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(共31张PPT)
第2课时　闭合电路中的能量转化
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　电源的功率
1．电源的功率和效率
2.稳定电路的U－I图像有两种：一是电源的U－I图像(如图中a)；二是用电器的U－I图像，而用电器的U－I图像又分两类：线性(图中b)和非线性(图中c).两种图像的交点坐标表示该用电器单独与电源串联的工作电流和路端电压(也是用电器两端的电压).如图所示，电源的输出功率分别为Pb＝U1I1，Pc＝U2I2.
√
角度1　纯电阻电路中的功率
　　　(2025·东莞期中)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系上，如图中的a、b、c所示，根据图线可知(　　)
A．反映Pr变化的图线是b
B．电源电动势为8 V
C．电源内阻为1 Ω
D．当电流为0.5 A时，外电路的电阻为6 Ω
√
角度2　非纯电阻电路中的功率问题
　　　小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗．汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为12.6 V，内阻为0.05 Ω.车灯接通电动机未启动时，电流表示数为12 A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到52 A．电表为理想电表，车灯电阻恒定，下列说法正确的是(　　)
A．电动机未启动时，车灯的功率为120 W
B．电动机启动时，车灯的功率为120 W
C．电动机启动时，电动机的输入功率为420 W
D．电动机启动时，电动机的热功率可能为450 W
知识点二　电源的最大输出功率和效率
3．功率最大值的求解方法
(1)对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．
(2)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻，电源的输出功率越大．

(3)如图所示，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大．
角度1　电阻消耗的最大功率的分析
　　　如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，保护电阻R0＝0.5 Ω.
(1)当电阻箱R读数为多少时，保护电阻R0消耗的电功率最大，并求这个最大值．
[答案]　0　8 W　
(2)当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大，并求这个最大值．
[答案]　1.5 Ω　6 W
√
角度2　电源的最大输出功率和效率的分析
　　　(多选)(2025·佛山期中)将一电源与电阻箱R、定值电阻R0＝4 Ω连接成闭合回路，如图甲所示．测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R的关系如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)
A．电源内阻r＝1 Ω
B．电源电动势E＝30 V
C．定值电阻R0功率最大时，电阻箱R＝1 Ω
D．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为90%
√
√
角度3　电源的功率和效率的动态分析
　　　硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图所示，图线A是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I变化的关系图线，图线B是某电阻R的U－I图线．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列说法正确的是(　　)
A．R的阻值随电压升高而增大，此时的阻值为1 Ω
B．电源的效率为33.3 %
C．若将灯泡换成0.3 Ω定值电阻，电源的输出功率增大
D．此时闭合回路中电源两端的电压为3 V
　　　在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内阻r＝3 Ω，电阻R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大．
(1)当R为多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？此时电源的效率为多少？
[答案]　0　0.72 W　40%
(2)当R为多大时，电源的输出功率最大？最大功率为多少？此时电源的效率为多少？
[答案]　1 Ω　0.75 W　50%
(3)当R为多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？此时电源的效率为多少？
[答案]　5 Ω　0.45 W　70%
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(电源的功率)如图所示的U－I图像中，直线a为一电源的路端电压与电流的关系，直线b为电阻R两端电压与电流的关系．若将该电源与电阻R连成闭合回路，闭合开关后，下列说法正确的是(　　)
A. 闭合回路路端电压为6 V
B. 闭合回路中总电阻为4 Ω
C. 电源的输出功率为4 W
D. 电源的总功率为4 W
√
2．(电源的最大输出功率)(多选)如图所示，R1为定值电阻，R2为电阻箱，E为电源电动势，r为电源内电阻，且r>R1.下列说法正确的是(　　)
A．当R2＋R1＝r时，R2获得最大功率
B．当R1＋r＝R2时，R2获得最大功率
C．当R2＝0时，R1获得最大功率
D．当R2逐渐变大时，电源的输出功率增大
√
解析：把R1看作电源内阻，当R1＋r＝R2时，R2获得最大功率，故B正确，A错误；根据P＝I2R1可知，当R2＝0时，电路中总电流最大，所以此时R1获得最大功率，故C正确；外电阻从零逐渐增大，电源的输出功率的变化关系为先增大再减小，当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，由于r>R1，当R2从零逐渐变大时，电源的输出功率先增大后减小，故D错误．
√
3．(电源的功率和效率的动态分析)如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向上移动的过程中(电压表和电流表均可视为理想电表)(　　)
A．电压表的示数减小
B．电流表的示数减小
C．电源的总功率增大
D．电源内阻消耗的电功率减小
解析：当变阻器R0的滑片向上滑动时，R0接入电路的阻值变大，故它与R2并联的总电阻变大，再与R1串联的总电阻也会变大，即外电路的电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知，回路中总电流减小，电源的内电压减小，所以路端电压增大，即电压表的示数增大，故A错误；由于电路的总电流减小，所以R1两端的电压也随之减小，故R0与R2两端的电压增大，则电流表的示数增大，故B错误；由于电路的总电流减小，故电源的总功率P总＝EI减小，电源内阻消耗的电功率Pr＝I2r减小，故C错误，D正确．(共32张PPT)
第二节　能源的利用方式
第三节　能量的转化与守恒
第四节　能源与环境
学习目标
1．掌握能量守恒定律．知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一．　2．了解能量转化和转移的方向性，认识到人类珍惜和保护能源及资源的必要性．　3．了解我国的能源状况，认识到能源与环境协调发展的必要性．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、能源的利用方式
1．化石能源：主要是石油、煤炭、天然气等．
2．新能源：水能、风能、太阳能和核能等．
二、能量的转化与守恒
1．能量守恒
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到别的物体，在转化和转移过程中其____________．这就是能量守恒定律．
转化
转移
总量不变
2．能量转化(转移)的方向性
(1)自然界中有些变化可以自发地进行，而另一些却不能，必须借助外界的作用才能实现．理论和实践研究表明，在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有方向性的，但都不违反能量守恒定律．
(2)能量的耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能
源．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
三、能源与环境
1．能源的分类
(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气．
(2)可再生能源：太阳能、水能、风能、地热能等．
2．环境保护
(1)防治生产和生活的污染．
(2)防止建设和开发的破坏．
(3)保护自然环境．
判断下列说法是否正确．
(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律.(　　)
(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能．(　　)
(3)能量的转化和转移具有不可逆性．(　　)
√
×　
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　能量守恒定律
(1)如图，这是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？
[提示]　汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能．
(2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗，为什么？
[提示]　不可以，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能．
1．适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．
2．对能量守恒定律的理解
某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
√
　　　光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能．农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益．如图所示，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到6.0×104 J的太阳能，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为100 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为(　　)
A．3 kW　　　　　　　 B．10 kW
C．60 kW D．600 kW
√
　　　如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50 m，有400个发电机组．假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约10 m/s；发电机将风能转变为电能的效率约为30%.空气密度为1.3 kg/m3，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近(　　)
A．1.5×107 kW·h
B．1.5×108 kW·h
C．1.5×109 kW·h
D．1.5×1010 kW·h
知识点二　能量转移或转化的方向性
如何正确理解能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了．
(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量的品质降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．
(3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．
√
　　　下列关于能量转移和转化的方向性的说法，不正确的是 (　　)
A．在自然界中不是所有能量都能利用
B．能量的利用是有条件的，也是有代价的
C．物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体
D．物体发生热传递时，热传递的方向从内能多的物体到内能少的物体
[解析]　在自然界中不是所有能量都能利用，例如雷电带来的能量，还不能被人类所利用，故A正确；能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如利用核能来发电，一旦核泄漏，造成的后果将不堪想象，故B正确；物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体，而不一定是从内能多的物体到内能少的物体，C正确，D错误．
　　　如图所示，卫星两翼的太阳能电池板能把太阳能转化为电能供卫星使用．关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能
B．在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少
C．能量的转移或转化过程中，是具有方向性的
D．修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害
√
[解析]　干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误．
知识点三　能源的开发和利用
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按形式或转换 特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用 技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气能、风能
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按可否再生分 可再生 能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能
不可再 生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
按对环境污染 情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)
　　　以下交通工具中，动力装置所用能源属于可再生能源的是(　　)
　　　　　　
[解析]　燃油、蒸汽机燃料为不可再生能源，故A、C、D错误；太阳能是可再生能源，故B正确．
√
√
　　　(2025·广州部分学校期中)能源是人类活动的物质基础，从某种意义上讲，人类社会的发展离不开能源．下列关于能源的理解正确的是(　　)
A．根据能量守恒定律可知，人类可利用的能源是取之不尽的
B．电脑长时间不用时，使其待机比较节能
C．太阳能电池板是将光能转化为电能
D．只要能源可利用，开发时不必考虑其他因素
[解析]　能量虽然守恒，但有的资源容易利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故A错误；电脑长时间处于待机状态，仍会消耗电能，不节能，故B错误；太阳能电池板是将光能转化为电能，储存在电池板中，故C正确；能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响，故D错误．
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(能源的开发和利用)(2025·佛山市期中)下列关于能源的说法正确的是(　　)
A．太阳能是地球上最主要的能量源泉
B．珠江的水能是用之不尽的
C．天然气是可再生能源
D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律
解析：太阳能是地球上最主要的能量源泉，故A正确；珠江的水能不是用之不尽的，故B错误；天然气是不可再生能源，故C错误；基本粒子的运动规律遵守能量守恒定律，故D错误．
√
2．(能源转化或转移的方向性)清原抽水蓄能电站是东北地区规模最大的抽水蓄能电站．抽水蓄能电站在电力负荷低谷时将水抽至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电．以下说法正确的是(　　)
A．水能是不可再生能源
B．电站蓄能时增加了能量
C．电站发电时把水的机械能转化为电能
D．蓄能电站的工作说明自然现象都是可逆的
解析：水能是可再生能源，A错误；电站蓄能是把电能转化为机械能，总能量不会增加，B错误；发电过程是把水的机械能转化为电能，C正确；一些物理过程可能是可逆的，但许多自然现象是不可逆的，D错误．
√
3．(能量守恒定律)关于能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．苹果从树上落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
B．大量使用煤炭和石油作燃料符合“低碳生活”理念
C．太阳能电池充电时，将太阳能全部转化为内能
D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能
解析：苹果在运动和碰撞中机械能转化为了苹果本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故A错误；大量使用煤炭和石油作燃料会增加空气中二氧化碳的含量，不符合“低碳生活”理念，故B错误；太阳能电池充电时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能，故C错误；根据能量转化的方向性可知，在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，故D正确．
√
4.(能量的转化与守恒)(2024·深圳统考期末)我国“天宫”空间站核心舱采用柔性砷化镓薄膜电池供电，此电池可将太阳能转化成电能，光电转化率可超过30%，下列判断正确的是(　　)
A.太阳能是可再生能源
B．电池板的光电转化率不到100%，说明能量不守恒
C．电源对外供电时，电源内部将电子从负极搬运到正极
D．电池工作时产生的电流既有大小又有方向，它是矢量
解析：太阳能是可再生能源，故A正确；电池板的光电转化率不到100%，但能量的转化和转移过程中总量不变，故B错误；电源对外供电时，电源内部将电子从正极搬运到负极，故C错误；电池工作时产生的电流既有大小又有方向，但它是标量，故D错误．第一节　电路中的能量
1．理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质．　2.理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路．　3.理解电功率和热功率，并能利用公式进行计算．
一、电功和电功率
1．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U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积．
(2)公式：W＝UIt.
(3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J.
