第10講電路中的能量轉化

q學區(qū)目標］

1.理解電功和電功率、熱功率的概念

2.掌握不同情況下的電功、電熱的計算

|［函基礎知識］:

—miuiiiiiiniiiiiiiiiuiiiiiiNiiiiiiii，

一、電功和電功率

1.電功：

(1)實質：導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。

⑵公式:W=UIt.

⑶國際單位:焦,符號為J。

(4)意義：電功是電能轉化為其他形式的能的量度，即電功是多少就有多少電能轉化為其他形

式的能。

2.電功率：

(D含義:單位時間內(nèi)電流所做的功。

W

⑵公式:P一

t

(3)單位:瓦,符號:

(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③?,

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：

(D內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)士?的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正

比。

(2)表達式:Q=FRt.

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=rR°

(3)物理意義:表示電流發(fā)熱快慢的物埋量。

⑷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。

U2WQ

①PRI;②P=I子;③？=—;@P—;⑤P-。

Rtt

三、純電阻電路和非純電阻電路

1.純電阻電路：電流通過軻電阻電路做功時;電能全部轉化為導體的內(nèi)能。

2.非純電阻電路:含有電匆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化為內(nèi)能外，還轉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

白熾燈、電爐、電動機、

舉例

電熨斗、電飯鍋電解槽

能量轉1_____不⑥

化情況

7臺

電功和電W=Qw=Q+E4他

熱的關系即IUt=I2RtUIt=I2Rt+E

電功率和熱P=P熱，P=P拉+PK也

功率的關系即IU=『R即IU=/R+P

歐姆定律U_u

U=IR,I-,成立U〉IR,I<一,不成立

是否成立RR

4.說明:

(l)W=UIt,Plfc=UI適用于任何電路計算電功和電功率。

(2)Q=「Rl、P熱=1年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勃;非純電阻電路W>Q,PQP”

!C考點剖析］

------------------IIIIIIIIUIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII----------------------

考點一：電功和電功率

【例1】有兩個燈泡L1、L2,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45W

B.若將它們串聯(lián)接在電路中,兩燈泡的總功率最大為6W

C.若將它們并聯(lián)接在電路中,兩燈泡的總功率最大為3W

D.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】由尸=U7可得兩燈泡的額定電流分別為/L?=?=2A,“哈=|=1A兩個燈泡的電

I]2323I]1

阻分別為凡與=?=*=3。

，]U/11D

AB.若將它們串聯(lián)接在電路中，則電路中的最大電流為1A,兩燈泡的總功率最大為

%=/；(4+&)=fXg+3)=4.5W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

7=[+1=9\v故CD錯誤。故選A。

考點二：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4、8串聯(lián)在電路中，力的長度為L,直徑為4

〃的長度為2乙直徑為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=\：1B.QA\QB=2'.\

C.QA\QB=\：2D.QAQB=A'.\

【答案】B

LL

Rn=p-=p------=---dr

【詳解】由電阻定律可得S(d\4/電阻絲/的電阻仆=等n電阻絲8的

_4px2L2pL

電阻"元斤=彳尸所以&：%=2:1由焦耳定律可得。代入數(shù)值可得Q1：QB=

2：1故選B。

考點三：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，或中D是直流電動機°。是一個質量為加的

重物，它被細繩拴在電動機的軸上。閉合開關S,重物P以速度y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。重物的質量為50kg,

g?10m/s2o下列說法不正確的是()

【解析】電池能使電動機以額定電流運行的最長時間為,'=3=竺黑"=3h=180min選

I6000mA

項A錯誤；由動能定理A-kings=gmv1

解得P=240W,選項B錯誤；

根據(jù)/U=P+/2〃，解得驅動電動機的內(nèi)阻為，

6

P240.o.

vrn-----------------------m/s—8m/s

選項C正確；電動車能達到的最大速度為kmg0.05x600,選項D正確。

真題演練

1.（2022?浙江?高考真題）某節(jié)水噴灌系統(tǒng)如圖所示，水以％=15m/s的速度水平噴出,

每秒噴出水的質量為2.0kgo噴出的水是從井下抽取的，噴口離水面的高度保持〃=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75J

