12.1 电路中的能量转化（练习）【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

第1节 电路中的能量转化 1．关于电功和电热，以下说法正确的是（　　） A．外电路电流做的功一定等于电热 B．外电路中电流所做的功一定大于电热 C．只有在外电路是纯电阻的情况下，电功才等于电热 D．当外电路有电动机、电解槽的情况下欧姆定律仍然适用，只是电功大于电热 【答案】C 【分析】纯电阻电路，电功可用公式W=UIt计算，也可用公式Q=I2Rt计算，非纯电阻电路，电功用公式W=UIt计算，电热用公式Q=I2Rt计算。 【详解】ABC．纯电阻电路，外电路电流做的功等于电热，非纯电阻电路，外电路电流做的功大于电热，故AB错误，C正确； D．当外电路不是纯电阻时，有电动机、电解槽的情况下电流做的功有一部分转化为机械能、化学能，欧姆定律不适用，故D错误。 故选C。 2．如图所示，由同种材料制成的、长度相同的两段导体A、B，已知横截面积，给A、B中通以大小相等的稳恒电流时，电荷定向移动速率分别为、，两端电压分别为、，电功率分别为、，相同时间内产生的热量分别为、，不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据电阻定律 由于材料相同，长度相同，横截面积，则有；由题意可知，根据 ，，， 可知 ，，， 故选D。 3．三个灯泡A、B、C按如图所示的方式连接时接入电路，各灯实际消耗的功率相同，则此时三个灯泡电阻之比RA：RB：RC为（　　） A．2：1：1 B．1：1：1 C．1：2：2 D．1：4：4 【答案】D 【详解】BC灯并联，电压相等，根据电功率公式得 设通过BC灯的电流为I，则A灯的电流为2I，根据电功率公式得 则三个灯泡电阻之比为 故选D。 4．图为两段由同种材料制成的长度相同、粗细不同的电阻丝和的伏安特性曲线。关于这两段电阻丝，以下判断正确的是（　　） A．电阻丝较细 B．电阻和的阻值之比3：1 C．若将电阻丝和串联在一起接入电路，两端的电压较大 D．若将电阻丝和并联在一起接入电路，消耗的电功率较大 【答案】C 【详解】B．图线的斜率表示电阻的倒数，电阻和的阻值之比 选项B错误； A．电阻丝电阻较小，根据 可知，横截面积较大，则较粗，选项A错误； C．电阻丝电阻较小，若将电阻丝和串联在一起接入电路，两端的电压较大，选项C正确； D．电阻丝电阻较小，若将电阻丝和并联在一起接入电路，根据 则消耗的电功率较小，选项D错误。 故选C。 5．（多选）扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。若机器人直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为r，当它正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．电动机的电流 B．电动机消耗的电功率 C．电动机输出的机械功率为 D．电动机产生的热量 【答案】BC 【详解】AC．电动机是非纯电阻，根据能量守恒有 即 明显 得 电动机输出的机械功率为 故A错误，C正确； B．经过时间t，电动机消耗的电能为 电动机消耗的电功率为 故B正确； D．经过时间t，电动机产生的热量为 故D错误。 故选BC。 6．扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图所示为某款扫地机器人，已知其电池是容量为3000mA·h的锂电池，额定工作电压为15V，额定功率为30W，则下列说法正确的是（　　） A．题中“mA·h”是能量的单位 B．扫地机器人正常工作时的电流是2A C．扫地机器人充满电后可以工作的时间约为2h D．扫地机器人储存的电能大约是2000J 【答案】B 【详解】A．题中“mA·h”是电荷量的单位，故A错误； B．扫地机器人正常工作时的电流 I＝＝2A 故B正确； C．扫地机器人充满电后可以工作的时间 t＝＝＝1.5A 故C错误； D．扫地机器人额定功率30W，根据 E＝W＝Pt＝30×5400J＝162000J 故D项错误。 故选B。 7．用不同材料做成两形状、大小相同的导体棒甲、乙，接在如图所示的电路中，理想电压表V1的示数大于V2的示数。则导体棒甲（　　） A．电阻率小 B．电功率小 C．在相同时间内产生的热量多 D．在相同时间内通过的电荷量大 【答案】C 【详解】A．导体棒甲、乙串联，通过导体棒甲、乙的电流相同，理想电压表V1的示数大于V2的示数，则导体棒甲两端的电压大于导体棒乙两端的电压，根据欧姆定律可知，导体棒甲阻值较大，导体棒甲、乙形状、大小相同，则导体棒甲电阻率大，故A错误； B．