2．电功率
(1)定义：电流做功与所用时间之比．
(2)公式：P＝＝UI．
(3)单位：瓦特，简称瓦，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与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比．
(2)公式：Q＝I2Rt．
(3)适用范围：任何电路．
2．热功率
(1)定义：电流通过导体发热的功率．
(2)公式：P热＝＝I2R．
三、闭合电路中的能量
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电热．
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，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能．
3．闭合电路中的能量转化关系：EI＝U外I＋U内I，EI表示电源提供的电功率，U外I和U内I分别表示外电路和内电路上消耗的电功率．
判断下列说法是否正确．
(1)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．(　　)
(2)正在充电的电池，电能全部转化为化学能.(　　)
(3)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路.(　　)
(4)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P即是电功率．(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
第1课时　电路中的能量
知识点一　电功和电功率
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．电功的单位：在国际单位制中电功的单位是焦耳，常用单位有度、千瓦时，1度＝1千瓦时＝3.6×106焦耳．
3．额定功率和实际功率
额定功率：用电器在额定电压下工作的功率．
实际功率：用电器在实际电压下工作的功率．
4．串、并联电路中的功率关系
项目 串联电路 并联电路
功率分配 ＝ ＝
总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn
　如图所示的电路中，电阻R1、R2和R3的阻值分别为4 Ω、4 Ω和8 Ω，U为8 V，该电路的总功率和R1的功率分别为(　　)
A．8 W和4 W　　 　　 B．4 W和4 W
C．16 W和4 W D．16 W和8 W
[解析]　由题图可知R1、R2串联，再和R3并联，根据串、并联规律可知电路总电阻R＝＝ Ω＝4 Ω，所以电路的总功率P＝＝ W＝16 W，通过R1的电流I1＝＝ A＝1 A，R1的功率P1＝IR1＝12×4 W＝4 W.
[答案]　C
　(2025·汕头期中)如图所示，有四盏灯接入电路中，L1和L2都标有“220 V　80 W”，L3和L4都标有“220 V　60 W”．把电路接通后，功率最大的是(　　)
A．L1　　　B．L2　　　C．L3　　　D．L4
[解析]　根据P＝可知L1、L2电阻相同，L3、L4电阻相同，且R1＝R2＜R3＝R4，由于L2、L3并联后再与L1、L4串联，所以P2＞P3，P4＞P1，P1＞P2，所以P4＞P1＞P2＞P3.
[答案]　D
　(2025·茂名校联考)在如图所示的电路中，电流表均为理想电流表，电阻R1＝40 Ω，闭合开关后，电流表A1的示数为0.2 A，电流表A的示数为0.3 A．求：
(1)R1的电功率；
(2)R2的阻值；
(3)在1 min内R2消耗的电能．
[解析]　(1)由题意可得，R1的电功率P1＝IR1＝0.22×40 W＝1.6 W.
(2)R2两端的电压U2＝U1＝I1R1＝8 V
可得R2＝＝＝ Ω＝80 Ω.
(3)在1 min内R2消耗的电能W＝Q＝IR2t＝0.12×80×60 J＝48 J.
[答案]　(1)1.6 W　(2)80 Ω　(3)48 J
知识点二　纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功与电热
(1)如图所示的是电烙铁和电熨斗，为什么这些用电器通电后会发热呢？
(2)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？
[提示]　(1)电流通过用电器时电流做功，将电能转化为内能．
(2)由Q＝I2Rt可知，电烙铁的烙铁头电阻比导线的电阻大很多，因此相同时间内，Q烙铁头 Q导线．
1．纯电阻电路和非纯电阻电路
类型 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 除含有电阻外还含有其他负载
欧姆定律 遵从欧姆定律 不遵从欧姆定律
能量转化 电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能
元件举例 电阻、电炉、白炽灯等 电动机、电解槽等
2.电功与电热
(1)纯电阻电路
W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t；
P电＝P热＝UI＝I2R＝.
(2)非纯电阻电路
电功W＝UIt，电热 Q＝I2Rt，W＞Q；
电功率P电＝UI，热功率P热＝I2R，P电＞P热．
　关于以下三个公式①P＝UI②P＝I2R③P＝.计算电动机有关功率时，公式选择正确的是(　　)
A．热功率可以用公式①
B．热功率可以用公式②
C．总功率可以用公式③
D．总功率可以用公式①、②、③
[解析]　电动机为非纯电阻，热功率只能用公式②P＝I2R，总功率只能用公式①P＝UI.
[答案]　B
　(多选)扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，并能根据红外感应绕开障碍物．某扫地机器人正常工作时电动机的电压为15 V、电流为3 A、线圈电阻为1 Ω，则下列说法正确的是(　　)
A．正常工作时，电动机的总功率为50 W
B．正常工作时，电动机的发热功率为9 W
C．正常工作时，电动机的输出功率为36 W
D．电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率为45 W
[解析]　正常工作时，电动机输入的总功率、热功率及输出功率分别为P总＝IU＝45 W，P热＝I2R＝9 W，P出＝IU－I2R＝36 W，电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率P热′＝＝225 W.
[答案]　BC
　直流电动机的线圈电阻为R，正常工作时，电动机两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t.下列说法正确的是(　　)
A.电动机消耗的电能为UIt
B．电动机消耗的电能为I2Rt
C．电动机线圈产生的热量为UIt
D．电动机线圈产生的热量为t
[解析]　电动机为非纯电阻用电器，根据已知条件可知，电动机消耗的电能W＝UIt，根据焦耳定律可知，电动机线圈产生的热量Q＝I2Rt.
[答案]　A
知识点三　非纯电阻电路中的能量转化
电动机的功率和效率
(1)电动机的总功率(输入功率)：P总＝UI.
(2)电动机发热的功率：P热＝I2r.
(3)若只考虑线圈发热产生的能量损失，则有电动机的输出功率(机械功率)：P机＝P总－P热＝UI－I2r.
(4)电动机的效率：η＝×100%.
　(2025·东莞市期中)我国某汽车集团采用减小厚度、增加长度的结构创新方案推出了“刀片电池”，可以在同样的空间内装入更多电池．如图所示，一款车型装配了N块“刀片电池”，每块“刀片电池”的容量是q，平均工作电压是U，该车型采用充电电压为U0的快充充电桩时，充电效率为80%，充满电需要的时间为t.已知该车型每行驶100 km平均能耗是E，则下列说法不正确的是(　　)
A．电池组充满电后储存的电荷量为Nq
B．单块电池充满电后储存的电能为qU
C．电池组充满电后的续航里程为
D．快充充电桩的平均充电电流为
[解析]　电池组充满电后储存的电荷量Q＝Nq，故A正确，不符合题意；单块电池充满电后储存的电能E′＝qU，故B正确，不符合题意；电池组充满电后储存的电能为NqU，而汽车每行驶100 km平均能耗是E，则电池组充满电后的续航里程x＝，故C正确，不符合题意；快充充电桩充电过程有80%U0It＝NqU，所以平均充电电流I＝，故D错误，符合题意．
[答案]　D
　(2025·茂名期中)某直流电动起重机装置如图所示．已知电源电动势为8 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝4 Ω，当重物质量很大时，闭合开关S，电动机未能将重物提升，且转轴与绳间不打滑，此时理想电压表的示数为7 V；当重物质量m＝0.1 kg时，闭合开关S，电动机最后以稳定速度匀速提升重物，此时电动机消耗功率最大(不计摩擦，g取10 m/s2)，求：
(1)电动机的内阻RM；
(2)重物匀速上升时流过电动机的电流大小IM及最大功率；
(3)重物匀速上升的速度大小v.
[解析]　(1)根据闭合电路欧姆定律，可知E＝Ir＋U1，解得I＝1 A
此时电动机不转动，可看成纯电阻电路，根据欧姆定律可知RM＝，又因UM＝U1－IR，联立解得RM＝3 Ω.
(2)根据能量关系，对电动机，有PM＝EIM－I(R＋r)＝8IM－5I，根据数学知识可得当IM＝0.8 A时，电动机功率有极大值，且PM＝3.2 W.
(3)对电动机根据功率关系PM＝IRM＋mgv，解得v＝1.28 m/s.
[答案]　(1)3 Ω　(2)0.8 A　3.2 W　(3)1.28 m/s
eq \o(\s\up7())
1．(电功和电功率)(多选)(2024·东莞实验中学期中)某研究小组在研究电动机的性能时，测得某电动机内阻为R，在两端加的电压为U，流过的电流为I，通电时间为t，则(　　)
A．可用UIt求电功
B．可用I2Rt求电热
C．能用t求电热
D．能用I2Rt求电功
解析：选AB.电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，求解电功的公式为W＝UIt，而W＝Q＋E输出，故不能用I2Rt求电功，故A正确，D错误；电动机的电热计算公式为Q＝I2Rt，非纯电阻电路中欧姆定律不适用，则I≠，所以不能用t求电热，故B正确，C错误．
2．(纯电阻电路和非纯电阻电路)(多选)某电动机正常工作时的电压为220 V，电流为4 A，线圈电阻为1 Ω.只考虑线圈发热所造成的能量损失，该电动机正常工作时(　　)
A．对外做功的功率为880 W
B．消耗的电功率为880 W
C．线圈发热的功率为16 W
D．线圈发热的功率为48 400 W
解析：选BC.消耗的总功率P＝UI＝220×4 W＝880 W，故B正确；线圈发热的功率P热＝I2R＝16 W，故C正确，D错误；电动机对外做功的功率P出＝P－P热＝864 W，故A错误．
3．(非纯电阻电路中的能量转化)(多选)某款充电宝的容量为20 000 mA·h，充电电压为5 V，充电电流为2 A；用该充电宝给手机充电时，充电宝的输出电压为5 V，输出电流为1 A.已知手机电池的容量为3 000 mA·h，电池内阻为0.1 Ω，该充电宝给手机充电时的转化率为0.6(放电量与容量的比值)，则下列说法正确的是(　　)
A．该充电宝的电量从零到充满需要的时间为10 h
B．该充电宝给手机充电时，输出功率为2.5 W
C．该充电宝给手机充电30 min手机电池产生的焦耳热为180 J
D．理论上，该充电宝能给手机充电6次
解析：选AC.该充电宝的电量从零到充满需要的时间t＝＝ h＝10 h，故A正确；该充电宝给手机充电时，输出功率P＝UI′＝5 W，故B错误；该充电宝给手机充电30 min产生的焦耳热Q＝I′2rt′＝180 J，故C正确；理论上，该充电宝能给手机充电的次数n＝＝4次，故D错误．
4．(非纯电阻电路中的能量转化)2024年世界机器人大会在北京举办，如图甲所示的人形机器人不仅能灵活蹲下、起立，还能灵巧地用双手砸核桃．现将机器人内部部分电路简化为如图乙所示电路，该部分电路正常工作时，输入电压为U，定值电阻的阻值为R，电动机额定电流为I，电动机线圈电阻为r0，求：
(1)机器人电动机的额定电压U0；
(2)电动机的输出功率P出．
解析：(1)由于电动机与定值电阻串联，根据串联电路特点可知，电动机的额定电压
U0＝U－UR＝U－IR.
(2)根据能的转化可知，电动机的输出功率
P出＝P额－P热＝IU0－I2r0，
整理可得P出＝UI－I2(R＋r0).
