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【26版步步高物理人教版必修三学习笔记第十二章1电路中的能量转化

2026-02-12 10:30:09

1　电路中的能量转化

[学习目标]　1.理解电功、电功率、焦耳定律、热功率的概念，知道它们的区别与联系(重点)。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(重难点)。

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________做功。电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。

(2)电功的计算公式：W＝________。

单位：焦耳，符号为J。

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通电时间之比。

(2)公式：P＝Wt＝________。

(3)单位：瓦特，符号为W。

(4)意义：表示电流做功的快慢。

(5)额定功率：额定功率是指用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率，此时流经用电器的电流就是它的额定电流。

(1)电功率越大，表示电流做功越多。(　　)

(2)由公式P＝Wt可知，时间越短，功率越大。(　　)

A、B两灯的额定电压都是110 V，A灯的额定功率P_A＝100 W，B灯的额定功率P_B＝40 W，若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路中，且使两灯均能正常发光，同学们设计了如图甲、乙所示的两种电路，则甲、乙两电路消耗的电功率之比为(　　)

A．2∶7B．2∶5

C．5∶7D．3∶7

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________________及________________成正比。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律。

(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。

电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？

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(多选)(2024·江门市高二期中)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接通时电饭锅为保温状态，K断开时为加热状态

C．要使R₂在保温状态时的功率为加热状态的一半，R1R2应为2∶1

D．要使R₂在保温状态时的功率为加热状态的一半，R1R2应为(2－1)∶1

三、电路中的能量转化

1．电动机工作时的能量转化关系

(1)电动机从电源获得能量，一部分转化为____________，还有一部分转化为内能。

(2)电动机的简易模型及其功率、效率

①电动机消耗的功率(总功率)：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＝P机P总×100%。

2．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，还有一部分转化为内能。

(1)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。(　　)

(2)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。(　　)

(3)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I²Rt，且W＝Q。(　　)

(多选)(2023·成都市金牛区协同外语学校高二期中)关于公式①P＝UI；②P＝I²R；③P＝U2R；下列叙述正确的是(　　)

A．公式①适用于任何电路求电功率，公式①②适用于任何电路求热功率

B．在纯电阻电路中，①②③公式都适用于求电功率，也适用于求热功率

C．公式②在纯电阻电路中和非纯电阻电路中均可求电路的热功率

D．只要是求电路的热功率，公式②③均可以用

　如图所示为电动机提升重物的装置，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？

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拓展　电动机两端的电压U与IR_M有什么关系？试根据公式讨论说明。

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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、小灯泡	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
能量转化	电能全部转化为内能： W＝Q＝UIt＝I²Rt＝U2Rt	电能转化为内能和其他形式的能： W＝UIt，Q＝I²Rt，W＝Q＋E_其他
功率特点	电功率等于热功率： P_电＝P_热＝UI＝I²R＝U2R	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
欧姆定律	适用，I＝UR	不适用，I<UR