第12讲：电路中的能量转化（6大题型）-2024-2025学年新高二物理【赢在暑假】同步精讲精练系列（人教版（2019）必修第三册）

第12讲：电路中的能量转化 【考点梳理】 · 考点一：电功与电功率的计算和应用 · 考点二：混联电路中的功率计算 · 考点三：焦耳定律的理解 · 考点四：焦耳定律的计算 · 考点五：电动机的能量转化计算（非纯电阻的电路） · 考点六：电路中能量转化的综合问题 【知识梳理】 知识点一、电功和电功率 1．电功 (1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程． (2)电功的计算公式：W＝UIt. 单位：焦耳，符号为J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 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＝＝UI. (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 知识点二、焦耳定律 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. 2．热功率 (1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P热＝I2R. (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 知识点三、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，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即P电＝P机＋P损，其中P电＝UI，P损＝I2R. 重难点技巧总结 1．串、并联电路的功率分配关系 (1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即＝＝…＝＝I2. (2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2. (3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和． 2．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能． (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能．例如电动机P总＝P出＋P热． 3．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 电功和电热的关系 W＝Q 即IUt＝I2Rt W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和 热功率的关系 P＝P热， 即IU＝I2R P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他 欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝成立 U＞IR，I＜不成立 说明 W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率 Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率 只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热 【题型归纳】 题型一：电功与电功率的计算和应用 1．（23-24高二上·河北张家口）如图所示电路中电阻R1、R2、R3的阻值相等，A、B间电压恒定。开关S接通后和接通前电阻R2的电功率之比（    ） A． B． C． D． 2．（23-24高二上·重庆·阶段练习）额定电压均为的白炽灯和的特性曲线如图甲所示，现将和完全相同的与和一起按如图乙所示电路接入电路中，则下列说法不正确的是（    ） A．的额定功率约为 B．的实际功率比的实际功率约小 C．的实际功率约为 D．的实际功率比的实际功率约小 3．（23-24高二上·广东·期中）某工程师设计一个多挡的发热电路，通过开关S1、S2的闭合或断开来实现。电路如图所示，R1=4R0，R2=3R0，R3=2R0，R4=R0， M、N加恒定电压，最小功率100W，则电路的最大功率为（　　） A．1000W B．200W C．333W D．520W 题型二：混联电路中的功率计算 4．（23-24高二上·天津武清）如图所示的电路中，，，，，，下列说法正确的是（　　） A．、、、的电压之比等于4:2:1:1 B．、、、的电流之比等于4:2:1:2 C．、、、的功率之比等于12:6:1:1 D．电路的总电阻等于21Ω，总功率等于126W 5．（23-24高二上·广东广州·期中）现有标有“110V  40W”的灯泡L1和标有“110V  100W”的灯泡L2及一只最大阻值为500Ω的滑动变阻器R，将它们接在220V的电路中，在如图所示的几种接法中，为了保证两个灯泡可以正常发光，且消耗功率最小的电路是（　　） A．   B．   C．   D．   6．（22-23高二上·北京西城·阶段练习）三个定值电阻的阻值分别为、、，额定功率分别为、、，它们分别组成如图甲、乙所示的电路，则下列说法中正确的是（　　） A．图甲两端允许加的最大电压为 B．图甲电路允许流过的最大电流为 C．图乙两端允许加的最大电压为 D．图乙电路允许消耗的最大功率为 题型三：焦耳定律的理解 7．（23-24高二上·山东济宁·期末）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法，正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，电流做功一定越多 B．