12.1电路中的能量转化 导学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案围绕“电路中的能量转化”展开，核心知识点包括电功和电功率、焦耳定律及电路中的能量转化。课堂导入先回顾力学中功与能量变化的关系，建立“功是能量转化量度”的认知基础，再结合LED灯、电热水壶等生活用电器提问能量转化途径，形成从力学到电学的知识迁移支架。 该资料通过典例分析与变式训练，如灯泡串并联功率计算、电动机效率问题，培养学生科学推理和模型建构能力。区分纯电阻与非纯电阻电路并结合表格对比，强化科学论证，联系扫地机器人、电风扇等生活实例，深化能量观念，提升解决实际问题的科学探究能力。

12.1电路中的能量转化 2026.6.28 知识点1 电功和电功率 2 焦耳定律 3 电路中的能量转化 知识回顾：重力势能变化， 做功；弹性势能变化， 做功；动能变化， 做功 小 结：功是能量 的量度 ，即能量发生变化一定有力做功! 功与能量变化关系：W=ΔE 现代生活中常见的用电器：LED灯将 能转化为 能；电热水壶将 能转化为 能，这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗？ 如图，在一段电路中，电路两端电压为U，在t时间内，定向移动电荷量为q， 则(1)移动电荷电场力做多少功？(2)若电路中的电流为I，电场力做功又可以怎样表示？ 1、 电功、电功率 1、 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)和通电时间三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt (3)单位：焦耳，符号为J。常用单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J。 2.电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与时间的比值 (2)公式:P=UI 单位:瓦,符号:W (3)物理意义:表示电流做功的快慢。 电功率不是电能，电功率是电能转化为其他形式的能的快慢的量度，即通过电流做功才能将电能转化为其他形式的能。 典例分析 【例1】有两个灯泡L1、L2，额定电压均为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，下列说法正确的是( BC ) A若将它们串联接在电路中，两灯泡总功率最大为9 W B.若将它们串联接在电路中，两灯泡总功率最大为4.5 W C.若将它们并联接在电路中，两灯泡总功率最大为9 W D.若将它们并联接在电路中，两灯泡总功率最大为4.5 W 解析　当两灯泡串联时，电流相等，L1的额定电流为I1＝＝1 A，电阻R1＝＝6 Ω，L2的额定电流为I2＝＝0.5 A，电阻R2＝＝12 Ω。要使两灯泡不致被破坏，电路中的最大电流为0.5 A，最大功率为Pmax＝IR1＋IR2＝4.5 W，故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9 W，故C正确，D错误。 【变式1】有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压为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(　　) 【变式2】把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使小灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是(　　) A．P甲＝P乙　　　B．P甲＝3P乙 C．P乙＝3P甲 D．P乙>3P甲 【例2】当电阻两端加上某一恒定电压时，通过该电阻电荷的电荷量为0.3 C，该电阻消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷通过该电阻，在其两端需加的电压和该电阻消耗的电能分别为(　D　) A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J 解析　设电阻为R，开始时所加电压为U1，则 W1＝q1U1，解得U1＝＝ V＝3 V 设后来所加电压为U2，消耗的电能为W2 则I2＝＝，又I1＝＝ 由以上两式得U2＝U1＝×3 V＝6 V W2＝q2U2＝0.6×6 J＝3.6 J，故D正确。 2、 焦耳定律 电流通过用电器产生的热量如何计算？ 1、焦耳定律: (1)内容: 电流通过导体产生的 跟电流的 成 ，跟导体的 及通电 成 。 (2)焦耳定律的表达式：Q＝ 典例分析 【例1】把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内(　　) A.由Q＝I2Rt可知，电炉的发热量减小 B.由Q＝UIt可知，电炉的发热量不变 C.由Q＝t可知，电炉的发热量增大 D.无法确定 解析　解析　将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，I=变大，电炉的发热量变大，A、B不正确，Q＝I2Rt＝t 可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大，选项C正确。 【变式】把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串∶t并为(　　) A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.1∶4 在电路中，通过电流做功将电能转化为其它形式的能。若电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能 转化为 能。 设电阻为R的元件两端电压为U、通过元件的电流为I，则 （1） 在时间t内电流做的功W？产生的电热Q？ （2） W、Q大小上有怎样关系？ （3） 通过两者的关系，你会有怎样的推论？ 思考：电流通过导体发热的功率如何求解？在求解电热的表达式中，是否对任何电路都可以适用呢？ 2、热功率: (1)定义:单位时间内的发热量称为热功率 (2)表达式:P=I2R 电功和电热的区别与联系 电功是电能转化为其他形式能的量度，任何电路都可用公式W＝UIt计算电功，用公式P电＝UI计算电功率 电热是电能转化为内能的量度，任何电路都可用焦耳定律Q＝I2Rt计算电热，用公式P热＝I2R计算热功率 两种电路 (1) 纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (2) 非纯电阻电路: 电流做功，电能除了部分转化为内能外,还转化为机械能或化学能等其他形式的能。(电 动机或电解槽等的电路) 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 E(电能) E(电能) 电功和电热的关系 W=Q 即IUt=I2Rt W=Q+E其他 UIt=I2Rt+E其他 电功率和热功率的关系 P=P热,即IU=I2R P=P热+P其他 即IU=I2R+P其他 欧姆定律是否成立 U=IR,I=,成立 U>IR,I<,不成立 **说明: ① W=UIt、P电=UI适用于任何电路计算电功和电功率 ② Q=I2Rt、P热=I2R适用于任意电路计算电热和热功率 ③ 只有纯电阻电路满足W=Q,P电=P热;非纯电阻电路W>Q,P电>P热 电动机的功率和效率 如图所示，电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为 能和 能。