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十八、电能　闭合电路欧姆定律　能源与可持续发展
考点1　电功、电功率、焦耳定律 【必修第三册,79~81页】
1.电功
(1)公式:W= 。
(2)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
UIt
UI
(2)单位:瓦特,符号为W。
3.焦耳定律
(1)电流通过导体产生的热量跟 成正比,跟导体的 及
成正比。
(2)表达式:Q= 。
4.热功率
(1)定义:电流通过导体发热的功率称为热功率。
(2)表达式:P热= 。
电流的二次方
电阻
通电时间
I2Rt
I2R
考点2　电路中的能量转化 【必修第三册,81~82页】
1.电路中的能量转化
(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负载的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,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。
2.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件 特点 电路中只有电阻元件,如电阻、电炉丝、小灯泡 电路中除电阻外,还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器,如电动机、电解槽
全部转化为内能
内能和其他形式的能
等于
之和
3.电动机工作时的能量转化关系
(1)电动机从电源获得能量,一部分转化为 ,还有一部分转化为
。
(2)电动机的简易模型及其功率、效率。
①电动机消耗的功率(总功率):P总= 。
②电动机的发热功率:P热= 。
③电动机的输出功率(机械功率):P机= =UI-I2R。
机械能
内能
UI
I2R
P总-P热
4.电池充电时的能量转化关系:电池从电源获得的能量一部分转化为电池的 ,还有一部分转化为 。
化学能
内能
考点3　闭合电路欧姆定律及其动态分析 【必修第三册,83~86页】
1.电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力所做的 与所移动的 之比。
功
电荷量
伏特(V)
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)内阻:电源内部存在电阻,内电路的电阻叫内阻。
2.闭合电路的欧姆定律
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成 ,跟内、外电路的电阻之和成 。
正比
反比
(3)其他两种表达形式。
①E=U外+ 。
②E=IR+ 。
U内
Ir
3.闭合电路动态分析的总体思路和结论
局部→整体→局部
考点4　路端电压U与电流I的关系 【必修第三册,86~87页】
路端电压U与电流I的关系
(1)关系式:U= 。
(2)U-I图像如图所示。
①当外电路断路即I=0时,纵坐标轴的截距表示 。
②当外电路短路即U=0时,横坐标轴的截距表示 。
E-Ir
电源电动势
短路电流
电源的内阻
【易错警示】
U-I图像的纵坐标不从零开始时,图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E,但图线与横轴的交点不表示短路电流。图线的斜率仍为电源的内阻。
考点5　能源与可持续发展 【必修第三册,93~98页】
1.能量守恒定律
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,在转化或转移的过程中,能量的总量
。
2.能源大致可分为 和 。 、 和
是目前人类生产、生活中使用的主要能源,这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生,所以这类能源被叫作 。水能和风能等能源在自然界可以再生,叫作 。
保持不变
不可再生能源
可再生能源
煤炭
石油
天然气
不可再生能源
可再生能源
3.近年来,我国在能源开发方面取得了很大的成就。
(1)太阳能发电。
(2)风能发电。
(3)水力发电。
(4)核能发电。
【考点释疑】 近年来浙江学考对于本考点的考查主要为压轴的选择题,计算量较大,主要考查清洁能源的开发与应用,如2025年1月浙江学考T18考查水力发电,2023年1月浙江学考T18考查风力发电,2022年1月浙江学考T17考查光伏发电。
[教材边角] 人教版必修第三册教材P99T6
