1、合格性考试讲义 必修三第十二章 电能 能量守恒定律第一节 电路中的能量转化1、 电功和电功率1电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。2电功(1)定义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积。电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程.(2)公式：WUIt。(3)单位：国际单位是焦耳，符号是J。常用单位：千瓦时(kWh)，也称“度”，1 kWh3.6106 J.3对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的
2、过程，电功的大小表示电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少(3)电功WUItqU对任何电路都适用4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：PUI。(3)单位：国际单位是瓦特，符号是W。常用单位：千瓦（kW）(4)电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。电功率越大，表示单位时间内电流做功越多。例如100W表示1s内电流做功100J（也可以理解为1s内用电器消耗100J电能）。注意：电功率的大小与功的多少无关，与时间的长短也无关，P只是定义式，用来计算电功率的大小。5串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配功率关系PP1P2PnPP1P2Pn6.额定功
3、率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做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二、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：QI2Rt。3热功率4.纯电阻电路与非纯电阻电路(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的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还
4、转化为机械能或化学能.5.电功、电热电功率、热功率公式的比较(1)WUIt是电功的计算式，P电UI是电功率的计算式，适用于任何电路.QI2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量，P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率.(2)只有在纯电阻电路中才有WQ，P电P热而在非纯电阻电路中WQ，P电P热.(3)在纯电阻电路中，由UItI2Rt得I，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中UItI2Rt知UIR，即欧姆定律不成立.三、电路中的能量转化1电动机工作时的能量转化(1)能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。(2)功率关
5、系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即：P电P机P损，P电UI，P损I2R。2.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率指电动机消耗的总功率：P入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指电动机将电能转化为机械能的功率，P出IUI2r.(4)电动机的效率：.3电池充电时的能量转化电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。【学考演练】1正误判断(1)电流通过导体做的功越多，电功率越大()(2)电炉、电烙铁、电热毯、电饭锅等用电器，由于电流通过时，电能全部转化为内能，故为纯电阻()(3)电动机
6、、电解槽等用电器，电流通过时电能除转化为内能外，还转化为其他形式的能，故为非纯电阻()(4)不论纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算焦耳热时仍可用P热UI.()(5)不论何种电路，计算电功时均可用WUIt.()(6)电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能。()(7)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。()(8)电功率越大，表示电流做功越多。()(9)焦耳定律的表达式为QI2Rt，此式适用于任何电路。()(10)三个公式PUI、PI2R、P没有任何区别，它们表达相同的意义，所示P即是电功率。()2关于电功和电热的计算，下列说法正确的是()A如果是纯电阻电路，电功可用公式
7、WUIt计算，也可用公式WI2Rt计算B如果是纯电阻电路，电热可用公式WI2Rt计算，但不能用公式WUIt计算C如果不是纯电阻电路，电功只能用公式WI2Rt计算D如果不是纯电阻电路，电热可用公式WI2Rt计算，也可用公式WUIt计算解析：选A纯电阻电路，根据能量守恒，电功和电热相等，电功可用公式WUIt计算，也可用公式WI2Rt计算，故A正确，B错误；非纯电阻电路，电功用公式WUIt计算，故C错误；非纯电阻电路，电热用公式WI2Rt计算，故D错误3有一个电风扇，标有“200 V50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 ，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中正确的是()A
8、QBQPtCQ2Rt D以上三种方法均正确解析：选C通过电风扇的电流为I，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q2Rt，而不应该是Q或QPt，C正确。4功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2个60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年能节省的电能最接近()A5108 kWh B51010 kWhC51012 kWh D51013 kWh解析：选B解答本题的关键是要了解全国有多少家庭及每天亮灯的时间，全国大约有4.5亿户人家，每天亮灯时间大约3 h，已知白炽灯和LED灯的额
9、定功率分别为60 W和10 W，根据公式WPt得全国一年节省的电能最接近W2Pt2(0.060.01)4.51083365 kWh4.91010 kWh，故选B。5室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器如果进户线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不能同时使用的是()A电饭煲和电冰箱B取暖器和空调器C电饭煲和空调器D电冰箱、电视机和空调器解析：选C电路中允许的最大功率为PmUI2 860 W用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故选C.6关于电功和电热的计算，下列说法正确的是()A如果
10、是纯电阻电路，电功可用公式WUIt计算，也可用公式WI2Rt计算B如果是纯电阻电路，电热可用公式WI2Rt计算，但不能用公式WUIt计算C如果不是纯电阻电路，电功只能用公式WI2Rt计算D如果不是纯电阻电路，电热可用公式WI2Rt计算，也可用公式WUIt计算解析：选A纯电阻电路，根据能量守恒，电功和电热相等，电功可用公式WUIt计算，也可用公式WI2Rt计算，故A正确，B错误；非纯电阻电路，电功用公式WUIt计算，故C错误；非纯电阻电路，电热用公式WI2Rt计算，故D错误。7当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量
11、通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是()A3 V,1.8 JB3 V,3.6 JC6 V,1.8 J D6 V,3.6 J解析：选D根据公式WUq可知，当通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J时，电阻的两端电压为3 V，此时的电流为I；若在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端需加的电压为3 V26 V，消耗的电能为W6 V0.6 C3.6 J，选项D正确。8在直流电路中，两个电阻的阻值之比R1R221，通过的电流之比I1I221，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q1Q2为()A11 B2
12、1C41 D81解析：选D已知两个电阻的阻值之比是21，通过的电流之比是21，则相等时间内产生的热量之比2，故D正确。9小芳家正在使用的电器有电灯、洗衣机、电冰箱，小芳从家里的总电能表中测得在时间t内消耗的电能为W。设小芳家的供电电压为U，总电流为I，上述电器的总电阻为R，总功率为P。下列关系式正确的是()AP BWI2RtCI DP解析：选D由于洗衣机、电冰箱是非纯电阻电路，欧姆定律不成立，所以I不成立，所以关系式P不成立，故A、C错误；公式WI2Rt只能用来求电热，不能用来求消耗的电能，故B错误；公式P普遍适用，故D正确。10小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示，则这些电器
13、一天消耗的电能约为()电器消耗功率/W工作时间/h电茶壶 2 0001空调1 2003电视机1002节能灯164路由器924A.6.1103 W B6.1103 JC2.2104 W D2.2107 J解析：选D根据公式WPt及题表可知，这些电器一天消耗的电能为W2 kW1 h1.2 kW3 h0.1 kW2 h0.016 kW4 h0.009 kW24 h6.08 kWh，又知1 kWh3.6106 J，可得W2.2107 J，选项D正确。11有两个灯泡L1、L2，额定电压均为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，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
14、最大为9 WB若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为6 WC若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WD若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W解析：选C当两灯泡串联时，电流相等，L1的额定电流为I11 A，电阻R16 ，L2的额定电流为I20.5 A，电阻R212 。要使两灯泡不致被烧坏，电路中的最大电流为0.5 A，两灯泡的最大功率为PmaxI2R1I2R24.5 W，故A、B均错误；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V时，两灯均可正常发光，此时两灯泡的最大功率为9 W，故C正确，D错误。12.有四盏电灯，按如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V
15、100 W”字样，L3和L4都标有“220 V40 W”字样，电路接通后，亮度最暗的灯泡是()AL1 BL2CL3 DL4解析：选C根据串联电路的电压分配原则知L2、L3两端的电压最小，L4两端的电压最大。根据并联电路的电流分配原则知通过L3的电流小于通过L2的电流。由此可知L4最亮，L1次之，L3最暗。选项C正确。【真题演练】10.（2020北京）在如图所示的电路中，电源的内阻，电阻，不计电流表的内阻闭合开关后，电流表的示数电阻的电功率为（ ）A. B. C. D. 【答案】B【解析】【详解】由焦耳定律可得，电阻R消耗的功率故B正确ACD错误。16. （2017安徽）额定电流为5A、电阻为4
16、4电暖器正常工作10min，产生的热量为_J【答案】6.6105【解析】根据焦耳定律可知电暖气产生的热量为30. （2017河南）将用同种材料制成的粗细相同的电阻丝截成A、B两段,且A的长度是B的长度的2倍,将A、B串联起来接入电路中,下列说法不正确的是 A. A、B两端的电压之比为2:1B. 流过A、 B的电流之比为2:1C. A、B消耗的电功率之比为2:1D. 相同时间内A、B产生的电热之比为2:1【答案】B【解析】【详解】根据电阻定律，且A的长度是B的长度的2倍，则有:，因为A、B串联在电路中，故电流相等，根据U=IR，可知A、B两端的电压之比等于电阻之比，即2:1，根据，可知A、B消耗
17、的电功率之比等于电阻之比，即2:1，根据，可知A、B消耗的电热之比等于电阻之比，即2:1，故ACD正确，B错误，本题选错误的，故选B【点睛】根据电阻定律求出A、B电阻之比，再根据A、B串联在电路中电流相等，根据U=IR、即可分析求解10. （2019北京）在如图所示的电路中，电源的内阻，电阻，不计电流表的内阻闭合开关后，电流表的示数电阻的电功率为（ ）A. B. C. D. 【答案】B【解析】【详解】由焦耳定律可得，电阻R消耗的功率故B正确ACD错误。23. （2020.12河北）如图所示为家用电阻丝电炉，现将甲、乙两电阻丝电炉分别接入电路中，正常工作时，它们的电阻分别为R甲、R乙，R甲=R乙
18、，通过它们的电流分别为I甲、I乙，I甲=I乙，则在相等的时间内，甲、乙两电阻丝电炉产生的热量之比为（）A. 25：16B. 16：25C. 5：4D. 4：5【答案】C【解析】【分析】【详解】根据Q=I2Rt可得故选C。14. （2020北京）电源、电阻箱、电流表与开关连接成如图所示的电路。闭合开关S后，当电阻箱接入电路的阻值R=10.0时，电流表示数为0.50A。当电阻箱接入电路的阻值R=10.0时，电阻箱的热功率等于（）A. 50WB. 20WC. 5.0WD. 2.5W【答案】D【解析】【详解】电阻箱的热功率为故选D。19. （2021.6广东）小杰同学有节约用电的好习惯，他上学离家前总
19、是关掉自己房间里的用电器开关，该做法可使得功率约的用电器平均每天少用电，则1年可以节约用电约（）A. 360度 B. 200度C. 146度D. 73度【答案】D【解析】【分析】【详解】1年可以节约用电故选D。20. （2021.7云南）物理学规定_定向移动的方向为电流的方向；电流通过导体时能使导体的温度升高，电能转化为_能；一个的电阻工作时，通过它的电流是0.3A，则此电阻在100s内电流产生的热量为_J。【答案】 . 正电荷 . 内 . 90【解析】【分析】【详解】1物理学规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 2电流通过导体时能使导体的温度升高，电能转化为内能。3根据焦耳定律得，产生的热
20、量25. （2020.7青海）某电热器铭牌上标注额定电压为U，额定电流为I，则正常工作时，该电热器消耗的电功率为A. B. C. D. 【答案】C【解析】【详解】正常工作时，电压为额定电压，电流为额定电流，根据功率的公式，该电热器消耗的电功率为：故ABD错误；C正确。故选C17. （2019山东）一电动机正常工作时的发热功率是0.1kW，转化为机械能的功率是6kW，该电动机正常工作时（）A. 每秒钟消耗的电能为0.1kJB. 每秒钟消耗的电能为6kJC. 每秒钟做的机械功为0.1kJD. 每秒钟做的机械功为6kJ【答案】D【解析】【详解】AB电动机每秒钟消耗的电能为故AB错误；CD每秒钟做的机械功为故C错误，D正确。故选D。第 13 页 共 13 页
