2025版高考物理全程一轮复习第十章电路及其应用电能第二讲电能能量守恒定律学案

这是一份2025版高考物理全程一轮复习第十章电路及其应用电能第二讲电能能量守恒定律学案，共11页。学案主要包含了必备知识·自主落实，关键能力·思维进阶等内容，欢迎下载使用。

考点一 电路中的能量
【必备知识·自主落实】
1．电功、电功率及焦耳定律
(1)电功
①定义：是指电路中________力对定向移动的自由电荷所做的功．
②公式：W＝____＝UIt． 在任何电路中都适用
(2)电功率
①定义：电流在一段电路中所做的____与通电________之比叫作电功率．
②公式：P＝________＝UI．适用于任何电路
(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________，跟导体的电阻及通电时间成________．
②公式：Q＝I2Rt．计算电热都可以用
2．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________能，还有一部分转化为________能，即P电＝P机＋P损，其中P电＝________，P损＝________．
【关键能力·思维进阶】
1．如图所示，横截面都是正方形的三段导体，它们的材料和长度都相同，导体乙刚好能嵌入导体甲，导体丙刚好能嵌入导体乙．现将三段导体串联接入到同一电路中，则( )
A.导体丙的电阻最大
B．导体甲两端的电压最大
C．导体乙消耗的电功率最大
D．三段导体在相等时间内产生的热量相等
2．如图所示，四个完全相同的灯泡，开关闭合后亮度最高的是( )
A．L1 B．L2 C．L3 D．L4
3．(多选)[2024·山东青岛质检]兴趣小组的同学在实验室设计了如图所示的简易电吹风，主要器材有定值电阻R1、R2、电动机M和电热丝R，已知电动机M标有“100 V 50 W”字样，它的线圈内阻为4 Ω，R1＝480 Ω，电热丝R＝44 Ω，把该电吹风接入220 V家庭电路中，电动机M可以正常工作，则下列说法正确的是( )
A．电热丝的热功率P＝1 100 W
B．电阻R2＝240 Ω
C．电动机M正常工作时的输出功率P1＝49 W
D．开关S1、S2都闭合，1分钟电路消耗的电能为E＝7.26×103 J
4.
(多选)五一期间，汕头作为全国热门旅游城市，聚集了来自四面八方的游客．为了避免堵车，电动自行车以其省时省力、价格低廉、高通行率、节能环保等优点成为众多年轻市民五一畅游汕头的首选交通工具．下表为某品牌电动自行车的部分技术参数( )
A.正常匀速行驶，则后轮受到地面对它的滑动摩擦力
B．电动自行车的电机线圈内阻为9.6 Ω
C．电动自行车以额定功率行驶时，电机的输入功率为240 W
D．电动自行车以额定功率行驶时，电机的效率约为83%
思维提升
1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系
2.非纯电阻电路的分析方法
(1)抓住两个关键量：确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键．
(2)应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解．
考点二 闭合电路欧姆定律及应用
【必备知识·自主落实】
1．电动势
(1)电源：电源是通过____________做功把其他形式的能转化为________的装置．
(2)电动势
①定义：在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的________之比来表示电源的这种特性，叫作电动势．即E＝． 其大小由电源本身决定
②物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成________本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．
(3)内阻：电源内部导体的电阻．
2．闭合电路欧姆定律
(1)内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成________，跟内、外电路的电阻之和成________．
(2)公式
①I＝．只适用于纯电阻电路
②E＝U内＋U外．适用于任何电路
【关键能力·思维进阶】
1．路端电压与外电阻的关系
(1)纯电阻电路：U＝IR＝·R＝，当R增大时，U增大．
(2)特殊情况：
①当外电路断路时，I＝0，U＝E.
②当外电路短路时，I短＝，U＝0.
