专题12 电能 能量守恒定律（讲义江苏专用）（解析版）

专题12电能能量守恒定律明目录目录学考要求速览必备知识梳理高频考点精讲考点一：电路中的能量转化考点二：闭合电路的欧姆定律考点三：实验—测电池的电动势和内阻考点四：能源与可持续发展实战能力训练必备知识梳理 1高频考点精讲 3考点一：集合的含义与表示 3考点二：集合间的基本关系 4考点三：集合的基本运算 5考点四：充分条件与必要条件 6考点五：全称量词与存在量词 7实战能力训练 1、会用闭合电路欧姆定律等分析电路各部分之间电学量的相互关系；2、能用焦耳定律分析电学中的能量转化问题；3、能完成“测量电源的电动势和内阻”等实验；4、会用图像处理实验数据，能根据图像获得结论；5、能分析实验中存在的误差，并能提出减小误差的方法。一、电路中的能量转化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、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。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＝eq\f(W,t)＝UI。（3）单位：国际单位是瓦特，符号是W。（4）串联电路功率关系①各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比，即eq\f(P1,R1)＝eq\f(P2,R2)＝…＝eq\f(Pn,Rn)＝I2。②总功率P总＝UI＝（U1＋U2＋…＋Un）I＝P1＋P2＋…＋Pn。（5）并联电路功率关系①各支路电压相同，根据P＝eq\f(U2,R)，各支路电阻上的电功率与电阻成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2。②总功率P总＝UI＝U（I1＋I2＋…＋In）＝P1＋P2＋…＋Pn。结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。2．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①意义：表示电流发热快慢的物理量。②定义：单位时间内的发热量。③公式：，单位：瓦特（W）。4．纯电阻电路和非纯电阻电路比较纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系W＝Q，即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他，UIt＝I2Rt＋E其他W＞Q电功率和热功率的关系P＝P热，即IU＝I2RP＝P热＋P其他，即IU＝I2R＋P其他P＞P热二、闭合电路的欧姆定律1．电动势（1）非静电力：电源把正电荷从负极搬运到正极的力。（2）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。（3）电动势：①意义：电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大。②定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势。③公式：E＝eq\f(W,q)。是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同。单位：伏特，用“V”表示。2．内电路、外电路、内电压、外电压 （1）内电路、内电阻、内电压①将电源和用电器连接起来，就构成闭合电路，如图所示，电源内部的电路叫闭合电路的内电路。内电路的电阻叫电源的内阻。②当电路中有电流通过时，内电路两端的电压叫内电压，用U内表示。（2）外电路、外电压（又称路端电压）电源外部由用电器和导线组成的电路叫外电路，在外电路中，沿电流方向电势降低。外电路两端的电压叫外电压，也叫路端电压，用U外表示。（3）三者关系：E＝U内＋U外。3．闭合电路欧姆定律（1）内容：闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与内、外电路中的电阻之和成反比。（2）表达式：I＝eq\f(E,R＋r)公式中，R表示外电路总电阻，E表示电源的电动势，r是电源内阻。适用纯电阻电路。（3）常用的变形公式：E=U外+U内，适用纯电阻电路。4．路端电压与电流的关系（1）路端电压的表达式：U＝E－Ir。（2）图象（U－I）：由U＝E－Ir知，电源的U－I图像是一条倾斜的直线，如图所示，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流（纵、横坐标都从零开始），斜率的绝对值表示电源的内阻。（3）路端电压随外电阻的变化规律对一定电源，电动势E和内阻r是一定的。当外电阻R增大时，由I＝eq\f(E,R＋r)可知电流I减小，路端电压U＝E－Ir增大。当外电阻R减小时，由I＝eq\f(E,R＋r)可知电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小。三、实验：电池电动势和内阻的测量1．实验依据：闭合电路欧姆定律。2．数据处理（1）计算法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得E＝eq\f(I1U2－I2U1,I1－I2)，r＝eq\f(U2－U1,I1－I2)。可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值。（2）用作图法：以路端电压U为纵轴，以干路电流I为横轴，作U−I图线，如图所示。（1）图线与纵轴交点（在纵轴上的截距）代表电源的电动势E；若电源内阻r＝0（理想电源），则U＝E。（2）图线与横轴交点，纵轴起点为零（即原点电压为0）时，横轴截距等于外电路短路时的电流I短＝eq\f(E,r)；（3）图线的斜率绝对值代表电源的内阻r，即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|＝eq\f(E,r)。3．实验器材：电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。4．基本操作（1）电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程，按实验原理图连接好电路。（2）把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。（3）闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据（I1，U1）。用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中。实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6（4）断开开关，拆除电路，整理好器材。（5）以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。5．注意事项（1）可选用旧电池。（2）电流不要过大，读数要快。（3）计算法求E、r：要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些。（4）合理选择标度：为使图线分布空间大，如图，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用r＝确定，应根据r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|确定。（5）电流表要内接（因为r很小）。四、能源与可持续发展1．能量守恒定律（1）内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫做能量守恒定律。（2）确认了永动机的不可能性；（3）意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。2．能量转移或转化的方向性（1）能量耗散：自然界中集中度较高（即有序度较高）的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。（2）能量转移或转化的方向性：能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。3．品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。4．能源的分类（1）化石能源——不可再生能源：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。（2）可再生能源：水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。点精讲讲练考点一：电路中的能量转化例题1.（2024高二上·江苏·学业考试）关于以下三个公式①②③。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②C．总功率可以用公式③ D．总功率可以用公式①、②、③【答案】B【详解】电动机为非纯电阻，热功率只能用公式②，总功率只能用公式①。故选B。例题2．（2024高二上·江苏扬州·学业考试）某玩具电动车的电动机铭牌上标注如图所示，当电动机正常工作时，电动机线圈消耗的热功率为（）A．0.5W B．3W C．9W D．18W【答案】A【详解】根据表格数据，电动机消耗的热功率故选A。例题3．（2024高二上·江苏南京·学业考试）电阻R1＝2Ω，R2＝2Ω，R3＝4Ω。当通过电阻R1的电流I1＝1A时，通过R3的功率为（）A．0.25W B．1W C．4W D．16W【答案】C【详解】根据并联关系可知，R3的两端电压为则R3的功率为故选C。1．（2024高二上·江苏扬州·学业考试）扫地机器人额定工作电压为12V，工作电流为2.5A，正常工作1min，电流做的功为（）A．30J B．150J C．288J D．1800J【答案】D【详解】电流做的功故选D。2．（2023高二·江苏扬州·学业考试）数码相机的锂电池电动势为3.7V，容量为1000mA·h（相当于用1000mA的电流可放电1小时），能连续拍摄约360张照片。根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近（

）A．4J B．10J C．40J D．400J【答案】C【详解】根据题意分析可知，数码相机能连续拍摄约360张照片消耗的电能为W=UIt其中U=3.7V，I=1000mA=1A，t=3600s代入数据解得W=13320J每拍摄一张照片消耗的电能为故选C。3．（2023高二下·江苏·学业考试）我们在使用电炉加热食物的时候，往往会发现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不是那么热，导致这种情况的原因是（

）A．电炉丝的电阻小，发热功率低 B．导线的电阻小，发热功率低C．通过电炉丝的电流大 D．通过导线的电流大【答案】B【详解】由于导线的电阻较小，电炉丝的电阻非常大，串联电路中，电流处处相等，根据电阻越大，发热功率越大，所以出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不是那么热，B正确，ACD错误。故选B。考点二：闭合电路的欧姆定律例题1．（2025高二上·江苏·学业考试）如图甲为测量电源的电动势和内阻的电路图，路端电压和电流表的关系如图乙所示，则该电源的电动势和内阻分别为（）A．、 B．、C．、 D．、【答案】C【详解】根据闭合电路欧姆定律有结合图乙有，故选C。例题2．（2025高二上·江苏·学业考试）在如图所示的电路中，电阻，电源电动势，电源内电阻，不计电流表的内阻，闭合开关后，电流表的示数为（）

A． B． C． D．【答案】B【详解】根据闭合电路欧姆定律有解得故选B。例题3．（2023高二上·江苏·学业考试）如图所示，电源电动势E=3.0V，电阻R=5.0Ω。闭合开关S后，电流表的示数为0.5A，则电源内阻r为（）A．1.0Ω B．3.0Ω C．5.0Ω D．6.0Ω【答案】A【详解】根据闭合电路欧姆定律可得代入数据解得故选A。1．（2024高二上·江苏扬州·学业考试）一块多晶硅太阳能电池板的电动势为12V，若将该太阳能电池板与一阻值为6Ω的电阻连成闭合电路，通过电阻的电流为1A，则该太阳能电池板的内阻为（）A．6Ω B．12Ω C．24Ω D．48Ω【答案】A【详解】根据闭合电路欧姆定律有解得故选A。2．（2024高二上·江苏连云港·学业考试）某电池板的开路电压是600mV，短路电流是30mA，该电池板的内阻为（）A．60Ω B．40Ω C．20Ω D．10Ω【答案】C【详解】根据题意可得故选C。3．（2024高二上·江苏扬州·学业考试）如图所示，电源电动势为1.5V，内阻为0.3Ω，滑动变阻器接入电路的电阻为1.2Ω，电压表和电流表为理想电表，闭合开关，电压表的示数为（）A．1.5V B．1.2V C．0.9V D．0.3V【答案】B【详解】根据闭合电路欧姆定律可得则电压表的示数为故选B。考点三：实验—测电池的电动势和内阻例题1．（2024高二上·江苏·学业考试）小李同学利用实验室器材设计的测定一节干电池电动势和内阻的实验电路如图甲所示。(1)为保证电路安全，在闭合开关之前，滑动变阻器的滑片应置于（填“”或“”）处。(2)如图乙所示是由实验数据作出的图像。由此可知这个干电池的电动势。（结果保留两位有效数字）【答案】(1)a(2)1.5【详解】（1）为保证电路安全，在闭合开关之前，滑动变阻器应处于最大阻值处，根据题中电路图可知，滑动头应置于a处。（2）根据闭合电路欧姆定律可知将上式整理后得可知在图像中，图线与纵轴的截距表示电源电动势，图线的斜率的绝对值为电源内阻，则。例题2．（2024高二上·江苏·学业考试）某同学在测量电源的电动势和内阻时，根据实验记录数据画出图像，则由图像可分析得到电源的电动势为V，内阻为Ω。【答案】3/3.01/1.0【详解】[1]由闭合电路欧姆定律可知由数学知识可知，纵轴截距为电源的电动势，故电动势为[2]图像的斜率表示电源的内阻，即例题3．（2023高二上·江苏泰州·学业考试）在测定电源电动势和内阻的实验中，其电路图如图甲所示，R为滑动变阻器。改变滑动变阻器接入电路的阻值，记录其对应的电压和电流，作出U-I图线，并将图线两端延长，得到图乙所示的图像。则电源的电动势E=V，内阻r=Ω。

【答案】3.25.3【详解】[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得所以U-I图线的纵截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源内阻，结合图线可得1．（2023高二上·江苏徐州·学业考试）在“测定电池的电动势和内阻”实验中，按如图甲所示连接电路。闭合开关S，改变滑动变阻器的阻值，分别记下电压表的示数U和电流表的示数I，根据实验数据作出如图乙所示的U－I图像。请根据内容，完成以下小题。（1）在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动触头应滑到（选填“左”或“右”）端。（2）由题图乙可知电池的电动势为。（3）由题图乙可知电池的内阻为。【答案】左【详解】（1）[1]由图可知，滑动变阻器右侧部分接入电路，把滑动变阻器的滑片调到最左端时，变阻器接入电路的阻值最大，为保证实验器材安全，滑动变阻器的滑动触头应滑到左端。（2）[2]根据闭合电路欧姆定律可知图像纵轴截距表示电源电动势，即电池的电动势为。（3）[3]图像斜率的绝对值表示电源内阻，可得2．（2023高二上·江苏徐州·学业考试）请根据以下内容，完成下题。小李同学利用实验室器材设计的测定一节干电池电动势和内阻的实验电路如图甲所示：（1）为保证电路安全，在闭合开关之前，滑动变阻器的滑动头P应置于处。（填“a”或“b”）（2）如图乙是由实验数据作出的图像。由此可知这个干电池的电动势V。（结果保留两位有效数字）【答案】a1.5【详解】（1）[1]为保证电路安全，在闭合开关之前，滑动变阻器应处于最大阻值处，根据题中电路图可知，滑动P头应置于a处。（2）[2]根据闭合电路欧姆定律可知将上式整理后得可知在图像中，图线与纵轴的截距表示电源电动势E，图线的斜率的绝对值为电源内阻r，则3．（2023高二上·江苏扬州·学业考试）某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻，实验原理图如图甲所示，请在图乙中完成实物连线。

【答案】

【详解】一节干电池的内阻偏小，关于电源，电流表应该外接，误差较小。故实物连接如图所示

考点四：能源与可持续发展例题1．（2025高二上·江苏·学业考试）在自然界中有许多能源可供人类使用，但我们仍然要节约能源，则天然气是（）A．新能源 B．可再生能源 C．不可再生能源 D．污染程度高的能源【答案】C【详解】天然气是不可再生能源，不属于新能源，污染程度不是很高。故选C。例题2．（2024高二上·江苏扬州·学业考试）不需要消耗任何能源就能获得源源不断的动力的机器是不存在的，因为这种机器违反了（）A．质量守恒定律 B．电荷守恒定律 C．机械能守恒定律 D．能量守恒定律【答案】D【详解】任何机器只能转换能量存在的形式，并不能制造能量，题目中的装置是一种永动机，它违背了能量守恒定律。故选D。例题3．（2024高二上·江苏盐城·学业考试）关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是（）A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B．电能的转换效率明显低于其他能源C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D．核能发电的优点是低成本、零污染【答案】C【详解】A．能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，故A错误；B．目前人类主要利用电能的原因就是电能的转换效率明显高于其他能源，故B错误；C．在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，故C正确；D．核能发电会产生放射性核废料，如果处理不当会造成重大的核污染事故，故D错误。故选C。1．（2024高二上·江苏·学业考试）利用太阳能、煤炭、石油、天然气等能源，可以减少污染环境的气体排放的是。【答案】太阳能【详解】使用太阳能不污染环境，是一种清洁能源；煤炭燃烧时产生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等物质，污染环境；石油燃烧时产生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮等物质，污染环境；天然气燃烧时生成大量的二氧化碳、一氧化碳等物质，污染环境。2．（2019高二·江苏·学业考试）PM2.5主要来自化石燃料的燃烧以及生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是（）A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用B．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源D．能量利用的品质降低说明自然界的能量正在不断减少【答案】C【详解】A．煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，选项A错误；B．能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，选项B错误；C．太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该大力开发，选项C正确；D．能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，选项D错误。故选C。3．（2021高二上·江苏·学业考试）2021年8月23日至8月29日是全国节能宣传周，今年的主题是“节能降碳，绿色发展”，下面的发电方式不符合这一主题的是（）A．火力发电 B．风能发电 C．水能发电 D．太阳能发电【答案】A【详解】A．火力发电属于燃烧发电，不符合节能降碳，绿色发展的主题，故A正确；BCD．风能发电、水能发电和太阳能发电都不属于燃烧发电，符合节能降碳，绿色发展的主题，故BCD错误。故选A。1．（2024高二上·江苏南通·学业考试）某电阻的阻值为6Ω，通过的电流为2A，则它在1min的时间内产生的热量为（）A．24J B．720J C．1440J D．7200J【答案】C【详解】根据焦耳定律可知，它在1min的时间内产生的热量为故选C。2．（2024高二上·江苏淮安·学业考试）下列关于公式和的说法正确的是（）A．公式非纯电阻电路不适用B．公式仅适用于纯电阻电路C．两公式纯电阻和非纯电阻电路均适用，且始终有D．两公式纯电阻和非纯电阻电路均适用，但在非纯电阻电路中【答案】D【详解】A．公式对任何电路都适用，选项A错误；B．公式不仅适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路求电热，选项B错误；CD．两公式纯电阻和非纯电阻电路均适用，只有纯电阻电路中有，在非纯电阻电路中，选项C错误，D正确。故选D。3．（2024高二上·江苏·学业考试）一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈的电阻相等，都是R，设通过的电流强度相同，则在相同的时间内，关于这只电炉和这台电动机，下列说法中正确的是（）A．电炉消耗的电能少于电动机消耗的电能 B．电炉消耗的电能多于电动机消耗的电能C．电炉和电动机产生的热量不相等 D．无法判断【答案】A【详解】根据可知，电炉和电动机产生的热量相等；由于电炉为纯电阻元件，所以电炉消耗的电能等于产生的热量，由于电动机为非纯电阻元件，所以电动机消耗的电能大于产生的热量，则电炉消耗的电能少于电动机消耗的电能。故选A。4．（2024高二上·江苏徐州·学业考试）如图所示的电路中，电阻R＝4Ω，断开S后，电压表的读数为6V；闭合S后，电压表的读数为4V，电压表为理想电表，则电源的内阻r为（）A．1Ω B．2Ω C．3Ω D．4Ω【答案】B【详解】断开S后，电压表的读数为6V，可知电动势为闭合S后，电压表的读数为4V，则有解得电源的内阻为故选B。5．（2024高二上·江苏南通·学业考试）如图电路中，开关闭合后电压表示数为。已知电源内阻，电阻，所有电表均理想，则电源电动势E的大小为（）A．10V B．14V C．35V D．44V【答案】B【详解】根据题意，由欧姆定律有可得，电流表的示数为由闭合回路欧姆定律可得，电源电动势E的大小为故选B。6．（2024高二上·江苏淮安·学业考试）如图所示为某一电源的图线，则由图可知（）A．电源电动势为10V B．电源内阻为2ΩC．电源短路时电流为5A D．路端电压为5V时，电路中电流为0【答案】A【详解】AB．根据闭合电路欧姆定律可得根据题图可知，电源电动势为电源内阻为故A正确，B错误；C．电源短路时电流为故C错误；D．路端电压为5V时，电路中电流为故D错误。故选A。7．如图所示电路中，电源电动势，内阻，电阻。不计电压表对电路的影响，请根据以上信息回答问