12.1 电路中的能量转化 -【划重点】2024-2025学年高二物理暑假预习强化之精细讲义（人教版2019必修第三册）

12.1 电路中的能量转化 ——划重点之高一暑假预习强化精细讲义 知识点1：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、通电时间t三者的乘积. (2)公式：W=UIt,是电功的定义式，适用于任何电路，单位是焦耳，符号是J.常用单位为千瓦时，符号是kW·h,1 kW·h=3.6×106J. (3)电流做功的实质：电能转化为其他形式能的过程 ①电功是指在某段电路上电流所做的功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功，即W=UIt,It =q,得W=Uq. ②当在导体两端加上电压后，导体内部产生电场，在静电力作用下，自由电荷定向移动形成电流，静电力对自由电荷做正功，电荷的电势能减少，转化为其他形式的能. 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叫作电功率.电流在一段电路上做功的功率P等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积.用于描述电流做功的快慢. (2)公式：,适用于任何电路，单位为瓦特，符号是W.常用单位有千瓦，符号为kW,1 kW=1000 W. (3)用电器的额定功率和实际功率 ①额定功率：用电器正常工作时的功率，即当用电器两端加上额定电压时所消耗的功率，即P额=U额I额. ②实际功率：用电器实际工作时消耗的功率，即P实=U实I实. ③为使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率. 【典例1】四个定值电阻按图示连接方式连入电路。已知、的规格为“10V  4W”，、的规格为“10V  2W”。这四个电阻消耗功率的大小关系为（    ）    A． B． C． D． 【典例2】电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。图是电饭锅的电路图，R1是分压电阻，R2是加热用的电阻丝。已知电源输出电压恒为U=220V，R1=792Ω，保温状态时电路电流I=0.25A。下列说法正确的是（　　） A．自动开关S接通时，电饭锅处于保温状态 B．电热丝的电阻R2=880Ω C．R2在保温状态下的功率是加热状态下的 D．若仅换用阻值更大的加热电阻丝，保温状态时电阻丝的功率一定增大 【典例3】有一家用电褽斗，其内部电路结构如图所示，改变内部连线方式可以使电褽斗处于断开状态或获得低、中、高三个不同的温度挡，选项图中是它的四种不同的连接方式，其中能获得高挡温度的是（　　） A． B． C． D． 【典例4】（多选）已知，灯泡A、B额定电压均为，额定功率分别为，，两灯泡内阻阻值不随温度变化。则两灯泡直接串联如图甲所示，灯泡不被烧坏且两端电压最大；为让灯泡A、B和电阻连接后接在220V电压上，且灯泡均正常发光，分别设计如图乙、丙、丁所示三种电路图，下列说法正确的是（    ）    A．图甲中B更亮，两端电压为154V B．图乙中电阻上消耗的功率为45W C．图丙中与A串联的电阻消耗的功率比与B串联的电阻消耗的功率小 D．图丁中电路消耗的总功率与图丙中电路消耗的总功率一样大 【典例5】（多选）两外观完全相同的电阻、的伏安特性曲线如图所示，下列说法正确的是（　　） A． B．把和并联接入某电路中，流经它们的电流之比 C．把和串联接入某电路中，它们消耗的电功率之比 D．把和先后接入同一电源两端，发现和消耗的电功率相等，则该电源的内阻为 知识点2：焦耳定律和电路中的能量转化 1.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,单位为焦耳，符号为J,适用于任何电路. (3)实质；电热实质上是电流做功转化为导体的内能.在任何电路中，总有电功W≥Q,在纯电阻电路中电能全部转化为电热。 2.热功率 (1)定义：电流通过导体发热的功率. (2)表达式：. ①Q=I2Rt适用于任何用电器产生的热量的求解，由U=IR与Q=I2Rt联立可得出公式,但因为U=IR只适用于纯电阻电路，所以也只适用于纯电阻电路. 3.纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量转化 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻，电能全部转化成内能 除内能外，还把电能转化成其他形式的能 能量转化情况 电功 热功 关系 W=Q W＞Q,W=Q+E其他 电功率 热功率 关系 P =P热 P＞P热,P=P热+P其他 欧姆定律是否成立 成立，有U=IR， 不成立，有U＞IR， 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 【典例6】如图甲是我国自行研制的CPU“龙芯”系列，是微型集成电路。图乙中，和是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的芯片内部电阻，的尺寸远远小于的尺寸。现给、通以相同的电流，则（　　） A．、两端的电压 B．、的电功率 C．、在相同时间内产生的焦耳热 D．、的电阻率在相同温度情况下一定相同 【典例7】小灯泡A、B与定值电阻R、输出电压恒为U的电源组成图示电路，小灯泡A、B分别标有“3V，0.3A”及“5V，0.6A”字样，当两只小灯泡都能正常发光时，应有（　　） A．电源的输出功率为4.8W B．定值电阻R的阻值为15Ω C．电源的输出电压为5V D．定值电阻在10s内产生的电热为30J 【典例8】半径为a的金属球远离其它一切物体，通过阻值为R的电阻与大地相连。电子束从远处射向小球，各物理量达稳定状态后每秒钟有n个电子以速度v不断地落到球上，电子的质量为m，电荷量为e，那么以下结论正确的是（　　） A．小球的电势为neR B．通过电阻的电流为ne，且从金属球流向大地 C．电阻上的电热功率为小球所带电荷量是不为零的一个定值 D．金属球单位时间内释放的热量为 【典例9】（多选）如图所示，有一个半径为r的金属球远离其他物体，通过电阻R与大地相连。电子束从远处以速度v落到球上且不反弹，在各物理量达稳定后每秒有n个电子落到球上。已知电子的质量为m，电子的电荷量为e，则下列说法正确的是（    ） A．通过电阻的电流大小为ne B．通过电阻的电流方向由金属球流向大地 C．若以地面为零电势，则球的电势为 D．每秒钟金属球产生的热量为 【典例10】（多选）如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内（    ） A．充电宝输出的电功为 B．充电宝产生的热功率为 C．手机电池产生的焦耳热为 D．手机电池储存的化学能为 重难点1：含电动机电路的功率计算 1.电动机模型：如图所示，电动机由线圈电阻和其他元件组成.电动机正常工作时，部分电压加在线圈电阻上，大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路；电动机通电但不工作时，电压全部加在线圈电阻上，此时电路为纯电阻电路. 2.电动机的特性：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能，在电路计算中，欧姆定律不再适用。 3.输入功率：电动机消耗的功率即总功率P总=UI. 4.输出功率：电动机做有用功的功率，如图所示，P出=mgv(设重物匀速上升). 5.热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率. 6.功率关系：P总=P出+P热 7.电动机的效率： 【典例11】随着我国机器人产业的蓬勃发展，仿生机器人关节电动机需求量越来越大。小明同学拆下一个类似旧电动机，测得电动机的绕线电阻R0=1Ω，上面标注工作电压“8V-12V”，然后把此电动机接入如图所示电路，电路中电源电动势E=12V，内阻r=1Ω，标有“8V ，16W”字样的灯泡L恰能正常发光，则（　　） A．电动机的输出功率12W B．通过电源的电流为10A C．电动机把电能转化为机械能的效率为67% D．若电动机的转子被卡住电动机消耗的功率变为64W 【典例12】直流电动机在生产和生活中有着广泛的应用，但是电动机启动瞬间，转子还未转动，电动机的启动电流很大。为了减小启动电流，保护用电器，如图所示，将一线圈电阻为的电动机与电阻箱串联后接在电源电动势，内阻的电源两端，电压表可以视为理想表，现利用电动机竖直向上牵引一质量为的物体，已知重力加速度为。调节电阻箱至后，闭合开关S，电动机转子稳定转动时，物体以速度匀速上升，电压表示数为下列说法正确的是（　　） A．电动机的线圈电阻 B．电动机转动稳定时，其输入电压为4V C．电动机转动稳定时，其输出功率为6W D．调节电阻箱至后，闭合开关S，电动机的启动电流为0.2A 【典例13】直流电动机在生活生产中有广泛的应用，其主要结构为两部分：定子和转子，其中定子包括：主磁极、机座、转向器、电刷等；转子包括：电枢铁芯、电枢绕组等。如图所示是电动机提升重物的示意图，已知电源电动势，内阻，电阻。闭合开关S，发现电动机被卡死，此时电压表的示数为，立即关闭电源。清除故障后重新闭合开关，当电动机正常工作时，电压表的示数为，重力加速度，下列说法正确的是（　　） A．电动机内部线圈的电阻为 B．电动机正常工作时线圈电阻的热功率为 C．