2．动态分析常用方法
(1)程序法：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路
(2)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论．
考向1 闭合电路的有关计算
例 1[2023·海南卷]如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器上的电荷量为( )
A．CE
B．CE
C．CE
D．CE
思维提升
电路稳定时电容器的处理方法
电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻视为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压．
考向2 闭合电路的动态分析
例 2 在如图所示的电路中，已知电阻R1的阻值小于滑动变阻器R0的最大阻值．闭合电键S，在滑动变阻器的滑片P由最右端向左滑动的过程中，下列说法中正确的是( )
A．电压表V1的示数先变大后变小，电流表A1的示数不变
B．电压表V1的示数先变小后变大，电流表A1的示数变小
C．电压表V2的示数先变大后变小，电流表A2的示数先变大后变小
D．电压表V2的示数先变小后变大，电流表A2的示数先变小后变大
例 3 如图所示，电源电动势E一定，内阻不计，R1、R2是定值电阻，R3是光敏电阻，其阻值随光照的增强而减小．开关S闭合，电路稳定后，电容器两板间的一带电液滴恰好能静止在M点．现增强照射电阻R3的光照强度，则( )
A．电容器的电容减小 B．R2中有向右的电流
C．液滴向下运动 D．M点的电势升高
考向3 电路故障分析
例 4 在如图
所示的电路中，干电池、开关和额定电压为1.5 V的灯泡组成串联电路．当闭合开关时，发现灯泡不发光．为了检验故障，某同学在开关闭合的情况下，用多用电表的直流电压挡对电路进行检测．检测结果如下表所示，已知电路仅有一处故障，由此做出的判断中正确的是( )
A．D、E间导线断路 B．B、F间导线断路
C.灯泡断路 D．A、C间导线断路
思维提升
电路故障检测方法
(1)电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联部分短路；
(2)电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置．在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程；
(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路．在用欧姆表检测时，应断开电源．
考点三 闭合电路的功率及效率问题
【必备知识·自主落实】
1．电源的总功率
(1)任意电路：P总＝________＝________＋IU内＝P出＋P内．
(2)纯电阻电路：P总＝________＝.
2．电源内部消耗的功率
P内＝________＝IU内＝P总－P出．
3．电源的输出功率
(1)任意电路：P出＝________＝IE－I2r＝P总－P内．
(2)纯电阻电路：P出＝________＝.
4．电源的效率
(1)任意电路：η＝×100%＝×100%.
(2)纯电阻电路：η＝×100%.
【关键能力·思维进阶】
1．纯电阻电路中电源的最大输出功率(如图)
P出＝UI＝I2R＝R＝＝
当R＝r时，电源的输出功率最大，为Pm＝.
2．提高纯电阻电路效率的方法
η＝×100%＝×100%＝×100%，R越大，η越高．
例 5[2024·潍坊模拟]如图甲所示，电动势为E，内阻为r的电源与R＝6 Ω的定值电阻、滑动变阻器RP、开关S组成闭合回路．已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示．下述说法中正确的是( )
A．图乙中Rx＝15 Ω
B．电源的电动势E＝10 V，内阻r＝4 Ω
C．滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R也消耗功率最大
D．调整滑动变阻器RP的阻值，可以使电源的输出电流达到1.25 A
考点四 电源的U-I图像
【关键能力·思维进阶】
1．截距
纵轴上的截距等于电源的电动势；横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即I短＝(如图所示)．
2．斜率
图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r＝＝，斜率的绝对值越大，电源的内阻越大．
3．面积
面积UI等效为电源的输出功率，而电源的总功率P总＝EI，P总－P出＝EI－UI为电源的发热功率．
4．图线上的点
图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R＝.
例 6 有四个电源甲、乙、丙、丁，其路端电压U与电流I的关系图像分别如图(a)、(b)、(c)、(d)所示．将一个6 Ω的定值电阻分别与每个电源的两极相接，使定值电阻消耗功率最大的电源是( )
A．甲电源 B．乙电源
C．丙电源 D．丁电源
例 7 [2024·浙江金华十校联考]如图甲是连接电动机的电路，闭合开关，在滑动变阻器的触头从一端滑到另一端的整个过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示，已知当电流小于0.2 A 时，电动机不会发生转动，若不考虑电表对电路的影响，则( )
A．电动机的内阻为2 Ω
B．电源的电动势为3.4 V
C．电动机的最大输出功率为0.9 W
D．若电动机能转动，需要调节滑动变阻器阻值小于12 Ω
[教你解决问题] 审题读图
第2讲 电能 能量守恒定律
考点一
必备知识·自主落实
1．（1）①静电 ②Uq （2）①功 时间 ② （3）①正比 正比
2．机械 内 UI I2R
关键能力·思维进阶
1．解析：由题知三个导体电阻的电阻率ρ相同，长度l相同，根据电阻定律R＝ρ可知，比较横截面积S，即可比较三者电阻的大小，由几何知识得S甲＝(L)2－(L)2＝L2，S乙＝(L)2－(L)2＝L2，S丙＝L2，所以三个电阻的阻值相等，A错误；由于三个电阻串联且阻值相等，根据串联电路的特点，流过它们的电流相等，则根据U＝IR，P＝UI，Q＝I2Rt可知各自两端的电压、消耗的电功率、在相等时间内产生的热量均相等，B、C错误，D正确．故选D.
答案：D
2．解析：四个完全相同的灯泡，L2、L3串联电流相同，L2、L3亮度相同；L4与L2、L3并联，并联两支路两端电压相同，故L4两端电压等于L2、L3各自两端电压之和，故L4比L2、L3都亮；L1在干路上，电流大小等于两支路电流之和，故流过L1电流最大，亮度最高．故选A.
答案：A
3．解析：根据电路图可知，S1闭合时电热丝两端的电压为UR＝220 V，则其热功率为P＝＝ W＝1 100 W，故A正确；电动机正常工作，则可得电动机所在支路的电流为IM＝＝ A＝0.5 A，根据并联电路的特征可得IM＝120 V，解得R2＝480 Ω，故B错误；电动机正常工作时PM＝P1＋P热，而P热＝r＝0.52×4 W＝1 W，可得电动机M正常工作时的输出功率P1＝49 W，故C正确；电热丝所在支路电流IR＝＝ A＝5 A，则可得干路电流I＝IR＋IM＝5.5 A，由此可知，当开关S1、S2都闭合，1分钟电路消耗的电能为E＝URIt＝220×5.5×60 J＝7.26×104 J，故D错误．
答案：AC
4．解析：正常匀速行驶，后轮受到地面对它的静摩擦力使电动自行车向前运动，故A错误；由表格读出电机的额定电压U＝48 V，额定电流I＝5.0 A，电机输入的总功率为P总＝IU＝48×5.0 W＝240 W，故C正确；
额定输出功率P出＝200 W，电机正常工作时的效率η＝＝×100%≈83.3%，故D正确；
根据能量守恒得，正常工作时内部焦耳热功率为P热＝P总－P出＝240 W－200 W＝40 W，根据P热＝I2r，解得r＝1.6 Ω，故B错误．故选CD.
答案：CD
考点二
必备知识·自主落实
1．（1）非静电力 电势能 （2）①电荷量 ②电能
2．（1）正比 反比
关键能力·思维进阶
例1 解析：由电路的串并联规律可知，电阻3R两端的电压为，电阻R两端的电压为，则电容器两极板间电势差ΔU＝，则Q＝CΔU＝，C对．
答案：C
例2 解析：滑片P由滑动变阻器的右端向左端滑动的过程中，电阻R0的左半部分与R1串联然后与R0的右半部分并联，并联电阻先变大后变小，所以电路总电阻R先变大后变小，电源电动势E不变，电路电流I＝先变小后变大，电阻R2不变，电压表V2的示数U2＝IR2，先变小后变大，电流I先变小后变大，即电流表A2的示数先变小后变大，根据闭合回路欧姆定律得U＝E－Ir，所以U先变大，后变小；
电流I先变小后变大，电阻R2与r不变，所以电压U2r＝I(R2＋r)，先变小后变大，并联电压U并＝U－U2r先变大后变小，电阻R1所在支路电阻R1支路逐渐减小，通过的电流I1增大，而I2＝I－I1，所以电流表A1示数变小．故选D.
答案：D
例3 解析：电容器的电容由电容器本身性质决定，不随其电压或电荷量的变化而变化，故A错误；由电路连接方式易知电容器上极板带正电，下极板带负电，增强照射电阻R3的光照强度，电容器两极板间电压增大，根据Q＝CU可知电容器充电，R2中有向左的电流，故B错误；根据平衡条件可知，开始时液滴所受电场力与重力平衡，增强照射电阻R3的光照强度，电容器两极板间电场强度增大，液滴所受电场力增大，将大于重力，则液滴所受合外力向上，将向上运动，故C错误；增强照射电阻R3的光照强度，R3阻值减小，回路总电阻减小，总电流增大，则R1两端电压增大，电容器两极板间电压增大，根据E＝可知两极板间电场强度增大，而下极板接地，电势为零，所以M点的电势升高，故D正确．故选D.
答案：D
例4 解析：若D、E间导线断路，则D点电势与A点电势相等，E点电势与B点电势相等，A、D间电压应为0，A、E间电压应为1.5 V，故A正确；若F、B间导线断路，则F点电势与A点电势相等，A、F间电压应为0，故B错误；若灯泡断路，则E点电势与A点电势相等，F点电势与B点电势相等，A、E间电压应为0，A、F间电压应为1.5 V，故C错误；若A、C间导线断路，则C点电势与B点电势相等，A、C间电压应为1.5 V，故D错误．故选A.
答案：A
考点三
必备知识·自主落实
1．（1）IE IU外 （2）I2（R＋r）
2．I2r
3．（1）IU （2）I2R
关键能力·思维进阶
例5 解析：将R看成电源的内阻，由题图乙知，当RP＝R＋r＝10 Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，R＝6 Ω，则r＝4 Ω，最大功率P＝＝2.5 W，解得E＝10 V，B正确；滑动变阻器的阻值为5 Ω与阻值为Rx时消耗的功率相等，有()2RP＝()2Rx，解得Rx＝20 Ω，A错误；当回路中电流最大时，即RP＝0时定值电阻R消耗的功率最大，C错误；当滑动变阻器RP的阻值为0时，电路中电流最大，且最大值为Imax＝＝ A＝1 A，所以，调整滑动变阻器RP的阻值，电源的输出电流不会达到1.25 A，故D错误．
答案：B
考点四
关键能力·思维进阶
例6 解析：U - I图像的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知丁电源内阻r最小，再由P＝·R知，r越小，定值电阻消耗的功率越大，故选D.
答案：D
例7 解析：当电流小于0.2 A时，电动机不会发生转动，可视为纯电阻，则该电动机的内阻为rM＝ Ω＝4 Ω，A错误．根据E＝U2＋Ir，当U2＝3.4 V时I＝0.1 A；当U2＝3.0 V时I＝0.3 A；代入方程解得该电路中电源的电动势为E＝3.6 V，r＝2 Ω，B错误．此电路中，电动机的最大输出功率为P＝UI－I2rM＝0.54 W，C错误．当电动机两端电压超过U1＝0.8 V时电动机开始转动，此时电路中的电流为I＝0.2 A，则由电路可知E＝U1＋I(R＋r)，解得R＝12 Ω，即若电动机能转动，需要调节滑动变阻器阻值小于12 Ω，D正确．
答案：D课 程 标 准
素 养 目 标
1.理解闭合电路欧姆定律．会测量电源的电动势和内阻．
2.通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用．
3.理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的热现象．
物理观念：了解能量观念在电路中的应用．
科学思维：动态分析法在电路中的重要应用．
科学探究：探究电源两端电压与电流的关系．
科学态度与责任：电路在生产、生活实际中的重要应用，用电安全、节能意识内化于心，外成于行．
规格
后轮驱动直流永磁铁电机
车型
电动自行车
额定输出功率
200 W
整车质量
40 kg
额定电压
48 V
最大载重
120 kg
额定电流
5.0 A
意义
公式
联系
电功
电流在一段电路中所做的功
W＝UIt
W＝Pt
对纯电阻电路，电功等于电热，W＝Q＝UIt＝I2Rt；对非纯电阻电路，电功大于电热，W＞Q
电热
电流通过导体产生的热量
Q＝I2Rt
电功率
单位时间内电流所做的功
P＝UI
P＝
对纯电阻电路，电功率等于热功率，P电＝P热＝UI＝I2R；对非纯电阻电路，电功率大于热功率，P电＞P热
热功率
单位时间内导体产生的热量
P＝I2R
测试点
A、C
A、D
A、E
A、F
多用表示数
0
0
约1.5 V
约1.5 V