W=UIt适用于任何电路 C．在纯电阻电路中，UI>I2R D．Q=I2Rt只适用于纯电阻电路 8．（22-23高二上·湖南张家界·期末）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．充电宝输出的电功率为 B．手机电池产生的焦耳热为 C．手机电池产生的焦耳热为 D．手机电池储存的化学能为 9．（22-23高二下·山东青岛·开学考试）图甲是充电宝正给一部手机充电，等效电路如图乙所示。假设充电开始后一段时间t内充电宝的输出电压U、输出电流I恒定不变。已知手机电池内阻为r、充满电后电动势为E，下列说法正确的是（   ） A．充电宝的输出电压U = Ir B．充满电后手机电池的电动势E = U＋Ir C．在时间t内，手机电池产生的焦耳热D．在时间t内，手机电池储存的化学能E化 = UIt－I2rt 题型四：焦耳定律的计算 10．（23-24高二上·山西太原·期末）和是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的电阻，的尺寸小于的尺寸。现给加以相同的电压，下列选项正确的是（　　） A．的电阻 B．通过的电流 C．的电功率 D．在相同时间内产生的焦耳热 11．（23-24高二上·陕西西安·期中）如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导体a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比。已知5s内有个自由电子通过导体a的横截面，电子的电荷量。下列说法正确的是（    ） A．流经导体a、b的电流均为 B．a、b的电阻之比 C．自由电子在导体a、b中的定向移动速率之比 D．10s内导体a、b产生的热量之比 12．（22-23高二上·江西抚州·期中）如图甲所示，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B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体按图乙方式接入到电路中，则（　　） A．导体A、B、C的电阻之比为3：2：1 B．导体A、B、C两端的电压之比为1：2：3 C．流过导体A、C的电流之比为1：1 D．导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1：1：4 题型五：电动机的能量转化计算（非纯电阻的电路） 13．（23-24高二上·湖北黄冈·期末）小明发现摩托车启动过程中，当电动机启动时，摩托车的车灯会瞬时变暗。如图所示为摩托车蓄电池供电简化电路图。若蓄电池的电动势，内阻，车灯的电阻。启动该车时，先接通开关打开车灯，再接通开关启动电动机，此刻测得流过蓄电池的电流。在接通开关后，下列对电路的分析，正确的是（　　） A．蓄电池的路端电压，在开关接通后比接通前大 B．流过蓄电池的电流，在开关接通后比接通前小 C．开关接通前，车灯的功率为72W D．开关接通时，车灯的功率为32W 14．（23-24高二上·四川内江·期末）如图所示，一直流电动机M与阻值的电阻串联在电源两端，电源的电动势，内阻，用理想电压表测出电动机两端的电压，已知电动机线圈的电阻。则下列说法中正确的是（　　） A．通过电动机的电流为5A B．电源内阻的电功率为2W C．电动机线圈电阻的电功率为1W D．电动机的输出功率为5W 15．（23-24高二上·广东佛山·期末）空气炸锅是近年流行的小家电，它主要由电热丝R与风机M两部分构成，其通过电热丝加热空气，然后用风机将高温空气吹入锅内，使热空气在封闭的空间内循环从而加热食物。下图是某空气炸锅的简化电路图，若该空气炸锅额定电压及功率为、，电热丝，风机M（电动机）的内阻为，其他电阻不计，则该空气炸锅正常工作时（    ） A．通过电动机的电流为 B．通过电动机的电流为 C．电热丝的发热功率为 D．电热丝每秒钟消耗的电能为 题型六：电路中能量转化的综合问题 16．（23-24高二上·广东深圳·期末）如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻，电路中另一电阻，直流电压，理想电压表示数。试求： （1）通过电动机的电流； （2）输入电动机的电功率； （3）若电动机以匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。 17．（23-24高二上·广东·期末）在如图所示的电路中，输入电压恒为U=12V，恰好正常发光的灯泡L上标有“6V 6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Ω。求： （1）电动机的输入功率P1； （2）电动机的输出功率P2。 18．（23-24高二上·山东东营·期末）提升重物用的直流电动机工作时的电路如图所示。电动机内电阻，电阻，直流电压。电动机以速度匀速竖直向上提升某重物时，理想电压表示数，取重力加速度。求： （1）通过电动机的电流；（2）电动机的发热功率；（3）重物的质量。 【双基达标】 一、单选题 19．（23-24高二上·浙江舟山·期末）如图是某大型超市新安装的自动扶梯，其电动机额定电压为U，额定电流为I，效率为，当自动扶梯在额定电压下工作时，下列说法正确的是（　　） A．该电动机的内阻为 B．该电动机的输出功率为UI C．该电动机的发热功率为 D．该电动机每秒消耗的电能为 20．（23-24高二上·山东济宁·期末）一台电动机，额定电压是100V，电阻是2Ω。正常工作时，通过的电流为5A，则电动机因发热损失的功率为（　　） A．500W B．200W C．50W D．450W 21．