在电路计算中，常把电动机等效为由阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成。电流通过rD时把电能转化为 能，而通过线圈D时把电能转化为 能。 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝UI－I2r。 (4)电动机的效率：η＝×100%＝×100% 【例1】有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 解析　(1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻 r＝＝ Ω＝0.5 Ω。 (2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1 W＝2 W 线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W, 则电动机正常工作时的输出功率 P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W。 (3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P＝＝ W＝8 W。 电动机电路的分析与计算 (1) 当电动机正常工作时，要注意分清电功和电热的关系 电动机消耗的电能也就是电流做的功W＝UIt， 电动机产生的内能必须用Q＝I2Rt来求 还要注意能量守恒定律的应用，即W＝Q＋E(E为其他形式的能)或P电＝P机＋P热，其中P电＝UI，P热＝I2R，P机为机械功率。 (2) 当电动机被卡住时，非纯电阻电路转变为纯电阻电路，电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能，W＝Q，即UIt＝I2Rt 【变式1】如图所示的电路中，输入电压U恒为8V，灯泡L标有“3V 6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是（　　） A. 整个电路消耗的电功率是10W B. 电动机的输出功率8W C. 电动机的效率是80% D. 流过电动机的电流是2A 【变式2】小型直流电动机（其线圈内阻为）与规格为“”的小灯泡并联，再与阻值为的电阻串联，然后接至的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：（1）流过电阻R的电流；（2）电动机的发热功率；（3）如果在正常工作时，转子突然被卡住，求此时电动机中的电流。（不考虑温度对各电阻的影响，保留两位有效数字） 【例2】电饭锅工作时有两种状态。一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是（　　） A．其中R2是供加热用的电阻丝 B．当开关S接通时电饭锅为加热状态，S断开时为保温状态 C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2：1 D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，应为(-1)：1 解析： AB．如图所示，由P=得，当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，则R2是供加热用的电阻丝，当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态，故AB正确； CD．使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P=I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比1：，所以(R1+R2)：R2= ：1则R1：R2=(-1)：1故C错误，D正确。故选ABD。 【例3】小雷同学家里购买了一款扫地机器人，如图所示，小雷同学仔细检查了这个新扫地机器人，发现铭牌上标有如下表所示数据，则该扫地机器人（　　） 主机基本参数 产品尺寸 345mm*345mm*96mm 电池 14.4V/5200mA·h锂电池 产品质量 约3.8kg 无线连接 WiFi智能快连 额定电压 14.4V 额定功率 55W A．额定工作电流为0.25A B．充满电后正常工作的时间为2.5h C．电池充满电后储存的总电荷量为18720C D．以额定电流工作时每小时消耗能量为55J 解析：AD．由铭牌知，扫地机器人工作的额定电压为14.4V，额定功率为55W，则额定电流I＝≈3.82A 每秒钟消耗能量W＝Pt＝55J，AD错误； BC．根据电池容量5200mA·h知，电池充满电后储存的总电荷量Q＝5.2A×3600s＝18720C充满电后正常工作的时间t＝ ≈1.36h，B错误，C正确 【变式】如图所示为一种服务型机器人，其额定功率为48W，额定工作电压为24V。机器人的锂电池容量为20A·h。则机器人(　　) A． 额定工作电流为20 A B．充满电后最长工作时间为2 h C．电池充满电后总电量为7.2×104 C D．以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J 【例4】下表是某型号电风扇的主要技术参数，空气的密度约为1.29kg/m3，根据学过的物理知识，判断以下估算结果合理的是（　　） A．该电风扇电动机的内阻约为1.8kΩ B．风速约为5m/s C．电机的效率约为60% D．电机运行10s产生的内能约为50J 解析：A．由于电动机为非纯电阻，所以其内阻r r≠ ==1.8kΩ 故A错误； B．由于风量Q= = =sv，s=πd2联立可得V=11m/s故B错误； C．电机的效率约为η= ×100% = = 60% 故C正确； D．电机运行10s产生的内能约为E=(1-η)Pt=104J故D错误。 故选C。 巩固练习 1、下列表达式适用于一切电路的是（　　） ①W=UIt   ②Q=I2Rt   ③ R=     ④ Q= t A．① ④ B．① ③ C．③ ④ D．① ② 2、额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量，结果是(　　) A.电风扇最多 B.电烙铁最多 C.日光灯最多 D.一样多 3、下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（　　） 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．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．焦耳热适用于任何电路 4、电阻R和电动机串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，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，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有(　　) A.U1＜U2，Q1＝Q2 B.U1＝U2，Q1＝Q2 C.W1＝W2，Q1＞Q2 D.W1＜W2，Q1＜Q2 5、用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图所示，在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内(　　) A.