电动机正常工作时电源的效率约为 D．电动机正常工作时将一个质量为重物由静止吊起，则重物的最大速度为 【典例14】如图所示为直流电动机提升重物装置，电动机的内阻一定，闭合开关K，当把它接入电压为的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是；当把电动机接入电压为的电路中，电动机正常工作且电动机匀速提升重物，工作电流是，求： （1）电动机线圈的电阻； （2）当电动机正常工作时的输出功率； （3）如果重物质量，当时电动机提升重物的速度大小是多少?（取） 一、单选题 1．某城市被誉为“森林中的火车站”的屋顶铺设了1.2万块光伏组件，每块面积为，发电总功率为。已知太阳的辐射总功率约为，太阳与地球之间的距离约，则以下关于该光伏组件说法正确的是（　　） A．每块组件上接收到的太阳辐射功率约为100W B．工作一天大约可发电 C．光电的转换效率约为10% D．若一吨标准煤可以发电约3000度，则该组件一年可节省约3500吨煤 2．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀、单位体积内自由电子数相等的金属导线a、b串联连接在电路中，横截面积之比。则（　　） A．两导线电阻之比为 B．两导线两端电压之比为 C．流经两导线的电流发热功率之比为 D．自由电子在两导线中移动的速率之比 3．如图所示，将一盏标有“”的灯泡和一电阻为的电解槽串联后，接在电压恒为的直流电源两端，灯泡正常发光，则（　　） A．电路消耗的总功率为 B．电解槽消耗的电功率为 C．电解槽的发热功率为 D．电解槽的输出电功率为 4．如图所示是某笔记本电脑电池上的部分标注，该型号的电池据说是最强的笔记本电脑电池之一。关于此电池的下列说法中，正确的是（    ） A．该电池充满电后储存的能量约 B．该电池充满电后可供电脑使用10小时，则平均电流强度约0.1A C．若某电容器充满电后，电压为10.8V，电量为8700mAh，则电容器储存的能量和该电池充满电后相同 D．该电池充满电后，提供的总能量可以使一名质量的学生提升的高度超过“中国尊”（北京最高建筑，高度为）的高度 5．假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的UI图线如图所示，图像上A点与原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角。则（　　） A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小 B．在A点，白炽灯的电阻可表示为tanα C．在A点，白炽灯的电阻可表示为tanβ D．在A点，白炽灯的电功率大小可用矩形U0AI0O的面积表示 6．某机器人使用充电锂电池供电，充好电的锂电池电动势为E，内电阻为r，电动机线圈电阻为R，接通电源后，机器人刚好正常工作，消耗功率为P，输出功率为0.9P。则电源的输出功率可表示为（　　） A．1.1P B．0.1P C．E D．E 7．如图所示，干旱季节，农民通过潜水泵抽取地下水灌溉农田。已知潜水泵由电动机、水泵输水钢管组成，某地下水源距离地表5.35m深，安装潜水泵时将一根输水钢管竖直打入地底下与地下水源连通，水泵出水口离地表高度为0.65m，水流由出水口水平喷出时的速度为4m/s，每秒出水量为4kg。已知电动机额定电压为220V，水泵的抽水效率为70%，水的密度为1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，则（　　） A．出水口钢管横截面积为4×10-3m2 B．每秒内水流机械能增加272J C．电动机的输入功率为272W D．电动机线圈的电流约为1.2A 8．某景区景点喷泉喷出的水柱高约20m，如图所示，小明了解到喷泉专用泵额定电压为220V，正常工作时输入电流为3A，泵输出的机械功率占输入功率的75%，则此喷泉（　　） A．出水流量约为0.1m3/s B．电机绕组的电阻是55Ω C．任意时刻空中水的质量约为10kg D．喷管的横截面积约为0.8×10﹣4m2 二、多选题 9．某电饭锅的额定电压为220V，额定功率为1500W。此电饭锅正常工作时，下列说法对的是（　　） A．通过电饭锅的电流约为0.14A B．通过电饭锅的电流约为6.8A C．电饭锅每秒消耗的电能为1500J D．电饭锅每秒消耗的电能为220J 三、解答题 10．利用电动机提升重物的示意图如下。已知电源电动势，电源内阻，电动机线圈电阻，定值电阻，重物质量，当电动机匀速提升重物时，理想电压表的示数，不计空气阻力和摩擦，取。求： （1）流经电源的电流和电动机两端的电压； （2）电动机的热功率和重物匀速上升时的速度； （3）由于人员使用不当，致使电动机被卡住而无法转动，求此时电动机的热功率。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.1 电路中的能量转化 ——划重点之高一暑假预习强化精细讲义 知识点1：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、通电时间t三者的乘积. (2)公式：W=UIt,是电功的定义式，适用于任何电路，单位是焦耳，符号是J.常用单位为千瓦时，符号是kW·h,1 kW·h=3.6×106J. (3)电流做功的实质：电能转化为其他形式能的过程 ①电功是指在某段电路上电流所做的功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功，即W=UIt,It =q,得W=Uq. ②当在导体两端加上电压后，导体内部产生电场，在静电力作用下，自由电荷定向移动形成电流，静电力对自由电荷做正功，电荷的电势能减少，转化为其他形式的能. 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叫作电功率.电流在一段电路上做功的功率P等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积.用于描述电流做功的快慢. (2)公式：,适用于任何电路，单位为瓦特，符号是W.常用单位有千瓦，符号为kW,1 kW=1000 W. (3)用电器的额定功率和实际功率 ①额定功率：用电器正常工作时的功率，即当用电器两端加上额定电压时所消耗的功率，即P额=U额I额. ②实际功率：用电器实际工作时消耗的功率，即P实=U实I实. ③为使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率. 【典例1】四个定值电阻按图示连接方式连入电路。已知、的规格为“10V  4W”，、的规格为“10V  2W”。这四个电阻消耗功率的大小关系为（    ）    A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据 可知 由于通过电流相等根据 可知 因两端电压相等根据 可知 因、电阻相等，，根据 可知 即 故选A。 【点睛】本题闭合电路欧姆定律以及电路电功率的计算，需要同学们分析电路的特点进行求解。 【典例2】电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。图是电饭锅的电路图，R1是分压电阻，R2是加热用的电阻丝。已知电源输出电压恒为U=220V，R1=792Ω，保温状态时电路电流I=0.25A。下列说法正确的是（　　） A．自动开关S接通时，电饭锅处于保温状态 B．电热丝的电阻R2=880Ω C．R2在保温状态下的功率是加热状态下的 D．若仅换用阻值更大的加热电阻丝，保温状态时电阻丝的功率一定增大 【答案】C 【详解】A．由电路图可知，开关S闭合时，R1被短路，只有R2接入电路；而开关断开时，两电阻串联，根据可知 开关接通时为加热状态，开关S断开时为保温状态，故A错误； B．根据 代入数据得 R2=88Ω 故B错误； C．R2在保温状态下的功率 加热状态下的功率 代入数据得 故C正确； D．R2在保温状态下的功率 可知，当时，保温状态时电阻丝的功率最大，时，随着的增大，保温状态时电阻丝的功率减小，故D错误。 故选C。 【典例3】有一家用电褽斗，其内部电路结构如图所示，改变内部连线方式可以使电褽斗处于断开状态或获得低、中、高三个不同的温度挡，选项图中是它的四种不同的连接方式，其中能获得高挡温度的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．A选项为断路，没有电流，不工作，故A错误； BCD．B选项R1、R2串联，发热功率为 C选项只有R1工作，发热功率为 D选项R1、R2并联，发热功率为 可以判断出，P2最小，P4最大，所以能获得高挡温度的是D选项。 故选D。 【典例4】（多选）已知，灯泡A、B额定电压均为，额定功率分别为，，两灯泡内阻阻值不随温度变化。则两灯泡直接串联如图甲所示，灯泡不被烧坏且两端电压最大；为让灯泡A、B和电阻连接后接在220V电压上，且灯泡均正常发光，分别设计如图乙、丙、丁所示三种电路图，下列说法正确的是（    ）    A．图甲中B更亮，两端电压为154V B．图乙中电阻上消耗的功率为45W C．图丙中与A串联的电阻消耗的功率比与B串联的电阻消耗的功率小 D．图丁中电路消耗的总功率与图丙中电路消耗的总功率一样大 【答案】AD 【详解】A．灯泡的电阻分别为 所以在电流相同时，B更亮，在串联加最大电压时，B正常发光，电路中电流为，此时A分到的电压为44V，B分到的电压为110V，于是串联能加的最大电压为154V，A正确； B．题图乙中电阻的作用为分流，其功率为 B错误； C．题图丙中，对A所在支路，灯泡A与电阻两端电压相等，所以二者功率相等，均为100W，同理，灯泡B与电阻两端电压相等，所以二者功率相等，均为40W，C错误； D．题图丁中电路的总功率可以直接利用等效思想，得出电路的总功率为280W，D正确。 故选AD。 【典例5】（多选）两外观完全相同的电阻、的伏安特性曲线如图所示，下列说法正确的是（　　） A． B．把和并联接入某电路中，流经它们的电流之比 C．把和串联接入某电路中，它们消耗的电功率之比 D．把和先后接入同一电源两端，发现和消耗的电功率相等，则该电源的内阻为 【答案】CD 【详解】A．由欧姆定律结合图像可知伏安特性曲线的斜率的倒数表示电阻的阻值，由图像可得，R1的阻值为 R2的阻值为 故 故A错误； B．把和并联接入某电路中，则和两端的电压U相等，故流经它们的电流之比为 故B错误； C．把和串联接入某电路中，则流经它们的电流I相等，故它们消耗的电功率之比为 故 正确； D．设电源电动势为E，电源内阻为r，则当把接入电源两端，消耗的电功率为 当把接入电源两端，消耗的电功率为 根据题意有 联立解得 故选CD。 知识点2：焦耳定律和电路中的能量转化 1.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,单位为焦耳，符号为J,适用于任何电路. (3)实质；电热实质上是电流做功转化为导体的内能.在任何电路中，总有电功W≥Q,在纯电阻电路中电能全部转化为电热。 2.热功率 (1)定义：电流通过导体发热的功率. (2)表达式：. ①Q=I2Rt适用于任何用电器产生的热量的求解，由U=IR与Q=I2Rt联立可得出公式,但因为U=IR只适用于纯电阻电路，所以也只适用于纯电阻电路. 3.纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量转化 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻，电能全部转化成内能 除内能外，还把电能转化成其他形式的能 能量转化情况 电功 热功 关系 W=Q W＞Q,W=Q+E其他 电功率 热功率 关系 P =P热 P＞P热,P=P热+P其他 欧姆定律是否成立 成立，有U=IR， 不成立，有U＞IR， 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 【典例6】如图甲是我国自行研制的CPU“龙芯”系列，是微型集成电路。图乙中，和是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的芯片内部电阻，的尺寸远远小于的尺寸。现给、通以相同的电流，则（　　） A．、两端的电压 B．、的电功率 C．、在相同时间内产生的焦耳热 D．、的电阻率在相同温度情况下一定相同 【答案】D 【详解】ABC．设电阻的厚度为d，其正方形的边长为a，则有 可见电阻值的大小仅与材料和厚度有关，与尺寸大小无关，则有 给、通以相同的电流，根据 ， 可得 ， 根据 可知、在相同时间内产生的焦耳热 故ABC错误； D．由于、材料相同，所以相同温度情况下电阻率一定相同，故D正确。 故选D。 【典例7】小灯泡A、B与定值电阻R、输出电压恒为U的电源组成图示电路，小灯泡A、B分别标有“3V，0.3A”及“5V，0.6A”字样，当两只小灯泡都能正常发光时，应有（　　） A．电源的输出功率为4.8W B．定值电阻R的阻值为15Ω C．电源的输出电压为5V D．定值电阻在10s内产生的电热为30J 【答案】A 【详解】AC．由电路可知，电源的输出电压为 干路电流为 电源的输出功率为 故A正确；C错误； B．依题意，两只小灯泡都能正常发光，可得 ， 根据欧姆定律，可得 故B错误； D．定值电阻在10s内产生的电热为 故D错误。 故选A。 【典例8】半径为a的金属球远离其它一切物体，通过阻值为R的电阻与大地相连。电子束从远处射向小球，各物理量达稳定状态后每秒钟有n个电子以速度v不断地落到球上，电子的质量为m，电荷量为e，那么以下结论正确的是（　　） A．小球的电势为neR B．通过电阻的电流为ne，且从金属球流向大地 C．电阻上的电热功率为小球所带电荷量是不为零的一个定值 D．金属球单位时间内释放的热量为 【答案】D 【详解】A．通过阻值为R的电阻与大地相连达稳定状态后与大地成为一个等势体，电势为零，故A错误； B．根据题意 电流方向与负电荷定向移动方向相反，所以电流方向从大地流向金属球，故B错误； C．电阻上的电热功率为 故C错误； D．根据能量守恒可知，金属球单位时间内释放的热量为 故D正确。 故选D。 【典例9】（多选）如图所示，有一个半径为r的金属球远离其他物体，通过电阻R与大地相连。电子束从远处以速度v落到球上且不反弹，在各物理量达稳定后每秒有n个电子落到球上。已知电子的质量为m，电子的电荷量为e，则下列说法正确的是（    ） A．通过电阻的电流大小为ne B．通过电阻的电流方向由金属球流向大地 C．若以地面为零电势，则球的电势为 D．每秒钟金属球产生的热量为 【答案】AD 【详解】AB．稳定之后，落到球面上的电子数应等于通过电阻流到地面上的电子数，则电流强度 方向由大地流向金属球，故A正确，B错误； C．因为电阻两端的电压为，若以地面为零电势，则球的电势为 故C错误； D．设每秒有个电子落到球上，这些电子的总动能 在电阻器上转化为热的功率 由能量守恒定律，单位时间内球产生的热量 故D正确。 故选AD。 【典例10】（多选）如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内（    ） A．充电宝输出的电功为 B．充电宝产生的热功率为 C．手机电池产生的焦耳热为 D．手机电池储存的化学能为 【答案】AD 【详解】A．充电宝的输出电压U，输出电流I，时间t内充电宝输出的电功为 故A正确； B．充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，故无法判断充电宝产生的热功率，故B错误； C．手机电池是非纯电阻电路，故不能用计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为，故C错误； D．充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为手机电池产生的焦耳热，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为 故D正确。 故选AD。 重难点1：含电动机电路的功率计算 1.电动机模型：如图所示，电动机由线圈电阻和其他元件组成.电动机正常工作时，部分电压加在线圈电阻上，大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路；电动机通电但不工作时，电压全部加在线圈电阻上，此时电路为纯电阻电路. 2.电动机的特性：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能，在电路计算中，欧姆定律不再适用。 3.输入功率：电动机消耗的功率即总功率P总=UI. 4.输出功率：电动机做有用功的功率，如图所示，P出=mgv(设重物匀速上升). 5.热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率. 6.功率关系：P总=P出+P热 7.电动机的效率： 【典例11】随着我国机器人产业的蓬勃发展，仿生机器人关节电动机需求量越来越大。小明同学拆下一个类似旧电动机，测得电动机的绕线电阻R0=1Ω，上面标注工作电压“8V-12V”，然后把此电动机接入如图所示电路，电路中电源电动势E=12V，内阻r=1Ω，标有“8V ，16W”字样的灯泡L恰能正常发光，则（　　） A．电动机的输出功率12W B．通过电源的电流为10A C．电动机把电能转化为机械能的效率为67% D．若电动机的转子被卡住电动机消耗的功率变为64W 【答案】A 【详解】AB．干路电流为 电动机电流为 则电动机输出功率为 A正确，B错误； C．电动机把电能转化为机械能的效率为 C错误； D．若电动机的转子被卡住，则视电动机为纯电阻，灯泡阻值为 灯泡与电动机并联的阻值为 此时电动机两端电压为 电动机消耗的功率为 D错误。 故选A。 【典例12】直流电动机在生产和生活中有着广泛的应用，但是电动机启动瞬间，转子还未转动，电动机的启动电流很大。为了减小启动电流，保护用电器，如图所示，将一线圈电阻为的电动机与电阻箱串联后接在电源电动势，内阻的电源两端，电压表可以视为理想表，现利用电动机竖直向上牵引一质量为的物体，已知重力加速度为。调节电阻箱至后，闭合开关S，电动机转子稳定转动时，物体以速度匀速上升，电压表示数为下列说法正确的是（　　） A．电动机的线圈电阻 B．电动机转动稳定时，其输入电压为4V C．电动机转动稳定时，其输出功率为6W D．调节电阻箱至后，闭合开关S，电动机的启动电流为0.2A 【答案】A 【详解】电动机转子稳定时，输出功率 电阻箱的电压的电流 内阻的分压为 则电动机的输入电压为 由 可得电动机的内阻 电动机启动时，转子未转动，电动机为纯电阻元件，启动电流为 故选A。 【典例13】直流电动机在生活生产中有广泛的应用，其主要结构为两部分：定子和转子，其中定子包括：主磁极、机座、转向器、电刷等；转子包括：电枢铁芯、电枢绕组等。如图所示是电动机提升重物的示意图，已知电源电动势，内阻，电阻。