（23-24高二上·山东临沂·期末）如图电路中开关S接通后，电阻R1每通过1C的电量放出2J热量，电阻R2上每通过1C的电量放出4J的热量，电阻R3与R1消耗电功率相等，则R1、R2、R3的电阻值之比是（    ） A．1∶4∶4 B．1∶2∶2 C．1∶2∶4 D．2∶1∶1 22．（23-24高二上·安徽蚌埠·期末）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 23．（23-24高二上·安徽阜阳·期末）纯电动汽车的发展将极大缓解燃油汽车带来的污染问题，有助于改善城市空气质量。如图所示为纯电动汽车的电路示意简图，若汽车电池组的电动势为400V，能量容量为20kwh。当汽车以90km/h匀速行驶时，受到的阻力约为400N，此时直流驱动电机的输入电压为300V，输入功率15kw，则（　　） A．当汽车以90km/h行驶，电流为100A B．电池组的热功率为5kw C．直流驱动电机的内阻约为1Ω D．当汽车以90km/h行驶，最大行驶里程约为90km 24．（23-24高二上·北京丰台·期末）如图所示，将一个电动机M接在电路中，正常工作时测得电动机两端的电压为，流过电动机的电流为；将电动机短时间卡住时，测得电动机两端的电压为，流过电动机的电流为。下列说法正确的是（　　） A．电动机线圈电阻为 B．正常工作时，电动机消耗的电功率为 C．正常工作时，电动机产生的热功率为 D．正常工作时，电动机对外做功功率为 25．（23-24高二上·四川达州·期末）某物理兴趣研究小组用如图所示的实验电路研究电动机的性能。调节滑动变阻器R，当电流表和电压表的示数分别为0.2A和1.4V时，电动机不转动，重新调节R，当电动机正常转动时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和30V，忽略温度对电阻的影响，则这台电动机（　　） A．正常运转时的输入功率为0.28W B．电阻为15 C．正常运转时的发热功率为28W D．正常运转时的输出功率为31.5W 二、多选题 26．（23-24高二上·江西南昌·期末）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，如图表所示为某款扫地机器人的铭牌标有的数据，则该扫地机器人（　　） A．工作额定电流为2A B．以额定功率工作时，每分钟消耗电能为2400J C．以额定电压工作时，电机的内阻为10Ω D．电池充满电后储存的总电荷量为5000C 27．（24-25高二上·浙江杭州·期末）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 28．（23-24高二上·浙江杭州·期中）亚运“黑科技”赛场“场务”机器狗凭借满满科技感出圈，成为“智能亚运”里的一道亮丽风景线。现了解，该机器狗专用的充电电池其部分参数如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．若按充电限制电压给电池充电，则最大充电电流为 B．该电池的电动势为 C．若该电池以的电流工作，最多可使用4.5个小时 D．将已耗尽电能的电池充满，需消耗的电能约为 29．（23-24高二上·广西·期末）如图所示，直流电动机正常工作时，两端电压为，通过电动机的电流为，能在内把一质量为的重物匀速提高，不计绳重、摩擦与空气阻力，重力加速度取，下列说法正确的是（    ） A．电动机的输出功率为 B．在提升重物的内重物增加的重力势能为 C．在提升重物的内电动机线圈产生的热量为 D．电动机线圈的电阻为 30．（23-24高二上·甘肃白银·期末）电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R和电动机线圈的阻值相等，开关闭合后，电动机正常工作，通过电动机的电流为I。经过时间t，则（　　） A．电动机两端电压为IR B．电流通过电阻做的功为 C．电流通过电动机做的功为 D．电流通过电动机产生的热量为 31．（23-24高二上·福建龙岩·阶段练习）如图所示，a、b两点间的电压为9V，三个电阻的阻值分别为R1=R2=6Ω、R3=3Ω。下列说法正确的是（　　） A．R1、R2、R3两端的电压之比为1：1：1 B．R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2 C．在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2：2：1 D．在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1：2：2 三、解答题 32．（23-24高二上·重庆九龙坡·期末）一台小型电动机在电压下工作，用此电动机竖直提升所受重力为的物体时，通过它的电流是。在内可使该物体被匀速提升。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求： （1）电动机的输入功率； （2）在提升重物的内，电动机线圈所产生的热量； （3）线圈的电阻。 33．（23-24高二上·江苏盐城·阶段练习）如图电路，、两端电压，标称为“3V，3W”的小灯泡L与直流电动机M串联，电动机的内阻。接通电路后，小灯泡正常发光。求： （1）通过电动机的电流； （2）电动机输出的机械功率。 34．（23-24高二上·福建厦门·期中）如图所示，是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r＝0.8Ω，通过电动机的电流为5A，电压表示数UV＝110 V。试求： （1）输入电动机的电功率； （2）电动机的发热功率； （2）若电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。（g取10m/s2） 35．（23-24高二上·全国·课前预习）一台直流电动机线圈电阻r=1 Ω，与一阻值R=10 Ω的电阻串联，当所加电压U=150 V，电动机正常工作时电压表示数100 V，求： （1）电动机消耗的功率及输出的机械功率。 （2）电动机工作1h产生的热量。    2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第12讲：电路中的能量转化 【考点梳理】 · 考点一：电功与电功率的计算和应用 · 考点二：混联电路中的功率计算 · 考点三：焦耳定律的理解 · 考点四：焦耳定律的计算 · 考点五：电动机的能量转化计算（非纯电阻的电路） · 考点六：电路中能量转化的综合问题 【知识梳理】 知识点一、电功和电功率 1．电功 (1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程． (2)电功的计算公式：W＝UIt. 单位：焦耳，符号为J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 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＝＝UI. (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 知识点二、焦耳定律 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. 2．热功率 (1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P热＝I2R. (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 知识点三、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，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即P电＝P机＋P损，其中P电＝UI，P损＝I2R. 重难点技巧总结 1．串、并联电路的功率分配关系 (1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即＝＝…＝＝I2. (2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2. (3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和． 2．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能． (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能．例如电动机P总＝P出＋P热． 3．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 电功和电热的关系 W＝Q 即IUt＝I2Rt W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和 热功率的关系 P＝P热， 即IU＝I2R P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他 欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝成立 U＞IR，I＜不成立 说明 W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率 Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率 只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热 【题型归纳】 题型一：电功与电功率的计算和应用 1．（23-24高二上·河北张家口）如图所示电路中电阻R1、R2、R3的阻值相等，A、B间电压恒定。开关S接通后和接通前电阻R2的电功率之比（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设A、B间电压为，根据题意有 开关S接通前电阻R2的电功率为 、的并联电阻为 开关S接通后电阻R2两端的电压为 开关S接通后电阻R2的电功率为 开关S接通后和接通前电阻R2的电功率之比 故选C。 2．（23-24高二上·重庆·阶段练习）额定电压均为的白炽灯和的特性曲线如图甲所示，现将和完全相同的与和一起按如图乙所示电路接入电路中，则下列说法不正确的是（    ） A．的额定功率约为 B．的实际功率比的实际功率约小 C．的实际功率约为 D．的实际功率比的实际功率约小 【答案】D 【详解】A．根据图甲可知，的额定电流约为0.44A，则的额定功率为 故A正确，不符合题意； B．和串联，通过的电流相等，根据图甲可知，在电流相等时，两端电压与两端电压之和恰好等于220V时，通过两灯泡的电流0.24A，此时两端电压为154V，两端电压为66V，此时的实际功率比的实际功率小 故B正确，不符合题意； C．根据上述可知，的实际功率约为 故C正确，不符合题意； D．两端电压为220V，该灯泡的实际功率等于额定功率，则的实际功率比的实际功率约小 故D错误，符合题意。 故选D。 3．（23-24高二上·广东·期中）某工程师设计一个多挡的发热电路，通过开关S1、S2的闭合或断开来实现。电路如图所示，R1=4R0，R2=3R0，R3=2R0，R4=R0， M、N加恒定电压，最小功率100W，则电路的最大功率为（　　） A．1000W B．200W C．333W D．520W 【答案】D 【详解】M、N加恒定电压，令电压为U，根据 可知，电路总电阻最小时，电路消耗功率最大，可知此时开关S1、S2均闭合，此时R1，R2，R3并联，并联电阻有 解得 此时电路消耗功率最大，则有 当开关S1、S2均断开，电路总电阻最大，电路消耗功率最小，此时最小功率100W，则有 解得 故选D。 题型二：混联电路中的功率计算 4．（23-24高二上·天津武清）如图所示的电路中，，，，，，下列说法正确的是（　　） A．、、、的电压之比等于4:2:1:1 B．、、、的电流之比等于4:2:1:2 C．、、、的功率之比等于12:6:1:1 D．电路的总电阻等于21Ω，总功率等于126W 【答案】A 【详解】根据并联电路中总电阻的求法可知，、的总电阻为 AB．根据串并联电路中的电流和电压规律和欧姆定律 可知在串联电路中电流相等，则电压与电阻成正比；在并联电路中，支路两端电压相等，则电流与电阻成反比。即 ， 代入题中数据解得电流 ，， 电压 ，， 故、、、的电压之比等于，、、、的电流之比等于。故A正确，B错误； C．根据上述分析及 可知、、、的功率之比等于 故C错误； D．电路的总电阻等于 总功率等于 故D错误。 故选A。 5．（23-24高二上·广东广州·期中）现有标有“110V  40W”的灯泡L1和标有“110V  100W”的灯泡L2及一只最大阻值为500Ω的滑动变阻器R，将它们接在220V的电路中，在如图所示的几种接法中，为了保证两个灯泡可以正常发光，且消耗功率最小的电路是（　　） A．   B．   C．   D．   【答案】C 【详解】A．L1（110V  40W）和L2（110V  100W）的额定电压相同，由 可知 R1>R2 由串联电路电流相等，两灯的电压不相等，可知图中L1、L2一定不会同时正常发光，故A错误； D．图中灯L2与滑动变阻器并联，总电阻小于L2的电阻，所以灯L2两端的电压小于灯L1两端的电压，图中L1、L2一定不会同时正常发光，故D错误； BC．并联电路电压相等特点可知图B中L1、L2可以相等，两灯可以正常发光；图C中L1与滑动变阻器并联，总电阻小于L1的阻值，可能与L2的阻值相等，但B中 P总＝2（P1＋P2） C中 所以 所以消耗功率最小的电路是C图电路，故B错误，C正确。 故选C。 6．（22-23高二上·北京西城·阶段练习）三个定值电阻的阻值分别为、、，额定功率分别为、、，它们分别组成如图甲、乙所示的电路，则下列说法中正确的是（　　） A．图甲两端允许加的最大电压为 B．图甲电路允许流过的最大电流为 C．图乙两端允许加的最大电压为 D．图乙电路允许消耗的最大功率为 【答案】B 【详解】根据题意，的额定电压为 的额定电流为 同理可得 ， ， A．由以上分析可知，图甲两端允许加的最大电压为10V，故A错误； B．当图甲所示电路两端加10V电压时，通过的电流为最大电流为 故B正确； C．图乙所示电路图，与并联的两端允许加的最大电压为10V，此时允许通过的最大电流为 故此时图乙所示电路两端所加最大电压为 故C错误； D．当图乙两端加17.5V电压时，图乙消耗的功率最大，为 代入数据 故D错误。 故选B。 题型三：焦耳定律的理解 7．（23-24高二上·山东济宁·期末）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法，正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，电流做功一定越多 B．W=UIt适用于任何电路 C．在纯电阻电路中，UI>I2R D．Q=I2Rt只适用于纯电阻电路 【答案】B 【详解】A．电功率越大，电流做功越快，根据 W=Pt 可知，W由P和t共同决定。故A错误； B．电功的定义式 W=UIt 适用于任何电路。故B正确； C．在纯电阻电路中，电流做功全部转化为内能，则 UI=I2R 故C错误； D．焦耳定律 Q=I2Rt 适用于各种电路。故D错误。 故选B。 8．（22-23高二上·湖南张家界·期末）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．充电宝输出的电功率为 B．手机电池产生的焦耳热为 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】D 【详解】A．充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为 故A错误； BC．U是充电宝的输出电压，不是手机电池的内电压，所以不能用计算手机电池产生的焦耳热，根据焦耳定律可知手机电池产生的焦耳热为 故BC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D。 9．（22-23高二下·山东青岛·开学考试）图甲是充电宝正给一部手机充电，等效电路如图乙所示。假设充电开始后一段时间t内充电宝的输出电压U、输出电流I恒定不变。已知手机电池内阻为r、充满电后电动势为E，下列说法正确的是（   ） A．充电宝的输出电压U = Ir B．充满电后手机电池的电动势E = U＋Ir C．在时间t内，手机电池产生的焦耳热 D．在时间t内，手机电池储存的化学能E化 = UIt－I2rt 【答案】D 【详解】A．手机电池不是纯电阻，则输出电压 U ≠ Ir A错误； B．充满电后不再有电流，则E = U，B错误； C．手机电池内阻为r，电流I，根据焦耳定律，时间t内，手机电池产生的焦耳热为I2rt，C错误； D．根据能量守恒定律，手机电池储存的化学能为UIt－I2rt，D正确。 故选D。 题型四：焦耳定律的计算 10．（23-24高二上·山西太原·期末）和是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的电阻，的尺寸小于的尺寸。现给加以相同的电压，下列选项正确的是（　　） A．的电阻 B．通过的电流 C．的电功率 D．在相同时间内产生的焦耳热 【答案】C 【详解】A．根据 解得 两电阻厚度相同，所以 故A错误； B．根据 可知 故B错误； C．根据 可知 故C错误； D．根据 可知在相同时间内产生的焦耳热相等。 故D错误。 故选C。 11．