第12章 1. 电路中的能量转化-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第三册同步练习（人教版2019）

第三册 （人教版）高 中 物 理 必 修 第十二章 电能 能量守恒定律 1.电路中的能量转化 1． AC 【解析】 从电功实质可知 A 正确； 电功率是 描述电流做功快慢的物理量， 故 B 错误， C 正确； 额定 功率是用电器正常工作时的功率， 而电流做功的多少由 用电器的实际功率和做功所用时间共同决定， 与额定功 率无关， 故 D 错误。 2． D 【解析】 伏安特性曲线斜率表示电阻的倒数， 故两电阻的阻值为 R 1 小于 R 2 ， A 错误； 两电阻并联在 电路中时， 电压相等， 由 I＝ U R 可知流过 R 1 的电流大于 流过 R 2 的电流， B 错误； 两电阻串联在电路中时， 电流 相等， 由 U＝IR 可知， U 2 ＞U 1 ， C 错误； 两电阻串联在电 路中时， 电流相等， 根据 P＝I 2 R 可知， R 1 消耗的功率小 于 R 2 消耗的功率， D 正确。 3． A 【解析】 由 P＝UI ， 可知该电热水器在额定电压 下处于加热状态时的电流： I＝ P U ＝ 1500 W 220 V ≈6.8 A ， 故 A 正确。 4． C 【解析】 R 3 与 R 4 并联， 电压相等， 又 R 3 <R 4 ， 根据 P= U 2 R ， 可知 P 3 >P 4 。 R 1 与 R 2 串联， 电流相等， 又 R 1 <R 2 ， 根据 P=I 2 R ， 可知 P 2 >P 1 。 由电路图可知， R 1 在 干路上， R 3 在支路上， 所以通过 R 1 的电流大于通过 R 3 的电流。 又 R 1 =R 3 ， 根据 P=I 2 R ， 可知 P 1 >P 3 。 综上可得 P 2 >P 1 >P 3 >P 4 ， 故选 C 。 流从 0~5 mA 连续可调， 电路图如 图甲所示。 （ 2 ） 电路中 R 应选最 大阻值为 10 Ω 的滑动变阻器， 方 便电路的调节， 测量效率高、 实验 误差小 ； 通过 R x 的电流最大为 5 mA ， 需要将电流表量程扩大为原 来的 5 倍， 根据并联分流的规律示意图如图乙所示。 根 据并联分流， 即并联电路中电流之比等于电阻的反比， 可知 4 mA 1 mA = 300 Ω R 0 ， 解得 R 0 =75 Ω 。 （ 3 ） 电压表每小格 表示 0.1 V ， 向后估读一位， 即 U=2.30 V ； 电流表每小 格表示 0.02 mA ， 本位估读， 即 0.84 mA ， 电流表量程 扩大 5 倍， 所以通过 R x 的电流为 I=4.20 mA ； 根据欧姆 定律可知 R x = U I = 2.30 4.20×10 -3 Ω≈548 Ω 。 4. （ 1 ） 见解析 （ 2 ） 990 【解析】 （ 1 ） 为了准确测出 微安表两端的电压， 可以让微安 表与定值电阻 R 0 并联， 再与电流 表串联， 通过电流表的电流与微 安表的电流之差， 可求出流过定 值电阻 R 0 的电流， 从而求出微安 表两端的电压， 进而求出微安表的内电阻， 由于电源电 压过大， 并且为了测量多组数据， 滑动电阻器采用分压 式解法， 实验电路原理图如图所示。 （ 2 ） 流过定值电 阻 R 0 的电流 I=I A -I G =9.00 mA-0.09 mA=8.91 mA ， 加在微 安表两端的电压 U=IR 0 =8.91×10 -2 V ， 微安表的内电阻 R g = U I G = 8.91×10 -2 90.0×10 -6 Ω=990 Ω 。 5. （ 1 ） 乙 （ 2 ） ka 2 I （ 3 ） 6.5×10 -5 【解析】 （ 1 ） 设丙和某探针之间的电阻为 R′ ， 由电 阻定律得 R′＝ρ L S =ρ L a 2 ， 由图像得， 电压表示数与 L 成正比， 即与丙和某探 针之间的电阻成正比， 由欧姆定律得 U＝IR′= ρIL a 2 ， 则 L 是丙到乙的距离。 （ 2 ） 由 （ 1 ） 得电压 U= ρI a 2 L ， 则 U-L 图像的斜率为 k= ρI a 2 ， 电阻率 ρ= ka 2 I 。 （ 3 ） 由图像得 k= ΔU ΔL = 0.13 2.0×10 -2 V/m＝6.5 V/m ， 则电阻率 ρ= ka 2 I = 6.5× （ 0.20×10 -2 ） 2 0.40 Ω · m＝6.5× 10 -5 Ω · m 。 6. （ 1 ） 1 （ 2 ） 大 （ 3 ） 乙 【解析】 （ 1 ） 由图可知当 S 接 A 端时， R 1 和 R 2 串 联接入电路， 和电流表并联， 满偏时电流表两端的电压 为 U m =I m r=250×10 -6 ×1.2×10 3 V=0.3 V ， 此时 R 1 和 R 2 的电流为 I= U m R 1 +R 2 = 0.3 40+360 A=0.75× 10 -3 A=0.75 mA 。 所以总电流为 I 总 ＝I m +I＝0.75 mA+0.25 mA＝1 mA ， 即量程为 0～1 mA 。 （ 2 ） 当开关 S 接 B 端时， 由图可知 R 1 和电流表串 联再和 R 2 并联， 由于和电流表并联的电阻变小， 当电 流表满偏时， 流过 R 2 的电流变大， 干路电流变大， 即 量程变大， 所以比接在 A 端时大。 （ 3 ） 图甲是电流表的外接法， 误差是由于电压表的 分流引起的； 图乙是电流表的内接法， 误差是由于电流 表的分压引起的， 因为题目中电压表电阻未知， 故采用 图乙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差。 第 3 题答图 第 4 题答图 A R 0 1 mA 5 mA 4 mA R S E R 0 A G 乙 30 参考答案与解析 5． ABD 【解析】 相同电阻， 相同电流， 根据焦耳定 律， 相同时间发热相同， 但是电动机电压、 总功率要大 于电炉。 6． B 【解析】 W＝UIt 是电功的定义式， 适用于任何 电路， Q＝I 2 Rt 是焦耳热的定义式， 也适用于任何电路， 如果是纯电阻电路 W＝Q ， 在非纯电阻电路中 W>Q ， B 正确， A 、 C 、 D 错误。 7． C 【解析】 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻， 故总电功率只能用 P＝UI 来计算， C 正确。 8． B 【解析】 电动机 M 与电炉 L 串联， 电流相等， 电阻相等， 根据焦耳定律 Q＝I 2 Rt 可知， 在相同的时间 内， 电炉放出的热量与电动机放出的热量相等， 故 A 错 误； 设电动机 M 线圈电阻与电炉 L 的电阻均为 R ， 电 路中电流为 I ， 根据欧姆定律得电炉两端的电压 U L ＝IR ， 电动机是非纯电阻电路， 其电压 U M ＞IR ， 则有 U M ＞U L ， 所以电炉两端电压小于电动机两端电压， 故 B 正确， C 错误； 电动机消耗的功率 P M ＝U M I ， 电炉消耗的功率 P L ＝ U L I ， U M ＞U L ， 则 P M ＞P L ， 即电动机消耗的功率大于电炉 消耗的功率， 故 D 错误。 9． D 【解析】 由公式 P 1 =I 1 2 R 1 ， 可得 I 1 = P 1 R 1 姨 = 10 10 姨 A= 1 A ， 同理可求得 R 2 的额定电流 I 2 =2 A ， R 3 的额定电流 I 3 =2 A 。 