升高的温度相同 D.条件不足，无法判断 3.为实现“双碳”目标,我国大力发展新能源汽车。某品牌新能源电动汽车动力电池的额定电压为364 V,额定容量是131 A·h,图为该汽车在充电过程中的显示表。已知该汽车在测试路面上行驶时每千米消耗0.1 kW·h。下列说法正确的是(　　) 充电电量　充电电费 　　 充电电流　充电电压 　　　 A.A·h是能量的单位 B.显示表中的充电电量是指电荷量 C.当前充电的电荷量约为2.4×104 C D.汽车充满电后在测试路面上能行驶约477千米 4.如图所示，将一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”字样的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电源两端，灯泡正常发光，则( ) A.电解槽消耗的电功率为20 W B.电解槽的发热功率为60 W C.电解槽消耗的电功率为60 W D.电路消耗的总功率为60 W 5.如图甲所示,横截面都是正方形的三段导体,它们的材料和长度都相同,导体B刚好能嵌入导体A,导体C刚好能嵌入导体B,现将三段导体按图乙所示方式接入电路中,则闭合开关后(　　) 　 A.导体A、B、C的电阻之比为3∶2∶1 B.导体A、B、C两端的电压之比为1∶2∶3 C.流过导体A、C的电流之比为1∶1 D.导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1∶1∶4 6.用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图所示.在充电开始后的一段时间t内，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，则时间t内( ) A.充电宝输出的电功率为 B.充电宝的热功率为I²r C.手机电池产生的焦耳热为 D.手机电池储存的化学能为UIt-I²rt 7.军用机器狗已成为辅助步兵作战的“新宠”，具有很强的环境适应性，可在山地、丘陵等复杂地形行走，有效提升了综合作战能力。如图所示，某款军用机器狗的直流电动机的额定电压为 U，额定电流为I，线圈电阻为 R，将它与电动势为E，内阻为r的直流电源构成闭合回路，电机恰好能正常工作，下列说法正确的是( ) A.电动机消耗的热功率为 UI B.电动机的效率为 C.电动机中的电流 D.若用该电动机竖直提升质量为m 的重物，则重物稳定后的速度 B组　素养提升 8.如图所示为某品牌玩具电动机的伏安特性曲线，由该图像可知 ( ) A.该电动机内阻为2.5Ω B.电压为 1 V 时，该电动机损失的热功率为0.2W C.电压为1 V时，该电动机输出机械能的功率为0.4 W D.电压为1 V时，该电动机的总功率为0.6 W 9.如图所示是某同学设计的监测河水流速变化的装置原理图.机翼状的探头始终浸没在水中，通过连杆带动滑动变阻器的滑片P上下移动，电源电压保持4.8V不变，电流表量程为00.6 A,电压表量程为03 V,定值电阻R₁阻值为6Ω，滑动变阻器R₂的规格为“20Ω 1 A”.闭合开关S,随着水流速度的改变，下列说法正确的是( ) ①当水流速度增大时，电压表与电流表的示数之比变大 ②当水流速度增大时，电流表的示数变大 ③滑动变阻器允许接入电路的电阻取值范围为2Ω15Ω ④电阻 R₁ 的电功率的变化范围为0.54 W2.16 W A.①②④ B.①④ C.②③④ D.②④ 10.(多选)创新小组的同学们设计了空气质量监测设备，原理如图甲所示.电源电压恒为3 V，R₀是阻值为10 Ω的定值电阻，R的阻值随空气质量分指数的变化图像如图乙所示，空气质量分指数在 101150 为轻度污染、151200 为中度污染、201300 为重度污染，以下分析正确的是 ( ) A.电压表示数为1 V 时，属于轻度污染 B.空气质量分指数越小，电压表示数越大 C.空气质量分指数越大，电路中消耗的总功率越小 D.空气质量分指数为50时，电压表示数为0.5 V 11.(多选)如图所示为某型号的直轨式小吊机，其配备的电动机可以将重物吊起后转移至窗口或空间狭小的室内。电动机的输入电压为220 V，当将质量为100 kg的重物以0.6m/s 的速度沿竖直方向匀速提升时，通过电动机的电流为4A。已知重力加速度.g=10 m/s²,不考虑其他阻力，下列说法正确的是( ) A.电动机内部线圈电阻为17.5Ω B.此时电动机输出功率为600 W C.电动机空载时内部线圈消耗的功率为880 W D.刚启动时通过电动机的电流大于4 A 12.如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U=12 V,电解槽内阻RA=2 Ω,当S1闭合,S2、S3断开时,电流表示数为6 A;当S2闭合,S1、S3断开时,电流表示数为5 A,且电动机的输出功率为35 W;当S3闭合,S1、S2断开时,电流表示数为4 A。电流表为理想电表。求: (1)电炉子的电阻及发热功率; (2)电动机的内阻; (3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率。 教学反思： 第22讲 电能 能量守恒定律参考答案 自主学习（带着问题研读教材）： 问1、当导体两端加上电压后，导体内部产生电场，在电场力的作用下，自由电荷定向移动形成电流，静电力对自由电荷做功 W=Uq,又q= It,故 W=UIt。电流做功的实质是：从力的角度看，电流做功的实质是静电力对自由电荷做功；从能的角度看，电流做功的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。问2、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。表达式: 。 问3、对于纯电阻电路：电路中只有电阻（如电阻器、电炉丝、白炽灯等），电能全部转化成内能，电功等于电热，电功率等于热功率，欧姆定律成立；对于非纯电阻电路：电路除含有电阻外还含有其他负载（如电动机、电解槽等），电能转化成内能和其他形式的能，电功大于电热，电功率大于热功率，欧姆定律不再成立。 在串联电路中电阻的功率与电阻阻值成正比，总功率 在并联电路中电阻的功率与电阻阻值成反比， 。 问4、电功率、机械功率、热功率，它们之间关系是P电＝P机＋P热，其中P电＝UI，P热＝I 2R。 自我诊断找差距： 1.BCD 2.D 3.B 4.C 5.C 6.A 7.B 8.C 9.AC 10.(1)1.6 A (2)0.36 W (3)1.7A 精讲精练补短板： 一、题型剖析 例1.C 例2.P电=UI=110×5 W=550 W,故A正确;以重物为研究对象,根据平衡条件有F=mg,根据P机=Fv,得P机=mgv=315 W;电动机的输出功率P出== W=450 W;根据P电=P出+P热,可得P热=P电-P出=100 W,结合P热=I2R,可得R=4 Ω。 二、巩固练 A组　夯实基础 1.A 2.A 3.D 4.C 5.D 6.D 7.D B组　素养提升 8.C 9.D 10.AD 11.ABD 12.　(1)当S1闭合,S2、S3断开时,故通过电炉子的电流为I1=6 A 由欧姆定律可得电炉子的电阻为R==2 Ω 其发热功率为PR=UI1=12×6 W=72 W (2)当S2闭合,S1、S3断开时,通过电动机的电流为I2=5 A 由能量守恒定律得UI2=rM+P输出 所以rM==1 Ω (3)当S3闭合,S1、S2断开时,通过电解槽的电流为I3=4 A 由能量守恒定律得P化=UI3-RA=16 W - 4 - 学科网（北京）股份有限公司 $