（23-24高二上·陕西西安·期中）如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导体a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比。已知5s内有个自由电子通过导体a的横截面，电子的电荷量。下列说法正确的是（    ） A．流经导体a、b的电流均为 B．a、b的电阻之比 C．自由电子在导体a、b中的定向移动速率之比 D．10s内导体a、b产生的热量之比 【答案】D 【详解】A．导体a、b串联，则电流相等，根据电流定义式可得，流经导体a、b的电流均为 故A错误； B．根据电阻定律可知，a、b的电阻之比为 故B错误； C．根据电流的微观表达式 可知，自由电子在导体a、b中的定向移动速率之比为 故C错误； D．根据焦耳定律可知，10s内导体a、b产生的热量之比为 故D正确。 故选D。 12．（22-23高二上·江西抚州·期中）如图甲所示，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B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体按图乙方式接入到电路中，则（　　） A．导体A、B、C的电阻之比为3：2：1 B．导体A、B、C两端的电压之比为1：2：3 C．流过导体A、C的电流之比为1：1 D．导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1：1：4 【答案】D 【详解】ABC．依题意，可得A的横截面积为 B的横截面积 C的横截面积 故A、B、C横截面积相等，由可知A、B、C电阻相等，由串、并联特点和欧姆定律可知导体A、B、C两端的电压之比为1：1：2，流过导体A、B、C的电流之比为1：1：2，故ABC错误； D．由可知，导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1：1：4，故D正确。 故选D。 题型五：电动机的能量转化计算（非纯电阻的电路） 13．（23-24高二上·湖北黄冈·期末）小明发现摩托车启动过程中，当电动机启动时，摩托车的车灯会瞬时变暗。如图所示为摩托车蓄电池供电简化电路图。若蓄电池的电动势，内阻，车灯的电阻。启动该车时，先接通开关打开车灯，再接通开关启动电动机，此刻测得流过蓄电池的电流。在接通开关后，下列对电路的分析，正确的是（　　） A．蓄电池的路端电压，在开关接通后比接通前大 B．流过蓄电池的电流，在开关接通后比接通前小 C．开关接通前，车灯的功率为72W D．开关接通时，车灯的功率为32W 【答案】D 【详解】AB.在开关S2接通后，总电阻变小，总电流变大，内电压变大，路端电压变小。流过电灯的电流变小，所以流过蓄电池的电流变大，故AB错误； C.开关S2接通前，回路电流为 车灯的功率为 故C错误； D.开关S2接通后，回路电流为 车灯两端电压为 车灯的功率为 故D正确。 故选D。 14．（23-24高二上·四川内江·期末）如图所示，一直流电动机M与阻值的电阻串联在电源两端，电源的电动势，内阻，用理想电压表测出电动机两端的电压，已知电动机线圈的电阻。则下列说法中正确的是（　　） A．通过电动机的电流为5A B．电源内阻的电功率为2W C．电动机线圈电阻的电功率为1W D．电动机的输出功率为5W 【答案】C 【详解】A．根据欧姆定律得回路中的电流 A错误； B．电源内阻的电功率为 B错误； C．电动机线圈电阻的电功率为 C正确； D．电动机的输出功率为 D错误。 故选C。 15．（23-24高二上·广东佛山·期末）空气炸锅是近年流行的小家电，它主要由电热丝R与风机M两部分构成，其通过电热丝加热空气，然后用风机将高温空气吹入锅内，使热空气在封闭的空间内循环从而加热食物。下图是某空气炸锅的简化电路图，若该空气炸锅额定电压及功率为、，电热丝，风机M（电动机）的内阻为，其他电阻不计，则该空气炸锅正常工作时（    ） A．通过电动机的电流为 B．通过电动机的电流为 C．电热丝的发热功率为 D．电热丝每秒钟消耗的电能为 【答案】D 【详解】C．电热丝的发热功率为 故C错误； AB．电动机的功率 通过电动机的电流为 故AB错误； D．电热丝每秒钟消耗的电能为 故D正确。 故选D。 题型六：电路中能量转化的综合问题 16．（23-24高二上·广东深圳·期末）如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻，电路中另一电阻，直流电压，理想电压表示数。试求： （1）通过电动机的电流； （2）输入电动机的电功率； （3）若电动机以匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。 【答案】（1）4A；（2）240W；（3）11.2kg 【详解】（1）通过电动机的电流为 （2）输入电动机的电功率 （3）若电动机以匀速竖直向上提升重物，由能量关系可得 解得 17．（23-24高二上·广东·期末）在如图所示的电路中，输入电压恒为U=12V，恰好正常发光的灯泡L上标有“6V 6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Ω。求： （1）电动机的输入功率P1； （2）电动机的输出功率P2。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）回路中的电流 又 解得电动机的输入功率 （2）电动机消耗的热功率 又 解得 18．（23-24高二上·山东东营·期末）提升重物用的直流电动机工作时的电路如图所示。电动机内电阻，电阻，直流电压。电动机以速度匀速竖直向上提升某重物时，理想电压表示数，取重力加速度。求： （1）通过电动机的电流； （2）电动机的发热功率； （3）重物的质量。 