当三个电阻串联时最大电流为 1 A ， 两端允许加 的最大电压为 U m =I （ R 1 +R 2 +R 3 ） =1× （ 10+20+5 ） V=35 V ， 当三个电阻串联时允许消耗的最大功率为 P m =I 2 （ R 1 +R 2 + R 3 ） =35 W ， 故 A 错误， D 正确。 由公式 P 1 =U 1 I 1 ， 可得 U 1 = P 1 I 1 = 10 1 V=10 V ， 同理可求得电阻 R 2 、 R 3 的额定电压 分别为 U 2 =40 V ， U 3 =10 V 。 当三个电阻并联时最大电压 为 10 V ， 所以最大电流为 I m = U R 1 + U R 2 + U R 3 = 10 10 A+ 10 20 A+ 10 5 A=3.5 A ， 因此图乙电路允许通过的最大电流为 3.5 A ， 故 B 错误。 由 B 选项分析可知 R 1 、 R 2 并联时最大电压 为 10 V ， 故并联后总电流为 I 并 = U R 1 + U R 2 = 10 10 A+ 10 20 A= 1.5 A ， 由 A 选项分析可知， R 3 的额定电流为 2 A ， 因此图 丙两端允许通过的最大电流为 1.5 A ， 故 C 错误。 故选 D 。 10． D 【解析】 设 “ 220 V 40 W ” 灯的电阻为 R 1 ， “ 220 V 15 W ” 灯的电阻为 R 2 ， 当两灯串联后， 总电阻 大于 R 2 ， 根据 P＝ U 2 R 可知， 总功率小于 P 2 ， A 、 B 错误； 在串联电路中， 功率 P 与 R 成正比， 由于 R 1 ＜R 2 ， 所以串 联后 P 1 ′＜P 2 ′ ， C 错误， D 正确。 11． A 【解析】 当电动机停止转动时， 此时电动机相 当于一个纯电阻， 所以由题中的两表读数， 可以计算出 电动机的内阻为 r＝ U I ， 代入数据得 r＝4 Ω ， 重新调节 R 并使电动机恢复正常运转， 根据题中的两表读数， 计算 出电动机的输出功率为 P＝UI－I 2 r ， 代入数据解得 P＝ 32 W ， B 、 C 、 D 错误， A 正确。 12． （ 1 ） 35 W 1 W （ 2 ） 1210 W 1210 W 【解析】 （ 1 ） 排气扇在 220 V 的电压下正常工作时 的电流为 I＝ P U ＝ 36 220 A≈0.16 A 。 发热功率为 P 热 ＝I 2 R＝ （ 0.16 ） 2 ×40 W≈1 W 。 转化为机械能的功率为 P 机 ＝P－P 热 ＝ （ 36－1 ） W＝35 W 。 （ 2 ） 扇叶被卡住不能转动后， 电动机所在电路成为 纯电阻电路， 电流做功全部转化为热能， 此时电动机中 电流为 I′＝ U R ＝ 220 40 A＝5.5 A 。 电动机消耗的功率即电功率等于发热功率： P′ 电 ＝P′ 热 ＝ UI′＝220×5.5 W＝1210 W 。 13. （ 1 ） 2 Ω 72 W （ 2 ） 16 W 【解析】 （ 1 ） 电炉为纯电阻元件， 由欧姆定律得 I 1 ＝ U R ， 则 R＝ U I 1 ＝ 12 V 6 A ＝2 Ω ， 其发热功率为 P N ＝UI 1 ＝12× 6 W＝72 W 。 （ 2 ） 电解槽为非纯电阻元件， 发热功率为 P 热 ＝I 2 2 r A ＝ 4 2 ×2 W＝32 W ， 总功率为 P 总 ＝UI 2 ＝12×4 W＝48 W ， 故电能 转化为化学能的功率为 P 化 ＝P 总 －P 热 ＝ （ 48－32 ） W＝16 W 。 2.闭合电路的欧姆定律 1. CD 【解析 】 在电源外部 ， 电荷受静电力作用 ， 而在电源内部， 电荷既受静电力作用， 又受非静电力作 用， 故能使电荷不断定向移动形成电流， 故 A 错误， C 正确； 静电力做功， 使电荷电势能减少， 非静电力做 功， 使电荷电势能增加， 故 B 错误， D 正确。 2. ABD 【解析】 电动势 E 的单位与电势、 电势差的 单位相同， 都是伏特， 故 A 正确； 干电池的电动势为 1.5 V ， 而铅蓄电池的电动势大小是 2 V ， 故 B 正确； 电 动势 E 可表示为 E＝ W q ， 可知电源内非静电力移送单位 正电荷做功越多， 电动势越大， 故 C 错误； 电动势表征 电源把其他形式的能转化为电能的本领大小， 电动势越 大， 表示电源内部将其他形式能转化为电能的本领越 大， D 正确。 3. BD 【解析】 已知电源的内电阻为 r ， 干路电流为 I ， 则据部分电路欧姆定律得 U′=Ir ， 故 A 错误； 根据闭 合电路欧姆定律得 U+U′=E ， 故 B 正确； 将上两式联立 得 Ir=E-U ， 则得 U=E-Ir ， 故 C 错误； 根据闭合电路欧 姆定律得 I＝ E R+r ， 又由部分电路欧姆定律 U=IR 可知 D 正确。 4. （ 1 ） 18 J （ 2 ） 14.4 J （ 3 ） 3.6 J 【解析】 （ 1 ） W＝Eq＝3×6 J＝18 J ， 电源中共有 18 J 31 练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 1.电路中的能量转化 基 础 练 习 第十二章 电能 能量守恒定律 知识点 1 电功、 电功率 1. （多选） 关于电功和电功率， 下列说法正 确的是 （ ） A． 电流做功就是电场力对电荷做功， 从 而把电能转化为其他形式的能 B． 电功率越大， 电流做功越多 C． 电功率越大， 电流做功越快 D． 在相等时间内， 额定功率越大的用电 器， 电流做功一定越多 2． 两只电阻的伏安特性曲 线如图所示， 则下列说 法中正确的是 （ ） A． 两电阻的阻值关系 为 R 1 大于 R 2 B． 两电阻并联在电路中时， 流过 R 1 的电 流小于流过 R 2 的电流 C． 两电阻串联在电路中时， R 1 两端电压 大于 R 2 两端电压 D． 两电阻串联在电路中时， R 1 消耗的功 率小于 R 2 消耗的功率 3． 一台国产封闭型贮水式电热水器的铭牌上 所列的主要技术参数如表所示。 根据表中 所提供的数据， 计算出此电热水器在额定 电压下处于加热状态时， 通过电热水器的 电流约为 （ ） A． 6.8 A B． 0.15 A C． 4.4 A D． 0.23 A 4. 在如图所示的电路中， R 1 =R 3 <R 2 =R 4 ， 在 A 、 B 两端接上电源后， 各个电阻消耗的电功 率的大小关系为 （ ） A． P 1 =P 2 <P 3 =P 4 B． P 2 >P 1 >P 4 >P 3 C． P 2 >P 1 >P 3 >P 4 D． P 1 >P 2 >P 3 >P 4 知识点 2 电热——焦耳定律、 热功率 5． （多选） 一台电动机的线圈电阻与一只电 炉的电阻相同， 都通过相同的电流， 在相 同时间内 （ ） A． 电炉放热与电动机放热相等 B． 电炉两端电压小于电动机两端电压 C． 电炉两端电压等于电动机两端电压 D． 电动机消耗的功率大于电炉的功率 6． 关于电功 W 和电热 Q 的说法正确的是 （ ） A． 在任何电路中都有 W＝UIt ， Q＝I 2 Rt ， 且 U O I R 2 R 1 第 2 题图 额定容量 54 L 最高水温 75 ℃ 额定功率 1500 W 额定压力 0.7 MPa 额定电压 220 V 电器类别 Ⅰ 类 第 4 题图 R 1 R 3 R 4 R 2 A B 82 第十二章 电能 能量守恒定律 练 W＝Q B． 在任何电路中都有 W＝UIt ， Q＝I 2 Rt ， 但 W 不一定等于 Q C． W＝UIt ， Q＝I 2 Rt 均只有在纯电阻电路中 才成立 D． W＝UIt 在任何电路中都成立， Q＝I 2 Rt 只 在纯电阻电路中才成立 知识点 3 纯电阻电路与非纯电阻电路 7． 如图所示， 一幢居民 楼里住着生活水平各 不相同的 24 户居民， 所以整幢居民楼里有 各种不同的电器， 例如电炉、 电视机、 微 波炉、 电脑等。 停电时， 用欧姆表测得 A 、 B 间电阻为 R ； 供电后， 各家电器同 时使用， 测得 A 、 B 间电压为 U ， 进线电 流为 I ， 则计算该幢居民楼用电的总功率 可以用的公式是 （ ） A． P＝I 2 R B． P＝ U 2 R C． P＝IU D． P＝I 2 R＋ U 2 R 8. 如图所示的电路中， 电源的输出电压恒为 U ， 电动机 M 的线圈电阻与电炉 L 的电阻 相同 ， 电动机正常工 作， 在相同的时间内， 下 列 判 断 正 确 的 是 （ ） A． 电炉放出的热量大于电动机放出的热量 B． 电炉两端电压小于电动机两端电压 C． 电炉两端电压等于电动机两端电压 D． 电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率 A B U 居 民 楼 第 7 题图 第 8 题图 L U M 9. 有三个电阻的阻值及额定功率分别为 R 1 = 10 Ω ， P 1 =10 W ， R 2 =20 Ω ， P 2 =80 W ， R 3 = 5 Ω ， P 3 =20 W ， 它们组成的电路如图甲、 乙、 丙所示。 下列关于各图的说法正确的 是 （ ） A． 图甲电路允许消耗的最大功率为 110 W B． 图乙电路允许通过的最大电流为 5.5 A C． 图丙两端允许通过的最大电流为 2 A D． 图甲两端允许加的最大电压为 35 V 10． 把标有 “ 220V 40W ” 和 “ 220V 15W ” 的甲、 乙两盏灯串联接在 220 V 电压下， 则下面分析正确的是 （ ） A． 两盏灯的总功率等于 55 W B． 两盏灯的总功率大于 15 W ， 小于 40 W C． 甲灯的实际功率大于乙灯的实际功率 D． 乙灯的实际功率大于甲灯的实际功率 11． 在研究微型电动机的 性能时， 应用如图所 示的实验电路。 当调 节滑动变阻器 R 并控 制电动机停止转动时， 电流表和电压表 的示数分别为 0.50 A 和 2.0 V 。 重新调 节 R 并使电动机恢复正常运转， 此时电 流表和电压表的示数分别为 2.0 A 和 提 升 练 习 第 11 题图 A V R M 第 9 题图 R 1 R 2 R 3 R 1 R 2 R 3 R 2 R 3 R 1 丙乙甲 83 练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 24.0 V 。 则这台电动机正常运转时的输 出功率为 （ ） A． 32 W B． 44 W C． 47 W D． 48 W 12． 规格为 “ 220 V 36 W ” 的排气扇， 线 圈电阻为 40 Ω ， 求： （ 1 ） 接 220 V 的电源后， 排气扇转化为 机械能的功率和发热的功率。 （ 2 ） 如果接上 （ 1 ） 中电源后， 扇叶卡住， 不能转动， 求电动机消耗的功率和 发热的功率。 13． 如图所示， A 为电解槽， N 为电炉， 恒 定电压 U＝12 V ， 电解槽内阻 r A ＝2 Ω ， 当 S 1 闭合 、 S 2 断开时 ， 电流表的示数为 6 A ； 当 S 2 闭合、 S 1 断开时， 电流表的 示数为 4 A ， 求： （电流表内阻不计） （ 1 ） 电炉的电阻及发热功率。 （ 2 ） 在电解槽工作时， 电能转化为化学 能的功率。 U N A A S 1 S 2 第 13 题图 84