12.1 电路中的能量转化（举一反三）【六大题型】-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）

12.1 电路中的能量转化【六大题型】 【人教版2019】 【题型1 对电功、电功率概念的理解】 2 【题型2 串、并联电路中电功和电功率的计算方法】 5 【题型3 一般电路中的能量转化规律】 9 【题型4 含电动机电路的能量转化规律】 12 【题型5 电动机被卡住时的功率情况】 17 【题型6 其他非纯电阻元件】 21 知识点1：电功和电功率 1．电功 (1)电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的． (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． 【题型1 对电功、电功率概念的理解】 【例1】（2023·太原期末）一台电风扇和一电热毯上都标有“220V 60W”的字样，当它们正常工作时（　　） A．它们的电阻值一定相等 B．通过它们的电流一定不同 C．它们的发热功率一定相等 D．它们消耗的电功率一定相等 【答案】D 【详解】BD．电风扇是非纯电阻，电热毯是纯电阻，它们都标有“220V 60W”的字样，则它们正常工作时，它们消耗的电功率一定相等，由可知，通过它们的电流I一定相等，故B错误，D正确。 AC．对于电热毯有 对于电风扇有 所以它们的电阻值一定不同；由可知，它们的发热功率一定不同，故AC错误。 故选D。 【变式1-1】下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是（　　） A．电功率越大，则电流做功越快，电路中产生的热量一定越多 B．W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．热量适用于任何电路 【答案】A 【详解】A．电功率越大，则电流做功越快，但电路中产生的热量不一定多，故A错误； B．电功的定义式为 适用于任何电路，而计算式 只适用于纯电阻电路，故B正确； C．在非纯电阻电路中，电流所做的功等于产生的热量与其他形式的能之和，所以 即 故C正确； D．电路热功率的定义式为 适用于计算任何电路中产生的热量，故D正确。 故选A。 【变式1-2】下面是某同学对一些概念及公式的理解，其中正确的是（　　） A．根据公式可知，金属电阻率与导体的电阻成正比 B．根据公式可知，该公式只能求纯电阻电路的电流做功 C．根据电动势E＝可知，电动势E的大小等于W和q的比值，但与W的大小和q的大小无关，由电源本身决定 D．根据公式可知，电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比 【答案】C 【详解】A．电阻率是由导体本身的性质决定的，其大小与电阻无关，故A错误； B．公式 适用于纯电阻电路和非纯电阻电路中的电流所做功，故B错误； C．电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，电动势E的大小跟W和q的比值相等，跟W的大小和q的大小无关，由电源本身决定。故C正确； D．电容的公式 采用的是比值定义法，电容大小与电量和电压无关，故D错误。 故选C。 【变式1-3】（2022·潍坊期末）一横截面积为、长为的柱状导体，其伏安特性曲线如图所示，则该导体（　　） A．电阻率随温度的升高而减小 B．热功率跟导体中电流的平方成正比 C．两端电压为时，功率为 D．两端电压为时，电阻率为 【答案】D 【详解】A．由图像可知，导体的电阻率随温度的升高而增大，选项A错误； B．根据P=I2R可知，因导体的电阻随温度的升高而增大，可知热功率跟导体中电流的平方不是成正比，选项B错误； C．两端电压为时，电流为0.28A，则功率为 选项C错误； D．两端电压为时，电流为0.4A，则根据 解得电阻率为 选项D正确。 故选D。 【题型2 串、并联电路中电功和电功率的计算方法】 知识点2：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)公式：P热＝I2R. 知识点3：电路中的能量转化 1．电动机消耗的功率P电＝UI. 2．电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R. 3．电动机输出功率P机＝UI－I2R. 【例2】如图所示电路中，各灯泡额定电压和额定功率分别是：A灯“10V　10W”，B灯“60V　60W”，C灯“20V　20W”，D灯“20V　20W”。在a、b两端加上电压后，四个灯泡都能发光。比较各灯泡消耗功率大小，以下说法正确的是（　　） A．PB>PD>PA>PC B．PB>PD>PC>PA C．PB>PA>PD＝PC D．PA>PC>PD>PB 【答案】C 【详解】A灯正常工作时电阻 B灯正常工作时电阻 C灯正常工作时电阻 D灯正常工作时电阻 A灯和B灯电流相等，由 ， 可知 C灯和D灯电压相等，由 ， 可知 C灯和A灯，由 ，， 可知 故C正确，ABD错误。 故选C。 【变式2-1】（2022·菏泽期末）粗细均匀的圆柱形导体a、b的伏安特性曲线如图所示，导体a的电阻为，导体b的电阻为，则下列说法正确的是（　　） A． B．把a拉长到原来的3倍后电阻等于 C．将a与b串联后接于电源上，它们消耗的功率之比 D．将a与b并联后接于电源上，通过它们的电流之比 【答案】C 【详解】A．伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，由图像可知a、b的斜率之比为，因此a、b的电阻之比为 A错误； B．设a的电阻率为，长度为，横截面积为，则 把a拉长到原来的3倍后，因体积不变，其横截面积变为原来的，由电阻定律得 B错误； C．由可知，将a与b串联后接于电源上，它们消耗的功率之比 C正确； D．由可知，将a与b并联后接于电源上，通过它们的电流之比 D错误。 故选C。 