【答案】（1）5A；（2）20W；（3）100kg 【详解】（1）通过电动机的电流为 （2）电动机的发热功率为 （3）电动机输出的机械功率为 解得 【双基达标】 一、单选题 19．（23-24高二上·浙江舟山·期末）如图是某大型超市新安装的自动扶梯，其电动机额定电压为U，额定电流为I，效率为，当自动扶梯在额定电压下工作时，下列说法正确的是（　　） A．该电动机的内阻为 B．该电动机的输出功率为UI C．该电动机的发热功率为 D．该电动机每秒消耗的电能为 【答案】C 【详解】A．因为电动机不是纯电阻，所以不能用欧姆定律来计算它的内阻，电动机的内阻 故A错误； B．电动机的输出功率即机械功率 故B错误； C．由题意可知 可得 故C正确； D．由题意可得，总功率就是电功率，该电动机每秒消耗的电能为，故D错误。 故选C。 20．（23-24高二上·山东济宁·期末）一台电动机，额定电压是100V，电阻是2Ω。正常工作时，通过的电流为5A，则电动机因发热损失的功率为（　　） A．500W B．200W C．50W D．450W 【答案】C 【详解】电动机因发热损失的功率即内部电阻的热功率，为 C正确。 故选C。 21．（23-24高二上·山东临沂·期末）如图电路中开关S接通后，电阻R1每通过1C的电量放出2J热量，电阻R2上每通过1C的电量放出4J的热量，电阻R3与R1消耗电功率相等，则R1、R2、R3的电阻值之比是（    ） A．1∶4∶4 B．1∶2∶2 C．1∶2∶4 D．2∶1∶1 【答案】A 【详解】根据 Q=IUt=Uq 电阻R1每通过1C的电量放出2J热量，可知R1两端电压U1=2V；电阻R2上每通过1C的电量放出4J的热量，可知R2两端电压U2=4V；电阻R3与R2电压相等，电阻R3与R1消耗电功率相等可知 可得电阻 R3=4R1 可得 R3=R2 故选A。 22．（23-24高二上·安徽蚌埠·期末）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。 23．（23-24高二上·安徽阜阳·期末）纯电动汽车的发展将极大缓解燃油汽车带来的污染问题，有助于改善城市空气质量。如图所示为纯电动汽车的电路示意简图，若汽车电池组的电动势为400V，能量容量为20kwh。当汽车以90km/h匀速行驶时，受到的阻力约为400N，此时直流驱动电机的输入电压为300V，输入功率15kw，则（　　） A．当汽车以90km/h行驶，电流为100A B．电池组的热功率为5kw C．直流驱动电机的内阻约为1Ω D．当汽车以90km/h行驶，最大行驶里程约为90km 【答案】D 【详解】A．汽车以90km/h行驶，电流为 故A错误； B．电池组总功率为 电机的输入功率为 则电池组的热功率和汽车用电器的总功率为，可知电池组的热功率一定小于，故B错误； C．直流驱动电机的输出功率 内阻消耗的功率 直流驱动电机的内阻 故C错误； D．汽车用电器的功率电池能量容量为 电池组总功率为 电池所用的时间 当汽车以90km/h行驶，最大行驶里程约为90km，故D正确。 故选D。 24．（23-24高二上·北京丰台·期末）如图所示，将一个电动机M接在电路中，正常工作时测得电动机两端的电压为，流过电动机的电流为；将电动机短时间卡住时，测得电动机两端的电压为，流过电动机的电流为。下列说法正确的是（　　） A．电动机线圈电阻为 B．正常工作时，电动机消耗的电功率为 C．正常工作时，电动机产生的热功率为 D．正常工作时，电动机对外做功功率为 【答案】B 【详解】A．当将电动机短时间卡住时，电动机不转、为纯电阻电路，根据欧姆定律 故A错误； B．正常工作时，电动机消耗的电功率 故B正确； C．正常工作时，电动机发热的功率 故C错误； D．正常工作时，电动机对外做功的功率 故D错误。 故选B。 25．（23-24高二上·四川达州·期末）某物理兴趣研究小组用如图所示的实验电路研究电动机的性能。调节滑动变阻器R，当电流表和电压表的示数分别为0.2A和1.4V时，电动机不转动，重新调节R，当电动机正常转动时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和30V，忽略温度对电阻的影响，则这台电动机（　　） A．正常运转时的输入功率为0.28W B．电阻为15 C．正常运转时的发热功率为28W D．正常运转时的输出功率为31.5W 【答案】C 【详解】A．正常运转时的输入功率为 故A错误； B．电动机停止转动时，其电路是纯电阻电路，由欧姆定律得电动机的电阻为 故B错误； C．正常运转时的发热功率为 故C正确； D．正常运转时的输出功率为 故D错误。 故选C。 二、多选题 26．（23-24高二上·江西南昌·期末）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，如图表所示为某款扫地机器人的铭牌标有的数据，则该扫地机器人（　　） A．工作额定电流为2A B．以额定功率工作时，每分钟消耗电能为2400J C．以额定电压工作时，电机的内阻为10Ω D．电池充满电后储存的总电荷量为5000C 【答案】AB 【详解】A．由铭牌标有的数据可知工作额定电流为 故A正确； B．以额定功率工作时，每分钟消耗电能为 故B正确； C．由于扫地机器人是非纯电阻负载，所以以额定电压工作时，应满足 可得 故C错误； D．电池充满电后储存的总电荷量为 故D错误。 故选AB。 27．（24-25高二上·浙江杭州·期末）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。 28．（23-24高二上·浙江杭州·期中）亚运“黑科技”赛场“场务”机器狗凭借满满科技感出圈，成为“智能亚运”里的一道亮丽风景线。现了解，该机器狗专用的充电电池其部分参数如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．若按充电限制电压给电池充电，则最大充电电流为 B．该电池的电动势为 C．若该电池以的电流工作，最多可使用4.5个小时 D．