2.8 焦耳定律 电路中的能量转化&2.9 家庭电路(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（教科版)

该高中物理导学案聚焦焦耳定律、电路中的能量转化及家庭电路，通过电水壶导线不热、机器人电动机等情境思辨导入，衔接欧姆定律，构建电功与电热、纯电阻与非纯电阻电路的知识支架，引导学生理解概念及区别联系。 以核心素养为导向，设计控制变量法实验探究焦耳定律，结合无人机、电动车等实例分析能量转化，习题注重科学思维（公式适用条件推理）和科学探究（生活现象分析），帮助学生深化物理观念，提升解决实际问题的能力。

8.焦耳定律　电路中的能量转化 9.家庭电路 物理观念：1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念。2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算。3.了解家庭电路的组成以及安全用电和节约用电的有关措施。 科学思维：1.了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=的适用条件。2.会分析计算闭合电路中能量之间的转化。 科学探究：1.通过 “探究电热与电流、电阻、时间关系” 的实验，体会控制变量法，验证焦耳定律。2.能在生活中观察家庭电路的布局，识别主要元件，并尝试用所学知识进行初步分析。 科学态度与责任：树立安全用电与节能环保的意识。 知识点一　电功　电功率 1.电功 （1）概念：电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的　　　　与电路中的　　　、通电时间t三者的乘积。 （2）公式：W=UIt。 （3）单位：　　　，简称焦，符号是J。 2.电功率 （1）定义：电流所做的功W与做这些功所用时间t的比。 （2）公式：P==　　　。 （3）单位：　　　，简称瓦，符号为　　　。常用的单位还有kW，1 kW=103 W。 知识点二　焦耳定律　热功率 1.焦耳定律 （1）内容：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的　　　成正比、跟导体的电阻R成正比、跟通电　　　t成正比，这就是焦耳定律。 （2）表达式：Q=　　　　。 （3）焦耳热：电流通过电阻而产生的热。 2.热功率 （1）定义：电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比。 （2）表达式：P热=　　　　。 知识点三　电路中的能量转化 　闭合电路中的能量转化关系：EI=U外I＋I2r （1）EI表示电源把其他形式的能量转化为　　　的功率。 （2）U外I和I2r分别表示电源的　　　　　和电源　　　　的热功率。 知识点四　家庭电路 1.对于长度一定的导线来说，横截面积越小，电阻　　　，因此对于某种规格的导线，其允许通过的　　　要有所限制，否则导线上积累的　　　　　将带来危害。 2.安全用电 （1）安装可靠的　　　　。 （2）过载保护与漏电保护 ①保险丝：保险丝串联在总干路中，一旦出现电流过载的情况，保险丝会由于过热而　　　，从而　　　电路，避免灾害的发生。 ②断路器：当电器出现漏电时，会有漏电电流经某种渠道流过，只要漏电电流达到一定程度，断路器也会　　 　　，这就是漏电保护。 3.节约用电 （1）尽量使用　　　　　　　。 （2）合理使用空调。 （3）较长时间不使用的电器，请关闭 　　　。 1.用水壶烧水时，壶底马上很热了，水慢慢烧开了，而连接电水壶的导线却不怎么热。 （1）导线与电热丝串联，通电时电流相等。（　　） （2）导线电阻相对电炉电阻来说很小，根据P=I2R可知导线的热功率很小。（　　） （3）导线电阻相对电炉电阻来说很小，家庭电路中电压一定，根据P=可知导线热功率很大。（　　） 2.机器人的使用开阔了我们的视野，延伸了我们的肢体，增强了我们的力量，提高了我们的工作效率，将人们从繁重的生产劳动中解放出来。一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电源电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰能正常工作。 （1）电动机消耗的总功率为UI。（　　） （2）电动机消耗的热功率为I2R。（　　） （3）电动机的输出功率小于UI。（　　） （4）若此时将电动机卡住，电动机的电流仍为I。（　　） 要点一　电功和电热 不同型号的白炽灯泡串联在电路中，它们的发光亮度会有明显差异，影响这个差异的主要参数是什么？该参数是如何影响灯泡亮度的？ 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．电热和热功率 Q=I2Rt是电热的计算式，P热=I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率。 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。为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。 关于电功W和电热Q的说法正确的是（　　） A．在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt，但W=Q B．在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt，但W不一定等于Q C．W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立 D．W=UIt在任何电路中都成立，Q=I2Rt只在纯电阻电路中才成立 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.取两根完全相同的电阻丝，第一次将两电阻丝串联，第二次将两电阻丝并联，两次在电阻丝两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的热量均为Q，第一次用时t串，第二次用时t并，则先后两次所用时间之比为（　　） A．1∶1　 B．2∶1 C．4∶1　 D．1∶4 2.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，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（　　） 要点二　纯电阻电路与非纯电阻电路中的能量问题 这种说法对吗？为什么？ 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件，如电阻、电炉丝、白炽灯 电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器，如电动机、电解槽 欧姆定律 适用，I= 不适用，I＜ 能量转化 电能全部转化为内能： W=Q=UIt=I2Rt=t 电能转化为内能和其他形式的能： W=UIt，Q=I2Rt，W=Q＋W其他 功率特点 电功率等于热功率： P电=P热=UI=I2R= 电功率等于热功率与其他功率之和： P电=UI P热=I2R P电=P热＋P其他 2．电动机的简易模型及其功率、效率 （1）电动机的总功率（输入功率）：P总=UI。 （2）电动机的发热功率：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%。 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；若把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。 （1）求电动机正常工作时的输出功率； （2）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？ 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.一台直流电动机，其线圈的电阻值为0.5 Ω。当电动机两端所加电压为8 V时，电动机正常工作，通过线圈的电流是2 A。由此可知（　　） A．电动机消耗的电功率为72 W B．电动机输出的机械功率为12 W C．电动机线圈的发热功率为2 W D．电动机的工作效率为50% 2.（2026•四川成都期末）随着无人机应用的普及，低空经济走进大众视野。图甲为一款新型航拍无人机，它的一个直流电动机的额定电压为U=3.8 V，额定电流为I=0.5 A，内阻为R=2 Ω。如图乙，将电动机接在电动势为E=4.2 V的电源两端，闭合开关S，电动机恰好能正常工作。求： （1）电源的内阻r； （2）电动机正常工作时的输出功率P出。 要点三　闭合电路中的能量 　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，t时间内电源把多少其他形式的能转化为电能？外电路产生的热量是多少？内电路产生的热量是多少？三者之间有何关系？ 1.电源的总功率 （1）物理意义：电源将其他形式的能转化为电能的功率。 （2）表达式：P总=EI。 2.电源内部消耗的功率 （1）物理意义：电源内阻的发热功率。 （2）表达式：P内=I2r。 3.电源的输出功率 （1）物理意义：电源对外供电功率。 （2）表达式：P出=UI。 （3）当外电路为纯电阻电路时 ①电源的输出功率 P出=I2R=R= =。 可知当R=r时，电源有最大输出功率，即P出max=。 ②P出与外电阻R的函数关系图像 4.电源的效率 η=×100%=×100%=×100% 对于纯电阻电路，则η===，可见，外电阻R越大，电源的效率越高。 〔多选〕如图所示，已知电源内阻为r，定值电阻R0的阻值也为r，滑动变阻器R的总电阻为2r。若滑动变阻器的滑片P由A向B滑动，则（　　） A．电源的输出功率由小变大 B．定值电阻R0消耗的功率由小变大 C．电源内部的电势降落由大变小 D．滑动变阻器消耗的功率变小 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.（2026•四川遂宁期中）在如图甲所示的电路中，电源的U －I图像如图乙中图线a所示。定值电阻R0的U －I图像如图乙中的图线b所示，滑动变阻器Rx的总电阻为1 Ω，下列说法正确的是（　　） A．定值电阻R0的阻值为4 Ω B．当Rx=1 Ω时滑动变阻器Rx消耗的功率最大 C．当Rx=0.5 Ω时定值电阻R0消耗的功率最大 D．当Rx=0.25 Ω时电源输出的功率最大 2.电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R0=3 Ω。求： （1）当R为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？ （2）当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？ 要点回眸 1.〔多选〕下列对电功及焦耳定律的理解正确的是（　　） A．焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解 B．电功公式W=UIt、焦耳定律公式Q=I2Rt都适合于任何电路，因此W一定等于Q C．非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热 D．电功的另一表达式W=t只适用于纯电阻电路 2.（2026•浙江金华阶段练习）如图，一旧电动车动力电源上的铭牌标有“48 V　20 Ah”字样。它正常工作时电源输出电压为40 V，额定输出功率400 W。由于电动机发热造成损耗，电动机的效率为80%，不考虑其它部件的摩擦损耗。已知运动时电动车受到阻力恒为32 N，下列正确的是（　　） A．电源内阻为0.8 Ω，额定工作电流为5 A B．电动车电动机的内阻为1.6 Ω C．电动车保持额定功率匀速行驶的最长时间是2.4 h D．电动车保持额定功率匀速行驶的最远距离是72 km 3.〔多选〕关于安全用电，下列说法正确的是（　　） A．不用手或导电物去接触、探试电源插座内部 B．可以用湿布擦拭电器 C．电器使用完毕后应拔掉电源插头 D．发现有人触电要设法及时切断电源 4.如图所示，直流电动机M的线圈电阻为r，接入电压恒为U的电源时，电动机正常工作，此时电动机中通过的电流为I、消耗的电功率为P、线圈电阻的发热功率为P热、输出的机械功率为P出。则下列关系式正确的是（　　） A．I= B．P=UI＋I2r C．P热=　 D．P出=UI－I2r 完成课后作业　第二章　8.　9. 答案 8.焦耳定律　电路中的能量转化 9.家庭电路 【基础知识落实】 知识点一 1.（1）电压U　电流I　（3）焦耳　2.（2）UI　（3）瓦特　W 知识点二 1.（1）二次方　时间　（2）I2Rt　2.（2）I2R 知识点三 （1）电能　（2）输出功率　内电路 知识点四 1.越大　电流　焦耳热 2.（1）接地线　（2）①熔断　切断　②自动断开 3.（1）节能的电器　（3）电源 情境思辨 1.（1）√　（2）√　（3）× 2.（1）√　（2）√　（3）√　（4）× 【核心要点突破】 要点一　 知识精研 【探究】　提示：电阻。串联电路中电流相同，根据P热=I2R可知电阻越大，灯泡越亮。 【典例 1】　B　W=UIt是电功的定义式，适用于任何电路，Q=I2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，则W=Q，在非纯电阻电路中W＞Q，B正确，A、C、D错误。 素养训练 1.C　设每个电阻丝的电阻为R，则R串=2R，R并=，由Q=t得t串∶t并=4∶1，C正确。 2.C　对灯泡有P=UI=，可知RA＜RB，对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，则有UB＞110 V，A、B两灯不能正常发光；对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更要小于RB，所以UB＞U并，A、B两灯不能正常发光；对于C电路，B灯与变阻器并联，并联部分的总电阻可能等于RA，所以可能UA=UB=110 V，两灯可以正常发光，对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA=UB=110 V，两灯可以正常发光，比较C、D两个电路，C电路中变阻器功率为（IA－IB）×110 V，D电路中变阻器功率为（IA＋IB）×110 V，所以C电路消耗电功率最小，故选C。 