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第12章 电能 能量守恒定律
1　电路中的能量转化
[学习目标]
1.理解电功、电功率、电热、热功率及它们之间的关系.
2.应用焦耳定律解决相关问题.
3.区分电功和电热，会在非纯电阻电路中正确计算电功和电热．
[基础梳理]
一、电功和电功率
1．电功
(1)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)电功的计算公式：W＝UIt.
单位：焦耳，符号为J.
常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 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＝＝UI.
(3)单位：瓦特，符号为W.
(4)意义：表示电流做功的快慢．
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热＝I2R.
(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量．
三、电路中的能量转化
从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即P电＝P机＋P损，其中P电＝UI，P损＝I2R.
[能力拓展]
一、电功和电热
1．电功和电功率
W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路．
2．电热和热功率
Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．
3．串、并联电路的功率分配关系
(1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即＝＝…＝＝I2.
(2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2.
(3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和．
4．额定功率和实际功率
(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率．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、电路中的能量转化
1．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．例如电动机P总＝P出＋P热．
2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
纯电阻电路 非纯电阻电路
举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽
能量转化情况
电功和电热的关系 W＝Q 即IUt＝I2Rt W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他
电功率和 热功率的关系 P＝P热， 即IU＝I2R P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他
欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝成立 U＞IR，I＜不成立
说明 W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率 Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率 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
[随堂演练]
1．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多。下列电器中主要利用电流的热效应工作的是：（　　）
A．电风扇 B．电视机 C．手机 D．电饭煲
2．把两完全相同的电阻丝串联后接在电压为U的电源上，它们在时间t内产生的热量为Q1；若把它们并联起来接在同一电源上，在相同的时间t内产生的热量为Q2，则（　　）
A．Q1：Q2=1：4 B．Q1：Q2=4：1 C．Q1：Q2=1：2 D．Q1：Q2=2：1
3．2021年1月9日某车企在成都发布了一款新能源轿车，它使用的150kW·h的固态电池能达到360W·h/kg的超高能量密度，这款电池可以使该轿车续航能力达到1000公里。其中“360W·h/kg”是这款电池的重要参数——能量密度，若用国际单位制的基本单位来表示该参数，下列选项中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
4．标有“”字样的直流电动机，线圈电阻为，不计机械摩擦阻力，则电动机正常工作时发热功率是（　　）
A． B． C． D．
5．三个电阻R1、R2、R3并联后，接入电源，每个电阻的伏—安特性曲线如图所示，则下列说法错误的是（　　）
A．R1>R2>R3 B．通过三个电阻的电流I1C．电阻上消耗功率P16．某品牌的电动汽车电池储能为60，充电电压为400V，充电电流为35A，充电效率为95%，该电动汽车以108的速度匀速行驶时，机械能转化效率为90%，可匀速行驶388.8，则该电动汽车（　　）
A．充电时间约为6h B．匀速行驶时输出的功率为10
C．匀速行驶时所受的阻力大小为500N D．匀速行驶时每秒消耗的电能为
7．在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，实验所用的小灯泡额定电压为。
（1）把图甲所示的实验器材用笔画线补充完整。（______）
（2）已经将实验数据描到图乙中，请描绘出小灯泡的伏安特性曲线_____。
（3）根据得到的小灯泡的伏安特性曲线，得出小灯泡的正常工作电阻为________，额定功率为_________。（结果均保留两位有效数字）
8．某兴趣小组想测绘热敏电阻的伏安特性曲线，设计了如图1所示的电路。
(1)滑动变阻器有以下两种规格，应选择___________；
A．滑动变阻器（阻值范围、额定电流2A）
B．滑动变阻器（阻值范围、额定电流1A）
(2)请用笔画线代替导线把图2所示的实物图补充完整__________。
(3)闭合电键S前，滑动变阻器的滑片应置于___________（选填“最左端”、“最右端”或“中间位置”）；
(4)小组同学改变滑片的位置，得到多组电压表和电流表的示数，作出通过热敏电阻的电流随电压的变化曲线，如图3所示。
①当热敏电阻两端的电压是1V时，热敏电阻的阻值是___________；
②把热敏电阻和定值电阻、恒压电源组成图4所示的电路，电源电压恒为6V，定值电阻，热敏电阻消耗的电功率为___________W。（结果均保留3位有效数字）
试卷第1页，总3页
参考答案
1．D
【详解】
A．电风扇将电能转化为动能和少量的热能，A错误；
B．电视机主要将电能转化为光能，B错误；
C．手机充电时是电能转化为化学能，C错误；
D．电饭煲主要将电能转化为热能，D正确；
故选D。
2．A
【详解】
设每根电阻丝的电阻为R，当两电阻并联时，总电阻为
当两电阻串联时，总电阻为
电压和时间一定，根据焦耳定律有
可得
故选A。
3．B
【详解】
由
又因为
代入可得
故B正确，ACD错误。
故选B。
4．B
【详解】
由题意可知该电动机正常工作时通过线圈的电流为
则发热功率为
故选B。
5．D
【详解】
A．I-U图象中，斜率越大，电阻越小，故R1>R2>R3，故A正确，不符合题意；
B．并联电路电压相等，根据欧姆定律可知，电阻越大，电流越小，则I1C．由P=UI可知，电阻上消耗功率P1D．由P=UI可知，P1∶P2∶P3=I1∶I2∶I3，故D错误，符合题意。
故选D。
6．C
【详解】
A．根据公式
计算出充电时间为
A错误；
B．匀速行驶的时间为
匀速行驶时输出的功率为
B错误；
C．电动车匀速行驶时的速度为30 m/s，电动车所受阻力和牵引力相等，则
C正确；
D．匀速行驶时每秒消耗的电能为
D错误。
故选C。
7．
【详解】
(1)[1]描绘伏安特性曲线要求电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡电阻较小，采用电流表外接法，由乙图可知电流表选择0.6A的量程，实物连接如图所示
(2)[2]用平滑曲线连接各点，个别偏差太大的舍弃，描绘出的小灯泡伏安特性曲线如图所示
(3)[3][4]小灯泡正常工作电压U=2.5V，由伏安特性曲线可知，电流为I=0.3A，故小灯泡的正常工作电阻为
额定功率为
8．A 见解析 最左端
【详解】
(1)[1]电路是分压电路，滑动变阻器应选择总阻值较小的，故选A；
图1 图2
(2)[2]根据电路图1连接实物图，如图所示；
(3)[3]为保护电表安全，闭合电键前通过电流表的电流应是最小的，所以闭合电键前，滑动变阻器的滑片应置于最左端；
(4)①[4]由图2可知，当热敏电阻两端电压是1V时，热敏电阻的阻值为
②[5]把定值电阻看成恒压电源的内阻，作出曲线，由两曲线的交点可知热敏电阻两端的电压为，通过热敏电阻的电流为，所以热敏电阻消耗的电功率为

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