第10講電路中的能量轉(zhuǎn)化理解電功和電功率、熱功率的概念掌握不同情況下的電功、電熱的計算一、電功和電功率1.電功:(1)實質(zhì):導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。(2)公式:W=UIt。(3)國際單位:焦,符號為J。(4)意義:電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度,即電功是多少就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2.電功率:(1)含義:單位時間內(nèi)電流所做的功。(2)公式:P==UI。(3)單位:瓦,符號:W。(4)物理意義:表示電流做功的快慢。(5)決定用電器電功率大小的因素有③④。①電功;②通電時間;③電壓;④電流;⑤電阻。二、焦耳定律和熱功率1.焦耳定律:(1)內(nèi)容:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。(2)表達式:Q=I2Rt。2.熱功率:(1)定義:單位時間內(nèi)的發(fā)熱量稱為熱功率。(2)表達式:P=I2R。(3)物理意義:表示電流發(fā)熱快慢的物理量。(4)計算電路中某電阻(滿足歐姆定律)的熱功率時,可以用到的公式是①②③④⑤。①P=UI;②P=I2R;③P=;④P=;⑤P=。三、純電阻電路和非純電阻電路1.純電阻電路:電流通過純電阻電路做功時,電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。2.非純電阻電路:含有電動機或電解槽等的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中,電流做功將電能除了部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還轉(zhuǎn)化為機械能或化學能等其他形式的能。3.純電阻電路和非純電阻電路的比較:項目純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動機、電解槽能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系W=Q即IUt=I2RtW=Q+E其他UIt=I2Rt+E其他電功率和熱功率的關(guān)系P=P熱,即IU=I2RP=P熱+P其他即IU=I2R+P其他歐姆定律是否成立U=IR,I=,成立U>IR,I<,不成立4.說明:(1)W=UIt、P電=UI適用于任何電路計算電功和電功率。(2)Q=I2Rt、P熱=I2R適用于任意電路計算電熱和熱功率。(3)只有純電阻電路滿足W=Q,P電=P熱;非純電阻電路W>Q,P電>P熱?？键c一：電功和電功率【例1】有兩個燈泡、，額定電壓皆為3V，額定功率分別為6W、3W，采用不同的接法，下列說法正確的是（）A．若將它們串聯(lián)接在電路中，兩燈泡的總功率最大為4.5WB．若將它們串聯(lián)接在電路中，兩燈泡的總功率最大為6WC．若將它們并聯(lián)接在電路中，兩燈泡的總功率最大為3WD．若將它們并聯(lián)接在電路中，兩燈泡的總功率最大為6W【答案】A【詳解】由可得兩燈泡的額定電流分別為，兩個燈泡的電阻分別為，AB．若將它們串聯(lián)接在電路中，則電路中的最大電流為，兩燈泡的總功率最大為故A正確，B錯誤；CD．若將它們并聯(lián)接在電路中，并聯(lián)電路的電壓是3V時都達到額定功率，兩燈泡的總功率最大為故CD錯誤。故選A?？键c二：焦耳定律和熱功率【例2】兩根由同種材料制成的均勻電阻絲A、B串聯(lián)在電路中，A的長度為L，直徑為d；B的長度為2L，直徑為2d，那么通電后在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（）A．QA∶QB＝1∶1 B．QA∶QB＝2∶1C．QA∶QB＝1∶2 D．QA∶QB＝4∶1【答案】B【詳解】由電阻定律可得電阻絲A的電阻電阻絲B的電阻所以由焦耳定律可得代入數(shù)值可得QA∶QB＝2∶1故選B?？键c三：非純電阻的電功率和熱功率【例3】圖是利用電動機提升重物的示意圖，其中D是直流電動機。P是一個質(zhì)量為m的重物，它被細繩拴在電動機的軸上。閉合開關(guān)S，重物P以速度v勻速上升，這時電流表和電壓表的示數(shù)分別是5.0A和100V，重物P上升的速度為0.70m/s。重物的質(zhì)量為50kg，g取10m/s2。下列說法不正確的是（）A．電動機消耗的電功率為500WB．繩對重物做功的機械功率350WC．電動機線圈的電阻20ΩD．電動機的效率為70%【答案】C【詳解】A．根據(jù)電功率關(guān)系式有故電動機消耗的功率為500W，故A正確，不符合題意；B．以物體為研究對象，由于物體勻速上升，根據(jù)平衡條件有根據(jù)得故細繩對對重物做功的機械功率為350W，故B正確，不符合題意；C．根據(jù)功能關(guān)系有；聯(lián)立解得故C錯誤，符合題意；D．電動機效率故D正確，不符合題意；故選C【例4】（2022·浙江·樂清市知臨中學高二期末）如圖所示為某品牌的電動車，質(zhì)量為，驅(qū)動電動機正常工作的額定輸入電流，額定輸入電壓為，電動車電池的容量為。電動車行駛時所受阻力大小為車所受重力的0.05；該電動車在水平地面上由靜止開始以額定功率運行通過的距離，速度達到，忽略電動機轉(zhuǎn)動時的摩擦，重力加速度。下列說法正確的是（）A．電池能使電動機以額定電流運行的最長時間為120分鐘B．驅(qū)動電動機的輸出功率為C．驅(qū)動電動機的內(nèi)阻為D．電動車能達到的最大速度為【答案】CD【解析】電池能使電動機以額定電流運行的最長時間為選項A錯誤；由動能定理解得P=240W，選項B錯誤；根據(jù)，解得驅(qū)動電動機的內(nèi)阻為選項C正確；電動車能達到的最大速度為，選項D正確。1．（2022·浙江·高考真題）某節(jié)水噴灌系統(tǒng)如圖所示，水以的速度水平噴出，每秒噴出水的質(zhì)量為2.0kg。噴出的水是從井下抽取的，噴口離水面的高度保持H=3.75m不變。水泵由電動機帶動，電動機正常工作時，輸入電壓為220V，輸入電流為2.0A。不計電動機的摩擦損耗，電動機的輸出功率等于水泵所需要的輸入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的輸出功率與輸入功率之比）為75%，忽略水在管道中運動的機械能損失，則（）A．每秒水泵對水做功為75JB．每秒水泵對水做功為225JC．水泵輸入功率為440WD．電動機線圈的電阻為10【答案】D【解析】每秒噴出水的質(zhì)量為,抽水增加了水的重力勢能和動能，則每秒水泵對水做功為故AB錯誤；水泵的輸出能量轉(zhuǎn)化為水的機械能，則而水泵的抽水效率（水泵的輸出功率與輸入功率之比）為75%，則故C錯誤；電動機的輸出功率等于水泵所需要的輸入功率，則電動機的機械功率為而電動機的電功率為由能量守恒可知，聯(lián)立解得，故D正確；2.（2022·江蘇·高考真題）如圖所示，電路中燈泡均正常發(fā)光，阻值分別為，，，，電源電動勢，內(nèi)阻不計，四個燈泡中消耗功率最大的是（）A． B． C． D．【答案】A【解析】由電路圖可知R3與R4串聯(lián)后與R2并聯(lián)，再與R1串聯(lián)。并聯(lián)電路部分的等效電阻為由閉合電路歐姆定律可知，干路電流即經(jīng)過R1的電流為并聯(lián)部分各支路電流大小與電阻成反比，則四個燈泡的實際功率分別為，，，故四個燈泡中功率最大的是R1。故選項A正確。3．（2020·浙江·高考真題）如圖所示，系留無人機是利用地面直流電源通過電纜供電的無人機，旋翼由電動機帶動?，F(xiàn)有質(zhì)量為、額定功率為的系留無人機從地面起飛沿豎直方向上升，經(jīng)過到達高處后懸停并進行工作。已知直流電源供電電壓為，若不計電纜的質(zhì)量和電阻，忽略電纜對無人機的拉力，則（）A．空氣對無人機的作用力始終大于或等于B．直流電源對無人機供電的額定電流為C．無人機上升過程中消耗的平均功率為D．無人機上升及懸停時均有部分功率用于對空氣做功【答案】BD【解析】無人機先向上加速后減速，最后懸停，則空氣對無人機的作用力先大于200N后小于200N，最后等于200N，選項A錯誤；直流電源對無人機供電的額定電流，選項B正確；若空氣對無人機的作用力為F=mg=200N則無人機上升過程中消耗的平均功率但是由于空氣對無人機向上的作用力不是一直為200N，則選項C錯誤；無人機上升及懸停時，螺旋槳會使周圍空氣產(chǎn)生流動，則會有部分功率用于對空氣做功，選項1．如圖1所示，用充電寶為一手機電池充電，其等效電路如圖2所示。在充電開始后的一段時間內(nèi)，充電寶的輸出電壓、輸出電流可認為是恒定不變的，設(shè)手機電池的內(nèi)阻為，則時間內(nèi)（）A．充電寶輸出的電功率為 B．充電寶產(chǎn)生的熱功率為C．手機電池產(chǎn)生的焦耳熱為 D．手機電池儲存的化學能為【答案】D【詳解】A．充電寶的輸出電壓U、輸出電流I，所以充電寶輸出的電功率為UI，故A錯誤；B．充電寶內(nèi)的電流也是I，但其內(nèi)阻未知，所以無法判斷充電寶產(chǎn)生的熱功率，故B錯誤；C．U是充電寶的輸出電壓，不是手機電池的內(nèi)電壓，所以不能用，計算手機電池產(chǎn)生的焦耳熱，手機電池產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)為，故C錯誤；D．充電寶輸出的電能一部分轉(zhuǎn)化為手機電池儲存的化學能，一部分轉(zhuǎn)化為手機電池產(chǎn)生的焦耳熱，故根據(jù)能量守恒定律可知手機電池儲存的化學能為：，故D正確。故選D。2．額定電壓都是110V，額定功率PA=100W，PB=40W的燈泡兩盞，若接在電壓為220V的電路上，兩盞燈泡均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是（）A．B．C．D．【答案】C【詳解】由題知，兩燈泡額定電壓相等，A燈泡的額定功率較大，由可知，A燈泡的電阻較小，即A．圖中燈泡A和B串聯(lián)在220V的電源上，由串聯(lián)電路的分壓特點可知，兩燈泡兩端的電壓均不等于110V，所以都不能正常工作，A錯誤；B．圖中燈泡A和可變電阻R并聯(lián)后又和燈泡B串聯(lián)，由并聯(lián)電路中電阻越并越小、小于任何一個分電阻可知，B燈泡的電阻一定大于并聯(lián)部分的總電阻，由串聯(lián)電路的分壓特點可知，兩燈泡兩端的電壓均不等于110V，所以都不能正常工作，B錯誤；CD．選項C中燈泡B和可變電阻R并聯(lián)后又和燈泡A串聯(lián)，由電阻的并聯(lián)可知，可變電阻調(diào)節(jié)合適時可以使并聯(lián)部分的電阻和燈泡A的電阻相等，即兩燈泡可以同時正常發(fā)光；選項D中燈泡A和燈泡B并聯(lián)后又與可變電阻R串聯(lián)，當可變電阻的阻值和兩燈泡并聯(lián)的電阻相等時它們可以同時發(fā)光；由并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和可知，選項C中電路的總電流為A燈泡的額定電流，選項D中電路的總電流等于A和B兩燈泡的額定電流之和，由可知，選項C中電路消耗的功率最小。故選C。3．下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中錯誤的是（）A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．適用于任何電路，而只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，D．焦耳熱適用于任何電路【答案】A【詳解】A．電功率越大，表示電流做功越快，但是電路中產(chǎn)生的焦耳熱量的多少還與做功的時間的長短和是否是純電阻電路有關(guān)，A錯誤；B．適用于任何電路，而只適用于純電阻電路，B正確；C．在非純電阻電路中，總功率大于熱功率，，C正確；D．焦耳熱適用于任何電路，D正確；本題選擇錯誤的，故選A。4．為了生活方便，電熱水壺已進入千家萬戶，如果將一電熱水壺接在220V的電源兩端，經(jīng)時間t0電熱水壺的開關(guān)自動切斷，假設(shè)熱量的損失不計、加熱絲的阻值不受溫度的影響．則()A．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)2t0的時間電熱水壺的開關(guān)自動切斷B．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時間電熱水壺的開關(guān)自動切斷C．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)4t0的時間電熱水壺的開關(guān)自動切斷D．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時間電熱水壺的開關(guān)自動切斷【答案】D【詳解】設(shè)電熱水壺的電熱絲的電阻為R，則經(jīng)過t0的時間，220V的電壓產(chǎn)生的熱量為：.AB.若U1=110V，需要產(chǎn)生相同熱量，可解得：；故A項錯誤，B項錯誤.CD.若U2=55V，需要產(chǎn)生相同熱量開關(guān)才能自動切斷：，可解得：；故C項錯誤，D項正確.5．小雷同學家里購買了一款掃地機器人，如圖所示，小雷同學仔細檢查了這個新掃地機器人，發(fā)現(xiàn)銘牌上標有如下表所示數(shù)據(jù)，則該掃地機器人（）主機基本參數(shù)產(chǎn)品尺寸345mm*345mm*96mm電池14.4V/5200mA·h鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量約3.8kg無線連接WiFi智能快連額定電壓14.4V額定功率55WA．額定工作電流為0.25AB．充滿電后正常工作的時間為2.5hC．電池充滿電后儲存的總電荷量為18720CD．以額定電流工作時每小時消耗能量為55J【答案】C【詳解】AD．由銘牌知，掃地機器人工作的額定電壓為14.4V，額定功率為55W，則額定電流I＝A≈3.82A每秒鐘消耗能量W＝Pt＝55J，AD錯誤；BC．根據(jù)電池容量5200mA·h知，電池充滿電后儲存的總電荷量Q＝5.2A×3600s＝18720C充滿電后正常工作的時間t＝≈1.36h，B錯誤，C正確。故選C。6．電動玩具汽車的直流電動機電阻一定，當加上0.3V電壓時，通過的電流為0.3A，此時電動機沒有轉(zhuǎn)動.當加上3V電壓時，電流為1A，這時電動機正常工作．則(

)A．電動機的電阻是3B．電動機正常工作時的發(fā)熱功率是3WC．電動機正常工作時消耗的電功率是4WD．電動機正常工作時機械功率是2W【答案】D【詳解】A．當加上0.3V電壓時電動機不轉(zhuǎn)動，利用歐姆定律得選項A錯誤；BC．當加上3V電壓時，消耗的電能一部分發(fā)熱，一部分轉(zhuǎn)化為了機械能．消耗的電功率為發(fā)熱功率，BC錯誤；D．根據(jù)能量關(guān)系，產(chǎn)生的機械功率為，D正確．故選D。7．如圖所示為某一電路的一部分，其中，，下列關(guān)于、、消耗的電功率、、，以及、、兩端的電壓、、的關(guān)系正確的是（）A． B．C． D．【答案】BC【詳解】AB．和并聯(lián)，并且它們的電阻也是相等的，設(shè)通過、的電流大小都為I，那么通過的電流大小為，所以兩端的電壓為，、兩端的電壓分別為、代入已知量得故A錯誤，B正確；CD．消耗的電功率為，、消耗的電功率分別為、代入已知量得故C正確，D錯誤；故選BC。8．電飯鍋工作時有兩種狀態(tài)。一種是鍋內(nèi)水燒干前的加熱狀態(tài)，另一種是鍋內(nèi)水燒干后保溫狀態(tài)，如圖所示是電飯鍋電路原理示意圖，K是感溫材料制造的開關(guān)。下列說法中正確的是（）A．其中R2是供加熱用的電阻絲B．當開關(guān)S接通時電飯鍋為加熱狀態(tài)，S斷開時為保溫狀態(tài)C．要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)的一半，應(yīng)為2：1D．要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時一半，應(yīng)為【答案】ABD【詳解】AB．如圖所示，由得，當接通K時，電阻變小，功率變大，處于加熱狀態(tài)；當斷開K時，電阻變大，功率變小，處于保溫狀態(tài)，則R2是供加熱用的電阻絲，當開關(guān)K接通時電飯鍋為加熱狀態(tài)，K斷開時為保溫狀態(tài)，故AB正確；CD．使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