根据 通过导体棒甲、乙的电流相同，导体棒甲阻值较大，可知导体棒甲电功率大，故B错误； C．根据 通过导体棒甲、乙的电流相同，导体棒甲阻值较大，导体棒甲在相同时间内产生的热量多，故C正确； D．根据 通过导体棒甲、乙的电流相同，故在相同时间内通过导体棒甲、乙的电荷量相同，故D错误。 故选C。 8．如图，用充电器给处于开机状态的手机充电，若充电电压用表示，充电电流用表示，则手机（　　） A．总电阻等于 B．总电阻大于 C．产热功率等于 D．消耗的电功率等于 【答案】D 【详解】AB．因为手机电池为非纯阻电路，所以总电阻不等于，也不会大于，故AB错误； CD．消耗的功率为 P=UI 消耗的功率一部分储存在电池里，一部分转化为内能，所以产热功率小于UI，故D正确，C错误。 故选D。 9．一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U的关系图像如图（a）所示，将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端，三个用电器消耗的电功率相同，现将它们连接成如图（b）所示的电路，仍接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2，它们之间的大小关系是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端，三个用电器消耗的电功率相同，则 由图a 从并联电路到b电路图，电阻器D的电压减小，k减小，电阻器D的电阻变大，RD2>RD1， 。 AB．由 和 得， ，所以，AB错误； CD．因为，所以 ，D正确，C错误。 故选D。 10．如图所示电路，电源电压恒定，L1（4V，1W）、L2（2V，1W）串联，设灯丝电阻保持不变，电压表和电流表连接完好。当闭合开关S时，其中一只灯泡能正常发光，则此时电压表和电流表的示数分别为（　　） A．1V ，0.5A B．1V，0.25A C．2V，0.5A D．5V，0.25A 【答案】B 【详解】两灯泡的额定电流分别为 L2的电阻 两灯泡串联，能正常发光的为额定电流小的灯泡L1，则此时 L1两端电压为4V；电路中电流应为 电流表测量电路中的电流，则电流表的示数 电压表测量灯泡 L₂两端电压，则L₂两端电压 故B正确。 故选B。 11．下表是某型号电风扇的主要技术参数，空气的密度约为1.29kg/m3，根据学过的物理知识，判断以下估算结果合理的是（　　） 风扇直径 150mm 净重 1.6kg 风量 12m3/min 额定电压 220V 额定功率 26W A．该电风扇电动机的内阻约为1.8kΩ B．风速约为5m/s C．电机的效率约为60% D．电机运行10s产生的内能约为50J 【答案】C 【详解】A．由于电动机为非纯电阻，所以其内阻 故A错误； B．由于风量 联立可得 故B错误； C．电机的效率约为 故C正确； D．电机运行10s产生的内能约为 故D错误。 故选C。 12．如图所示，照明电路的电压恒为V，并联了20盏电阻Ω的电灯（忽略灯泡电阻的变化），两条输电线的电阻均为Ω。下列说法正确的是（　　） A．并联的电灯越多流过输电线的电流越小 B．只开10盏灯时，输电线上损失的电压约为5.24V C．20盏灯都打开时，输电线上损失的电功率为20W D．20盏灯都打开时，整个电路消耗的电功率为2200W 【答案】D 【详解】A．并联的电灯越多，电路电阻越小，流过输电线的电流越大，故A错误； B．只开10盏灯时，则10盏灯并联的等效电阻为 解得 输电线上损失的电压约为 故B错误； C．20盏灯都打开时，20盏灯的等效电阻为 解得 输电线上的电流为 输电线上损失的电功率为 故C错误； D．20盏灯都打开时，整个电路消耗的电功率为 故D正确； 故选D。 13．如图甲所示的U-Ⅰ图像为某电源的路端电压与电流的关系图线。将此电源与一个线圈电阻为0.4Ω的电动机和“4V，2W”的灯泡串联接入电路，如图乙所示。电动机正常工作，灯泡也正常发光。下列说法正确的是（     ） A．电源电动势为9V，内阻为2.25Ω B．电路中的电流为1A C．电动机的工作效率约为96% D．电源效率约为80% 【答案】C 【详解】A．根据闭合电路欧姆定律 结合图像的斜率与截距可知 V 故A错误； B．灯泡正常发光，则有 A 故B错误； C．电动机的电压为 V 电动机的功率为 W 热功率为 W 电动机的工作效率约为 故C正确； D．电源的效率为 故D错误； 故选C。 14．如图甲所示电路中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片从左端逐渐滑至右端时，电压表和的示数随电流表示数变化的图像如图乙所示，图线中ab、cd段均为直线。已知电动机两端电压达到某一值时才能开始转动，各电表均为理想电表，下列说法正确的是（　　） A．电源的内阻为2.0Ω B．电动机内部线圈的电阻值为1.0Ω C．滑动变阻器的可调范围是 D．电流表示数最大时，电动机的输出功率为6.75W 【答案】C 【详解】A．根据闭合电路的欧姆定律有 U2=E-Ir 可知，电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值等于电源的内阻，有 A错误； B．由图像可知，电动机两端的电压从1.0V到2.0V时电动机没有转动，为纯电阻，则电动机内部线圈的电阻为 B错误； C．由图像可知，当电流表示数为1.5A时，滑动变阻器连入电路的阻值为零，当电流表示数为0.5A时，滑动变阻器全部连入电路，故滑动变阻器的最大阻值为 故滑动变阻器的可调范围是，C正确； D．电流表示数最大值为1.5A，故电动机的输出功率为 D错误。 故选C。 15．如图所示的电路中，电源电动势E=12V，内阻r=0.5Ω，电动机内阻R0=1.0Ω，定值电阻R1=1.5Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1=3.0V。求： （1）电动机正常工作时流过电动机的电流； （2）电动机的正常工作时的电压； （3）某次运行过程中，电动机突然卡住，求此时回路中的电流和电动机的电压。 【答案】（1）2A；（2）8V；（3）4A，4V 【详解】（1）流过电动机的电流 （2）由于 而 可得电动机的正常工作时的电压 （3）电动机卡住后为纯电阻用电器，由闭合电路欧姆定律得 而 解得 I2=4A， 16．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势，电源内阻，电阻R=3Ω，重物质量。闭合电键，当将重物固定时，电压表的示数为5V；当重物不固定且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电动机获得的电功率与重物固定时电动机获得的电功率相同。（不计摩擦，g取）求： (1)电动机的内阻； (2)重物匀速上升时电压表示数； (3)重物匀速上升的速度大小。 【答案】(1)；(2)5.5V；(3) 【详解】(1)当将重物固定，电压表的示数U1=5V时，电路为纯电阻，根据闭合电路欧姆定律有 联立解得。 (2)电动机获得电功率与重物固定时电动机功率相同 得；所以有 解得；根据闭合电路欧姆定律有 解得； (3)重物匀速上升时有 解得。 17．（2022·浙江·高考真题）某节水喷灌系统如图所示，水以的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为2.0kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H=3.75m不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为2.0A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略水在管道中运动的机械能损失，则（　　） A．每秒水泵对水做功为75J B．每秒水泵对水做功为225J C．水泵输入功率为440W D．电动机线圈的电阻为10 【答案】D 【详解】AB．每秒喷出水的质量为,抽水增加了水的重力势能和动能，则每秒水泵对水做功为 故AB错误； C．水泵的输出能量转化为水的机械能，则 而水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，则 故C错误； D．电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率，则电动机的机械功率为 而电动机的电功率为 由能量守恒可知 联立解得 故D正确； 故选D。 18．（2020·海南·高考真题）一车载加热器（额定电压为）发热部分的电路如图所示，a、b、c是三个接线端点，设ab、ac、bc间的功率分别为、、，则（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】接ab，则电路的总电阻为 接ac，则电路的总电阻为 接bc，则电路的总电阻为 由题知，不管接那两个点，电压不变，为U=24V，根据 可知 故选D。 19．（2024·海南·高考真题）虚接是常见的电路故障，如图所示，电热器A与电热器B并联。电路中的C处由于某种原因形成了虚接，造成了该处接触电阻0~240Ω之间不稳定变化，可等效为电阻，已知MN两端电压，A与B的电阻，求： （1）MN间电阻R的变化范围； （2）当，电热器B消耗的功率（保留3位有效数字） 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）根据电路可知当时MN间电阻R的阻值最小，为 当时MN间电阻R的阻值最大，为 故MN间电阻R的变化范围为 （2）当，通过电热器B的电流为 此时电热器B消耗的功率为 解得 20．