将已耗尽电能的电池充满，需消耗的电能约为 【答案】ABC 【详解】A．已知给机器狗充电的限制电压为，最大充电功率为，则最大充电电流为 故A正确； B．已知电池的额定电量为，额定电能为，则该电池的电动势为 故B正确； C．若该电池以的电流工作，最多可使用的时间为 故C正确； D．电池能够储存的电能为 考虑充电时有充电器和电池的发热损耗，则将已耗尽电能的电池充满，需消耗的电能一定大于，故D错误。 故选ABC。 29．（23-24高二上·广西·期末）如图所示，直流电动机正常工作时，两端电压为，通过电动机的电流为，能在内把一质量为的重物匀速提高，不计绳重、摩擦与空气阻力，重力加速度取，下列说法正确的是（    ） A．电动机的输出功率为 B．在提升重物的内重物增加的重力势能为 C．在提升重物的内电动机线圈产生的热量为 D．电动机线圈的电阻为 【答案】BC 【详解】A．电动机的输出功率为 故A错误； B．在提升重物的内重物增加的重力势能为 故B正确； C．电动机的输入功率为 在提升重物的内电动机线圈产生的热量为 故C正确； D．根据焦耳定律有 解得 故D错误。 故选BC。 30．（23-24高二上·甘肃白银·期末）电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R和电动机线圈的阻值相等，开关闭合后，电动机正常工作，通过电动机的电流为I。经过时间t，则（　　） A．电动机两端电压为IR B．电流通过电阻做的功为 C．电流通过电动机做的功为 D．电流通过电动机产生的热量为 【答案】BD 【详解】A．电动机是非纯电阻，其两端电压，故A错误； B．t时间内，电流通过电阻做的功为，故B正确； C．电流通过电动机做功，电能一部分转化为机械能，一部分转化为热量，有 故C错误； D．电流通过电动机产生的热量为，故D正确。 故选BD。 31．（23-24高二上·福建龙岩·阶段练习）如图所示，a、b两点间的电压为9V，三个电阻的阻值分别为R1=R2=6Ω、R3=3Ω。下列说法正确的是（　　） A．R1、R2、R3两端的电压之比为1：1：1 B．R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2 C．在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2：2：1 D．在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1：2：2 【答案】AB 【详解】A.电路中的总电阻为 电路中的电流 则R3两端电压 U3=IR3=1.5×3V=4.5V 并联部分两端电压为 所以R1、R2、R3两端的电压之比为1：1：1，故A正确； B.根据公式 可知R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2，故B正确； C.根据 可知通过R1、R2、R3的电流之比为1：1：2，又根据 可知在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为1：1：2，故C错误； D.根据 可知在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1：1：2，故D错误。 故选AB。 三、解答题 32．（23-24高二上·重庆九龙坡·期末）一台小型电动机在电压下工作，用此电动机竖直提升所受重力为的物体时，通过它的电流是。在内可使该物体被匀速提升。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求： （1）电动机的输入功率； （2）在提升重物的内，电动机线圈所产生的热量； （3）线圈的电阻。 【答案】（1）1.5W；（2）9J；（3） 【详解】（1）电动机的输入功率 （2）电动机30s内提升重物的机械功为 电动机30s内消耗的总功为 因此，电动机线圈所产生的热量为 （3）由焦耳定律 得，线圈电阻为 33．（23-24高二上·江苏盐城·阶段练习）如图电路，、两端电压，标称为“3V，3W”的小灯泡L与直流电动机M串联，电动机的内阻。接通电路后，小灯泡正常发光。求： （1）通过电动机的电流； （2）电动机输出的机械功率。 【答案】（1）1A；（2）6W 【详解】（1）电动机和灯泡串联，通过电动机的电流等于通过灯泡的电流，灯泡正常发光，则通过电动机的电流为 （2）电动机两端的电压： 电动机消耗的总功率 电动机线圈内阻的热功率 电动机的输出功率 34．（23-24高二上·福建厦门·期中）如图所示，是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r＝0.8Ω，通过电动机的电流为5A，电压表示数UV＝110 V。试求： （1）输入电动机的电功率； （2）电动机的发热功率； （2）若电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。（g取10m/s2） 【答案】（1）550W；（2）20W（3）53kg 【详解】（1）输入电动机的电功率为 （2）电动机的发热功率 （3）电动机输出的机械功率 又 可得 35．（23-24高二上·全国·课前预习）一台直流电动机线圈电阻r=1 Ω，与一阻值R=10 Ω的电阻串联，当所加电压U=150 V，电动机正常工作时电压表示数100 V，求： （1）电动机消耗的功率及输出的机械功率。 （2）电动机工作1h产生的热量。    【答案】（1）500W，475W；（2）9×104J 【详解】（1）由串并联电路规律可知，电阻R两端的电压为 对电阻R，根据欧姆定律得 电动机与电阻R串联，则通过电动机的电流为5A。电动机消耗的电功率是 电动机的发热功率 根据能量转化和守恒定律得电动机输出的机械功率 （2）电动机的发热功率 1h产生的热量 2 学科网（北京）股份有限公司 $$