【变式2-2】如图所示，三个电阻R1、R2、R3的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为10W、10W、2W，则此电路中允许消耗的最大功率为（　　） A．22W B．12W C．15W D．16W 【答案】B 【详解】由题意知R1=R2=R3=R，P1=10W，P2=10W，P3=2W。由图知，R2与R3并联，则两端电压相等，根据 可知R2与R3所消耗的功率一样，因R2与R3本身允许的最大功率分别是10W和2W，则R2、R3在电路中允许最大功率只能都是2W，否者会超过R3的允许功率。又把R2与R3看成一个并联电阻R'，则电路就是R1与R′串联，故电流相等，根据 可知R1与R'所消耗功率之比为。由题知，三个电阻R1，R2，R3的阻值相同，R2与R3的并联值，所以，所以R1上消耗的功率是并联电阻R'上的两倍。若R2、R3的功率都为2W，则R'的功率即为 2W+2W=4W 则R1的功率为 2×4W=8W<10W 所以总功率最大为 2W+2W+8W=12W 故选B。 【变式2-3】（2022·江苏高考真题）如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为，，，，电源电动势，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由电路图可知R3与R4串联后与R2并联，再与R1串联。并联电路部分的等效电阻为 由闭合电路欧姆定律可知，干路电流即经过R1的电流为 并联部分各支路电流大小与电阻成反比，则 四个灯泡的实际功率分别为 ，，， 故四个灯泡中功率最大的是R1。 故选A。 【题型3 一般电路中的能量转化规律】 【例3】（2022·汕头一模）DC14.8V/2200mAh的锂电池供电，额定功率为35W，当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是（　　） A．DC14.8V/2200mAh表示该电池输出的是交流电 B．该机器人电机的额定电流为0.42A C．正常工作时机器人电动机每秒钟输出35J动能 D．电池充满电后机器人正常工作约45min后回座机充电 【答案】D 【详解】A．DC14.8V/2200mAh表示该电池输出的是直流电，选项A错误； B．该机器人电机的额定电流为 选项B错误； C．正常工作时机器人电动机内阻要产生部分内能，则每秒钟输出动能小于35J，选项C错误； D．机器人人正常工作的时间 选项D正确。 故选D。 【变式3-1】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。 【变式3-2】（2019·深圳期中）有一台电风扇额定工作电压为 220V，额定电功率为 50W，线圈电阻为 0.4Ω，电风扇接入电压为 220V 的电路中，关于它每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】电风扇正常工作时产生的热量是由于内阻发热产生的，所以每分钟产生的热量为 故选C。 【变式3-3】下列关于电功、电功率和焦耳热的说法中正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，单位时间内电路中产生的焦耳热就越多 B．在电路中能用W＝UIt求某用电器的电功，就能用W＝I2Rt或W＝t求该用电器的电功 C．在纯电阻的电路中，电流的电功率等于热功率 D．焦耳热Q＝I2Rt只适用于纯电阻电路 【答案】C 【详解】A．电功率越大，表示电流做功越快，对于纯电阻电路，单位时间内电路产生的焦耳热就越多，但是对于非纯电阻电路，除产生焦耳热外，电功还转化为其它形式的能，单位时间内电路产生的焦耳热就不一定多，故A错误； B．W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而W＝I2Rt或W＝t只适合纯电阻电路，对于非纯电阻电路不适合，故B错误； C．在纯电阻的电路中，电流的电功率等于热功率，故C正确； D．Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路产生的焦耳热，故D错误。 故选C。 知识点4：非纯电阻电路功率的分析与计算 1．电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI. (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R. (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机． 三者关系为：P电＝P热＋P机 (4)电动机的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%. 2．串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和． 【题型4 含电动机电路的能量转化规律】 【例4】（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。 【变式4-1】（2020·朝阳一模）某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是（　　） 额定电压 220V 额定功率 热风时：990W 冷风时：110W A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风 B．吹热风时通过电热丝的电流为4 A C．吹热风时电热丝的功率为990 W D．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω 【答案】B 【详解】A．由电路图可知，开关S1、S2都闭合时电动机M和电热丝同时接入电路，电吹风吹热风，故A错误； BC．开关S1、S2都闭合时电动机M和电热丝同时接入电路，电吹风吹热风，此时电热丝的功率为 电流为 故B正确，C错误； D．只有开关S2闭合时，仅电动机接入电路，若电动机为纯电阻，其电阻为 由于电动机正常工作时为非纯电阻，则电阻不为440Ω，故D错误。 故选B。 【变式4-2】某玩具吊车用图中电路来提拉积木，已知电源电动势，电源内阻，定值电阻，积木质量为。当将积木固定时（电动机不转），电压表的示数为；当积木不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升积木时，电压表的示数为。不计摩擦，重力加速度g取。下列说法正确的是（　　） A．当积木固定时电源的输出功率为 B．电动机的内部线圈电阻为 C．积木匀速上升时的速度为 D．匀速提升积木时电源的总功率为 【答案】C 【详解】A．当将积木固定时（电动机不转），电压表的示数为，则电流为 电源的输出功率 选项A错误；   B．电动机的内部线圈电阻为 选项B错误； C．匀速提升积木时，电压表的示数为，则电流为 则对电动机 解得 v=1.5m/s 选项C正确； D．匀速提升积木时电源的总功率为 选项D错误。 故选C。 【变式4-3】如图所示的电路中，电源电动势为，内阻为，白炽灯的灯丝电阻为，电动机M线圈的电阻为。当开关S闭合后，白炽灯的电功率为。若灯丝电阻保持不变，电动机的机械损耗可忽略不计，则下列说法中正确的是（　　） A．通过电源的电流约为 B．流过电动机M的电流为 C．电动机M输出的机械功率为 D．电源的总功率为 【答案】D 【详解】A．根据 解得灯泡两端电压 则通过电源的电流 故A错误； B．流过电动机M的电流为 故B错误； C．电动机M输出的机械功率为 故C错误； D．电源的总功率为 故D正确。 故选D。 【题型5 电动机被卡住时的功率情况】 【例5】（2022·宁波二模）油烟危害健康，某品牌的抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M（电动机），电路连接如图所示，下列说法正确的是（   ） A．抽气扇须在点亮照明灯的情况下才能工作 B．闭合开关S1和S2，抽气扇处于“弱吸”挡 C．抽气扇由“弱吸”挡换成“强吸”挡，其发热功率不变 D．工作中的抽气扇因吸入异物出现卡机时，回路中的电流将变大 【答案】D 【详解】A．由电路图可知，照明灯和抽气扇处于并联状态，则抽气扇工作与否与是否点亮照明灯无关，A错误； B．由电路图可知，闭合开关S2电阻R被短路，则流过抽气扇的电流、电压变大，则功率变大，抽气扇处于“强吸”挡，B错误； C．由电路图可知，闭合开关S2电阻R被短路，则流过抽气扇的电流变大，而抽气扇的热功率为 P = I2r 其中r为电机内阻，不变，则抽气扇由“弱吸”挡换成“强吸”挡，其发热功率增大，C错误； D．工作中的抽气扇因吸入异物出现卡机时，电动机变成纯电阻电路，回路中的电流将变大，D正确。 故选D。 【变式5-1】（2023·山东期中）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。 【变式5-2】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。 【变式5-3】（2019·河南期末）如图甲所示为一款儿童电动汽车，该款电动汽车的部分参数如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．电机的输入功率等于 B．电源规格中的，是电荷量的单位 C．电机线圈的电阻为 D．行驶过程中电机突发故障，被卡住无法转动，此时通过电机的电流为 【答案】B 【详解】A．由参数可知电动机正常工作时的电流为2A，额定电压为12V，所以电动机的输入功率为 P=24W 故A错误； B．是表示电流单位与时间单位的乘积，是电荷量的单位，故B正确； C．由题给条件不能计算出电动机的电阻，因为电动机是非纯电阻，不能用欧姆定律计算阻值，故C错误； D．因为不知道电动机线圈电阻，所以无法计算电机故障时的电流，故D错误。 故选B。 【题型6 其他非纯电阻元件】 【例6】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。 【变式6-1】（2022·济南期中）如图所示，将一盏标有“40V、20W”的灯泡和一电阻为4.4Ω的电解槽串联后，接在电压为80V的直流电路两端，灯泡正常发光，则（　　） A．电路消耗的总功率为20W B．电解槽消耗的电功率为20W C．电解槽的发热功率为20W D．电解槽的输出电功率为20W 【答案】B 【详解】灯泡正常发光，流过电路的电流大小为 A．电路消耗的总功率 故A错误； B．电解槽两端的电压为 电解槽消耗的电功率 故B正确； C．电解槽的发热功率为 故C错误； D．电解槽的输出电功率 故D错误。 故选B。 【变式6-2】“神舟”六号载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的．由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应．“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池．在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%.单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1A的电流，求每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量是            (　　) A．0.24 J B．0.25 J C．0.26 J D．0.28 J 【答案】C 【分析】由欧姆定律即可求得电流，由电功公式W=UIt可求得太阳能电池吸收的光能，由光电转换效率可求得太阳光的能量； 【详解】太阳能电池每秒产生的电能为； 则照到太阳能电池上的光能为，故选项C正确，选项ABD错误． 【变式6-3】（2020·辽宁期中）华为P30 Pro手机，用自己新的吉尼斯世界纪录告诉全世界什么叫中国科技。