第12章 1 第1节 电路中的能量转化（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）

本讲义聚焦电功、电功率、焦耳定律及电路能量转化核心知识点，从电流做功实质切入，系统梳理电功与电功率公式，通过焦耳定律明确电热规律，进而区分纯电阻与非纯电阻电路的能量转化，搭建完整知识支架。 资料以生活实例（如电动机、充电宝、风力发电机）设计例题与练习，通过科学推理深化能量观念，助力学生理解电功与电热区别。课中辅助教师引导分析，课后学生可通过判断、计算等题型巩固知识，有效查漏补缺。

1．理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质。 2．理解电功和电热的区别，理解焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 3．理解电路中的能量转化，理解电功率和热功率的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。 一、电功和电功率 1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的________在做功。自由电荷在静电力的作用下做________移动，结果电荷的________减小，其他形式的能增加。 2．电功 (1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝________。 (3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J。 3．电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 (2)公式：P＝＝________。这个公式表示，电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路______________与________的乘积。 (3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W。 二、焦耳定律 1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的________成正比，跟导体的________及通电时间成正比。 2．公式：Q＝________。 3．热功率 (1)定义：电流通过导体________的功率。 (2)意义：表示电流发热快慢的物理量。 (3)公式：P热＝____________＝I2R，单位：瓦特(W)。 三、电路中的能量转化 1．电动机工作时的能量转化 (1)能量关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为________，还有一部分转化为________。 (2)功率关系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即P电＝P机＋P损，设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，电动机线圈的电阻为R，忽略摩擦阻力造成的能量损失，则P电＝________，P损＝P热＝________。 2．电池充电时的能量转化 电池从电源获得的能量一部分转化为______________能，还有一部分转化为内能。 判断下列说法是否正确。 (1)电动机从电源获得的能量，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，即P是电功率。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)× [答案自填] 静电力　定向　电势能　UIt　UI　两端的电压U　电流I　二次方　电阻 I2Rt　发热　　机械能　内能　UI　I2R　化学 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。 4．串、并联电路中的功率关系 项目 串联电路 并联电路 功率 分配 ＝ ＝ 总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn 　(2025·江苏连云港市期中)如图所示，有四盏灯接入电路中，L1和L2都标有“220 V　80 W”，L3和L4都标有“220 V　60 W”。把电路接通后，功率最大的是(　　) A．L1　　　B．L2　　　C．L3　　　D．L4 [解析]　根据P＝可知L1、L2电阻相同，L3、L4电阻相同，且R1＝R2＜R3＝R4，由于L2、L3并联后再与L1、L4串联，所以P2＞P3，P4＞P1，P1＞P2，所以P4＞P1＞P2＞P3。 [答案]　D 　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)电流通过用电器时电流做功，将电能转化为内能。 (2)由Q＝I2Rt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 类型 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 欧姆 定律 遵从欧姆定律 不遵从欧姆定律 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＝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。 　(2025·江苏省合格考)关于以下三个公式①P＝UI②P＝I2R③P＝。计算电动机有关功率时，公式选择正确的是(　　) A．热功率可以用公式① B．热功率可以用公式② C．总功率可以用公式③ D．总功率可以用公式①、②、③ [解析]　电动机为非纯电阻，热功率只能用公式②P＝I2R，总功率只能用公式①P＝UI。 [答案]　B 　(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)电动机电热的功率：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·浙江台州市期中)某户家庭安装了一台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为0．9 m的圆面，风向与叶片转动的圆面垂直，假设这个风力发电机能将此圆内30%的空气动能转化为电能。已知空气的密度为1．2 kg/m3，当风速是10 m/s时，此发电机的功率约为(　　) A．4．5 W　　　　　　 B．45 W C．450 W D．4 500 W [解析]　在Δt时间内吹到风叶叶片上的空气质量Δm＝vΔtSρ，发电机的功率P＝＝ηρSv3＝πr2ηρv3，代入数据可知P≈458 W。 [答案]　C 　(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 　(2025·福建福州市期中)2024年世界机器人大会在北京举办，如图甲所示的人形机器人不仅能灵活蹲下、起立，还能灵巧地用双手砸核桃。现将机器人内部部分电路简化为如图乙所示电路，该部分电路正常工作时，输入电压为U，定值电阻的阻值为R，电动机额定电流为I，电动机线圈电阻为r0，不计电动机转动时产生的摩擦阻力，求： (1)机器人电动机的额定电压U0； (2)电动机的输出功率P出。 [解析]　(1)由于电动机与定值电阻串联，根据串联电路特点可知，电动机的额定电压U0＝U－UR＝U－IR。 (2)根据能的转化可知，电动机的输出功率P出＝P额－P热＝IU0－I2r0，整理可得P出＝UI－I2(R＋r0)。 [答案]　(1)U－IR　(2)UI－I2(R＋r0) 1．(电功和电功率)(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．(纯电阻电路和非纯电阻电路)(2025·浙江省合格考)一台额定功率为55 W的家用小型电动机，额定电压是220 V，线圈的内阻是2 Ω，则这台电动机正常工作时(　　) A．通过线圈的电流为110 A B．线圈发热的功率为0．125 W C．对外做功的功率为55 W D．10 min内消耗电能为550 J 解析：选B。由题意知电动机正常工作时通过线圈的电流I＝＝0．25 A，故A错误；线圈发热的功率P热＝I2r＝0．125 W，故B正确；对外做功的功率P出＝P－P热＝54．875 W，故C错误；在10 min内消耗电能W＝Pt＝3．3×104 J，故D错误。 4．(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。 学科网（北京）股份有限公司 $