2025高考物理步步高同步练习必修3学习笔记第十二章　电能　能量守恒定律电路中的能量转化

2025高考物理步步高同步练习必修3学习笔记第十二章电能能量守恒定律1电路中的能量转化[学习目标]1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念，知道它们的区别与联系.2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种电路的能量转化关系．一、电功和电功率1．电功(1)电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的____________在做功．电能转化为其他形式的能，是通过______________来实现的．(2)电功的计算公式：W＝________.单位：________，符号为________．常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“________”，1kW·h＝____________J.2．电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电________之比．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝________.(3)单位：________，符号为________．(4)意义：表示电流做功的________．二、焦耳定律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________________成正比．(2)表达式：Q＝____________.2．热功率(1)定义：____________内的发热量称为热功率．(2)公式：P热＝I2R.三、电路中的能量转化1．电动机消耗的功率P电＝________.2．电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R.3．电动机输出功率P机＝UI－I2R.1．判断下列说法的正误．(1)电功率越大，表示电流做功越多．()(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功．()(3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热．()(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热．()(5)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝eq\f(U2,R)没有任何区别，它们表达相同的意义，所以三式中P都是电功率．()2．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为eq\f(I,2)，则在时间t内产生的热量为________.一、电功和电热的理解导学探究电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？知识深化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3．电功和电热的关系(1)在纯电阻电路中：①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt；②电功率和热功率相等，P电＝P热＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)；③欧姆定律成立，由UIt＝I2Rt得：I＝eq\f(U,R).(2)在非纯电阻电路中：①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算；②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.例1关于电功和电热，下列说法正确的是()A．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt且W＝QB．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt但W有时不等于QC．电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用D．在非纯电阻电路中，电热Q＝eq\f(U2,R)t例2如图所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的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、电风扇等．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＝eq\f(U2,R)C．P＝IU D．P＝I2R＋eq\f(U2,R)二、纯电阻电路中功率的分配与计算1．在纯电阻电路中，由于W＝Q，I＝eq\f(U,R)，所以有P＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).2．串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配eq\f(P1,P2)＝eq\f(R1,R2)eq\f(P1,P2)＝eq\f(R2,R1)总功率P＝P1＋P2＋…＋PnP＝P1＋P2＋…＋Pn3.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率．当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率．(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率．例3(多选)图中R1＝2Ω，R2＝4Ω，R3＝4Ω，通电后()A．经R1和R3的电流之比I1∶I3＝2∶1B．R1两端的电压和R3两端的电压之比U1∶U3＝1∶1C．三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3＝2∶1∶1D．三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3＝3∶2∶4针对训练额定电压都是110V，额定功率PA＝100W，PB＝40W的灯泡A、B，若接在电压为220V的电路上，两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是()三、非纯电阻电路功率的分析与计算1．电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝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＝P机．三者关系为：P电＝P热＋P机(4)电动机的效率：η＝eq\f(P机,P电)×100%＝eq\f(IU－I2R,IU)×100%＝eq\f(U－IR,U)×100%.2．串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和．例4(2021·九江一中月考)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？例5小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1Ω)与规格为“4V4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5Ω的电阻串联，然后接至U＝12V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．2闭合电路的欧姆定律第1课时闭合电路的欧姆定律[学习目标]1.理解电动势的概念.2.了解外电路、内电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和.3.理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式．一、电动势1．非静电力：电源把正电荷从负极搬运到正极的力．2．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．3．电动势：(1)定义：________________所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势．(2)公式：E＝________________.(3)单位：________，用“________”表示．(4)电动势与电源的________无关，跟外电路的组成及变化________(选填“有”或“无”)关．二、闭合电路欧姆定律及其能量分析如图所示电路：1.闭合电路中的能量转化(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝________.(2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝_______.内电路转化的内能为Q内＝_____________.(3)根据能量守恒定律，非静电力做的功W＝Q外＋Q内，即EIt＝______________，进一步得：I＝eq\f(E,R＋r).2．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的__________成正比，跟________________________成反比．(2)表达式：I＝________________.(3)另一种表达形式：E＝____________.即：电源的电动势等于内、外电路____________之和．1．判断下列说法的正误．(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置．()(2)把同一电源接在不同的电路中，电源的电动势也将变化．()(3)电动势就是电势差，两者没有区别．()(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压．()(5)外电路断路时，电源两端的电压就是电源电动势．()2.如图所示，电动势为2V的电源跟一个阻值R＝9Ω的电阻接成闭合电路，理想电压表测得电源两端电压为1.8V，则电源的内阻为________Ω.一、电动势导学探究日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5V”字样，有的标有“3.7V”字样．(1)如果把5C的正电荷从1.5V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把2C的正电荷从3.7V的手机电池的负极移到正极呢？(2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大？如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领？知识深化1．电源电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．(2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．2．电动势(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大．(2)公式E＝eq\f(W,q)是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同．(3)电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．例1(多选)关于电源，下列说法中正确的是()A．电源的电动势和电压单位相同，因此电动势就是电压B．电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置C．电源的电动势E＝eq\f(W,q)表明，电源的电动势大小与非静电力做的功成正比D．电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功使电荷的电势能增加针对训练铅蓄电池的电动势为2V，这表示()A．电源将1C的正电荷从正极移至负极的过程中，2J的化学能转变为电能B．电源将1C的正电荷从负极移至正极的过程中，2J的化学能转变为电能C．铅蓄电池在1s内将2J的化学能转变为电能D．铅蓄电池比干电池(电动势为1.5V)的体积大，故电动势大二、闭合电路欧姆定律及其能量分析导学探究如图为闭合电路的组成．(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？知识深化1．内、外电路中的电势变化如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式(1)I＝eq\f(E,R＋r)、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路．(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路，其中U外表示外电路的电势降落，叫作路端电压．例2S闭合时，它们的读数分别变为1.4A和4.2V．两表均视为理想表，求：(1)R1、R2的阻值；(2)电源的电动势和内阻．例3(2022·宁波市高二期末)在如图所示的电路中，R1＝2Ω，R2＝R3＝4Ω，当开关K接a时，R2上消耗的电功率为4W，当开关K接b时，电压表示数为4.5V，试求：(1)开关K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压；(2)电源的电动势和内电阻；(3)当开关K接c时，通过R2的电流．例4(2022·山西洪洞二中高二阶段练习)如图所示，电动机M的线圈电阻r1＝0.4Ω，定值电阻R＝24Ω，电源电动势E＝40V，断开开关S，理想电流表的示数I1＝1.6A；闭合开关S，理想电流表的示数为I2＝4.0A，求：(1)电源内阻r；(2)闭合开关S后，通过电阻R的电流IR；(3)闭合开关S后，电动机输入功率PM和输出功率P出．第2课时路端电压与负载的关系欧姆表的原理[学习目标]1.理解路端电压随负载的变化规律.2.了解欧姆表的原理，并能解决简单问题．一、路端电压与负载的关系1．路端电压的表达式：U＝________.2．路端电压随外电阻的变化规律对于确定的电源，电动势E和内阻r是一定的．(1)当外电阻R增大时，由I＝eq\f(E,R＋r)可知电流I________，路端电压U＝E－Ir________.(2)当外电阻R减小时，由I＝eq\f(E,R＋r)可知电流I________，路端电压U＝E－Ir________.(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为________，U＝________，即断路时的路端电压等于________________．当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时电流I＝____________.二、欧姆表的原理欧姆表测电阻的原理是____________________定律，欧姆表内部电路结构如图所示．当红、黑表笔接触时，电流表指针指在最大值Ig处．由Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R1)＝eq\f(E,RΩ)，得RΩ＝eq\f(E,Ig)；当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝________________________＝eq\f(E,RΩ＋Rx).改变被测电阻Rx的阻值，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．判断下列说法的正误．(1)当外电阻增大时，外电压随之增大．()(2)当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势．()(3)当外电阻趋于无穷大时，外电压大小等于电动势大小．()(4)欧姆表的刻度盘是均匀的，因为电流I随外电阻线性变化．()一、路端电压与负载的关系导学探究1.在如图所示的电路中，电源的电动势E＝10V，内电阻r＝1Ω，试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、9Ω时所对应的路端电压．通过数据计算，你发现了怎样的规律？2．根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出U－I图像．知识深化1．路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－eq\f(E,R＋r)r，随着外电阻增大，路端电压增大．当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E，这也提供了一种粗测电源电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势．2.由U＝E－Ir知，电源的U－I图像是一条倾斜的直线，如图所示，图像中U轴截距E表示例1电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是()A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小D．若外电路断开，则路端电压为零例2(多选)如图所示为某一电源的U－I图线，由图可知()A．电源电动势为2VB．电源内电阻为eq\f(1,3)ΩC．电源短路时电流为6AD．电路路端电压为1V时，电路中电流为5A针对训练1(2021·济宁一中月考)某电源的路端电压与电流的关系图线如图所示，用此电源与三个阻值均为3Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V，则该电路可能为()针对训练2(多选)如图所示，图线1、2分别为闭合电路中两个不同电源的U－I图像，则下列说法正确的是()A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2C．电动势E1>E2，内阻r1>r2D．当工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大二、欧姆表测电阻的原理导学探究如图所示，电源电动势E＝1.5V，内阻r＝0.5Ω，电流表满偏电流Ig＝10mA，电流表的电阻Rg＝7.5Ω，A、B为接线柱．(1)若用一条导线把A、B直接连接起来，则此时应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？(2)调至满偏后保持R1的值不变，在A、B间接入一个150Ω的定值电阻R2，电流表指针指到多少刻度位置？知识深化1．欧姆表的原理(如图所示)2．欧姆表表盘的刻度标注刻度标注方法标注位置“0Ω”红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx＝0满偏电流Ig处“∞”红、黑表笔不接触，表头指针不偏转，被测电阻Rx＝∞电流为零处中值电阻Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ刻度盘正中央“Rx”红、黑表笔接Rx，Ix＝eq\f(E,r＋R＋Rg＋Rx)，Rx与Ix一一对应与Rx