答案：(1)U－IR　(2)UI－I2(R＋r0)第2课时　闭合电路中的能量转化
知识点一　电源的功率
1．电源的功率和效率
项目 通用表达式 纯电阻电路表达式
总功率 P总＝EI P总＝＝I2(R＋r)
内部功率 P内＝U内I＝I2r P内＝ eq \f(Ur,R2) ＝
输出功率 P出＝U外I＝EI－I2r P出＝ eq \f(U,R) ＝I2R＝
2.稳定电路的U－I图像有两种：一是电源的U－I图像(如图中a)；二是用电器的U－I图像，而用电器的U－I图像又分两类：线性(图中b)和非线性(图中c).两种图像的交点坐标表示该用电器单独与电源串联的工作电流和路端电压(也是用电器两端的电压).如图所示，电源的输出功率分别为Pb＝U1I1，Pc＝U2I2.
角度1　纯电阻电路中的功率
　(2025·东莞期中)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系上，如图中的a、b、c所示，根据图线可知(　　)
A．反映Pr变化的图线是b
B．电源电动势为8 V
C．电源内阻为1 Ω
D．当电流为0.5 A时，外电路的电阻为6 Ω
[解析]　电源发热功率Pr＝I2r，可知图线是关于I的二次函数，所以反映Pr变化的图线是c，A错误；根据公式PE＝EI可得PE是关于电流的一次增函数，所以图线a是描述电源的总功率随电流变化的图线，图线的斜率k＝E＝4 V，B错误；从c图线中可得r＝ Ω＝2 Ω，C错误；当电流为0.5 A时，根据闭合电路欧姆定律得I＝，解得R＝6 Ω，D正确．
[答案]　D
角度2　非纯电阻电路中的功率问题
　小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗．汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为12.6 V，内阻为0.05 Ω.车灯接通电动机未启动时，电流表示数为12 A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到52 A．电表为理想电表，车灯电阻恒定，下列说法正确的是(　　)
A．电动机未启动时，车灯的功率为120 W
B．电动机启动时，车灯的功率为120 W
C．电动机启动时，电动机的输入功率为420 W
D．电动机启动时，电动机的热功率可能为450 W
[解析]　根据题意可知，电动机未启动时，车灯、电流表和电源串联，根据闭合电路欧姆定律可知此时的路端电压U＝E－Ir＝12.6 V－12×0.05 V＝12 V，则车灯的功率P＝UI＝12×12 W＝144 W，故A错误；根据欧姆定律可知，车灯的电阻R＝＝ Ω＝1 Ω，电动机启动瞬间，车灯两端电压U′＝E－I′r＝12.6 V－52×0.05 V＝10 V，车灯的功率P′＝＝100 W，故B错误；电动机启动时电动机的输入功率P″＝U′I′－＝420 W，热功率一定小于420 W，故C正确，D错误．
[答案]　C
知识点二　电源的最大输出功率和效率
1．纯电阻电路中电源的最大输出功率
由P出＝＝可得，电源的输出功率随外电阻的变化关系如图所示．
(1)当R＝r时，Pmax＝.
(2)当R(3)当R>r时，R↑→P出↓.
(4)一个P出(最大功率除外)对应两个不同的外电阻R1和R2，且r＝.
2．纯电阻电路中电源的效率
由η＝×100%＝×100%可知，外电阻R越大，电源的效率越高．
当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%.
3．功率最大值的求解方法
(1)对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．
(2)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻，电源的输出功率越大．
(3)如图所示，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大．
角度1　电阻消耗的最大功率的分析
　如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，保护电阻R0＝0.5 Ω.
(1)当电阻箱R读数为多少时，保护电阻R0消耗的电功率最大，并求这个最大值．
(2)当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大，并求这个最大值．
[解析]　(1)保护电阻消耗的功率P0＝，因R0和r是常量，而R是变量，所以R最小时，P0最大，即R＝0时，P0max＝＝ W＝8 W.
(2)把R0＝0.5 Ω当作电源内阻的一部分，当R＝R0＋r即R＝(1＋0.5) Ω＝1.5 Ω时，电阻箱R消耗的功率最大，则PRmax＝＝ W＝6 W.
[答案]　(1)0　8 W　(2)1.5 Ω　6 W
角度2　电源的最大输出功率和效率的分析
　(多选)(2025·佛山期中)将一电源与电阻箱R、定值电阻R0＝4 Ω连接成闭合回路，如图甲所示．测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R的关系如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)
A．电源内阻r＝1 Ω
B．电源电动势E＝30 V
C．定值电阻R0功率最大时，电阻箱R＝1 Ω
D．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为90%
[解析]　根据题图乙和电阻箱功率最大的条件可知，此时满足R＝R0＋r，可知电源内阻r＝1 Ω，故A正确；由Pmax＝，解得E＝20 V，故B错误；由P＝I2R0＝()2R0可知，当R＝0时，定值电阻R0功率最大，故C错误；电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率η＝×100%＝90%，故D正确．
[答案]　AD
角度3　电源的功率和效率的动态分析
　硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图所示，图线A是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I变化的关系图线，图线B是某电阻R的U－I图线．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列说法正确的是(　　)
A．R的阻值随电压升高而增大，此时的阻值为1 Ω
B．电源的效率为33.3 %
C．若将灯泡换成0.3 Ω定值电阻，电源的输出功率增大
D．此时闭合回路中电源两端的电压为3 V
[解析]　
根据电阻R的U－I图线可知，过坐标原点的割线的斜率表示电阻逐渐增大，即R的阻值随电压升高而增大，两图线的交点对应的阻值R＝＝ Ω＝0.5 Ω，故A错误；光敏电阻和电源构成回路对应交点处的电压和电流，有E＝3 V，r＝1 Ω，U＝1 V，I＝2 A，则电源的效率η＝×100%≈33.3 %，而此时闭合回路中电源两端的电压即为路端电压，为1 V，故B正确，D错误；电源的输出功率与外电阻的变化关系图像如图所示，若将灯泡换成0.3 Ω定值电阻，外电路的电阻变小，均小于电源内阻，可知输出功率变小，故C错误．
[答案]　B
　在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内阻r＝3 Ω，电阻R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大．
(1)当R为多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？此时电源的效率为多少？
(2)当R为多大时，电源的输出功率最大？最大功率为多少？此时电源的效率为多少？
(3)当R为多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？此时电源的效率为多少？
[解析]　(1)根据题意可知，对定值电阻R1，当电路中的电流最大时其消耗的功率最大，由闭合电路欧姆定律可知，当R＝0时，电路中电流最大I1＝＝0.6 A，R1消耗的最大功率P1＝IR1＝0.72 W，此时电源的效率η1＝ eq \f(IR1,I（R1＋r）) ×100%＝×100%＝40%.