充电宝输出的电功率为UI＋I2r B.充电宝产生的热功率为I2r C.手机电池产生的焦耳热为t D.手机电池储存的化学能为UIt－I2rt 6、如图所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(　　) A．P＝I2R　　　B．P＝ C．P＝IU D．P＝I2R＋ 7、一物理兴趣小组用蓄电池、电动机、皮带、自行车组装了一辆电动自行车，假设人骑上后总质量为50 kg，假定蓄电池能提供的电压为24 V，电阻不计，当电动自行车在水平地面上以0.8 m/s的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5 A，设电动自行车所受的阻力恒为车重的，忽略电动车自身的摩擦，则电动机的阻值是(g取10m/s2)(　　) A．4.8 Ω B．3.2　Ω C．1.6　Ω D．0.4 Ω 8、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 9、宁德时代生产的某磷酸铁锂电池放电电压为2.5V，容量为200Ah，该节电池储存的电能约为（    ） A． B． C． D． 10、(多选)如图所示电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V　12 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5 Ω。若灯泡恰能正常发光，则下列说法正确的是(　　) A.灯泡正常发光时的电阻为3 Ω B.电动机的输入功率为10 W C.电动机线圈电阻的发热功率为2 W D.整个电路消耗的电功率为12 W 11、图是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物，它被细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S，重物P以速度v匀速上升，这时电流表和电压表的示数分别是5.0 A和100 V，重物P上升的速度为0.70 m/s。重物的质量为50 kg，g取10 m/s2。 求(1)电动机消耗的电功率 (2)绳对重物做功的机械功率 (3)电动机线圈的电阻 (4)电动机的效率 思考：如果重物加速度上升呢？ 12、 一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36 V　10 A·h”字样，假设工作时电源(不计内阻)的输出电压恒为36 V，额定输出功率为180 W，由于电动机发热造成损耗(其他损耗不计)，电动自行车的效率为80%。求(1)额定工作电流 (2)电池充满电后总电量 (3)自行车电动机的内阻 (4)自行车保持额定功率行驶的最长时间 13、如图所示为某品牌的电动车，质量为m=60kg，驱动电动机正常工作的额定输入电流I=6A，额定输入电压为45v，电动车电池的容量为18000mA.h。电动车行驶时所受阻力大小为车所受重力的0.05；该电动车在水平地面上由静止开始以额定功率运行t=5s通过x=15m的距离，速度达到v=5m/s，忽略电动机转动时的摩擦，重力加速度g=10m/s2。求(1)电池能使电动机以额定电流运行的最长时间 (2)驱动电动机的输出功率(3)驱动电动机的内阻 (4)电动车能达到的最大速度。 14、如图甲所示为“风光互补路灯”的外形图，图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电，晚上与触点b接触，给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h，能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。 (1)该路灯正常工作时的电流是多少？(2)该路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时？(3)太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率是多少？ ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $12.1电路中的能量转化 2026.6.28 知识点1电功和电功率2焦耳定律 3电路中的能量转化 知识回顾：重力势能变化， 做功：弹性势能变化， 做功；动能变化， 做功 小结：功是能量 的量度，即能量发生变化一定有力做功！功与能量变化关系：W=△E 现代生活中常见的用电器：LD灯将能转化为能；电热水壶将能转化为能，这些用电器 中的能量是通过什么途径转化的吗？ 如图，在一段电路中，电路两端电压为U,在t时间内，定向移动电荷量为q,则(1)移动电荷电场力 做多少功？(2)若电路中的电流为I,电场力做功又可以怎样表示？ 一、电功、电功率 1、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（①）和通电时间三者 的乘积。 (2)公式：W=UIt (3)单位：焦耳，符号为J。常用单位：千瓦时(kW·h),也称“度”，1kW·h=3.6×10J。 2.电功率 ()定义：电流在一段电路中所做的功与时间的比值 (2)公式：P=UI单位：瓦，符号：W (3)物理意义：表示电流做功的快慢。 电功率不是电能，电功率是电能转化为其他形式的能的快慢的量度，即通过电流做功才能将 电能转化为其他形式的能。 典例分析 【例1】有两个灯泡L1、L2,额定电压均为6V,额定功率分别为6W、3W,将它们接在电路中，下列说 法正确的是(BC) A若将它们串联接在电路中，两灯泡总功率最大为9W B.若将它们串联接在电路中，两灯泡总功率最大为4.5W C.若将它们并联接在电路中，两灯泡总功率最大为9W D.若将它们并联接在电路中，两灯泡总功率最大为4.5W 解析当两灯泡串联时，电流相等，L1的额定电流为1=PA=1A,电阻R==6Q,L的额定电流为五 =P=05A,电阻==12R。要使两灯泡不致被破坏，电路中的最大电流为0,5A,最大功率为Am U P2 =R1十乃R=4.5W,故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6V时，两灯皆可正常发 光，此时电路最大功率为9W,故C正确，D错误。 【变式1】有额定电压都是110V,额定功率PA=100W,P=40W的电灯两盏，若接在电压为220V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() R 。 D 【变式2】把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使小灯泡正常发光，甲、乙两电路 所消耗的功率分别用P和P,表示，则下列结论中正确的是（) ⑧-⑧-⑧-力 -12V -12V 甲 乙 A.P甲=Pz B.P=3P2 C.Pz=3P甲D.P2>3P甲 【例2】当电阻两端加上某一恒定电压时，通过该电阻电荷的电荷量为0.3C,该电阻消耗的电能为0.9J。 为在相同时间内使0.6C的电荷通过该电阻，在其两端需加的电压和该电阻消耗的电能分别为(D) A.3V1.8J B.3V3.6J C.6V1.8J D.6V3.6J 解析设电阻为R,开始时所加电压为U,则W1=qU1,解得U1=W-09V=3V q10.3 设后来所加电压为U,消耗的电能为w则1=9-g,又1=9=g tR' t R 由以上两式得U=9U1=06×3V=6VW=qU=0.6×6J=3.6J,故D正确。 0.3 二、焦耳定律 电流通过用电器产生的热量如何计算？ 焦耳(James Prescott Joule, 1818一1889)，英国物理学家。用 近40年的时间做了400多次实验， 研究热和功的关系。通过大量的实 验，于1840年最先精确地确定了电 流产生的热量与电流、电阻和通电 时间的关系。 1、焦耳定律： (1)内容：电流通过导体产生的跟电流的成，跟导体的及通电成一。 (2)焦耳定律的表达式：Q= 典例分析 【例1】把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内() A.由Q=IRt可知，电炉的发热量减小B.由Q=UIt可知，电炉的发热量不变 c由Q- R可知，电炉的发热量增大D.无法确定 解析解析将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，=变 大，电炉的发热量变大，AB不正确，Q=分可知，在相同时同1内，电的发热量Q增大造玩 C正确。 【变式】把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法 所需的时间之比t串：t为) A.1:1B.2:1C.4:1 D.1:4 在电路中，通过电流做功将电能转化为其它形式的能。若电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能 转化为 能。 设电阻为R的元件两端电压为U、通过元件的电流为1，则 (1)在时间t内电流做的功W?产生的电热Q? (2)W、Q大小上有怎样关系？ (3)通过两者的关系，你会有怎样的推论？ 思考：电流通过导体发热的功率如何求解？在求解电热的表达式中，是否对任何电路都可以适用呢？ 2、热功率： (1)定义：单位时间内的发热量称为热功率 (2)表达式：P=IR 电功和电热的区别与联系 电功是电能转化为其他形式能的量度，任何电路都可用公式W=UIt计算电功，用公式P电=UI计算电功率 电热是电能转化为内能的量度，任何电路都可用焦耳定律Q=Rt计算电热，用公式P热=IR计算热功率 两种电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (②)非纯电阻电路：电流做功，电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。（电 动机或电解槽等的电路) 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 ⊙ 能量转化情况 E(电能) ε（电能） ,E其他 电功和电热的关系 W=Q即IUt=IRt W=Q+E其他UIt=IRt+B其他 电功率和热功率的关系 P-P热，即IU=IR P=P熟+P地即IU=TR+P其他 欧姆定律是否成立 U=IRI成立 R 少跟不成立 *说明： ①W=UIt、P电UI适用于任何电路计算电功和电功率 ②Q=IRt、P热=IR适用于任意电路计算电热和热功率 ③只有纯电阻电路满足W=Q,P电P热；非纯电阻电路W>Q,P电>P热 电动机的功率和效率 如图所示，电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为能和能。在电路计算中，常把电 动机等效为由阻值等于其内阻的电阻D和无电阻的转动线圈D串联而成。电流通过D时把电能转化为 能，而通过线圈D时把电能转化为能。 线圈D (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，Pλ=UI。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热=Ir。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出=UI一Ir。 4 ④电动机的效率：n=PX10%=U-T ×100% P入 IU 【例1】有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A;把 它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工 作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 解析()电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻= 0_022=0.5。 I00.4 (2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P=UI=2×1W=2W 线圈内阻的热功率P=r=12×0.5W=0.5W,则电动机正常工作时的输出功率 P出=P是-P=2W-0.5W=1.5W。 )电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P=U-2W=8W。 r0.5 ·规律总结 电动机电路的分析与计算 (①)当电动机正常工作时，要注意分清电功和电热的关系 电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt, 电动机产生的内能必须用Q=Rt来求 还要注意能量守恒定律的应用，即W=Q十EE为其他形式的能)或P电=P机十P,其中P电=UI,P=IR, P为机械功率。 (②)当电动机被卡住时，非纯电阻电路转变为纯电阻电路，电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内 能，W=Q,即UIt=IRt 【变式1】如图所示的电路中，输入电压U恒为8V,灯泡L标有“3V6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Q。 若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是() A.整个电路消耗的电功率是10WB.电动机的输出功率8W U C.电动机的效率是80% D.流过电动机的电流是2A 【变式2】小型直流电动机（其线圈内阻为r=12)与规格为“4V~4W"的小灯泡并联，再与阻值为R=52 的电阻串联，然后接至U=14V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：(1)流 过电阻R的电流：(2)电动机的发热功率；(3)如果在正常工作时，转子突然被卡住，求此时电动机中的 电流。（不考虑温度对各电阻的影响，保留两位有效数字） 【例2】电饭锅工作时有两种状态。一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如 图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是( A.其中R2是供加热用的电阻丝 B.当开关S接通时电饭锅为加热状态，S断开时为保温状态 C.要使R在保温状态时的功率为加热状态的一半，元 应为2：1 220V D.要使2在保温状态时的功率为加热状态时一半， 应为2-0：1 R 解析：A8.如图所示，由P严得，当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻 变大，功率变小，处于保温状态，则R是供加热用的电阻丝，当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时 为保温状态，故AB正确： CD.使R在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P=IR可得：电阻R在保温与加热状态下的电流之比1： 2,所以(R+R):R,=2:1则R:R=(N2-1):1故C错误，D正确。故选ABD。 【例3】小雷同学家里购买了一款扫地机器人，如图所示，小雷同学仔细检查了这个新扫地机器人，发现铭 牌上标有如下表所示数据，则该扫地机器人() 主机基本参数 产品尺寸 345mm*345mm*96mm 电池 14.4V/5200mAh锂电池 产品质量 约3.8kg 无线连接 Wii智能快连 额定电压 14.4V 额定功率 55W A.额定工作电流为0.25A B.充满电后正常工作的时间为2.5h C.电池充满电后储存的总电荷量为18720C D.以额定电流工作时每小时消耗能量为55J 解析：AD.由铭牌知，扫地机器人工作的额定电压为144V,额定功率为55W,则额定电流1仁，55 3.82A 144 每秒钟消耗能量W=Pt=55J,AD错误； 6 BC.根据电池容量5200mAh知，电池充满电后储存的总电荷量Q=5.2A×3600s=18720C充满电后正常工作 的时间t=5.20=136h,B错误，C正确 3.82 【变式】如图所示为一种服务型机器人，其额定功率为48W,额定工作电压为24V。机器人的锂电池容量为 20A·h。则机器人() A.额定工作电流为20A B.充满电后最长工作时间为2h C.电池充满电后总电量为7.2×104C D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J 【例4】下表是某型号电风扇的主要技术参数，空气的密度约为1.29kg/m3,根据学过的物理知识，判断以 下估算结果合理的是() A.该电风扇电动机的内阻约为1.8kQ B.风速约为5m/s C.电机的效率约为60% D.电机运行10s产生的内能约为50) 解析：A.由于电动机为非纯电阻，所以其内阻rr≠ 220=1.8kQ 故A错误； P26 B.由于风量QV-st=v,sd心联立可得V=11m5故B错误： tt 4 1 mv2 C.电机的效率约为n=2 1 atpv2 ×100%=2 =60%故C正确： Pt Pt D.电机运行10s产生的内能约为E=(1-n)Pt=104J故D错误。 故选C。 巩固练习 1、下列表达式适用于一切电路的是() U ①W=UIt ②Q=IRt ③RU ④Q= R A.①④ B.①③ C.③④ D.①② 2、额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比 较它们产生的热量，结果是() A电风扇最多B.电烙铁最多 C.日光灯最多 D.一样多 3、下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是() 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=m适用于任何电路，而W=TPH=f只适用于纯电阻电路 R C.在非纯电阻电路中，UI>2R D.焦耳热2=It适用于任何电路 R M 4、电阻R和电动机①串联接到电路中，如图所示，己知电阻R跟电动机线 圈的电 阻值相等，开关接通后，电动机正常工作，设电阻R和电动机①两端的电压 分别为 U,和U2,经过时间t,电流通过电阻R做功为W,产生热量为Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q, 则有() A U<U2,Q=Q2 B.U]-U2,Q-Q2 C.W1=W2,Q1>Q2 D.Wi<W2,Q<Q2 5、用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图所示，在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压 U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r,则时间t内() A充电宝输出的电功率为UI十Ir B.充电宝产生的热功率为Ir , C.手机电池产生的焦耳热为t 电 D.手机电池储存的化学能为UIt一Irt 充电宝 6、如图所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器， 例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R:供电后，各家电器同时使 用，测得A、B间电压为，进线电流为工，则计算该幢居民楼用电的总功率 可以用的公式是() 居民楼 A.P=IR B.P=U C.P=IU U D.P=IR+ R R 7、一物理兴趣小组用蓄电池、电动机、皮带、自行车组装了一辆电动自行车， 假设人骑上后总质量为50kg,假定蓄电池能提供的电压为24V,电阻不计，当电动自行车在水平地面上 以0.8m/s的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5A,设电动自行车所受的阻力恒为车重的二，忽略电 动车自身的摩擦，则电动机的阻值是(g取10m/s)()》 A.4.82B.3.22C.1.62D.0.42 8、如图所示，有一内电阻为4.42的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则() 220V A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60W C.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W 8 9、宁德时代生产的某磷酸铁锂电池放电电压为2.5V,容量为2004h,该节电池储存的电能约为() A.250kW.h B.25kW.h C.5.0kW.h D.0.50kW.h 10、(多选)如图所示电路中，输入电压U恒为12V,灯泡L上标有“6V12W”字样，电动机线圈的电阻 RM=0.52。若灯泡恰能正常发光，则下列说法正确的是() A.灯泡正常发光时的电阻为3 B.电动机的输入功率为10W C.电动机线圈电阻的发热功率为2WD.整个电路消耗的电功率为12W 11、图是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物，它被细绳拴在电 动机的轴上。闭合开关S,重物P以速度v匀速上升，这时电流表和电压表的示数分别是5.0A和100V, 重物P上升的速度为0.70m/s。重物的质量为50kg,g取10m/s。 求(1)电动机消耗的电功率 (2)绳对重物做功的机械功率 (3)电动机线圈的电阻 (4)电动机的效率 思考：如果重物加速度上升呢？ 12、一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36V10Ah”字样，假设工作时电源（不计内阻）的输出电压恒 为36V,额定输出功率为180W,由于电动机发热造成损耗（其他损耗不计），电动自行车的效率为80%。求 (1)额定工作电流 (2)电池充满电后总电量(3)自行车电动机的内阻 (4)自行车保持额定功率行驶 的最长时间 13、如图所示为某品牌的电动车，质量为=60kg,驱动电动机正常工作的额定输入电流I=6A,额定输入 电压为45v,电动车电池的容量为18000mA.h。电动车行驶时所受阻力大小为车所受重力的0.05；该电动车 在水平地面上由静止开始以额定功率运行t=5s通过x=15m的距离，速度达到v=5m/s,忽略电动机转动时的 摩擦，重力加速度g=10/s2。求(1)电池能使电动机以额定电流运行的最长时间(2)驱动电动机的输出功率(3) 驱动电动机的内阻(4)电动车能达到的最大速度。 14、如图甲所示为“风光互补路灯”的外形图，图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图，光控开关$白天与 触点α接触，太阳能电池板为蓄电池充电，晚上与触点b接触，给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接 收太阳能6kWh,能使“24V15W”的路灯正常工作6天（路灯平均每天工作8h)。 (1)该路灯正常工作时的电流是多少？(2)该路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时？(3)太阳能电池板把光 能转化为电能的转化效率是多少？ & s 路灯 围围 阳代 电 池 10 台 12.1电路中的能量转化 2026.6.28 知识点1 电功和电功率 2 焦耳定律 3 电路中的能量转化 知识回顾：重力势能变化，重力做功；弹性势能变化，弹力做功；动能变化，合力做功 小 结：功是能量变化的量度 ，即能量发生变化一定有力做功! 功与能量变化关系：W=ΔE 现代生活中常见的用电器：LED灯将电能 转化为 光能 ；电热水壶将电能能转化为热能 ，这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗？电流做功 如图，在一段电路中，电路两端电压为U，在t时间内，定向移动电荷量为q， 则(1)移动电荷电场力做多少功？(2)若电路中的电流为I，电场力做功又可以怎样表示？ 解析(1)W=qU (2) I = W＝UIt 1、 电功、电功率 1、 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)和通电时间三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt (3)单位：焦耳，符号为J。常用单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J。 2.电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与时间的比值 (2)公式:P=UI 单位:瓦,符号:W (3)物理意义:表示电流做功的快慢。 电功率不是电能，电功率是电能转化为其他形式的能的快慢的量度，即通过电流做功才能将电能转化为其他形式的能。 典例分析 【例1】有两个灯泡L1、L2，额定电压均为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，下列说法正确的是( ) A若将它们串联接在电路中，两灯泡总功率最大为9 W B.若将它们串联接在电路中，两灯泡总功率最大为4.5 W C.若将它们并联接在电路中，两灯泡总功率最大为9 W D.若将它们并联接在电路中，两灯泡总功率最大为4.5 W 答案　BC 解析　当两灯泡串联时，电流相等，L1的额定电流为I1＝＝1 A，电阻R1＝＝6 Ω，L2的额定电流为I2＝＝0.5 A，电阻R2＝＝12 Ω。要使两灯泡不致被破坏，电路中的最大电流为0.5 A，最大功率为Pmax＝IR1＋IR2＝4.5 W，故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9 W，故C正确，D错误。 【变式1】有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压为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(　C　) 【变式2】把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使小灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是(　B　) A．P甲＝P乙　　　B．P甲＝3P乙 C．P乙＝3P甲 D．P乙>3P甲 【例2】当电阻两端加上某一恒定电压时，通过该电阻电荷的电荷量为0.3 C，该电阻消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷通过该电阻，在其两端需加的电压和该电阻消耗的电能分别为(　D　) A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J 解析　设电阻为R，开始时所加电压为U1，则 W1＝q1U1，解得U1＝＝ V＝3 V 设后来所加电压为U2，消耗的电能为W2 则I2＝＝，又I1＝＝ 由以上两式得U2＝U1＝×3 V＝6 V W2＝q2U2＝0.6×6 J＝3.6 J，故D正确。 2、 焦耳定律 电流通过用电器产生的热量如何计算？ 1、焦耳定律: (1)内容: 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成 正比，跟导体的 电阻 及通电时间成正比。 (2)焦耳定律的表达式：Q＝I2Rt 典例分析 【例1】把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内(　　) A.由Q＝I2Rt可知，电炉的发热量减小 B.由Q＝UIt可知，电炉的发热量不变 C.由Q＝t可知，电炉的发热量增大 D.无法确定 解析　将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，I=变大，电炉的发热量变大，A、B不正确，Q＝I2Rt＝t 可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大，选项C正确。 【变式】把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串∶t并为(　　) A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.1∶4 解析　设每根电热丝电阻为R，则R串＝2R，R并＝， 设电源电压为U，两根电阻相同的电热丝串联时，电流I1= ，t1时间内产生的热量Q=I12Rt1= t1 两根电阻相同的电热丝并联时，电流I2= t2时间内产生的热量Q=I22Rt2= t2 t1∶t2＝4∶1，故C正确。 在电路中，通过电流做功将电能转化为其它形式的能。若电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能 转化为 热 能。 设电阻为R的元件两端电压为U、通过电热元件的电流为I，则 （1） 在时间t内电流做的功W？产生的电热Q？ W＝UIt Q＝I2Rt （2） W、Q大小上有怎样关系？ W＝Q （3） 通过两者的关系，你会有怎样的推论？ 电流通过热水器电流做功将电能全部转化为热能 思考：电流通过导体发热的功率如何求解？在求解电热的表达式中，是否对任何电路都可以适用呢？ 解析：P = = = = I2R 都可以适用 2、热功率: (1)定义:单位时间内的发热量称为热功率 (2)表达式:P=I2R 电功和电热的区别与联系 电功是电能转化为其他形式能的量度，任何电路都可用公式W＝UIt计算电功，用公式P电＝UI计算电功率 电热是电能转化为内能的量度，任何电路都可用焦耳定律Q＝I2Rt计算电热，用公式P热＝I2R计算热功率 两种电路 (1) 纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (2) 非纯电阻电路: 电流做功，电能除了部分转化为内能外,还转化为机械能或化学能等其他形式的能。(电 动机或电解槽等的电路) 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 E(电能) E(电能) 电功和电热的关系 W=Q 即IUt=I2Rt W=Q+E其他 UIt=I2Rt+E其他 电功率和热功率的关系 P=P热,即IU=I2R P=P热+P其他 即IU=I2R+P其他 欧姆定律是否成立 U=IR,I=,成立 U>IR,I<,不成立 **说明: ① W=UIt、P电=UI适用于任何电路计算电功和电功率 ② Q=I2Rt、P热=I2R适用于任意电路计算电热和热功率 ③ 只有纯电阻电路满足W=Q,P电=P热;非纯电阻电路W>Q,P电>P热 电动机的功率和效率 如图所示，电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能。在电路计算中，常把电动机等效为由阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成。电流通过rD时把电能转化为内能，而通过线圈D时把电能转化为机械能。 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝UI－I2r。 (4)电动机的效率：η＝×100%＝×100% 【例1】有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 解析　(1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻 r＝＝ Ω＝0.5 Ω。 (2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1 W＝2 W 线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W, 则电动机正常工作时的输出功率 P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W。 (3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，I＝ = 4A发热功率P＝I2r= 42×0.5 W＝8 W。 电动机电路的分析与计算 (1) 当电动机正常工作时，要注意分清电功和电热的关系 电动机消耗的电能也就是电流做的功W＝UIt， 电动机产生的内能必须用Q＝I2Rt来求 还要注意能量守恒定律的应用，即W＝Q＋E(E为其他形式的能)或P电＝P机＋P热，其中P电＝UI，P热＝I2R，P机为机械功率。 (2) 当电动机被卡住时，非纯电阻电路转变为纯电阻电路，电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能，W＝Q，即UIt＝I2Rt 【变式1】如图所示的电路中，输入电压U恒为8V，灯泡L标有“3V 6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是（　　） A. 整个电路消耗的电功率是10W B. 电动机的输出功率8W C. 电动机的效率是80% D. 流过电动机的电流是2A 【解析】灯泡正常发光，则电路中的电流为I= = =2A 由于电路串联，因此流过电动机的电流是2A，故D正确；整个电路消耗的功率为P总=UI=8×2=16w 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为UM=U-UL=5v 电动机的热功率为P=I2RM=22×1=4w 电动机的输出功率为P出=UMI-I2RM=(5×2-22×1=6w 故B错误；电动机的效率为η= = ×100%=60%，故C错误。 【变式2】小型直流电动机（其线圈内阻为）与规格为“”的小灯泡并联，再与阻值为的电阻串联，然后接至的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：（1）流过电阻R的电流；（2）电动机的发热功率；（3）如果在正常工作时，转子突然被卡住，求此时电动机中的电流。（不考虑温度对各电阻的影响，保留两位有效数字） 解析:（1）加在电阻R两端的电压为UR=U-UL=10v 因此流过电阻R的电流为I= =2A （2）根据P=UI可知流过灯泡的电流为IL= =1A 因此流过电机的电流为IM=I-IL=1A ， 电动机的发热功率为P热=I2r=1w （3）灯泡的电阻为RL= = 4Ω 转子突然被卡住后，整个回路为纯电阻电路，总电阻为R总= R+ = 4Ω 解得R总=5.8Ω 整个回路的总电流为I总= =2.4A 因此流过电动机的电流为 IM’= =1.9A 【例2】电饭锅工作时有两种状态。一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是（　　） A．其中R2是供加热用的电阻丝 B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态 C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2：1 D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，应为(-1)：1 解析：AB．如图所示，由P=得，当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，则R2是供加热用的电阻丝，当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态，故AB正确； CD．使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P=I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比 1：，所以(R1+R2)：R2= ：1则R1：R2=(-1)：1故C错误，D正确。故选ABD。 【例3】小雷同学家里购买了一款扫地机器人，如图所示，小雷同学仔细检查了这个新扫地机器人，发现铭牌上标有如下表所示数据，则该扫地机器人（　　） 主机基本参数 产品尺寸 345mm*345mm*96mm 电池 14.4V/5200mA·h锂电池 产品质量 约3.8kg 无线连接 WiFi智能快连 额定电压 14.4V 额定功率 55W A．额定工作电流为0.25A B．充满电后正常工作的时间为2.5h C．电池充满电后储存的总电荷量为18720C D．以额定电流工作时每小时消耗能量为55J 【详解】AD．由铭牌知，扫地机器人工作的额定电压为14.4V，额定功率为55W，则额定电流I＝≈3.82A 每秒钟消耗能量W＝Pt＝55J，AD错误； BC．根据电池容量5200mA·h知，电池充满电后储存的总电荷量Q＝5.2A×3600s＝18720C充满电后正常工作的时间t＝ ≈1.36h，B错误，C正确 【变式】如图所示为一种服务型机器人，其额定功率为48W，额定工作电压为24V。机器人的锂电池容量为20A·h。则机器人(　　) A． 额定工作电流为20 A B．充满电后最长工作时间为2 h C．电池充满电后总电量为7.2×104 C D．以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J 解析：A 由P=UI求出I=2A，所以A错 B：由Q=It，以额定电流工作， t=10h B错 C: Q=It=20×3600=7.2×104 C C正确 D：W＝UIt=24×2×1=48J D错 【例4】下表是某型号电风扇的主要技术参数，空气的密度约为1.29kg/m3，根据学过的物理知识，判断以下估算结果合理的是（　　） A．该电风扇电动机的内阻约为1.8kΩ B．风速约为5m/s C．电机的效率约为60% D．电机运行10s产生的内能约为50J 解析：A．由于电动机为非纯电阻，所以其内阻r r≠ ==1.8kΩ 故A错误； B．由于风量Q= = = sv，s=πd2联立可得V=11m/s故B错误； C．电机的效率约为η= ×100% = = 60% 故C正确； D．电机运行10s产生的内能约为E=(1-η)Pt=104J故D错误。 故选C。 巩固练习 1、下列表达式适用于一切电路的是（　D　） ①W=UIt   ②Q=I2Rt   ③ R=     ④ Q= t A．① ④ B．① ③ C．③ ④ D．① ② 2、额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量，结果是(　B　) A.电风扇最多 B.电烙铁最多 C.日光灯最多 D.一样多 3、下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（　A　） 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．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．焦耳热适用于任何电路 4、电阻R和电动机串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，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，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有(　A　) A.U1＜U2，Q1＝Q2 B.U1＝U2，Q1＝Q2 C.W1＝W2，Q1＞Q2 D.W1＜W2，Q1＜Q2 5、用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图所示，在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内(　D　) A.充电宝输出的电功率为UI＋I2r B.充电宝产生的热功率为I2r C.手机电池产生的焦耳热为t D.手机电池储存的化学能为UIt－I2rt 6、如图所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(　C　) A．P＝I2R　　　B．P＝ C．P＝IU D．P＝I2R＋ 7、一物理兴趣小组用蓄电池、电动机、皮带、自行车组装了一辆电动自行车，假设人骑上后总质量为50 kg，假定蓄电池能提供的电压为24 V，电阻不计，当电动自行车在水平地面上以0.8 m/s的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5 A，设电动自行车所受的阻力恒为车重的，忽略电动车自身的摩擦，则电动机的阻值是(g取10m/s2)(　C　) A．4.8 Ω B．3.2　Ω C．1.6　Ω D．0.4 Ω 8、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(　C　) 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 9、宁德时代生产的某磷酸铁锂电池放电电压为2.5V，容量为200Ah，该节电池储存的电能约为（ D   ） A． B． C． D． 10、(多选)如图所示电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V　12 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5 Ω。若灯泡恰能正常发光，则下列说法正确的是(　AC　) A.灯泡正常发光时的电阻为3 Ω B.电动机的输入功率为10 W C.电动机线圈电阻的发热功率为2 W D.整个电路消耗的电功率为12 W 11、图是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物，它被细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S，重物P以速度v匀速上升，这时电流表和电压表的示数分别是5.0 A和100 V，重物P上升的速度为0.70 m/s。重物的质量为50 kg，g取10 m/s2。 求(1)电动机消耗的电功率 (2)绳对重物做功的机械功率 (3)电动机线圈的电阻 (4)电动机的效率 解析：(1) P=UI=5×100=500w (2)P=Fv ,因为物体匀速上升F=mg P=500×0.7=350w (3) P总=P机+P热 500 =350+I2R R=6Ω (4) η= ×100% = ×100% =70% 思考：如果重物加速度上升呢？ 用牛顿经二定律求出绳上的拉力F，F-mg=ma P=Fv 12、 一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36 V　10 A·h”字样，假设工作时电源(不计内阻)的输出电压恒为36 V，额定输出功率为180 W，由于电动机发热造成损耗(其他损耗不计)，电动自行车的效率为80%。求(1)额定工作电流 (2)电池充满电后总电量 (3)自行车电动机的内阻 (4)自行车保持额定功率行驶的最长时间 解析(1)　由题知电动自行车动力电源的额定电压U＝36 V，额定功率P出＝180 W，根据功率公式P＝UI，解得额定电流I＝5 A (2)由电流的定义式I＝得q＝It，又由题知q＝10 A·h，则电池充满电后的总电量q＝10 A·h＝3.6×104 C (3)电动自行车的热功率P热＝I2r，又由P热＝(1－80%)P出，联立解得r＝1.44 Ω (4)根据电流的定义式I＝，解得自行车保持额定功率行驶的最长时间t＝2 h 13、如图所示为某品牌的电动车，质量为m=60kg，驱动电动机正常工作的额定输入电流I=6A，额定输入电压为45v，电动车电池的容量为18000mA.h。电动车行驶时所受阻力大小为车所受重力的0.05；该电动车在水平地面上由静止开始以额定功率运行t=5s通过x=15m的距离，速度达到v=5m/s，忽略电动机转动时的摩擦，重力加速度g=10m/s2。求(1)电池能使电动机以额定电流运行的最长时间 (2)驱动电动机的输出功率(3)驱动电动机的内阻 (4)电动车能达到的最大速度。 解析(1)　电池能使电动机以额定电流运行的最长时间t＝ = =3s (2)由动能定理：Pot-kmgx = mV2 , Po=240w (3) P总=P0+P热 UI=P0+I2r r= Ω (4) Vm= = =8m/s 14、如图甲所示为“风光互补路灯”的外形图，图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电，晚上与触点b接触，给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h，能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。 (1)该路灯正常工作时的电流是多少？(2)该路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时？(3)太阳能电池板把 光能转化为电能的转化效率是多少？ 解析： (1)P=UI I= = = 0.625A (2) W=pt=0.015×8=0.12kw.h (3) 正常工作6天消耗的电能：E=0.12×6=0.72kw.h η= ×100%= ×100%=12% ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $