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

该高中物理课件聚焦“电路中的能量”，系统讲解电功、电功率、焦耳定律及纯电阻与非纯电阻电路、闭合电路能量转化，通过“想一想”“情境链接”结合生活实例（如电视机、太阳能路灯），搭建从电场力做功到电功公式、从用电器类型区分到闭合电路能量关系的学习支架。 其亮点在于模块化设计（基础落实、重难探究、随堂检测），以物理观念建构（电功与电热概念辨析）和科学思维培养（闭合电路功率计算、电动机效率分析）为核心，通过典例剖析（如两灯220V电路设计）和易错辨析强化理解。学生能提升实际问题分析能力，教师可借助结构化资源高效开展教学。

第五章　电能与能源的可持续发展 第一节　电路中的能量 学习目标 1.理解电功、电功率的概念.(物理观念) 2.知道焦耳定律,知道电功率与热功率的区别和联系.(物理观念) 3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别,会结合实际问题区分电功和电热.(科学思维) 4.会分析闭合电路中的各种功率并进行相关运算.(科学思维) 基础落实·必备知识全过关 一、电功和电功率 1.电功 (1)定义:电流通过一段电路时,自由电荷在　　　　的推动下做定向移动,电场力对　　　　　　　　做功,将电能转化为其他形式的能.我们把电场力所做的功,称为电功.  (2)公式:W=　　　　.单位是　　　　,符号是　　　　.  2.电功率 (1)定义:电流做功与完成这些功　　　　　　之比叫作电功率.  (2)公式:P=　　　　=UI.单位是　　　　,符号是W.1 kW=103 W.  电场力 自由电荷 UIt　 焦耳 　J 所用时间 瓦特 想一想 如图所示,已知电路两端的电势差为U,电路中的电流为I,电荷从左端到达右端所用的时间为t,则在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,电场力做功是多少? 提示 由电流的定义式可得t时间内通过某截面的电荷量q=It,根据电场力做功的公式W=qU,可得电场力做功W=UIt. 二、焦耳定律 1.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量与　　 　　成正比,与___________　　　　 及　　 　　成正比.  (2)公式:Q=　　　　.  2.热功率:一段电路因发热而消耗的功率,P=　　　　.  电流的二次方 导体的电阻　 通电时间 I2Rt I2R 想一想 如图所示,说明电视机和电风扇是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器?电流做的电功是否全部转化为热能? 提示 电视机和电风扇都是非纯电阻用电器,电流做的电功并不是全部转化为热量. 三、闭合电路中的能量 1.电源的功率 (1)公式:P=EI=U外I+U内I. (2)意义:EI表示　　　　提供的电功率.  2.电源的输出功率 (1)公式:P出=U外I. (2)意义:U外I表示　　　　上消耗的电功率.  3.电源的内耗功率 (1)公式:P内=U内I. (2)意义:U内I表示　　　　上消耗的电功率.  电源 外电路 内电路 情境链接 生活中有各种各样的用电器,如图所示,它们都利用电流做功来工作,从能量的角度来看,有什么共同规律呢? 提示 都将电能转化为其他形式的能. 教材拓展 阅读教材第104页至106页,注意区分电功率与热功率.根据电功率定义式P=UI和欧姆定律 提示 仅适用于计算纯电阻的电功率,对非纯电阻该公式无意义. 易错辨析 (1)电功与电能的单位是相同的,因此,电功就是电能.(　　) (2)W=UIt可以用于计算任何电路的电功.(　　) (3)Q=I2Rt可以用于计算任何电路中电能转化成的热量.(　　) (4)内电路消耗的功率就是整个电路的电功率.(　　) × 功是能量转化的量度. √ √ × 整个电路的电功率等于内外电路的电功率之和. 重难探究·能力素养全提升 探究点一　电功、电功率的理解和计算 导学探究 在现代社会中,人们的生产、生活和科技实践活动都离不开电,各种各样的用电器减轻了人们的劳动强度,提高了工作效率,在享受电给我们带来方便的同时,你知道电能是如何转化为其他形式的能以及电能在转化过程中满足怎样的规律吗? 提示 通过电流做功,W=UIt. 知识归纳 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,电功的大小表示电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少. (3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用. 　　 　电功不一定等于电热 2.串、并联电路中的功率关系 3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率.当用电器两端电压达到额定电压U额时,电流达到额定电流I额,电功率也达到额定功率P额,且 P额=U额I额. (2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率.为了使电器不被烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率. 要点笔记　(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和. (2)串联电路中,功率与电阻成正比;并联电路中,功率与电阻成反比. 典例剖析 【例题1】 有额定电压都是110 V,额定功率分别为PA=100 W、PB=40 W的A、B两灯泡,若接在电压是220 V的电路上,下列两盏电灯均能正常发光,且两灯泡正常发光时总电功最小的电路是(　　) C 解析 要使两灯均正常发光,则每灯两端的电压均为110 V,对A选项所示电路,因为RA<RB,所以UA<UB,即UB>110 V,B灯将被烧坏;对B选项所示电路,UB>U并,B灯将被烧坏;对C选项所示电路,RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻,所以UA可能等于UB,等于110 V,两灯可能都正常发光,此时电路消耗的总功率为200 W;对D选项所示电路,滑动变阻器电阻可能等于两灯并联后的总电阻,可能有UA=UB=U并=110 V,两灯可能正常发光,此时电路中消耗的总功率为280 W.综上可知,C正确. 规律方法　功率求解的技巧 (1)在纯电阻电路中,比较用电器的电功率时,要根据已知条件灵活选用公式.如用电器电流相同时,用P=I2R或P=UI比较;电压相同时,用P=或P=UI比较;电阻相同时,用P=I2R或P=比较. (2)求解串、并联电路中的功率分配问题时,用比例法求解会使问题得到简化,但一定要明确是正比还是反比关系. (3)当求解用电器的功率时,要明确求解的是什么功率.实际功率与额定功率不一定相等. 对点演练 1.太阳能路灯利用太阳能转化的电能提供照明,可有效减少二氧化碳的排放.某太阳能电池板对蓄电池一天充电t1=9 h,充电的平均功率为P=10 W;蓄电池的利用效率是80%,供给LED路灯的电压U=24 V,电流I=0.5 A.该太阳能电池板一天产生的电能可供路灯照明的时长t2为(　　) A.4 h B.5 h C.6 h D.7 h C 解析 太阳能电池板为蓄电池提供的电能W1=Pt1×80%,路灯照明所需的电能W2=UIt2,则有Pt1×80%=UIt2,解得t2=6 h,故选C. 探究点二　电功与电热的比较 导学探究 如图所示,当反射式取暖器工作时,取暖器内的加热丝被烧得通红,产生大量的热,而连接取暖器的导线却不怎么热,这是什么原因? 提示 通电导线跟加热丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而导线的电阻比加热丝的电阻要小得多,由焦耳定律Q=I2Rt知,在相等的时间内导线产生的热量比加热丝产生的热量要少得多,所以与取暖器连接的导线不怎么热. 知识归纳 1.纯电阻电路和非纯电阻电路 (1)一般情况下的电熨斗、电炉丝等用电器所在电路为纯电阻电路;电动机、电解槽等用电器所在电路为非纯电阻电路. (2)纯电阻电路遵循欧姆定律,而非纯电阻电路不完全遵循欧姆定律. (3)纯电阻电路电流做功时,电能全部转化为内能;而非纯电阻电路,电流做功将电能一部分转化为内能,一部分转化为机械能等其他形式的能. 2.电功与电热 3.电功率与热功率 典例剖析 【例题2】 如图所示的手持电风扇,因其小巧便携、可充电等特点深受人们的喜爱.下表为手持风扇的规格与参数.若该风扇正常工作时的功率为4.44 W,根据表格信息回答下列问题. 类型 手持风扇 额定功率 4.44 W 电池容量 1 800 mA·h 电源输出电压 3.7 V (1)求该风扇正常工作时的电流; (2)若该风扇电动机的内阻为0.5 Ω,求正常工作时电动机的发热功率; (3)若该风扇机身上标注该风扇的使用时长为“3~8 hours”,即使用时间最短为3小时,请通过计算判断此条信息是否合理. 解析 (1)根据电功率公式P额=UI得I=1.2 A. (2)根据热功率公式P热=I2r得P热=0.72 W. (3)由表知q=1 800 mA·h,由(1)知正常工作时电流为I=1.2 A 设最短使用时间为t,则q=It得t=1.5 h<3 h 故此条信息不合理. 答案 (1)1.2 A　(2)0.72 W　(3)不合理 规律方法　电功、电热的计算方法 (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,对纯电阻电路可以利用串联电路的分压特点或并联电路的分流特点来计算. (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,计算电热只能用Q=I2Rt,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. 对点演练 2.(2025浙江高三专题练习)图示为某款乒乓球训练机,发球原理是乒乓球到达出球口后,驱动轮旋转并摩擦乒乓球,使球获得一定的水平初速度并发出.某次设定机器发无旋球,乒乓球射出位置到台面的高度为0.2 m,射程为1.6 m,每分钟发射60个乒乓球.已知乒乓球质量为2.7 g,发球机输入电压为8 V,输入电流为50 mA,电动机线圈内阻为100 Ω.g取10 m/s2,不考虑空气阻力和发球前乒乓球高度的变化,下列说法正确的是(　　) A.发球机对单个乒乓球做的功为1.44 J B.发球机对乒乓球做功的功率为0.024 W C.电动机输出的机械功率为0.4 W D.发球机将电能转化为乒乓球机械能的效率为21.6% D 解析 结合题述可知,乒乓球在空中做平抛运动,竖直方向有h=gt2,水平方向有x=vxt,由动能定理可得W=Ek=,解得W=8.64×10-2 J,故A错误;发球机1分钟内对乒乓球做的总功W0=nW,功率P==8.64×10-2 W,故B错误;电动机消耗的总功率P1=UI,电动机内阻消耗的电功率P2=I2r,则电动机输出的机械功率P出=P1-P2=0.15 W,故C错误;发球机将电能转化为乒乓球机械能的效率k==21.6%,故D正确. 探究点三　闭合电路中的能量 导学探究 某闭合电路中,电源电动势为E,内、外电路的电阻分别是r和R,电路中的电流为I,工作时间为t. (1)电源把多少其他形式的能转化为电能? (2)外电路产生的热量是多少? (3)内电路产生的热量是多少? (4)三者之间有何关系? 提示 (1)EIt　(2)I2Rt　(3)I2rt　(4)EIt≥I2Rt+I2rt 知识归纳 纯电阻电路电源输出功率随外电阻R变化的规律 (2)输出功率P出随外电路电阻R变化的图像如图所示 ①当R=r时,输出功率最大, ②当R<r时,若R增大,P出增大;当R>r时,若R增大,则P出减小. ③除R=r外,总能找到两个不同的R使其对应的输出功率P出相等,如图中R1与R2,由 (3)电源的效率 越大,电源效率越高. ③当电源输出功率最大时,R=r,η=50%. 典例剖析 【例题3】 如图甲所示,“祝融号”火星车的动力主要来源于太阳能电池.现将“祝融号”火星车的动力供电电路简化,如图乙所示,其中太阳能电池电动势E=120 V,内阻r未知,电动机线圈电阻rM=1.6 Ω,电热丝定值电阻R=4 Ω,当火星车正常行驶时,电动机两端电压UM=80 V,电热丝R消耗功率P=100 W. (1)求太阳能电池的内阻r; (2)求电动机的效率η; (3)若电动机的转子被卡住了,求此时电热丝消耗的功率P'. 解析 (1)对电热丝,有 P=I2R 解得回路电流为 I=5 A 根据闭合电路欧姆定律,有 E=Ir+UM+IR 解得电源的内阻为 r=4 Ω. (2)电动机的效率为 解得 η=90%. (3)电动机的转子被卡住,回路电流为 电热丝消耗的功率 P'=I'2R=625 W. 答案 (1)4 Ω　(2)90%　(3)625 W 教你析题 读取题干 获取信息 将“祝融号”火星车的动力供电电路简化,如图乙所示 串联电路 太阳能电池电动势E=120 V,内阻r未知 电池有内阻,外电压不等于电动势 电动机线圈电阻rM=1.6 Ω 电动机工作时会发热 电热丝定值电阻R=4 Ω…电热丝R消耗功率P=100 W 可求出电流 教你破题 规律方法　闭合电路中功率问题的三点提醒 (1)电源输出功率越大,效率不一定越高,如电源输出功率最大时,效率只有50%. (2)判断可变电阻功率变化时,可将可变电阻以外的其他电阻看成电源内阻的一部分. (3)当P输出<Pm时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1、R2,且R1·R2=r2. 对点演练 3.(多选)(2024广东佛山高二期中)某地新装了一批可通过光控开关实现自动控制的节能路灯,路灯灯泡的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变,其内部电路简化原理图如图所示,电源电动势为E,内阻为r,RG为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小).现增加光照强度,灯泡电阻不变,则下列判断正确的是(　　) A.A灯变暗 B.B灯变亮 C.电源总功率增大 D.电源的输出功率减小 AC 解析 增加光照强度,则RG阻值减小,电路总电阻减小,总电流变大,路端电压减小,则A灯变暗,通过A灯的电流减小,再结合电路总电流变大可知通过R0的电流增大,R0两端电压变大,结合路端电压减小,可知B灯两端电压减小,B灯变暗,选项A正确,B错误;总电流变大,则根据P=IE可知电源总功率变大,选项C正确;由P出=·R外,不能判断电源外电阻和内阻的大小关系,则不能确定电源的输出功率变大还是变小,选项D错误.故选A、C. 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 5 1.(电功和电功率)(多选)某电饭锅的额定电压为220 V,额定功率为1 500 W.此电饭锅正常工作时,下列说法正确的是(　　) A.通过电饭锅的电流为0.14 A B.通过电饭锅的电流为6.8 A C.电饭锅每秒消耗的电能为1 500 J D.电饭锅每秒消耗的电能为220 J BC 解析 由公式P=UI可得,通过电饭锅的电流 =6.8 A,故A错误,B正确;电饭锅每秒消耗的电能为W=Pt=1 500 J,故C正确,D错误.故选BC. 1 2 3 4 5 2.(电功和电功率)随着科技的发展,智能化电器越来越普及,家用洗地机就是我们的家务好帮手,它利用电机转动产生强大的吸力来清理地面垃圾,可以起到吸拖一体的效果.如图所示为某品牌的洗地机,其电池铭牌上标定的参数有额定电压21.6 V,电池容量4 000 mA·h,续航时间(即能正常工作使用的时间)35 min,使用中发现满电情况下连续工作35 min后电池电量剩余约30%,由于电量降低会影响锂电池的标准工作电压,故需要及时充电.以下对这台洗地机的分析正确的是(　　) A.铭牌中标注的“ mA·h”是能量的单位 B.正常工作时的电流约为6.9 A C.正常工作时的电流约为4.8 A D.充满电时电池储存的电能是86.4 kW·h C 1 2 3 4 5 解析 铭牌中标注的“mA·h”是电荷量的单位,故A错误;根据题意,洗地机连续工作35 min后电池电量的消耗量ΔQ=q(1-30%)=2 800 mA·h,根据工作时间,可得其工作电流为 =4.8 A,故B错误,C正确;根据题意可知,充满电时洗地机可在21.6 V、4 000 mA的状态下工作1 h,则充满电时储存的电能为E=UIt=21.6×4×1 W·h=86.4 W·h,故D错误.故选C. 1 2 3 4 5 3.(电功与电热的比较)(多选)一电动自行车动力电源上的铭牌如图所示,由于电动机发热造成的损耗(其他损耗不计),电动自行车的效率为80%,则下列说法正确的是(　　) A.额定电流为5 A B.电池充满电后总电量为1.8×103 C C.自行车电动机的内阻为1.44 Ω D.自行车保持额定功率行驶的最长时间是2 h ACD 1 2 3 4 5 解析 由P=UI,可知额定电流为 =5 A,A正确;根据公式q=It,可得电池充满电后总电量为q=10 A·h=10×3 600 C=3.6×104 C,B错误;电动自行车的热功率P热=(1-80%)P=180×0.2 W=36 W,则由公式P热=I2r可得,自行车电动机的内阻为r=1.44 Ω,C正确;根据电池容量q=10 Ah,额定电流I=5 A,可得电动自行车保持额定功率行驶的最长时间 =2 h,D正确.故选A、C、D. 1 2 3 4 5 4.(电功与电热的比较)如图所示,有一内阻为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 C 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 5.(闭合电路中的能量)(多选) 交警查酒驾使用的酒精测试仪原理如图所示,R为传感器,其阻值随气体中酒精浓度的增大而减小,电源的电动势为E,内阻为r,R0为定值电阻,R0>r,电流表和电压表均为理想电表.当酒驾者对着测试仪吹气时(　　) A.电压表的示数变小 B.电流表的示数变小 C.电源的总功率变大 D.电源的输出功率变小 AC 1 2 3 4 5 解析 酒驾者对着测试仪吹气时,传感器R电阻减小,电路总电阻减小,干路电流增大,即电流表的示数增大,根据UR=E-I(R0+r)可知,传感器R两端电压减小,即电压表的示数变小,故A正确,B错误;电源的总功率P总=EI,根据上述内容可知,干路电流增大,则电源的总功率变大,故C正确; 电源的输出功率 ,根据数学函数规律, 作出P-(R0+R)图像如图所示,酒驾者对着测试仪吹气时,传感器R电阻减小,电路总电阻减小,即R0+R减小,由于R0>r,可知外电路总电阻R0+R始终大于电源内阻,故电源的输出功率变大,故D错误.故选A、C. I=,这个公式的物理意义是什么? 比较项 串联电路 并联电路 功率分配 功率关系 P=P1+P2+…+Pn P=P1+P2+…+Pn 比较项 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 关系 W=Q W>Q 比较项 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功率 P电=UI=I2R= P电=UI 热功率 P热=UI=I2R= P热=I2R 关系 P电=P热 P电>P热 (1)电源的输出功率:P出=UI=I2R=R=,由此式可看出,当R=r时,P出有最大值,即Pm=. P出=. ×R1=×R2,整理得R1R2=r2. ①定义:输出功率跟电路消耗的总功率之比,即η=. ②如果外电路为纯电阻电路,则η=,所以外电路电阻 η=×100% I'==12.5 A I= I= t= h I= 解析 灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡两端的电压均为U=110 V,且干路电流I=I灯= A,则电解槽消耗的功率P=IU=60 W,C正确,A错误;电解槽的发热功率P热=I2R内=1.3 W,B错误;整个电路消耗的总功率 P总=220× W=120 W,D错误.故选C. P=(R0+R)= $