第12章 第1节 电路的能量转化（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

本高中物理讲义聚焦电路的能量转化核心知识点，系统梳理电功与电功率的概念及计算，深入解析焦耳定律的物理意义，构建纯电阻与非纯电阻电路中能量转化的区别与联系。 资料以电风扇、电动机等生活实例为载体，强化能量观念与科学思维，通过对比分析、例题解析培养科学论证能力。结构涵盖课标要求、知识点讲解、典型例题及训练题，课中助力教师高效授课，课后帮助学生巩固知识、弥补薄弱环节。

第十二章　电能　能量守恒定律 第1节　电路的能量转化 课标要求 科学思维 1.从能量转化的角度理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。 2．理解焦耳定律的物理意义。 3．理解电功率和热功率。 4．会从能量转化与守恒角度理解电功和电热的区别，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路。 联系生活中的电风扇、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。 一、电功和电功率 1．电热水壶工作时，电能转化为内能。 2．在恒定电场中，电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。 3．若通过热水壶的电流为I，热水壶两端的电压为U，经过时间t电流做的功W＝UIt，电功率P＝UI。 二、焦耳定律 1．焦耳定律的内容和表达式。 (1)内容：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。 (2)表达式Q＝I2Rt。 2．电流的发热功率P热＝I2R 三、电路中的能量转化 1．电动机接上电源后，会带动风扇转动，从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得的能量，一部分转化为内能，一部分转化为机械能。 2．设电动机消耗的功率为P电，电动机对外做功，输出的功率为P机，另外，电动机工作时自身也有能量损失，对应的功率为P损，他们之间满足P电＝P机＋P损。 3．设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，可知P电＝UI 4．电动机刚停止工作时，我们发现外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能。设电动机线圈的电阻为R，可知P热＝I2R 5．电动机线圈有电阻，所以有一部分电能转化为内能，而这一部分属于能量损失，忽略摩擦以及空气阻力，则有P热＝P损 6．正在充电的电池，电能除了转化为化学能之外，还有一部分转化为内能。 　串、并联电路中电功率的计算 1．串联电路功率关系 (1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。 (2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn。 2．并联电路功率关系 (1)各支路电压相同，根据P＝，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。 (2)总功率P总＝UI＝U(I1＋I2＋…＋In)＝P1＋P2＋…＋Pn。 3．结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。 　有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是(　　) 【分析】　(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。 【解析】　C　若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C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，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W；对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W。综上可知，C正确。 【技巧与方法】 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比较，若电压相同时，用P＝比较，若电阻相同时，可根据I或U的关系比较。 (2)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，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。 1．有两盏电灯L1和L2，用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电压U相同，且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯L1的亮度，则(　　) A．甲图电路中灯L1比乙图电路中灯L1亮 B．乙图电路中灯L1比甲图电路中灯L1亮 C．两个电路中灯L1一样亮 D．不知它们的额定电压和额定功率，无法判断 【解析】　B　因为电压U相同，两盏电灯串联后，L1两端电压小于U；两盏电灯并联后，加在电灯两端的电压都为U，因此并联后的灯泡较亮，选项B正确。 　纯电阻电路和非纯电阻电路 1．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 元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器 欧姆定律 服从欧姆定律 不服从欧姆定律 能量转化 电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能 元件举例 电阻、电炉、白炽灯等 电动机、电解槽等 2.电功与电热的区别与联系 (1)纯电阻电路 W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t； P电＝P热＝UI＝I2R＝。 (2)非纯电阻电路 电功W＝UIt，电热 Q＝I2Rt，W＞Q； 电功率P电＝UI，热功率P热＝I2R，P电＞P热。 3．电动机的功率和效率 (1)电动机的总功率(输入功率)：P总＝UI。 (2)电动机发热的功率：P热＝I2r。 (3)电动机的输出功率(机械功率)： P机＝P总－P热＝UI－I2r。 (4)电动机的效率：η＝×100%。 　在研究微型电动机的性能时，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0.5 A和 1.0 V；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2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。 【解析】　当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时，电动机停止工作，电动机中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝ Ω＝2 Ω 当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V， 则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W 线圈电阻的热功率P热＝Ir＝2.02×2 W＝8.0 W 所以电动机的输出功率 P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。 【技巧与方法】 (1)当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻元件。当电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻元件。 (2)求解非纯电阻电路问题时，注意区分电功率和热功率，弄清电功率、热功率、其他功率的关系。 训练角度1　含电动机的电路 2．一台电风扇和一盏白炽灯上都标有“220 V　60 W”的字样，下列关于这两个家用电器的说法，正确的是(　　) A．它们的电阻值一定相等 B．它们正常工作时，通过的电流一定不同 C．它们正常工作时，发热功率一定相等 D．它们正常工作时，消耗的电功率一定相等 【解析】　D　电风扇为非纯电阻电路，其电阻值一定小于白炽灯的电阻值，A错误；根据P＝UI可知，因功率相等，电压相等，故通过的电流一定相同，B错误；因电风扇消耗的电功只有部分转化为热量，故发热功率一定小于白炽灯的发热功率，C错误；根据题给信息可知，它们正常工作时，消耗的电功率一定相等，D正确。 训练角度2　含电解槽的电路 3．按如图甲所示连接电路，实验中闭合电键S后，逐渐调节电阻箱的电阻，并记录阻值R和电流表的示数I，用描点法得如图乙所示其电流I，电阻R的图像。当电阻箱阻值R＝10 Ω时，则此时电阻箱消耗的电功率为(　　) A．0.4 W　　　　　 B．2 W C．20 W D．50 W 【解析】　A　根据乙图可知，当电阻箱阻值R＝10 Ω时，此时电流为0.2 A，则此时电阻箱消耗的电功率为P＝I2R＝0.22×10 W＝0.4 W，故A正确，BCD错误。故选A。 1．一台电风扇和一盏白炽灯上都标有“220 V　60 W”的字样，下列关于这两个家用电器的说法，正确的是(　　) A．它们正常工作时，电阻值一定相等 B．它们正常工作时，通过的电流一定不同 C．它们正常工作时，发热功率一定相等 D．它们正常工作时，消耗的电功率一定相等 【解析】　D　电风扇为非纯电阻用电器，功率相同其电阻值一定小于白炽灯的电阻值，A错误；根据P＝UI可知，功率相等，电压相等，故通过的电流一定相同，B错误；因电风扇消耗的电功率只有部分转化为内能，发热功率一定小于白炽灯的发热功率，C错误；根据题给信息可知，它们正常工作时，消耗的电功率一定相等，D正确。 2．在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路。闭合开关S，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0.50 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，电压表、电流表均为理想电表，则这台电动机正常运转时的输出功率为(　　) A．32 W　　　　　　 B．44 W C．47 W D．48 W 【答案】　A 3．如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3是(　　) A．1∶1∶1 B．4∶1∶1 C．1∶4∶4 D．1∶2∶2 【解析】　C　由于三个电阻消耗的功率一样大，则有＝，得R2＝R3，所以通过R1的电流是通过R2电流的2倍，则有(2I)2R1＝I2R2，得R1＝。故R1∶R2∶R3＝1∶4∶4，C正确。 4．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 【解析】　C　灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡两端电压均为110 V，且电流I＝I灯＝，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60 W，C对，A错；电解槽的发热功率P热＝I2R＝1.3 W，B错；整个电路消耗的功率P总＝220 V×＝120 W，D错误。 5．(多选)电动机线圈的电阻为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作的时间为t，则下列说法中正确的是(　　) A．电动机消耗的电能为UIt B．电动机消耗的电能为I2Rt C．电动机线圈产生的热量为I2Rt D．电动机线圈产生的热量为t 【解析】　AC　电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作的时间为t，所以电动机消耗的电能为UIt，A正确，B错误。电动机为非纯电阻用电器，其线圈产生的热量为I2Rt，由于U＞IR，则I2Rt＜t，C正确，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $