第3章 第3节 电功与电热（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册（鲁科版）

本讲义聚焦电功与电热核心知识点，系统梳理电功、电功率的概念及公式，深入阐释焦耳定律，清晰区分纯电阻与非纯电阻电路的能量转化差异，构建从基础概念到规律应用的完整学习支架。 该资料通过实例分析（如电动机、充电宝）和对比辨析（纯电阻与非纯电阻电路），培养学生科学思维与科学探究能力。课中辅助教师高效授课，课后学生可借助判断、例题及练习巩固知识，有效查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

第3节　电功与电热 1．理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质。　2.理解焦耳定律，知道电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。　3.理解电功率和热功率。 一、电功和电功率 1．电功 (1)大小：电流在一段电路中所做的功W等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt。 (3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J。 (4)其他单位：千瓦·时，俗称度，1 kW·h＝3.6×106 J。 2．电功率 (1)定义：电流做的功与所用时间之比。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W，1 W＝1 J/s＝1 V·A。 (4)意义：衡量用电器做功快慢的物理量。 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电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。 (2)公式：Q＝I2Rt。 (3)微观解释：导体内的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属离子不断碰撞，在碰撞过程中产生了热量。 2．两类电路的区别 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为内能。即W＝Q＝UIt＝I2Rt。 (2)非纯电阻电路：含有电动机、电解槽、电源等装置的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。这时，电功为W＝UIt＝I2Rt＋E其他，电热为Q＝I2Rt，二者不再相等。 三、身边的电热 1．应用：电水壶、电饭锅、电暖器、电熨斗等，利用了电流的热效应，它们的电阻丝都由电阻率较大的材料制成。 2．插头和插座之间，发电机、电动机、变压器等电气设备，输电线路等要尽量减少电流发热。 判断下列说法是否正确。 (1)电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。(　　) (2)正在充电的电池，电能全部转化为化学能。(　　) (3)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。(　　) (4)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P即是电功率。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)× Ｋ 知识点一　电功和电功率 1．电功和电功率 W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路。 2．电功的单位：在国际单位制中电功的单位是焦耳，常用单位有度、千瓦时，1度＝1千瓦时＝3.6×106焦耳。 3．额定功率和实际功率 额定功率：用电器在额定电压下工作的功率。 实际功率：用电器在实际电压下工作的功率。 　如图所示的电路中，电阻R1、R2的阻值分别为4 Ω和8 Ω，U为8 V，该电路的总功率和R1的功率分别为(　　) A．8 W和4 W B．4 W和4 W C． W和 W D．16 W和8 W [解析]　由题图可知R1、R2串联，电路总电阻R＝R1＋R2＝12 Ω，所以电路的总功率P＝＝ W＝ W，通过R1的电流I1＝＝ A＝ A，R1的功率P1＝IR1＝×4 W＝ W。 [答案]　C 　在如图所示的并联电路中，若保持通过干路的电流I不变，增大R1的阻值，下列说法正确的是(　　) A．R1两端的电压不变 B．I1减小，I2增大 C．并联电路上的总功率减小 D．R2消耗的功率不变 [解析]　根据并联时，电流与电阻成反比可得I1＝I＝I，I2＝I＝I，若保持通过干路的电流I不变，增大R1的阻值，则I1减小，I2增大，故B正确；R1两端的电压等于R2两端的电压，则有U1＝U2＝I2R2，由于I2增大，则R1两端的电压增大，故A错误；R2消耗的功率P2＝IR2，由于I2增大，则R2消耗的功率增大，故D错误；由于R1的阻值增大，则并联电路的总电阻R并增大，并联电路上的总功率P总＝I2R并，由于通过干路的电流I不变，则并联电路上的总功率增大，故C错误。　 [答案]　B 知识点二　纯电阻电路和非纯电阻电路 (1)如图所示的是电烙铁和电熨斗，为什么这些用电器通电后会发热呢？ (2)电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？ [提示]　(1)电流通过用电器时因电流做功，将电能转化为内能。 (2)由Q＝I2 Rt可知，电烙铁的烙铁头电阻比导线的电阻大很多，因此相同时间内，Q烙铁头≫Q导线。 1．纯电阻电路和非纯电阻电路 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除含有电阻外还含有其他负载 续　表 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 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 (1)纯电阻电路 W＝Q＝UIt＝I2 Rt＝t； P电＝P热＝UI＝I2 R＝。 (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。 角度1　基本概念的理解 　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，W＝t也适用于任何电路 C．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．焦耳热Q＝I2Rt只适用于纯电阻电路 [解析]　电功率越大，电流做功越快，相同时间内电路中产生的焦耳热一定越多，A错误；W＝UIt适用于任何电路，而W＝t只适用于纯电阻电路，B错误；在非纯电阻电路中，UI>I2R，C正确；焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路，D错误。 [答案]　C 角度2　非纯电阻电路的分析 　(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1，它与电阻为R2的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，在时间t内产生的焦耳热为Q，则以下选项正确的是(　　) A．IU＝P B．IU >P C．Q＝I2(R1＋R2)t D．Q>I2(R1＋R2)t [解析]　由题意可知，电吹风机消耗的电功率P是总功率，所以用P＝UI，故A正确，B错误；根据焦耳定律可得电吹风机在时间t内产生的焦耳热Q＝I2(R1＋R2)t，故C正确，D错误。 [答案]　AC 　(多选)(2025·福建龙岩市期中)扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，并能根据红外感应绕开障碍物。某扫地机器人正常工作时电动机的电压为15 V、电流为3 A、线圈电阻为1 Ω，不计电动机转运时产生的摩擦阻力，则下列说法正确的是(　　) A．正常工作时，电动机的总功率为50 W B．正常工作时，电动机的发热功率为9 W C．正常工作时，电动机的输出功率为36 W D．电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率为45 W [解析]　正常工作时，电动机输入的总功率、热功率及输出功率分别为P总＝IU＝45 W，P热＝I2R＝9 W，P出＝IU－I2R＝36 W，电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率P热′＝＝225 W。 [答案]　BC 知识点三　非纯电阻电路中的能量转化 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)若只考虑线圈发热产生的能量损失，则有电动机的输出功率(机械功率)：P机＝P总－P热＝UI－I2r。 (4)电动机的效率：η＝×100%。 　(2025·广东东莞市期中)我国某汽车集团采用减小厚度、增加长度的结构创新方案推出了“刀片电池”，可以在同样的空间内装入更多电池。如图所示，一款车型装配了N块“刀片电池”，每块“刀片电池”的电荷容量是q，平均工作电压是U，该车型采用充电电压为U0的快充充电桩时，充电效率为80%，充满电需要的时间为t。已知该车型每行驶100 km平均能耗是E，则下列说法不正确的是　(　　) A．电池组充满电后储存的电荷量为Nq B．单块电池充满电后储存的电能为qU C．电池组充满电后的续航里程为 D．快充充电桩的平均充电电流为 [解析]　电池组充满电后储存的电荷量Q＝Nq，故A正确，不符合题意；单块电池充满电后储存的电能E′＝qU，故B正确，不符合题意；电池组充满电后储存的电能为NqU，而汽车每行驶100 km平均能耗是E，则电池组充满电后的续航里程x＝，故C正确，不符合题意；快充充电桩充电过程有80%U0It＝NqU，所以平均充电电流I＝，故D错误，符合题意。 [答案]　D 　如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝2 Ω，电阻R＝10 Ω。已知总电压U＝160 V，理想电压表的读数为110 V。 (1)R两端的电压是多少？ (2)回路中的电流是多少？ (3)电动机的电功率是多少？ (4)在电动机中发热的功率是多少？ (5)电动机输出的机械功率是多少？ [解析]　(1)电阻R两端电压U1＝U－UV＝160 V－110 V＝50 V。 (2)电动机和电阻串联，电流相等，回路中的电流I＝＝ A＝5 A。 (3)电动机的电功率P＝UVI＝110×5 W＝550 W。 (4)电动机的热功率P热＝I2r＝25×2 W＝50 W。 (5)电动机输出的机械功率P出＝P－P热＝500 W。 [答案]　(1)50 V　(2)5 A　(3)550 W　(4)50 W (5)500 W 1．(电功与电热)(多选)某研究小组在研究电动机的性能时，测得某电动机内阻为R，在两端加的电压为U，流过的电流为I，通电时间为t，则(　　) A.可用UIt求电功　　B．可用I2Rt求电热 C．能用t求电热 D．能用I2Rt求电功 解析：选AB。电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，求解电功的公式为W＝UIt，故A正确；电动机的电热计算公式为Q＝I2Rt，非纯电阻电路中欧姆定律不适用，则I≠，所以不能用t求电热，故B正确，C错误；当电动机正常工作时其电路是非纯电阻电路，则W＝Q＋E输出，故不能用I2Rt求电功，故D错误。 2．(纯电阻电路和非纯电阻电路)(2025·四川南充市期中)在如图所示的电路中，输入电压U恒为10 V，灯泡L标有“6 V，12 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝1 Ω。若灯泡恰能正常发光，不计电动机转动时产生的摩擦阻力，下列说法正确的是(　　) A．流过电动机的电流是4 A B．电动机的电功率是16 W C．电动机的输出功率为4 W D．电动机两端的电压是2 V 解析：选C。灯泡正常发光，则电路中的电流I＝＝2 A，由于电路串联，因此流过电动机的电流是2 A，故A错误；灯泡正常发光时的电压等于其额定电压，故电动机的输入电压UM＝U－UL＝4 V，电动机的热功率P热＝I2RM＝4 W，电动机的电功率P总＝UMI＝8 W，所以电动机的输出功率P出＝UMI－I2RM＝4 W，故C正确，B、D错误。 3．(非纯电阻电路中的能量转化)(多选)某款充电宝的容量为20 000 mA·h，充电电压为5 V，充电电流为2 A；用该充电宝给手机充电时，充电宝的输出电压为5 V，输出电流为1 A。已知手机电池的容量为3 000 mA·h，电池内阻为0.1 Ω，该充电宝给手机充电时的转化率为0.6(放电量与容量的比值)，则下列说法正确的是(　　) A．该充电宝的电量从零到充满需要的时间为10 h B．该充电宝给手机充电时，输出功率为2.5 W C.该充电宝给手机充电30 min手机电池产生的焦耳热为180 J D．理论上，该充电宝能给手机充电6次 解析：选AC。该充电宝的电量从零到充满需要的时间t＝＝ h＝10 h，故A正确；该充电宝给手机充电时，输出功率P＝UI′＝5 W，故B错误；该充电宝给手机充电30 min产生的焦耳热Q＝I′2rt′＝180 J，故C正确；理论上，该充电宝能给手机充电的次数n＝＝4次，故D错误。 4．(非纯电阻电路中的能量转化)太阳能路灯利用太阳能转化的电能提供照明，可有效地减少二氧化碳的排放。设太阳能电池板对蓄电池一天充电9 h，充电的平均功率为10 W；蓄电池的利用效率是80%，供给LED路灯的电压是24 V，电流是0.5 A，则太阳能电池板一天产生的电能可供路灯照明的时长为(　　) A．4 h　　　　　　　　 B．5 h C．6 h D．7 h 解析：选C。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。 学科网（北京）股份有限公司 $