三峡水电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后,平均水位落差约为100 m,用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s。如果通过水轮机以后水的动能忽略不计,水流减少的机械能有90%转化为电能,g取10 m/s2。按照以上数据估算,三峡水电站的发电功率最大是多少
【真题演练】
1.(2025·1月浙江学考)目前,锂离子电池应用很广,但使用不当会造成安全隐患。如图所示是一款常用规格的锂离子电池,其短路电流高达125 A,则该电池(　　)
A.电动势为9.6 V
B.短路时内阻为33.8 Ω
C.短路时发热功率为462.5 W
D.充满电后可释放2 600 J电能
C
2.(2025·1月浙江学考)浙江省沿海地区有很多海湾,可利用海湾修建堤坝形成水库,利用海水涨落所造成的水位差来推动水轮机发电。某海湾修建水坝后水面面积为1.0×105 m2。一昼夜大潮、小潮各出现一次,涨潮、退潮均可发电,共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至20 m,小潮时皆可涨至19 m。退潮后,无论大潮还是小潮,坝外水位皆降至16 m。发电过程中水面面积视为不变,机械能转化成电能的平均效率为20%,则(　　)
A.此电站一昼夜可发电约2.5×109 J
B.小潮时一次退潮可发电约4.5×109 J
C.大潮时一次涨潮和退潮共可发电约1.6×109 J
D.大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约8×109 J
D
3.(2024·1月浙江学考)一台额定功率为55 W的家用小型电动机,额定电压是220 V,线圈的内阻是2 Ω。则这台电动机正常工作时(　　)
A.通过线圈的电流为110 A
B.线圈发热的功率为0.125 W
C.对外做功的功率为55 W
D.10 min内消耗电能为550 J
B
4.(2024·1月浙江学考)实验小组利用铜片、锌片和橙子制作了橙子电池。他们用如图所示的电路测得橙子电池的电动势为1.06 V,内阻为1.2 kΩ。实验中若不及时断开开关,会发现电流表示数明显减小。已知电流表的内阻为100 Ω,调节电阻箱的阻值为4 kΩ时,电流表示数为I,则(　　)
A.I=200 μA
B.I=259 μA
C.电流表示数明显减小是因为电池内阻减小
D.电流表示数明显减小是因为电池电动势减小
A
5.(2023·1月浙江学考)如图所示是小明家的太阳能电池,因户外使用时间较久,厂家标记的参数已模糊不清。为了解相关参数,小明测量了此电池不接负载时两极间电压为22.0 V,接上10 Ω的电阻时两极间电压为16.1 V。则此电池的电动势和内阻分别为(　　)
A.22.0 V和3.7 Ω
B.16.1 V和3.7 Ω
C.22.0 V和10 Ω
D.16.1 V和10 Ω
A
6.(2021·1月浙江学考)如图所示是某种电能表的表盘。表盘上标有
“720 r/(kW·h)”,即每耗电1 kW·h,电能表的转盘转720圈。当家里的家用电器都工作时,小明观察到电能表的转盘在1 min内转动了48圈。则小明家的家用电器(　　)
A.总功率约为2 kW
B.总功率约为4 kW
C.每天消耗的电能约为96 kW·h
D.每天消耗的电能约为108 kW·h
B
感谢观看十八、电能　闭合电路欧姆定律　能源与可持续发展
考点1　电功、电功率、焦耳定律【必修第三册,79~81页】
1.电功
(1)公式:W=UIt。
(2)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)公式:P==UI。
(2)单位:瓦特,符号为W。
3.焦耳定律
(1)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。
4.热功率
(1)定义:电流通过导体发热的功率称为热功率。
(2)表达式:P热=I2R。
考点2　电路中的能量转化【必修第三册,81~82页】
1.电路中的能量转化
(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负载的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,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。
2.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件 特点 电路中只有电阻元件,如电阻、电炉丝、小灯泡 电路中除电阻外,还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器,如电动机、电解槽
能量 转化 电能全部转化为内能 W=Q=UIt =I2Rt=t 电能转化为内能和其他形式的能 W=UIt, Q=I2Rt, W=Q+E其他
功率 特点 电功率等于热功率 P电=P热=UI =I2R= 电功率等于热功率与其他功率之和 P电=UI P热=I2R P电=P热+P其他
欧姆 定律 适用,I= 不适用,I<
3.电动机工作时的能量转化关系
(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)电动机的简易模型及其功率、效率。
①电动机消耗的功率(总功率):P总=UI。
②电动机的发热功率:P热=I2R。
③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%。
4.电池充电时的能量转化关系:电池从电源获得的能量一部分转化为电池的化学能,还有一部分转化为内能。
考点3　闭合电路欧姆定律及其动态分析【必修第三册,83~86页】
1.电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。
(2)定义式:E=。单位:伏特(V)。
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)内阻:电源内部存在电阻,内电路的电阻叫内阻。
2.闭合电路的欧姆定律
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
(2)公式:I=(适用于纯电阻电路)。
(3)其他两种表达形式。
①E=U外+U内。
②E=IR+Ir。
3.闭合电路动态分析的总体思路和结论
局部→整体→局部
R局增大(减小)→R总增大(减小)→I总减小(增大)→U外增大(减小)→
考点4　路端电压U与电流I的关系【必修第三册,86~87页】
路端电压U与电流I的关系
(1)关系式:U=E-Ir。
(2)
U-I图像如图所示。
①当外电路断路即I=0时,纵坐标轴的截距表示电源电动势。
②当外电路短路即U=0时,横坐标轴的截距表示短路电流。
③图线的斜率的绝对值表示电源的内阻,r==||。
【易错警示】
U-I图像的纵坐标不从零开始时,图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E,但图线与横轴的交点不表示短路电流。图线的斜率仍为电源的内阻。
考点5　能源与可持续发展【必修第三册,93~98页】
1.能量守恒定律
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,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。
2.能源大致可分为不可再生能源和可再生能源。煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源,这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生,所以这类能源被叫作不可再生能源。水能和风能等能源在自然界可以再生,叫作可再生能源。
3.近年来,我国在能源开发方面取得了很大的成就。
(1)太阳能发电。
(2)风能发电。
(3)水力发电。
(4)核能发电。
【考点释疑】 近年来浙江学考对于本考点的考查主要为压轴的选择题,计算量较大,主要考查清洁能源的开发与应用,如2025年1月浙江学考T18考查水力发电,2023年1月浙江学考T18考查风力发电,2022年1月浙江学考T17考查光伏发电。
[教材边角] 人教版必修第三册教材P99T6
三峡水电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后,平均水位落差约为100 m,用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s。如果通过水轮机以后水的动能忽略不计,水流减少的机械能有90%转化为电能,g取10 m/s2。按照以上数据估算,三峡水电站的发电功率最大是多少
【真题演练】
1.(2025·1月浙江学考)目前,锂离子电池应用很广,但使用不当会造成安全隐患。如图所示是一款常用规格的锂离子电池,其短路电流高达125 A,则该电池(　　)
A.电动势为9.6 V
B.短路时内阻为33.8 Ω
C.短路时发热功率为462.5 W
D.充满电后可释放2 600 J电能
2.(2025·1月浙江学考)浙江省沿海地区有很多海湾,可利用海湾修建堤坝形成水库,利用海水涨落所造成的水位差来推动水轮机发电。某海湾修建水坝后水面面积为1.0×105 m2。一昼夜大潮、小潮各出现一次,涨潮、退潮均可发电,共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至
20 m,小潮时皆可涨至19 m。退潮后,无论大潮还是小潮,坝外水位皆降至16 m。发电过程中水面面积视为不变,机械能转化成电能的平均效率为20%,则(　　)