要点二　 知识精研 【探究】　提示：不对。因为当电动机通电但不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻电路。当电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻电路。 【典例 2】　（1）1.5 W　（2）8 W 解析：（1）电动机不转时，说明电动机无机械能输出，它消耗的电能完全转化为内能，此时电动机可看成纯电阻，则r==0.5 Ω。 当电压为2 V、电流为1 A时，电动机正常工作，有机械能输出，此时电动机为非纯电阻电路，消耗的电能等于转化的机械能和内能之和。 转化的热功率为P热=r=0.5 W， 总功率P总=U2I2=2 W， 则输出功率P出=P总－P热=1.5 W。 （2）若在电动机正常工作时被卡住，电动机无机械能输出，看作纯电阻电路，此时的电热功率为 P热′== W=8 W。 素养训练 1.C　电动机消耗的电功率P=UI=16 W，故A错误；电动机线圈的发热功率P热=I2R=2 W，故C正确； 电动机输出的机械功率P出=P－P热=14 W，故B错误；电动机的工作效率η=×100%=87.5%，故D错误。 2.（1）0.8 Ω　（2）1.4 W 解析：（1）由闭合电路欧姆定律得E=U＋Ir 解得r=0.8 Ω。 （2）电动机的输入功率P入=UI 电动机的热功率P热=I2R 电动机的输出功率P出=P入－P热 解得P出=1.4 W。 要点三　 知识精研 【探究】　提示：EIt；I2Rt；I2rt；EIt=I2Rt＋I2rt。 【典例 3】　ABD　由题图可知，当滑动变阻器的滑片P由A向B滑动时，滑动变阻器的有效电阻在减小，外电路电阻由3r逐渐减小为r，由电源的输出功率与外电阻的关系可知，电源的输出功率由小变到最大，故A正确；定值电阻R0消耗的功率为PR0=I2R0，而电流在不断增大，则R0消耗的功率由小变大，电源内部的电势降落为Ir由小变大，故B正确，C错误；对于滑动变阻器消耗的功率的变化情况，可把R0＋r=2r看作新电源的内阻，可知当R=2r时滑动变阻器消耗的功率最大，当R变小时，其消耗的功率变小，故D正确。 素养训练 1.D　由定值电阻R0的U －I图像可知，定值电阻R0的阻值为R0== Ω=0.25 Ω，故A错误；由闭合电路欧姆定律得U=E－Ir，由电源的U －I图像可知，图像纵截距表示电动势，图像斜率绝对值表示电源内阻，即E=3 V，r=Ω=0.5 Ω，分析可知，要使Rx功率最大，则满足Rx=R0＋r，联立以上各式得Rx=0.75 Ω，所以当Rx=1 Ω时滑动变阻器Rx消耗的功率不是最大，故B错误；要让定值电阻R0的功率最大，则需电流最大，故此时滑动变阻器Rx阻值应该为0，故C错误；要让电源输出的功率最大，分析可知需满足r=R0＋Rx，联立以上得Rx=0.25 Ω，故D正确。 2.（1）0　10.9 W　（2）4.5 Ω　13.3 W 解析：（1）由题图乙知电源的电动势和内阻为 E=20 V，r= Ω=7.5 Ω 由题图甲分析知道，当R=0时，R0消耗的功率最大， 最大值为Pmax=2R0=2×3 W≈10.9 W。 （2）当r=R＋R0，即R=4.5 Ω时，电源的输出功率最大，最大值为Pmax′=2（R0＋R）=2×（3＋4.5）W≈13.3 W。 【教学效果检测】 1.AD　任何电路的焦耳热都可用焦耳定律求解，A正确；B选项中的两个公式均适合于任何电路，但W不一定等于Q，B错误；非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热，C错误；W=t只适用于纯电阻电路，D正确。 2.D　电动车正常工作时，电路中的额定工作电流为I== A=10 A，电源内阻为r== Ω=0.8 Ω，故A错误；根据题意有P=I2R，得R=0.8 Ω，故B错误；电动车保持额定功率匀速行驶的最长时间是t==2 h，故C错误；根据80%P=Fv，F=f=32 N，s=vt，求得电动车保持额定功率匀速行驶的最远距离是s=72 km，故D正确。 3.ACD　若用手或导电物去接触、探试电源插座内部，容易引起短路，则A正确；用湿布擦拭电器容易发生触电事故，则B错误；电器使用完毕后应拔掉电源插头，可以消除安全隐患，则C正确；发现有人触电要设法及时切断电源，保证人身安全，D正确。 4.D　电动机为非纯电阻用电器，电动机中通过的电流I≠，它消耗的电能一部分转化成机械能，一部分转化成焦耳热，线圈电阻的发热功率P热=I2r，电动机消耗的电功率为P=IU，所以根据能量守恒定律得P出=UI－I2r，故D正确。 8 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $