第十二章 电能能量守恒总结提升-2021-2022学年高二物理精讲精练（新人教版必修第三册）（解析版）

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第十二章 电能能量守恒
第一部分 知识总结
内容 1：电路中的能量转化
一、电功和电功率
1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。
2．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、通电时间 t三者
的乘积。
(2)公式：W＝UIt。
(3)单位：国际单位是焦耳，符号是 J。
3．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：国际单位是瓦特，符号是 W。
二、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。
3．热功率
三、电路中的能量转化
1．电动机工作时的能量转化
(1)能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。
(2)功率关系：电动机消耗的功率 P电等于电动机的输出功率 P机与电动机损失的功率 P损之和，即：P电
＝P机＋P损，P电＝UI，P损＝I2R。
2．电池充电时的能量转化
电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。
知识演练
1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法错误的是(　　)
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt 适用于任何电路，而 W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路
C．在非纯电阻电路中，UI>I2R
D．焦耳热 Q＝I2Rt 适用于任何电路
【解析】A　电功率公式为 P＝，功率越大，表示电流做功越快。对于一段电路，有 P＝IU，I＝，焦
耳热 Q＝Rt，可见 Q与P、U、t都有关。所以，P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt 是电功的定义式，
适用于任何电路，而 W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热
＋其他形式的能，所以 W>Q，即 UI>I2R，C正确；Q＝I2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的
焦耳热，D正确。A符合题意。
2．不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V　40 W”的灯泡，下列说法正确的是(　　)
A．接在 110 V 的电路上时的功率为 20 W
B．接在 110 V 的电路上时的功率为 10 W
C．接在 440 V 的电路上时的功率为 160 W
D．接在 22 V 的电路上时的功率为 4 W
【解析】B　由 P额＝得灯泡的电阻 R＝1 210 Ω。电压为 110 V 时，P＝＝10 W，故 A错误，B正确；
电压为 440 V 时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P＝0，故 C错误；电压为 22 V 时，P＝＝ W
＝0.4 W，故 D错误。
3．如图所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的 24 户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电
器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得 A、B间电阻为 R；供电后，各家电器同
时使用，测得 A、B间电压为 U，进线电流为 I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是 (　　)
A．P＝I2R　　　 B．P＝
C．P＝IU D．P＝I2R＋
【解析】C　家用电器中有纯电阻元件也有非纯电阻元件，故总电功率只能用 P＝UI 来计算，C正确。
4．如图所示，电路两端的电压 U保持不变，电阻 R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则 R1∶R2∶R3是(
)
A．111∶ ∶ B．411∶ ∶
C．144∶ ∶ D．122∶ ∶
【解析】C　对 R2、R3，由 P＝，U2＝U3知，R2∶R3＝1 1∶ ，对 R1、R2，由 P＝I2R，I1＝2I2知，R1∶R2
＝I∶I＝1 4∶ ，C正确。
5．情境：扫地机器人是智能家用电器的一种，正逐渐进入我们的生活，如图所示是一款集自动清扫
技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人，已知其质量为 3 kg，它与地面的有效接触面积为 0.01 m2。
问题：若该机器人工作时功率为 75 W，在 10 s 内沿直线匀速清扫的距离为 5 m。(g取10 N/kg)扫地机
器人在工作时，将什么能转化为什么能？机器人做的功是多少？
【解析】　扫地机器人在工作时，将电能转化为机械能。
机器人在 10 s 内所做的功：
W＝Pt＝75 W×10 s＝750 J。
内容 2：闭合电路的欧姆定律
一、电动势
1．闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。
2．非静电力：在电源内部把正电荷从负极搬运到正极的力。
3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
4．电动势
(1)物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电势能的本领。
(2)定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。
(3)定义式：E＝。
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