(2)根据题意可知，由于R1＜r，外电路电阻随R的增大而增大，电源的输出功率先增大后减小，则当R＋R1＝r时电源的输出功率最大，此时R＝1 Ω，由闭合电路欧姆定律可知，此时电路中电流I2＝＝0.5 A，此时最大功率P出＝I(R1＋R)＝0.52×(2＋1) W＝0.75 W，此时电源的效率η2＝ eq \f(I（R＋R1）,I（R＋R1＋r）) ×100%＝×100%＝50%.
(3)把R1视为内电路的一部分，则当R＝R1＋r＝5 Ω时，R消耗的功率最大，最大功率PR＝＝ W＝0.45 W，此时电源的效率η3＝×100%＝×100%＝×100%＝70%.
[答案]　(1)0　0.72 W　40%
(2)1 Ω　0.75 W　50%
(3)5 Ω　0.45 W　70%
eq \o(\s\up7())
1．(电源的功率)如图所示的U－I图像中，直线a为一电源的路端电压与电流的关系，直线b为电阻R两端电压与电流的关系．若将该电源与电阻R连成闭合回路，闭合开关后，下列说法正确的是(　　)
A. 闭合回路路端电压为6 V
B. 闭合回路中总电阻为4 Ω
C. 电源的输出功率为4 W
D. 电源的总功率为4 W
解析：选C.图线a和图线b的交点表示电阻接入电路时，电路的总电流和路端电压，故闭合回路路端电压为4 V，故A错误；根据U＝E－Ir，结合图线a可知该电源的电动势为6.0 V，根据I＝，结合两图线的交点可知R总＝6 Ω，故B错误；电源的输出功率P出＝UI＝4.0 W，电源的总功率P总＝EI＝6.0 W，故C正确，D错误．
2．(电源的最大输出功率)(多选)如图所示，R1为定值电阻，R2为电阻箱，E为电源电动势，r为电源内电阻，且r>R1.下列说法正确的是(　　)
A．当R2＋R1＝r时，R2获得最大功率
B．当R1＋r＝R2时，R2获得最大功率
C．当R2＝0时，R1获得最大功率
D．当R2逐渐变大时，电源的输出功率增大
解析：选BC.把R1看作电源内阻，当R1＋r＝R2时，R2获得最大功率，故B正确，A错误；根据P＝I2R1可知，当R2＝0时，电路中总电流最大，所以此时R1获得最大功率，故C正确；外电阻从零逐渐增大，电源的输出功率的变化关系为先增大再减小，当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，由于r>R1，当R2从零逐渐变大时，电源的输出功率先增大后减小，故D错误．
3．(电源的功率和效率的动态分析)如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向上移动的过程中(电压表和电流表均可视为理想电表)(　　)
A．电压表的示数减小
B．电流表的示数减小
C．电源的总功率增大
D．电源内阻消耗的电功率减小
解析：选D.当变阻器R0的滑片向上滑动时，R0接入电路的阻值变大，故它与R2并联的总电阻变大，再与R1串联的总电阻也会变大，即外电路的电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知，回路中总电流减小，电源的内电压减小，所以路端电压增大，即电压表的示数增大，故A错误；由于电路的总电流减小，所以R1两端的电压也随之减小，故R0与R2两端的电压增大，则电流表的示数增大，故B错误；由于电路的总电流减小，故电源的总功率P总＝EI减小，电源内阻消耗的电功率Pr＝I2r减小，故C错误，D正确．(共39张PPT)
第五章　电能与能源的可持续发展
第一节　电路中的能量
第1课时　电路中的能量
学习目标
1．理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质．　2.理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路．　3.理解电功率和热功率，并能利用公式进行计算．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、电功和电功率
1．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U、电路中的_______和通电时间t三者的乘积．
(2)公式：W＝UIt.
(3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J.
电流I
2．电功率
(1)定义：电流做功与所用时间之比．
(3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W.
(4)意义：表示电流做功的快慢．
UI
二、焦耳定律
1．焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量与电流的_________成正比，与导体的______及通电时间成正比．
(2)公式：Q＝___．
(3)适用范围：任何电路．
二次方
电阻
I2Rt
2．热功率
(1)定义：电流通过导体发热的功率．
I2R
三、闭合电路中的能量
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电热．
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，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能．
3．闭合电路中的能量转化关系：EI＝U外I＋U内I，EI表示电源提供的电功率，U外I和U内I分别表示外电路和内电路上消耗的电功率．
√
×　
√
×　
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　电功和电功率
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．电功的单位：在国际单位制中电功的单位是焦耳，常用单位有度、千瓦时，1度＝1千瓦时＝3.6×106焦耳．
3．额定功率和实际功率
额定功率：用电器在额定电压下工作的功率．
实际功率：用电器在实际电压下工作的功率．
4．串、并联电路中的功率关系
　　　如图所示的电路中，电阻R1、R2和R3的阻值分别为4 Ω、4 Ω和8 Ω，U为8 V，该电路的总功率和R1的功率分别为(　　)
A．8 W和4 W　　 　　
B．4 W和4 W
C．16 W和4 W
D．16 W和8 W
√
√
　　　(2025·汕头期中)如图所示，有四盏灯接入电路中，L1和L2都标有“220 V　80 W”，L3和L4都标有“220 V　60 W”．把电路接通后，功率最大的是(　　)
A．L1　　　B．L2　　　
C．L3　　　D．L4
　　　(2025·茂名校联考)在如图所示的电路中，电流表均为理想电流表，电阻R1＝40 Ω，闭合开关后，电流表A1的示数为0.2 A，电流表A的示数为0.3 A．求：
(1)R1的电功率；
[解析]　由题意可得，R1的电功率P1＝IR1＝0.22×40 W＝1.6 W.
[答案]　1.6 W　
(2)R2的阻值；
(3)在1 min内R2消耗的电能．
[答案]　48 J
[答案]　80 Ω
知识点二　纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功与电热
(1)如图所示的是电烙铁和电熨斗，为什么这些用电器通电后会发热呢？
[提示]　电流通过用电器时电流做功，将电能转化为内能．
(2)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？
[提示]　由Q＝I2Rt可知，电烙铁的烙铁头电阻比导线的电阻大很多，因此相同时间内，Q烙铁头 Q导线．
1．纯电阻电路和非纯电阻电路
类型 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 除含有电阻外还含有其他负载
欧姆定律 遵从欧姆定律 不遵从欧姆定律
能量转化 电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能
元件举例 电阻、电炉、白炽灯等 电动机、电解槽等
√
[解析]　电动机为非纯电阻，热功率只能用公式②P＝I2R，总功率只能用公式①P＝UI.
√
　　　(多选)扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，并能根据红外感应绕开障碍物．某扫地机器人正常工作时电动机的电压为15 V、电流为3 A、线圈电阻为1 Ω，则下列说法正确的是(　　)
A．正常工作时，电动机的总功率为50 W
B．正常工作时，电动机的发热功率为9 W
C．正常工作时，电动机的输出功率为36 W
D．电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率为45 W
√
√
[解析]　电动机为非纯电阻用电器，根据已知条件可知，电动机消耗的电能W＝UIt，根据焦耳定律可知，电动机线圈产生的热量Q＝I2Rt.
知识点三　非纯电阻电路中的能量转化
√
　　　(2025·茂名期中)某直流电动起重机装置如图所示．已知电源电动势为8 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝4 Ω，当重物质量很大时，闭合开关S，电动机未能将重物提升，且转轴与绳间不打滑，此时理想电压表的示数为7 V；当重物质量m＝0.1 kg时，闭合开关S，电动机最后以稳定速度匀速提升重物，此时电动机消耗功率最大(不计摩擦，g取10 m/s2)，求：
(1)电动机的内阻RM；
[答案]　3 Ω　
(2)重物匀速上升时流过电动机的电流大小IM及最大功率；
(3)重物匀速上升的速度大小v.
[答案]　0.8 A　3.2 W　
[答案]　1.28 m/s
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
√
√
2．(纯电阻电路和非纯电阻电路)(多选)某电动机正常工作时的电压为220 V，电流为4 A，线圈电阻为1 Ω.只考虑线圈发热所造成的能量损失，该电动机正常工作时(　　)
A．对外做功的功率为880 W
B．消耗的电功率为880 W
C．线圈发热的功率为16 W
D．线圈发热的功率为48 400 W
解析：消耗的总功率P＝UI＝220×4 W＝880 W，故B正确；线圈发热的功率P热＝I2R＝16 W，故C正确，D错误；电动机对外做功的功率P出＝P－P热＝864 W，故A错误．
√
√
3．(非纯电阻电路中的能量转化)(多选)某款充电宝的容量为20 000 mA·h，充电电压为5 V，充电电流为2 A；用该充电宝给手机充电时，充电宝的输出电压为5 V，输出电流为1 A.已知手机电池的容量为3 000 mA·h，电池内阻为0.1 Ω，该充电宝给手机充电时的转化率为0.6(放电量与容量的比值)，则下列说法正确的是(　　)
A．该充电宝的电量从零到充满需要的时间为10 h
B．该充电宝给手机充电时，输出功率为2.5 W
C．该充电宝给手机充电30 min手机电池产生的焦耳热为180 J
D．理论上，该充电宝能给手机充电6次
√
4．(非纯电阻电路中的能量转化)2024年世界机器人大会在北京举办，如图甲所示的人形机器人不仅能灵活蹲下、起立，还能灵巧地用双手砸核桃．现将机器人内部部分电路简化为如图乙所示电路，该部分电路正常工作时，输入电压为U，定值电阻的阻值为R，电动机额定电流为I，电动机线圈电阻为r0，求：
(1)机器人电动机的额定电压U0；
解析：由于电动机与定值电阻串联，根据串联电路特点可知，电动机的额定电压
U0＝U－UR＝U－IR.
答案：U－IR　
(2)电动机的输出功率P出．
解析：根据能的转化可知，电动机的输出功率
P出＝P额－P热＝IU0－I2r0，
整理可得P出＝UI－I2(R＋r0).
答案：UI－I2(R＋r0)第二节　能源的利用方式
第三节　能量的转化与守恒
第四节　能源与环境
1．掌握能量守恒定律．知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一．
2．了解能量转化和转移的方向性，认识到人类珍惜和保护能源及资源的必要性．
3．了解我国的能源状况，认识到能源与环境协调发展的必要性．
一、能源的利用方式
1．化石能源：主要是石油、煤炭、天然气等．
2．新能源：水能、风能、太阳能和核能等．
二、能量的转化与守恒
1．能量守恒
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律．
2．能量转化(转移)的方向性
(1)自然界中有些变化可以自发地进行，而另一些却不能，必须借助外界的作用才能实现．理论和实践研究表明，在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有方向性的，但都不违反能量守恒定律．
(2)能量的耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能
源．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
三、能源与环境
1．能源的分类
(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气．
(2)可再生能源：太阳能、水能、风能、地热能等．
2．环境保护
(1)防治生产和生活的污染．
(2)防止建设和开发的破坏．
(3)保护自然环境．
判断下列说法是否正确．
(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律.(　　)
(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能．(　　)
(3)能量的转化和转移具有不可逆性．(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)√
知识点一　能量守恒定律
(1)如图，这是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？
(2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗，为什么？
[提示]　(1)汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能．
(2)不可以，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能．
1．适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．
2．对能量守恒定律的理解
某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
　光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能．农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益．如图所示，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到6.0×104 J的太阳能，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为100 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为(　　)
A．3 kW　　　　　　　 B．10 kW
C．60 kW D．600 kW
[解析]　令历时为t，能够利用的太阳能E0＝t×100×10% J＝t×104 J，根据功率的表达式有Pmax＝，解得Pmax＝10 kW.
[答案]　B
　如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50 m，有400个发电机组．假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约10 m/s；发电机将风能转变为电能的效率约为30%.空气密度为1.3 kg/m3，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近(　　)
A．1.5×107 kW·h
B．1.5×108 kW·h
C．1.5×109 kW·h
D．1.5×1010 kW·h
[解析]　风力发电是利用动能转化成电能，假设在Δt时间内，吹到风叶上的空气质量为Δm，有Δm＝ρπr2vΔt，每台发电机发电功率P＝×30%＝πρr2v3，一年发电量E＝nPt＝400××3.14×1.3×502×103×100×24 W·h≈1.5×109 kW·h.
[答案]　C
知识点二　能量转移或转化的方向性
如何正确理解能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了．
(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量的品质降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．
(3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．
　下列关于能量转移和转化的方向性的说法，不正确的是 (　　)
A．在自然界中不是所有能量都能利用
B．能量的利用是有条件的，也是有代价的
C．物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体
D．物体发生热传递时，热传递的方向从内能多的物体到内能少的物体
[解析]　在自然界中不是所有能量都能利用，例如雷电带来的能量，还不能被人类所利用，故A正确；能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如利用核能来发电，一旦核泄漏，造成的后果将不堪想象，故B正确；物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体，而不一定是从内能多的物体到内能少的物体，C正确，D错误．
[答案]　D
　如图所示，卫星两翼的太阳能电池板能把太阳能转化为电能供卫星使用．关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能
B．在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少
C．能量的转移或转化过程中，是具有方向性的
D．修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害
[解析]　干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误．
[答案]　C
知识点三　能源的开发和利用
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按形式或转换特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气能、风能
按可否再生分 可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能
不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
按对环境污染情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)
　以下交通工具中，动力装置所用能源属于可再生能源的是(　　)
　　　　
　　　　
[解析]　燃油、蒸汽机燃料为不可再生能源，故A、C、D错误；太阳能是可再生能源，故B正确．
[答案]　B
　(2025·广州部分学校期中)能源是人类活动的物质基础，从某种意义上讲，人类社会的发展离不开能源．下列关于能源的理解正确的是(　　)
A．根据能量守恒定律可知，人类可利用的能源是取之不尽的
B．电脑长时间不用时，使其待机比较节能
C．太阳能电池板是将光能转化为电能
D．只要能源可利用，开发时不必考虑其他因素
[解析]　能量虽然守恒，但有的资源容易利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故A错误；电脑长时间处于待机状态，仍会消耗电能，不节能，故B错误；太阳能电池板是将光能转化为电能，储存在电池板中，故C正确；能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响，故D错误．
[答案]　C
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1．(能源的开发和利用)(2025·佛山市期中)下列关于能源的说法正确的是(　　)
A．太阳能是地球上最主要的能量源泉
B．珠江的水能是用之不尽的
C．天然气是可再生能源
D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律
解析：选A.太阳能是地球上最主要的能量源泉，故A正确；珠江的水能不是用之不尽的，故B错误；天然气是不可再生能源，故C错误；基本粒子的运动规律遵守能量守恒定律，故D错误．
2．(能源转化或转移的方向性)清原抽水蓄能电站是东北地区规模最大的抽水蓄能电站．抽水蓄能电站在电力负荷低谷时将水抽至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电．以下说法正确的是(　　)
A．水能是不可再生能源
B．电站蓄能时增加了能量
C．电站发电时把水的机械能转化为电能
D．蓄能电站的工作说明自然现象都是可逆的
解析：选C.水能是可再生能源，A错误；电站蓄能是把电能转化为机械能，总能量不会增加，B错误；发电过程是把水的机械能转化为电能，C正确；一些物理过程可能是可逆的，但许多自然现象是不可逆的，D错误．
3．(能量守恒定律)关于能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．苹果从树上落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
B．大量使用煤炭和石油作燃料符合“低碳生活”理念
C．太阳能电池充电时，将太阳能全部转化为内能
D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能
解析：选D.苹果在运动和碰撞中机械能转化为了苹果本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故A错误；大量使用煤炭和石油作燃料会增加空气中二氧化碳的含量，不符合“低碳生活”理念，故B错误；太阳能电池充电时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能，故C错误；根据能量转化的方向性可知，在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，故D正确．
4.(能量的转化与守恒)(2024·深圳统考期末)我国“天宫”空间站核心舱采用柔性砷化镓薄膜电池供电，此电池可将太阳能转化成电能，光电转化率可超过30%，下列判断正确的是(　　)
A.太阳能是可再生能源
B．电池板的光电转化率不到100%，说明能量不守恒
C．电源对外供电时，电源内部将电子从负极搬运到正极
D．电池工作时产生的电流既有大小又有方向，它是矢量
解析：选A.太阳能是可再生能源，故A正确；电池板的光电转化率不到100%，但能量的转化和转移过程中总量不变，故B错误；电源对外供电时，电源内部将电子从正极搬运到负极，故C错误；电池工作时产生的电流既有大小又有方向，但它是标量，故D错误．

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