闭合开关S，发现电动机被卡死，此时电压表的示数为，立即关闭电源。清除故障后重新闭合开关，当电动机正常工作时，电压表的示数为，重力加速度，下列说法正确的是（　　） A．电动机内部线圈的电阻为 B．电动机正常工作时线圈电阻的热功率为 C．电动机正常工作时电源的效率约为 D．电动机正常工作时将一个质量为重物由静止吊起，则重物的最大速度为 【答案】B 【详解】A．电动机被卡住时，相当于纯电阻，电源内电压 电路电流 由闭合电路欧姆定律可得电动机内阻为 故A错误； B．电动机正常工作时，电源内电压 电路电流 电动机线圈电阻的热功率为 故B正确； C．电动机正常工作时，电源的效率为 故C错误； D．当重物速度最大时，拉力 电动机的输出功率 由 可得重物的最大速度为 故D错误。 故选B。 【典例14】如图所示为直流电动机提升重物装置，电动机的内阻一定，闭合开关K，当把它接入电压为的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是；当把电动机接入电压为的电路中，电动机正常工作且电动机匀速提升重物，工作电流是，求： （1）电动机线圈的电阻； （2）当电动机正常工作时的输出功率； （3）如果重物质量，当时电动机提升重物的速度大小是多少?（取） 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）电动机不转时，此时电动机为纯电阻元件，则 （2）电动机正常工作时消耗的功率为 电动机正常工作时线圈电阻损耗的功率为 电动机正常工作时输出功率为 （3）匀速提升时，拉力等于重力，即 由电动机的输出功率 可得提升重物的速度为 一、单选题 1．某城市被誉为“森林中的火车站”的屋顶铺设了1.2万块光伏组件，每块面积为，发电总功率为。已知太阳的辐射总功率约为，太阳与地球之间的距离约，则以下关于该光伏组件说法正确的是（　　） A．每块组件上接收到的太阳辐射功率约为100W B．工作一天大约可发电 C．光电的转换效率约为10% D．若一吨标准煤可以发电约3000度，则该组件一年可节省约3500吨煤 【答案】C 【详解】A．距离太阳的大圆球面积 每块组件上接收到的太阳辐射功率约为 A错误； B．若24小时都有太阳，则工作一天大约可发电 但有太阳的时间小于24小时，B错误； C．太阳板接收的太阳能功率为 光电的转换效率约为 C正确； D．若24小时都有太阳，则工作一年大约可发电 若一吨标准煤可以发电约3000度，24小时都有太阳，则该组件一年可节省约3500吨煤，但有太阳的时间小于24小时，D错误； 故选C。 2．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀、单位体积内自由电子数相等的金属导线a、b串联连接在电路中，横截面积之比。则（　　） A．两导线电阻之比为 B．两导线两端电压之比为 C．流经两导线的电流发热功率之比为 D．自由电子在两导线中移动的速率之比 【答案】D 【详解】A．由 可知两导线电阻之比为 A错误； BC．两导线串联，流经两导线的电流之比为，两导线两端电压之比 流经两导线的电流功率之比为，B、C错误； D．由 可知，当其他条件相同时，自由电子的移动速率与横截面积成反比，则有 D正确； 故选D。 3．如图所示，将一盏标有“”的灯泡和一电阻为的电解槽串联后，接在电压恒为的直流电源两端，灯泡正常发光，则（　　） A．电路消耗的总功率为 B．电解槽消耗的电功率为 C．电解槽的发热功率为 D．电解槽的输出电功率为 【答案】D 【详解】A．灯泡正常发光，灯泡两端电压为40V，电路中的电流为 电路消耗的总功率为 P=UI=60×1W=60W 故A错误； B．电解槽与灯泡串联，电解槽两端的电压为 U电=U-UL=60V-20V=40V 电解槽消耗的电功率为 P电=U电I=40×1W=40W 故B错误； C．电解槽的发热功率 P热=I2R=12×4W=4W 故C错误； D．电解槽的输出功率为 P出=P电-P热=40W-4W=36W 故D正确； 故选D。 4．如图所示是某笔记本电脑电池上的部分标注，该型号的电池据说是最强的笔记本电脑电池之一。关于此电池的下列说法中，正确的是（    ） A．该电池充满电后储存的能量约 B．该电池充满电后可供电脑使用10小时，则平均电流强度约0.1A C．若某电容器充满电后，电压为10.8V，电量为8700mAh，则电容器储存的能量和该电池充满电后相同 D．该电池充满电后，提供的总能量可以使一名质量的学生提升的高度超过“中国尊”（北京最高建筑，高度为）的高度 【答案】D 【详解】AC．根据单位换算可知该电池充满电后储存的能量约为 Wh= J 则某电容器充满电后，电压为10.8V，电量为8700mAh，则电容器储存的能量 和该电池充满电后不相同，故AC错误； B．电池的容量为8700mAh=8.7Ah，根据电流的定义式可知 A 故B错误； D．质量的学生提升的高度超过“中国尊”的能量为 J<J 故D正确； 故选D。 5．假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的UI图线如图所示，图像上A点与原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角。则（　　） A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小 B．在A点，白炽灯的电阻可表示为tanα C．在A点，白炽灯的电阻可表示为tanβ D．在A点，白炽灯的电功率大小可用矩形U0AI0O的面积表示 【答案】D 【详解】A.根据欧姆定律 可知白炽灯的电阻随电压的增大而增大，故A错误； BC.在A点，白炽灯的电阻可表示为 不能表示为tan β或tan α，故BC错误； D.在A点，白炽灯的电功率为 可用矩形U0AI0O的面积表示，故D正确。 故选D。 6．某机器人使用充电锂电池供电，充好电的锂电池电动势为E，内电阻为r，电动机线圈电阻为R，接通电源后，机器人刚好正常工作，消耗功率为P，输出功率为0.9P。则电源的输出功率可表示为（　　） A．1.1P B．0.1P C．E D．E 【答案】D 【详解】设电路中的电流为I，根据题意可知 I2R=0.1P 则 I= 则电源的输出功率可表示为 故选D。 7．如图所示，干旱季节，农民通过潜水泵抽取地下水灌溉农田。已知潜水泵由电动机、水泵输水钢管组成，某地下水源距离地表5.35m深，安装潜水泵时将一根输水钢管竖直打入地底下与地下水源连通，水泵出水口离地表高度为0.65m，水流由出水口水平喷出时的速度为4m/s，每秒出水量为4kg。已知电动机额定电压为220V，水泵的抽水效率为70%，水的密度为1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，则（　　） A．出水口钢管横截面积为4×10-3m2 B．每秒内水流机械能增加272J C．电动机的输入功率为272W D．电动机线圈的电流约为1.2A 【答案】B 【详解】 A．出水口面积 故A错误； B．每秒水流增加的机械能 故B正确； C．电动机的输入功率 故C错误； D．电动机线圈的电流 故D错误。 故选B。 8．某景区景点喷泉喷出的水柱高约20m，如图所示，小明了解到喷泉专用泵额定电压为220V，正常工作时输入电流为3A，泵输出的机械功率占输入功率的75%，则此喷泉（　　） A．出水流量约为0.1m3/s B．电机绕组的电阻是55Ω C．任意时刻空中水的质量约为10kg D．喷管的横截面积约为0.8×10﹣4m2 【答案】C 【详解】A．喷泉喷出的水柱高约20m，设水喷出喷口的速度为v，由位移—速度公式得 v2＝2gh 代入数据解得 v＝20m/s 设极短时间Δt内有质量为Δm的水喷出喷口，则由能量守恒得 解得 这些水的体积为 则出水流量约为 Q 代入数据联立解得 Q＝2.475×10﹣3m3/s 故A错误； B．设电机绕组的电阻为r，泵输出的机械功率占输入功率的75%，则有： （1﹣75%）UI＝I2r 代入数据解得，电机绕组的电阻 r≈18.3Ω 故B错误； C．水从喷出到最高点所用的时间为 在空中的水包括上升过程与下降过程两部分的水，两部分水的质量近似相等，则任意时刻空中水的质量约为 代入数据联立解得 m≈10kg 故C正确； D．设喷管的横截面积为S，则 解得喷管的横截面积约为 S≈1.2×10﹣4m2 故D错误。 故选C。 二、多选题 9．某电饭锅的额定电压为220V，额定功率为1500W。此电饭锅正常工作时，下列说法对的是（　　） A．通过电饭锅的电流约为0.14A B．通过电饭锅的电流约为6.8A C．电饭锅每秒消耗的电能为1500J D．电饭锅每秒消耗的电能为220J 【答案】BC 【详解】AB．由公式可得，通过电饭锅的电流约为 故A错误，B正确； CD．电饭锅每秒消耗的电能为 故C正确，D错误。 故选BC。 三、解答题 10．利用电动机提升重物的示意图如下。已知电源电动势，电源内阻，电动机线圈电阻，定值电阻，重物质量，当电动机匀速提升重物时，理想电压表的示数，不计空气阻力和摩擦，取。求： （1）流经电源的电流和电动机两端的电压； （2）电动机的热功率和重物匀速上升时的速度； （3）由于人员使用不当，致使电动机被卡住而无法转动，求此时电动机的热功率。 【答案】（1）5A，70V；（2）75W，0.55m/s；（3）300W 【详解】（1）流经电源的电流 解得 I=5A 电动机两端的电压 解得 （2）电动机的热功率 解得 重物匀速上升过程有 解得 （3）电动机被卡住，电路为纯电阻，则电流为 此时电动机的热功率 解得 学科网（北京）股份有限公司 $$