其中4200毫安时超大电池+40W华为超级快充，极速充电每30秒充1%，30分钟70%，充电速度是苹果iPhone X的4倍，碾压苹果！现用40W华为快充为一手机电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是（　　） A．电能转化为化学能的功率为UI B．充电器输出的电功率为UI＋I2r C．充电器输出的电功率为UI－I2r D．充电器的充电效率为 【答案】D 【详解】A．由于锂电池中存在内阻，故充电过程中电能转化为化学能和热能，由能量守恒定律得：UI=I2r+P，故转化为化学能的功率为： P=UI-I2r 故A错误； BC．充电器输出的功率为：P=UI，故B、C错误； D．充电的效率为： 故D正确； 故选：D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.1 电路中的能量转化【六大题型】 【人教版2019】 【题型1 对电功、电功率概念的理解】 2 【题型2 串、并联电路中电功和电功率的计算方法】 3 【题型3 一般电路中的能量转化规律】 5 【题型4 含电动机电路的能量转化规律】 6 【题型5 电动机被卡住时的功率情况】 9 【题型6 其他非纯电阻元件】 11 知识点1：电功和电功率 1．电功 (1)电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的． (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． 【题型1 对电功、电功率概念的理解】 【例1】（2023·太原期末）一台电风扇和一电热毯上都标有“220V 60W”的字样，当它们正常工作时（　　） A．它们的电阻值一定相等 B．通过它们的电流一定不同 C．它们的发热功率一定相等 D．它们消耗的电功率一定相等 【变式1-1】下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是（　　） A．电功率越大，则电流做功越快，电路中产生的热量一定越多 B．W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．热量适用于任何电路 【变式1-2】下面是某同学对一些概念及公式的理解，其中正确的是（　　） A．根据公式可知，金属电阻率与导体的电阻成正比 B．根据公式可知，该公式只能求纯电阻电路的电流做功 C．根据电动势E＝可知，电动势E的大小等于W和q的比值，但与W的大小和q的大小无关，由电源本身决定 D．根据公式可知，电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比 【变式1-3】（2022·潍坊期末）一横截面积为、长为的柱状导体，其伏安特性曲线如图所示，则该导体（　　） A．电阻率随温度的升高而减小 B．热功率跟导体中电流的平方成正比 C．两端电压为时，功率为 D．两端电压为时，电阻率为 【题型2 串、并联电路中电功和电功率的计算方法】 知识点2：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)公式：P热＝I2R. 知识点3：电路中的能量转化 1．电动机消耗的功率P电＝UI. 2．电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R. 3．电动机输出功率P机＝UI－I2R. 【例2】如图所示电路中，各灯泡额定电压和额定功率分别是：A灯“10V　10W”，B灯“60V　60W”，C灯“20V　20W”，D灯“20V　20W”。在a、b两端加上电压后，四个灯泡都能发光。比较各灯泡消耗功率大小，以下说法正确的是（　　） A．PB>PD>PA>PC B．PB>PD>PC>PA C．PB>PA>PD＝PC D．PA>PC>PD>PB 【变式2-1】（2022·菏泽期末）粗细均匀的圆柱形导体a、b的伏安特性曲线如图所示，导体a的电阻为，导体b的电阻为，则下列说法正确的是（　　） A． B．把a拉长到原来的3倍后电阻等于 C．将a与b串联后接于电源上，它们消耗的功率之比 D．将a与b并联后接于电源上，通过它们的电流之比 【变式2-2】如图所示，三个电阻R1、R2、R3的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为10W、10W、2W，则此电路中允许消耗的最大功率为（　　） A．22W B．12W C．15W D．16W 【变式2-3】（2022·江苏高考真题）如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为，，，，电源电动势，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是（　　） A． B． C． D． 【题型3 一般电路中的能量转化规律】 【例3】（2022·汕头一模）DC14.8V/2200mAh的锂电池供电，额定功率为35W，当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是（　　） A．DC14.8V/2200mAh表示该电池输出的是交流电 B．该机器人电机的额定电流为0.42A C．正常工作时机器人电动机每秒钟输出35J动能 D．电池充满电后机器人正常工作约45min后回座机充电 【变式3-1】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 【变式3-2】（2019·深圳期中）有一台电风扇额定工作电压为 220V，额定电功率为 50W，线圈电阻为 0.4Ω，电风扇接入电压为 220V 的电路中，关于它每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式3-3】下列关于电功、电功率和焦耳热的说法中正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，单位时间内电路中产生的焦耳热就越多 B．