12.1 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

本高中物理讲义聚焦“电路中的能量转化”核心知识点，先明确电功、电功率的定义及实质，再通过表格系统对比纯电阻与非纯电阻电路中电功、电热、电功率、热功率的公式差异，最后结合电动机、电解槽等实例及练习构建知识支架。 资料以表格对比构建两种电路的物理模型，培养科学思维，例题结合电动机功率分析等实际情境深化能量观念，变式与课后题分层设计，助力学生科学推理与问题解决。课中辅助教师高效授课，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第十二章 第一节：电路中的能量转化 一、纯电阻电路和非纯电阻电路 （1）电功：电能转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少量；实质，电流通过一段电路所做的功，实质是电场力在这段电路中所做的功 电功率：P＝＝UI，电流做功的快慢 （2）两种电路区别 纯电阻电路有：白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 非纯电阻电路有：电动机、电解槽、电容器 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 W＝UIt＝I2Rt＝t W＝UIt 电热 Q＝UIt＝I2Rt＝t Q＝I2Rt 电功率 P＝UI＝I2R＝ P＝UI 热功率 P热＝UI＝I2R＝ P热＝I2R 注意：纯电阻电路中：W＝Q；P＝P热；非纯电阻电路中：W＝Q＋E其他＞Q； P＝P热＋P其他＞P热． （3）电动机的功率 电动机的总功率(输入功率)：P入＝UI. 电动机的热功率P热＝I2r. 电动机的输出功率(机械功率)：P出＝UI－I2r. 电动机的效率：η＝＝＝1－. 【例1】（多选）一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内 (　ABD　) A．电炉放热与电动机放热相等 B．电炉两端电压小于电动机两端电压 C．电炉两端电压等于电动机两端电压 D．电动机消耗的功率大于电炉的功率 【例2】如图所示的电路中，电源电压为60 V，内阻不计，电阻R＝2 Ω，电动机的内阻R0＝1.6 Ω，电压表的示数为50 V，电动机正常工作，求电动机的输出功率． 【变式1】 1. 如图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则 (　　) A．电解槽消耗的电功率为120 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 2.（多选）在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L上标有“3 V　6 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝1 Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是(　　) A.电动机的输入电压是5 V B.流过电动机的电流是2 A C.电动机的效率是80% D.整个电路消耗的电功率是10 W 3.（多选）如图所示，电阻R1＝20 Ω，电动机的绕组的电阻R2＝10 Ω.当电键断开时，电流表的示数是0.5 A，当电键合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率应是(　　) A．I＝1.5 A B．I＜1.5 A C．P＝15 W D．P＜15 W 【例3】如图所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r＝1 Ω，电炉电阻R＝19 Ω，电解槽电阻r′＝0.5 Ω.当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684 W；S1、S2都闭合时电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看做不变)．试求： (1)电源的电动势； (2)S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小； (3)S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率． 二、纯电阻电路中的功率分配及计算 【例4】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，灯泡还和一只开关并联，然后再接到电源上(如图1所示)，下列说法正确的是(　　) A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大 B.开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小 C.开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少 D.开关断开时，灯泡发光，可供在焊接时照明使用，消耗总功率不变 【例5】如图6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8 V，乙电路两端的电压为16 V。调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2，两电路消耗的总功率分别为P甲和P乙则下列关系中正确的是(　　) A.P甲＜P乙 B.P甲＞P乙 C.P1＞P2 D.P1＝P2 【变式2】 1. 三只电阻R1、R2和R3按如图所示连接，在电路的A、B端加上恒定电压后，电阻R1消耗的功率最大，则三只电阻的阻值大小关系为 (　　) A．R1>R2>R3 B．R2>R1>R3 C．