12.1 电路中的能量转化(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（人教版)

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、电功率、焦耳定律及纯电阻与非纯电阻电路的能量转化特点。课堂导入通过节能灯规格对比、电鱼电击等情境问题引发思考，自主学习填空梳理基础概念，易错辨析纠正认知误区，形成连贯的学习支架。 资料特色在于情境贴近生活，如电风扇、电热取暖器等实例，结合并联电路功率探究实验培养科学探究能力。通过对比表格归纳串并联功率关系及两种电路差异，例题与变式题强化科学推理，帮助学生构建能量观念，提升分析解决实际问题的科学思维。

1.电路中的能量转化 1.理解电功和电功率的概念，知道电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程。（物理观念） 2.理解焦耳定律的内容、表达式的意义，能用焦耳定律解释生产生活中的相关问题。（科学思维） 3.能从能量的转化和守恒的角度理解纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化的特点，理解电功与电热、电功率与热功率的区别与联系。（科学思维） 知识点一　电功和电功率 　如图所示为某品牌两种规格的节能灯。 （1）节能灯通电时发光的过程中能量形式是如何转化的？是通过什么过程实现的？ （2）“3 W”与“7 W”的灯泡均正常发光时的亮度哪个更亮？为什么？ 〔阅读教材P79—P80，完成下列填空〕 1.电功 （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定向移动，结果电荷的　　　　减少，其他形式的能增加。电能转化是通过电流　　　　来实现的。 （2）公式：W=　　　　。 意义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的　　　　、电路中的　　　　、通电时间t三者的乘积。 （3）单位：国际单位制中电功的单位是　　　　，符号是　　　　。 常用的单位：千瓦时（kW•h），也称“度”，1 kW•h=　　　　 J。 2.电功率 （1）定义：电流在一段电路中所做的功与　　　　之比叫作电功率。 （2）公式：P==　　　　。 （3）单位：瓦特，符号为　　　　。 （4）意义：表示电流做功的　　　　。 （1）电压、电流越大，电流做功就越多。（　　） （2）电功率越大，电流做功越多。（　　） （3）电功与电能的单位是相同的，因此电功就是电能。（　　） 　探究并联电路的功率关系，实验电路如图所示，三只灯泡的规格和发光情况如下表所示，你能根据并联电路的特点解释实验现象吗？ 灯泡L1 灯泡L2 灯泡L3 规格 12 V　2 W 12 V　5 W 12 V　8 W 亮度 暗 亮 最亮 1.对电功的理解 （1）电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。 （2）电功公式W=UIt=qU和电功率公式P=UI对任何电路都适用。 2.串、并联电路中的功率关系 项目 串联电路 并联电路 功率关系 由于电流I相同，根据P=I2R可知，各电阻的电功率与其电阻成正比 由于各支路电压相同，根据P=可知，各支路的电功率与其电阻成反比 总功率 总功率P总=UI=（U1＋U2＋…＋Un）I=P1＋P2＋…＋Pn 总功率P总=UI=U（I1＋I2＋…＋In）=P1＋P2＋…＋Pn 角度1　电功、电功率的理解 一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV的电势差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电击中（　　） A．传输的电荷量为18 C B．电鱼能将机械能转化为电能 C．电鱼的电器官功率为3.6 kW D．电鱼的电器官所做的功为3 600 J 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　如图是一种电热取暖器的铭牌。它的金属电热丝的电阻率随温度的升高而增大。下列说法正确的是（　　） A．其正常工作时的电阻为22 Ω B．其正常工作时的电流为2.2 A C．当电压为110 V时，电热丝的电阻小于48.4 Ω D．当电压为110 V时，电热丝的电阻大于48.4 Ω 角度2　简单串、并联电路中的功率分析 〔多选〕图中R1=2 Ω，R2=4 Ω，R3=4 Ω，通电后（　　） A．经R1和R3的电流之比I1∶I3=2∶1 B．R1两端的电压和R3两端的电压之比U1∶U3=1∶1 C．