A.此电站一昼夜可发电约2.5×109 J
B.小潮时一次退潮可发电约4.5×109 J
C.大潮时一次涨潮和退潮共可发电约1.6×109 J
D.大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约8×109 J
3.(2024·1月浙江学考)一台额定功率为55 W的家用小型电动机,额定电压是220 V,线圈的内阻是2 Ω。则这台电动机正常工作时(　　)
A.通过线圈的电流为110 A
B.线圈发热的功率为0.125 W
C.对外做功的功率为55 W
D.10 min内消耗电能为550 J
4.(2024·1月浙江学考)实验小组利用铜片、锌片和橙子制作了橙子电池。他们用如图所示的电路测得橙子电池的电动势为1.06 V,内阻为1.2 kΩ。实验中若不及时断开开关,会发现电流表示数明显减小。已知电流表的内阻为100 Ω,调节电阻箱的阻值为4 kΩ时,电流表示数为I,则(　　)
A.I=200 μA
B.I=259 μA
C.电流表示数明显减小是因为电池内阻减小
D.电流表示数明显减小是因为电池电动势减小
5.(2023·1月浙江学考)如图所示是小明家的太阳能电池,因户外使用时间较久,厂家标记的参数已模糊不清。为了解相关参数,小明测量了此电池不接负载时两极间电压为22.0 V,接上
10 Ω的电阻时两极间电压为16.1 V。则此电池的电动势和内阻分别为(　　)
A.22.0 V和3.7 Ω
B.16.1 V和3.7 Ω
C.22.0 V和10 Ω
D.16.1 V和10 Ω
6.(2021·1月浙江学考)如图所示是某种电能表的表盘。表盘上标有“720 r/(kW·h)”,即每耗电
1 kW·h,电能表的转盘转720圈。当家里的家用电器都工作时,小明观察到电能表的转盘在
1 min内转动了48圈。则小明家的家用电器(　　)
A.总功率约为2 kW
B.总功率约为4 kW
C.每天消耗的电能约为96 kW·h
D.每天消耗的电能约为108 kW·h
考点5
[教材边角] 提示:依题意可知,三峡水库蓄水后,1 s内用于发电的水的体积为V=1.0×104 m3,
发电功率
P==
=1.0×103×1.0×104×10×100×90% W
=9×109 W。
真题演练
1.C　根据题图可知,该电池的电动势为3.7 V,A错误;短路时的内阻为r== Ω=0.029 6 Ω,
B错误;短路时发热功率为P=EI短=462.5 W,C正确;充满电后可释放的电能为W=Pt=9.6×
3 600 J=34 560 J,D错误。
2.D　设海湾面积为S,一次大潮退潮时坝内水的质量m水=ρ(h1-h2)S=4×108 kg,这部分水的重心下落高度Δh==2 m,这部分水的重力势能Ep=m水g·Δh=8×109 J,发电时减少的重力势能ΔEp=Ep-0,一次落潮所发的电能E电=ηΔEp=0.2×8×109 J=1.6×109 J,该电站大潮时一次涨潮和退潮共可发电约为E=2E电=3.2×109 J,D正确,C错误;一次小潮退潮时坝内水的质量m水′=
ρ(h1′-h2)S=3×108 kg,这部分水的重心下落高度Δh′==1.5 m,这部分水的重力势能Ep′=
m水′g·Δh′=4.5×109 J,发电时减少的重力势能ΔEp′=Ep′-0,一次退潮所发的电能E电′=ηΔEp′=
0.2×4.5×109 J=9×108 J,该电站小潮时一次涨潮和退潮共可发电约为E′=2E电′=1.8×109 J,此电站一昼夜可发电约E总=E+E′=5×109 J,A、B错误。
3.B　由题意知电动机额定功率为P=55 W,额定电压U=220 V,线圈的内阻r=2 Ω,正常工作时通过线圈的电流I==0.25 A,故A错误;线圈发热的功率为P热=I2r,解得P热=0.125 W,故B正确;对外做功的功率为P出=P-P热=55 W-0.125 W=54.875 W,故C错误;在10 min内消耗电能为W=Pt=55×10×60 J=3.3×104 J,故D错误。
4.A　由题意知电池电动势E=1.06 V,内阻r=1.2 kΩ,电流表的内阻为RA=100 Ω,根据闭合电路欧姆定律,当调节电阻箱的阻值为R=4 kΩ时,电流为I=,代入数据解得I=0.2×10-3 A=
200 μA,故A正确,B错误;电流表示数明显减小是因为电池内阻增大,故C、D错误。
5.A　不接负载时两极间电压为22.0 V,则电池的电动势为22.0 V;根据闭合电路欧姆定律有E=·r+U,代入数据解得r=3.7 Ω,故选A。
6.B　根据功率的定义式,有P总== W=4 kW,A错误,B正确;一天的时间为t′=
24 h,若家用电器一天24小时均工作,则有E电=P总t′=96 kW·h,但是所有用电器不可能全部打开工作一天,C、D错误。

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