【暑假提升】人教版2019物理高一（升高二）暑假预习-（必修3）第10讲 电路中的能量转化 讲学案

第10讲 电路中的能量转化

1. 理解电功和电功率、热功率的概念
2. 掌握不同情况下的电功、电热的计算

一、电功和电功率

1.电功:

(1)实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。

(2)公式:W=UIt。

(3)国际单位:焦,符号为J。

(4)意义:电功是电能转化为其他形式的能的量度,即电功是多少就有多少电能转化为其他形式的能。

2.电功率:

(1)含义:单位时间内电流所做的功。

(2)公式:P==UI。

(3)单位:瓦,符号:W。

(4)物理意义:表示电流做功的快慢。

(5)决定用电器电功率大小的因素有③④。

①电功;②通电时间;③电压;④电流;⑤电阻。

二、焦耳定律和热功率

1.焦耳定律:

(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。

(2)表达式:Q=I2Rt。

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。

(3)物理意义:表示电流发热快慢的物理量。

(4)计算电路中某电阻(满足欧姆定律)的热功率时,可以用到的公式是①②③④⑤。

①P=UI;②P=I2R;③P=;④P=;⑤P=。

三、纯电阻电路和非纯电阻电路

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:含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,电流做功将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。

3.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较:

4.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。

考点一：电功和电功率

【例1】有两个灯泡、，额定电压皆为3V，额定功率分别为6W、3W，采用不同的接法，下列说法正确的是（　　）

A．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W

B．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为6W

C．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为3W

D．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为6W

考点二：焦耳定律和热功率

【例2】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

。

考点三：非纯电阻的电功率和热功率

【例3】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。下列说法不正确的是（　　）

A．电动机消耗的电功率为500W

B．绳对重物做功的机械功率350W

C．电动机线圈的电阻20Ω

D．电动机的效率为70%

【例4】（2022·浙江·乐清市知临中学高二期末）如图所示为某品牌的电动车，质量为，驱动电动机正常工作的额定输入电流，额定输入电压为，电动车电池的容量为。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通过的距离，速度达到，忽略电动机转动时的摩擦，重力加速度。下列说法正确的是（　　）

A．电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为120分钟

B．驱动电动机的输出功率为

C．驱动电动机的内阻为

D．电动车能达到的最大速度为

1． （2022·浙江·高考真题）某节水喷灌系统如图所示，水以的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为2.0kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H=3.75m不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为2.0A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略水在管道中运动的机械能损失，则（　　）

A．每秒水泵对水做功为75J

B．每秒水泵对水做功为225J

C．水泵输入功率为440W

D．电动机线圈的电阻为10

2.（2022·江苏·高考真题）如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为，，，，电源电动势，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是（　　）

A． B． C． D．

3．（2020·浙江·高考真题）如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为、额定功率为的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过到达高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则（　　）

A．空气对无人机的作用力始终大于或等于

B．直流电源对无人机供电的额定电流为

C．无人机上升过程中消耗的平均功率为

D．无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功

1．如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间内（　　）

A．充电宝输出的电功率为 B．充电宝产生的热功率为

C．手机电池产生的焦耳热为 D．手机电池储存的化学能为

2．额定电压都是110V，额定功率PA=100W，PB=40W的灯泡两盏，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（　　）

A．            B．

C．        D．

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．为了生活方便，电热水壶已进入千家万户，如果将一电热水壶接在220 V的电源两端，经时间t0电热水壶的开关自动切断，假设热量的损失不计、加热丝的阻值不受温度的影响．则(　　)

A．如果将电热水壶接在110 V的电源两端，需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断

B．如果将电热水壶接在110 V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

C．如果将电热水壶接在55 V的电源两端，需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断

D．如果将电热水壶接在55 V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

5．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（　　）

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

6．电动玩具汽车的直流电动机电阻一定，当加上0.3V电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机没有转动.当加上3V电压时，电流为1A，这时电动机正常工作．则(       )

A．电动机的电阻是3

B．电动机正常工作时的发热功率是3W

C．电动机正常工作时消耗的电功率是4W

D．电动机正常工作时机械功率是2W

7．如图所示为某一电路的一部分，其中，，下列关于、、消耗的电功率、、，以及、、两端的电压、、的关系正确的是（　　）

A． B．

C． D．

8．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

9. .（2023·吉林省长春外国语学校高二上学期第一次月考）在如图所示的电路中，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

10，（2022·湖南·长沙一中高二开学考试）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）