三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3=2∶1∶1 D．三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3=3∶2∶4 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知识点二　焦耳定律 〔阅读教材P80—P81，完成下列填空〕 1.焦耳定律 （1）内容：电流通过导体产生的热量跟　　　　　　成正比，跟导体的　　　　及通电时间成正比。 （2）表达式 Q=　　　　。 2.热功率 （1）定义：电流通过导体　　　　的功率。 （2）表达式：P热=　　　　。 【微思考】 　用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？ 　如图所示为常见的几种家用电器。 （1）上述家用电器工作时的能量转化有什么共同特点？其电功率与热功率的大小有什么关系？ （2）结合生活经验猜想，这些电器工作时发热的多少与哪些因素有关？ 1.纯电阻电路 工作时电能全部转化为内能的电路，电路中只含有电阻元件。 2.纯电阻电路的特点 （1）电功与电热相等：Q=W=UIt=I2Rt。 （2）电功率与热功率相等：P热===I2R。 两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为（　　） A．QA∶QB=1∶1　 B．QA∶QB=2∶1 C．QA∶QB=1∶2　 D．QA∶QB=4∶1 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　为使电热器在单位时间内产生的热量减少一半，下列措施可行的是（　　） A．R不变，使通过电热丝的I减小一半 B．U不变，使电热丝的R增大一倍 C．R不变，使电热丝两端的U减小一半 D．U不变，使电热丝的R增大为原来的倍 知识点三　电路中的能量转化 〔阅读教材P81—P82，完成下列填空〕 1.电动机工作时的能量转化关系 电动机从电源获得能量，一部分转化为　　　　，还有一部分转化为　　　　。 2.功率关系：P电=　　　　＋　　　　 （1）P电=　　　　。 （2）不考虑摩擦阻力和空气阻力引起的能量损失时：P损=P热=　　　　（R为线圈的电阻）。 3.电池充电时的能量转化关系：电池从电源获得的能量一部分转化为电池的　　　　能，还有一部分转化为　　　　。 （1）电动机工作时消耗的电能大部分转化为机械能。（　　） （2）电动机工作时的电功等于电热。（　　） （3）电吹风机工作时电能全部转化为内能。（　　） 　如图所示为我们常用的电风扇。电风扇中的电动机工作时带动扇叶转动产生“风”，工作时间长了我们用手摸扇头部位会感到发热。 （1）电动机工作时电能转化什么形式的能？ （2）电动机工作时能量关系是怎样的？ 1.电动机中的主要概念及关系：（电动机线圈的电阻为R、工作电压为U、工作电流为I） （1）总功率（输入功率）：P入=UI。 （2）发热功率：P热=I2R。 （3）输出功率（机械功率）：P出=P入－P热=UI－I2R。 （4）效率：η=×100%。 2.电动机中的能量转化 　 如图所示为电动机提升物体的装置，电动机线圈的电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A的重力为20 N。忽略一切摩擦，求： （1）电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？ （2）电动机输入功率和输出功率各是多少？ （3）10 s内电动机可以把物体A匀速提升多高？ （4）这台电动机的效率是多少？ 尝试解答 【变式1】　如果电动机提升物体的过程中，由于故障电动机突然卡住不转了，电动机两端的电压不变，电动机的发热功率是多少？ 【变式2】　根据【变式1】的计算结果，说明电动机如果卡住不转了但没有及时切断电源，会有什么风险？ 　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、电解槽等 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 小型直流电动机（其线圈内阻为r=1 Ω）与规格为“4 V　4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R=5 Ω的电阻串联，然后连接至U=12 V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）通过电动机的电流； （2）电动机的输出功率P出； （3）电动机的效率。 