B.每秒水泵對水做功為225J

C.水泵輸入功率為440W

D.電動機線圈的電阻為10。

【答案】D

【解析】每秒噴出水的質量為%=2.0kg,抽水增加/水的重力勢能和動能，則每秒水泵對水

做功為力==300J

W

故AB錯誤；水泵的輸出能量轉化為水的機械能，則舄=：=3O（）W

而水泵的抽水效率（水泵的輸出功率與輸入功率之比）為75%,則以=q=400W

75%

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

%=;\=400W

而電動機的電功率為=67=440W

由能量守恒可知%=/%-P機，聯(lián)立解得R=IOC,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，阻值分別為凡=2C,4=3C,

&=2Q,&=4Q,電源電動勢￡=12V,內(nèi)阻不計，四個燈泡中消耗功率最大的是（）

C.凡D.凡

【答案】A

【解析】由電路圖可知心與七串聯(lián)后與心并聯(lián)，再與R/串聯(lián)。并聯(lián)電路部分的等效電阻

為%=&（%+&）=2Q

并（&+4+&）

由閉合電路歐姆定律可知’干路電流即經(jīng)過處的電流為L=/=&=3A

/心

并聯(lián)部分各支路電流大小與電阻成反比，則”=-^=2A

2『貴二IA

四個燈泡的實際功率分別為勺=/法=18W,&=/；R?=12W,々=/；&=2W,

PA=凡=4W故四個燈泡中功率最大的是Rlo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，現(xiàn)有質量為20kg、額定功率為5kW的系留無人機從地面起飛沿

豎直方向上升，經(jīng)過200s到達100m高處后懸停并進行工作。己知直流電源供電電壓為

400V,若不計電纜的質量和電阻，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200N

B.直流電源對無人機供丐的額定電流為12.5A

C.無人機上升過程中消耗的平均功率為100W

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

/=!=^A=12.5A,選項B正確；若空氣對無人機的作用力為/=〃?g=200N

U400

則無人機上升過程中消耗的平均功率,=強=絲普=ioow

t200

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

［圉過關檢測J

-------------------iiiiiiiiiiiiiiiiiiiuiiiiiuiiiiiiiiiim--------------------

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U、輸出電流/可認為是恒定不變的，設手機電池的內(nèi)阻為〃,

則時間，內(nèi)（）

手

機

電

池

充電寶

圖】圖2

A.充電寶輸出的電功率為U/+/rB.充電寶產(chǎn)生的熱功率為/）?

U2

C.手機電池產(chǎn)生的焦耳熱為J/D.手機電池儲存的化學能為

r

【答案】D

【詳解】

A.充電寶的輸出電壓。、輸出電流/,所以充電寶輸出的電功率為5,故A錯誤；

B.充電寶內(nèi)的電流也是/,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;

U1

C.U是充電寶的輸出電反，不是手機電池的內(nèi)電壓，所以不能用幺計算手機甩池產(chǎn)生

r

的焦耳熱，手機電池產(chǎn)生的焦耳熱應為一〃，故C錯誤：

D.充電寶輸出的電能一部分轉化為手機電池儲存的化學能，一部分轉化為手機電池產(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：U〃-尸片，故D正確。故選

Do

2.額定電壓都是110V,額定功率P4=100W,尸產(chǎn)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（）

【詳解】由題知，兩燈泡額定電壓相等，A燈泡的額定功率較大，由尸可知，A燈泡

R

的電阻較小，即

RB>此

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U0V,所以都不能正常工作，A錯誤；

B.圖中燈泡A和可變電阻H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)后乂與可變電阻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，由尸可知，選項C中電路消耗的功率最小。故選C。

3.下列關于電功、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.力=?！ㄟm用于任何電路，而力=/只適用于純電阻電路

R

C.在非純電阻電路中，U1>I2R

D.焦耳熱。=/放適用于任何電路

【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，A錯誤；

If2

B.力適用于任何電路，而%=/%/=只適用F純電阻電路，B正確：

R

C.在非純電阻電路中，怠功率大于熱功率，C正確；

D.焦耳熱。=八期適用于任何電路，口正確；本題選擇借誤的，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22()V的電源兩端，

經(jīng)時間切電熱水壺的開關自動切斷，假設熱量的損失不計、加熱絲的阻值不受溫度的影峋.則

()

A.如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)2fo的時間電熱水壺的開關自動切斷

B.如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)16力的時間電熱水壺的開關自動切斷

C.如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)4勿的時間電熱水壺的開關自動切斷

D.如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)16/。的時間電熱水壺的開關自動切斷

【答案】D

【詳解】設電熱水壺的電熱絲的電阻為R,則經(jīng)過小的時間，220v的電壓產(chǎn)生的熱量為：

c吟(220『

AB.若U/=U0V,需要產(chǎn)生相同熱量。=牛0=&臀乙，可解得：4=4/。；故A項錯誤,

B項錯誤.

竿「可解得：“⑹°；

CD.若5=55V,需要產(chǎn)生相同熱量開關才能自動切斷：0=

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，小雷同學仔細檢直了這個新掃地機器

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*345inm*96mm

電池14.4V/52D0mAh鋰電池

產(chǎn)品質量約3.8kg

無線連接WiFi智能快連

額定電壓I4.4V

額定功率55W

A.額定工作電流為0.25A

B.充滿電后正常工作的時間為23h

C.電池充滿電后儲存的總電荷量為I8720C

D.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7^7A、3.82A

14.4

每秒鐘消耗能量力=H=55J,AD錯誤：

BC.根據(jù)電池容量5200mAh知，電池充滿電后儲存的總電荷量Q=5.2Ax36（）0s=18720C

充滿電后正常工作的時間/=塔*"Rjeh,B錯誤，c正確。故選c。

3.82A

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3。

B.電動機正常工作時的發(fā)熱功率是3W

C.電動機正常工作時消耗的電功率是4W

D.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電壓時電動機不轉動，利用歐姆定律得選項A錯誤：

0.3

BC.當加上3V電壓時，消耗的電能一部分發(fā)熱，一部分轉化為了機械能.消耗的電功率

為

P=IU=\x3W=3W發(fā)熱功率七=八/?=/x1=1W,BC錯誤；

D.根據(jù)能量關系，產(chǎn)生的機械功率為舄=〃-&=3-l=2W,D正確.故選D。

7.如圖所示為某一電路的一部分，其中凡=10。，&二%=200,下列關于《、&、&消

耗的電功率4、2、6,以及4、&、&兩端的電壓G、5、q的關系正確的是（）

R1火3

------1?-------

A.50：％=1：2：2B.4：4：%=1：1：1

C.4/:呂=2:1:1D.?：6:6=1:2:2

【答案】BC

［詳解］AB.&和&并聯(lián),并且它們的電阻也是相等的,設通過鳥、4的電流大小都為/，

那么通過用的電流大小為2/,所以用兩端的電壓為G=2出，&、&兩端的電壓分別為

4=/&、"=/4

代入已知量得4=q=q故A錯誤，B正確；

CD.4消耗的電功率為［=（2/『用=4〃",R2、4消耗的電功率分別為巴=八%、A=八"

代入已知顯得4：鳥：6=2:1:1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。下列說法中正確的

是（）

A.其中&2是供加熱用的電阻絲

B.當開關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&在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)的一半，/應為2：1

D.要使處在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時一半，合應為（夜-1）：1

【答案】ABD

【詳解】AB.如圖所示，由尸二J得，當接通K時，電阻變小，功率變大，處于加熱狀

R

態(tài)；當斷開K時，電阻變大，功率變小，處于保溫狀態(tài)，則凡是供加熱用的電阻絲，當開

關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.使心在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)的一半，由六/次可得：電阻心在保溫與加熱狀

態(tài)下的電流之比1:垃，所以&=0:1則K：R=（正-1）:1故C錯誤，D正確。故

選ABD。

9..（2023?吉林省長春外國語學校高二上學期第一次月考）在如圖所示的電路中，輸入電壓

U恒為8V,燈泡L標有“3V6W”字樣，電動機線圈的電阻RM=1C。若燈泡恰能正常發(fā)

光，下列說法正確的是（）

A.整個電路消耗的電功率是10WB,電動機的輸出功率8W

C.電動機的效率是80%D.流過電動機的電流是2A

【答案】D

p6

【解析】燈泡正常發(fā)光，則電路中的電流為/=］，=WA=2A

由于電路串聯(lián)，因此流過電動機的電流是2