（2024·江苏·高考真题）如图所示，粗糙斜面的动摩擦因数为μ，倾角为θ，斜面长为L。一个质量为m的物块，在电动机作用下，从 A点由静止加速至 B点时达到最大速度v，之后作匀速运动至C点，关闭电动机，从 C点又恰好到达最高点D。求： （1）CD段长x； （2）BC段电动机的输出功率P； （3）全过程物块增加的机械能E1和电动机消耗的总电能 E2的比值。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）物块在CD段运动过程中，由牛顿第二定律得 由运动学公式 联立解得 （2）物块在BC段匀速运动，得电动机的牵引力为 由得 （3）全过程物块增加的机械能为 整个过程由能量守恒得电动机消耗的总电能转化为物块增加的机械能和摩擦产生的内能，故可知 故可得 试卷第1页，共3页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第1节 电路中的能量转化 1．关于电功和电热，以下说法正确的是（　　） A．外电路电流做的功一定等于电热 B．外电路中电流所做的功一定大于电热 C．只有在外电路是纯电阻的情况下，电功才等于电热 D．当外电路有电动机、电解槽的情况下欧姆定律仍然适用，只是电功大于电热 2．如图所示，由同种材料制成的、长度相同的两段导体A、B，已知横截面积，给A、B中通以大小相等的稳恒电流时，电荷定向移动速率分别为、，两端电压分别为、，电功率分别为、，相同时间内产生的热量分别为、，不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 3．三个灯泡A、B、C按如图所示的方式连接时接入电路，各灯实际消耗的功率相同，则此时三个灯泡电阻之比RA：RB：RC为（　　） A．2：1：1 B．1：1：1 C．1：2：2 D．1：4：4 4．图为两段由同种材料制成的长度相同、粗细不同的电阻丝和的伏安特性曲线。关于这两段电阻丝，以下判断正确的是（　　） A．电阻丝较细 B．电阻和的阻值之比3：1 C．若将电阻丝和串联在一起接入电路，两端的电压较大 D．若将电阻丝和并联在一起接入电路，消耗的电功率较大 5．（多选）扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。若机器人直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为r，当它正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．电动机的电流 B．电动机消耗的电功率 C．电动机输出的机械功率为 D．电动机产生的热量 6．扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图所示为某款扫地机器人，已知其电池是容量为3000mA·h的锂电池，额定工作电压为15V，额定功率为30W，则下列说法正确的是（　　） A．题中“mA·h”是能量的单位 B．扫地机器人正常工作时的电流是2A C．扫地机器人充满电后可以工作的时间约为2h D．扫地机器人储存的电能大约是2000J 7．用不同材料做成两形状、大小相同的导体棒甲、乙，接在如图所示的电路中，理想电压表V1的示数大于V2的示数。则导体棒甲（　　） A．电阻率小 B．电功率小 C．在相同时间内产生的热量多 D．在相同时间内通过的电荷量大 8．如图，用充电器给处于开机状态的手机充电，若充电电压用表示，充电电流用表示，则手机（　　） A．总电阻等于 B．总电阻大于 C．产热功率等于 D．消耗的电功率等于 9．一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U的关系图像如图（a）所示，将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端，三个用电器消耗的电功率相同，现将它们连接成如图（b）所示的电路，仍接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2，它们之间的大小关系是（　　） A． B． C． D． 10．如图所示电路，电源电压恒定，L1（4V，1W）、L2（2V，1W）串联，设灯丝电阻保持不变，电压表和电流表连接完好。当闭合开关S时，其中一只灯泡能正常发光，则此时电压表和电流表的示数分别为（　　） A．1V ，0.5A B．1V，0.25A C．2V，0.5A D．5V，0.25A 11．下表是某型号电风扇的主要技术参数，空气的密度约为1.29kg/m3，根据学过的物理知识，判断以下估算结果合理的是（　　） 风扇直径 150mm 净重 1.6kg 风量 12m3/min 额定电压 220V 额定功率 26W A．该电风扇电动机的内阻约为1.8kΩ B．风速约为5m/s C．电机的效率约为60% D．电机运行10s产生的内能约为50J 12．如图所示，照明电路的电压恒为V，并联了20盏电阻Ω的电灯（忽略灯泡电阻的变化），两条输电线的电阻均为Ω。下列说法正确的是（　　） A．并联的电灯越多流过输电线的电流越小 B．只开10盏灯时，输电线上损失的电压约为5.24V C．20盏灯都打开时，输电线上损失的电功率为20W D．20盏灯都打开时，整个电路消耗的电功率为2200W 13．如图甲所示的U-Ⅰ图像为某电源的路端电压与电流的关系图线。将此电源与一个线圈电阻为0.4Ω的电动机和“4V，2W”的灯泡串联接入电路，如图乙所示。电动机正常工作，灯泡也正常发光。下列说法正确的是（     ） A．电源电动势为9V，内阻为2.25Ω B．电路中的电流为1A C．电动机的工作效率约为96% D．电源效率约为80% 14．如图甲所示电路中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片从左端逐渐滑至右端时，电压表和的示数随电流表示数变化的图像如图乙所示，图线中ab、cd段均为直线。已知电动机两端电压达到某一值时才能开始转动，各电表均为理想电表，下列说法正确的是（　　） A．电源的内阻为2.0Ω B．电动机内部线圈的电阻值为1.0Ω C．滑动变阻器的可调范围是 D．电流表示数最大时，电动机的输出功率为6.75W 15．如图所示的电路中，电源电动势E=12V，内阻r=0.5Ω，电动机内阻R0=1.0Ω，定值电阻R1=1.5Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1=3.0V。求： （1）电动机正常工作时流过电动机的电流； （2）电动机的正常工作时的电压； （3）某次运行过程中，电动机突然卡住，求此时回路中的电流和电动机的电压。 16．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势，电源内阻，电阻R=3Ω，重物质量。闭合电键，当将重物固定时，电压表的示数为5V；当重物不固定且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电动机获得的电功率与重物固定时电动机获得的电功率相同。（不计摩擦，g取）求： (1)电动机的内阻； (2)重物匀速上升时电压表示数； (3)重物匀速上升的速度大小。 17．（2022·浙江·高考真题）某节水喷灌系统如图所示，水以的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为2.0kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H=3.75m不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为2.0A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略水在管道中运动的机械能损失，则（　　） A．每秒水泵对水做功为75J B．每秒水泵对水做功为225J C．水泵输入功率为440W D．电动机线圈的电阻为10 18．（2020·海南·高考真题）一车载加热器（额定电压为）发热部分的电路如图所示，a、b、c是三个接线端点，设ab、ac、bc间的功率分别为、、，则（    ） A． B． C． D． 19．（2024·海南·高考真题）虚接是常见的电路故障，如图所示，电热器A与电热器B并联。电路中的C处由于某种原因形成了虚接，造成了该处接触电阻0~240Ω之间不稳定变化，可等效为电阻，已知MN两端电压，A与B的电阻，求： （1）MN间电阻R的变化范围； （2）当，电热器B消耗的功率（保留3位有效数字） 20．（2024·江苏·高考真题）如图所示，粗糙斜面的动摩擦因数为μ，倾角为θ，斜面长为L。一个质量为m的物块，在电动机作用下，从 A点由静止加速至 B点时达到最大速度v，之后作匀速运动至C点，关闭电动机，从 C点又恰好到达最高点D。求： （1）CD段长x； （2）BC段电动机的输出功率P； （3）全过程物块增加的机械能E1和电动机消耗的总电能 E2的比值。 试卷第1页，共3页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$