R3>R2>R1 D．R1>R3>R2 2.（多选）如图所示的电路中，L1、L2是两个不同的小灯泡，a、b间有恒定的电压，它们都正常发光，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，发生的现象是 (　 ) A．L1亮度不变，L2变暗 B．L1变暗，L2变亮 C．电路消耗的总功率变小 D．流过滑动变阻器的电流变小 3. 额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯炮均能正常发光，且消耗功率最小的电路是 (　　) 课后巩固 1.（多选）将分压电阻串联在电流表上，改装成电压表，下列说法中正确的是(　 ) A．接上分压电阻后，增大了原电流表的满偏电压 B．接上分压电阻后，电压按一定比例分配在电流表和分压电阻上，电流表的满偏电压不变 C．如分压电阻是表头内阻的n倍，则电压表量程扩大到n倍 D．通电时，通过电流表和分压电阻的电流一定相等 2．电流表的内阻是Rg＝200 Ω，满刻度电流值是Ig＝500 μA，现欲把此电流表改装成量程为1 V的电压表，正确的方法是 (　　) A．应串联一个0.1 Ω的电阻 B．应并联一个0.1 Ω的电阻 C．应串联一个1 800 Ω的电阻 D．应并联一个1 800 Ω的电阻 3. 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.32 W 　　 B.44 W 　　 C.47 W 　　 D.48 W 4. 如图所示，电阻R和电动机M串联接到电路中，已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相等，开关闭合后，电动机正常工作，设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2；经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生的热量为Q1；电流通过电动机M做功为W2，产生的热量为Q2，则有(　　) A.U1＝U2，Q1＜Q2 B.W1＜W2，Q1＝Q2 C.W1＜W2，Q1＜Q2 D.U1＞U2，Q1＝Q2 5. 定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2 Ω，在电路中所消耗的电功率的最大值分别为10 W、10 W、2 W，现将这三个电阻按照如图所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为(　　) A.22 W 　　 B.12 W 　　 C.15 W　　 D.16 W 6. 如图所示的电路中，电炉电阻R＝10 Ω，电动机线圈的电阻r＝1 Ω，电路两端电压U＝100 V，电流表的示数为30 A，问通过电动机的电流强度为多少？通电一分钟，电动机做的有用功为多少？ 7. 一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V电压后，消耗功率66 W．问： (1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？ (2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？ (3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？ 参考答案 例题1.ABD 例题2 解析　电动机正常工作时，电动机两端的电压U0＝50 V，此时通过电路中的电流：I＝＝＝5 A，电动机的输出功率P出＝U0I－I2R0＝210 W. 变式1 ：C AB BD 例题3 解析　(1)设S1闭合、S2断开时电炉功率为P1，电炉中电流I1＝＝A＝6 A 电源电动势E＝I1(R＋r)＝120 V. (2)设S1、S2都闭合时电炉功率为P2，电炉中电流为I′＝＝A＝5 A 电源路端电压为U＝I′R＝5×19 V＝95 V，流过电源的电流为I＝＝ A＝25 A 流过电解槽的电流为IA＝I－I′＝20 A. (3)电解槽消耗的电功率PA＝IAU＝20×95 W＝1 900 W 电解槽内热损耗功率P热＝Ir′＝202×0.5 W＝200 W 电解槽中电能转化成化学能的功率为P化＝PA－P热＝1 700 W. 答案　(1)120 V　(2)20 A　(3)1 700 W 例题4 A 例题5 D 变式2 B BCD C 课后巩固 1. BD 2.C 3.A 4.B 5.B 6答案】20 A　9.6×104 J 【解析】根据欧姆定律，通过电炉的电流强度为I1＝＝ A＝10 A. 根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，则通过电动机的电流强度为I2＝I－I1＝20 A. 电动机的总功率为P＝UI2＝100×20 W＝2×103 W. 因发热而损耗的功率为P′＝Ir＝400 W. 电动机的有用功率(机械功率)为P″＝P－P′＝1.6×103 W，电动机通电1 min做的有用功为W＝P″t＝1.6×103×60 J＝9.6×104 J. 7.【答案】(1)0.3 A　(2)64.2 W　1.8 W　97.3 %　(3)11 A　2 420 W　2 420 W 【解析】(1)因为P入＝IU 所以I＝＝ A＝0.3 A (2)电风扇正常工作时转化为内能的功率 P内＝I2R＝0.32×20 W＝1.8 W 电风扇正常工作时转化为机械能的功率 P机＝P入－P内＝66 W－1.8 W＝64.2 W 电风扇正常工作时的效率 η＝×100%≈97.3% (3)电风扇的风叶被卡住后，电动机不转时可视为纯电阻电路，通过电风扇的电流 I＝＝ A＝11 A 电动机消耗的电功率 P＝IU＝11×220 W＝2 420 W 电动机发热功率 P内＝I2R＝112×20 W＝2 420 W 学科网（北京）股份有限公司 $