在电路中能用W＝UIt求某用电器的电功，就能用W＝I2Rt或W＝t求该用电器的电功 C．在纯电阻的电路中，电流的电功率等于热功率 D．焦耳热Q＝I2Rt只适用于纯电阻电路 知识点4：非纯电阻电路功率的分析与计算 1．电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI. (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R. (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机． 三者关系为：P电＝P热＋P机 (4)电动机的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%. 2．串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和． 【题型4 含电动机电路的能量转化规律】 【例4】（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 【变式4-1】（2020·朝阳一模）某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是（　　） 额定电压 220V 额定功率 热风时：990W 冷风时：110W A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风 B．吹热风时通过电热丝的电流为4 A C．吹热风时电热丝的功率为990 W D．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω 【变式4-2】某玩具吊车用图中电路来提拉积木，已知电源电动势，电源内阻，定值电阻，积木质量为。当将积木固定时（电动机不转），电压表的示数为；当积木不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升积木时，电压表的示数为。不计摩擦，重力加速度g取。下列说法正确的是（　　） A．当积木固定时电源的输出功率为 B．电动机的内部线圈电阻为 C．积木匀速上升时的速度为 D．匀速提升积木时电源的总功率为 【变式4-3】如图所示的电路中，电源电动势为，内阻为，白炽灯的灯丝电阻为，电动机M线圈的电阻为。当开关S闭合后，白炽灯的电功率为。若灯丝电阻保持不变，电动机的机械损耗可忽略不计，则下列说法中正确的是（　　） A．通过电源的电流约为 B．流过电动机M的电流为 C．电动机M输出的机械功率为 D．电源的总功率为 【题型5 电动机被卡住时的功率情况】 【例5】（2022·宁波二模）油烟危害健康，某品牌的抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M（电动机），电路连接如图所示，下列说法正确的是（   ） A．抽气扇须在点亮照明灯的情况下才能工作 B．闭合开关S1和S2，抽气扇处于“弱吸”挡 C．抽气扇由“弱吸”挡换成“强吸”挡，其发热功率不变 D．工作中的抽气扇因吸入异物出现卡机时，回路中的电流将变大 【变式5-1】（2023·山东期中）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 【变式5-2】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 【变式5-3】（2019·河南期末）如图甲所示为一款儿童电动汽车，该款电动汽车的部分参数如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．电机的输入功率等于 B．电源规格中的，是电荷量的单位 C．电机线圈的电阻为 D．行驶过程中电机突发故障，被卡住无法转动，此时通过电机的电流为 【题型6 其他非纯电阻元件】 【例6】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 【变式6-1】（2022·济南期中）如图所示，将一盏标有“40V、20W”的灯泡和一电阻为4.4Ω的电解槽串联后，接在电压为80V的直流电路两端，灯泡正常发光，则（　　） A．电路消耗的总功率为20W B．电解槽消耗的电功率为20W C．电解槽的发热功率为20W D．电解槽的输出电功率为20W 【变式6-2】“神舟”六号载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的．由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应．“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池．在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%.单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1A的电流，求每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量是            (　　) A．0.24 J B．0.25 J C．0.26 J D．0.28 J 【变式6-3】（2020·辽宁期中）华为P30 Pro手机，用自己新的吉尼斯世界纪录告诉全世界什么叫中国科技。其中4200毫安时超大电池+40W华为超级快充，极速充电每30秒充1%，30分钟70%，充电速度是苹果iPhone X的4倍，碾压苹果！现用40W华为快充为一手机电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是（　　） A．电能转化为化学能的功率为UI B．充电器输出的电功率为UI＋I2r C．充电器输出的电功率为UI－I2r D．充电器的充电效率为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$