尝试解答 完成课后作业　第十二章　1. 答案 1.电路中的能量转化 知识点一　 情境导入 　提示：（1）电能转化为光能，电流做功。 （2）“7 W”的灯泡的亮度更亮，功率较大。 自主学习 1.（1）静电力　电势能　做功　（2）UIt　电压U　电流I　（3）焦耳　J　3.6×106　2.（1）通电时间　（2）UI　（3）W　（4）快慢 易错辨析 （1）×　（2）×　（3）× 课堂互动 探究 　提示：并联电路中各支路两端的电压相等U=U1=U2=U3=…=Un。灯泡的实际功率P=，8 W灯泡电阻最小，因此最亮；2 W的灯泡电阻最大，因此最暗。 【例 1】　C　在这次电击中，传输的电荷量为q=It=18×1.5×10－3 C=2.7×10－2 C，A错误；电鱼能将生物化学能转化为电能，B错误；电鱼的电器官功率为P=UI=0.2×103×18 W=3.6×103 W=3.6 kW，C正确；电鱼的电器官所做的功为W=Pt=3.6×103×1.5×10－3 J=5.4 J，D错误。 即学即练 　C　由P=，可得其正常工作时的电阻为R== Ω=48.4 Ω，A错误；由P=UI，可得其正常工作时的电流为I== A≈4.55 A，B错误；当电压为110 V时，电热丝工作电压小于额定电压，热功率比正常工作时小，故其阻值比正常工作时要小，即其电阻小于48.4 Ω，C正确，D错误。 【例 2】　ABC　题图所示的电路为R2和R3并联后再与R1串联，故I1=I2＋I3，又==，则有=，故A正确；R2和R3并联，总电阻为R并==2 Ω，则有==，故B正确；电功率之比为P1∶P2∶P3=∶∶=2∶1∶1，故C正确，D错误。 知识点二　 自主学习 1.（1）电流的二次方　电阻　（2）I2Rt　2.（1）发热　（2）I2R 【微思考】 　提示：导线跟电炉丝是串联在一起的，通过两者的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，由焦耳定律Q=I2Rt知，在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。 课堂互动 探究 　提示：（1）都是把电能转化为内能；相等。 （2）与电流、电阻和通电时间有关。 【例 3】　B　电阻丝A、B直径之比为1∶2，则横截面积之比为1∶4，又长度之比为L∶2L=1∶2，根据电阻定律R=ρ知电阻之比为2∶1，又电阻丝串联，电流相等，根据Q=I2Rt可知热量之比为QA∶QB=2∶1，故选B。 即学即练 　B　电热器是纯电阻用电器，电功率可表示为P=UI==I2R，故R一定时，电压U减半或电流I减半，P将变为原来的，A、C错误；当U不变，使电热丝的电阻R增大一倍时，P将变为原来的，B正确；当U不变，使电热丝的电阻R增大到原来的倍时，P将变为原来的，D错误。 知识点三　 自主学习 1.机械能　内能　2.P机　P损　（1）UI　（2）I2R　3.化学　内能 易错辨析 （1）√　（2）×　（3）× 课堂互动 探究 　提示：（1）电动机工作时电能转化为机械能和内能。 （2）电动机工作时消耗的电能等于转化的机械能与内能之和。 【例 4】　（1）1 W　（2）5 W　4 W　（3）2 m　（4）80% 解析：（1）电动机线圈上消耗的热功率为P热=I2r=1 W。 （2）电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率， 即P入=UI=5×1 W=5 W 电动机的输出功率就是电动机对外做功的功率，根据P入=P出＋P热得P出=P入－P热=5 W－1 W=4 W。 （3）设物体A的重力为G，t=10 s内物体A上升的高度为h，根据能量守恒定律得P出t=Gh h===2 m。 （4）这台电动机的效率为η=×100%=80%。 【变式1】 　提示：电动机卡住不转时相当于纯电阻，则P热==25 W。 【变式2】 　提示：根据【变式1】计算结果可知，电动机卡住不转时发热功率很大，如果不及时切断电源，容易烧毁电动机。 【提能驿站】 【典例 】　（1）0.6 A　（2）2.04 W　（3）85% 解析：（1）小灯泡正常发光，则通过灯泡的电流 IL== A=1 A 通过电阻R的电流 IR== A=1.6 A 通过电动机的电流I=IR－IL=0.6 A。 （2）电动机消耗的总功率 P=ULI=4×0.6 W=2.4 W 电动机线圈内阻的热功率 P热=I2r=0.62×1 W=0.36 W 电动机的输出功率 P出=P－P热=2.4 W－0.36 W=2.04 W。 （3）电动机的效率 η=×100%=×100%=85%。 6 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $