微专题11：电路中的能量转化 讲义 -2026届高考物理一轮复习备考

微专题11：电路中的能量转化 【理论基础】 1．电功和电功率： W＝ 是电功的计算式，P＝ 是电功率的计算式，适用于任何电路．[来源:Z|xx|k.Com] 2．电热和热功率： Q＝ 是电热的计算式，P热＝ 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率． 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 实例 白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等 工作中的电动机、电解槽、日光灯等 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 4.电动机的三个功率及关系 输入功率 电动机的总功率P总＝P入＝UI 输出功率 电动机做有用功的功率，也叫机械功率 热功率 电动机的线圈有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率P热＝I2r 三者关系 P总＝P出＋P热 效率 η＝×100%＝×100% 特别说明 ①正常工作的电动机是非纯电阻元件 ②电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻元件 【基础题组】 1．家电待机耗电问题常常被市民所忽视。技术人员研究发现每台电视机待机功耗约为1W．据统计，湖州市的常住人口约300万人，平均每户家庭有2台电视机。假设所有家庭都忽视待机功耗，则湖州地区每年因电视机待机而浪费的电能约为（　　） A．1×105度 B．1×107度 C．1×109度 D．1×1011度 2．一车载加热器（额定电压为24V）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Pab、Pac、Pbc，则（　　） A．Pab＞Pbc B．Pab＝Pac C．Pac＝Pbc D．Pab＜Pac 3．如图所示，R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω，左右两端接入电路后，关于这三只电阻的判断正确的是（　　） A．电流之比是I1：I2：I3＝4：3：6 B．电压之比是U1：U2：U3＝1：1：2 C．功率之比是P1：P2：P3＝4：3：6 D．相同时间内产生热量之比Q1：Q2：Q3＝6：3：4 4．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10（24V/200W）和10个相同的指示灯X1～X10（24V/2W），如图连接在220V交流电源上，若工作一段时间后，L2灯丝烧断，则（　　） A．X1功率减小，L1功率增大 B．X1功率增大，L1功率增大 C．X2功率增大，其它指示灯的功率减小 D．X2功率减小，其它指示灯的功率增大 5.现有规格为“220 V,36 W”的排气扇,如图所示,排气扇电动机的线圈电阻为40 Ω。当正常工作时,排气扇的　(　　) A.通电电流计算式为I= A B.输出功率计算式为P出=(36-) W C.发热功率计算式为P热=()2×40 W D.电功率大于36 W 6.如图所示,电源内阻不可忽略,电路中接有一小灯泡和一电动机。小灯泡L上标有“6 V　12 W”字样,电动机的线圈电阻RM=0.50 Ω。若灯泡正常发光时,电源的输出电压为12 V,此时　(　　) A.整个电路消耗的电功率为24 W B.电动机的热功率为12 W C.电动机的输出功率为12 W D.电动机的输入功率为12 W 7．如图所示为一种环保灯﹣重力灯，重力灯是利用重力做功发电的装置。重物下落时拉动灯中心的绳子，从而带动发电机供电。让质量为10kg的物体缓慢下落2m，则灯亮度相当于12W日光灯的亮度。若每过40min重置一次重物，就能持续发光。重力加速度g取10m/s2，则以下说法正确的是（　　） A．重力灯实际功率可能为0.068W B．每个40min内产生的电能为28800J C．每次下落过程中发电机输出电能200J D．无需消耗其他能量就能获得源源不断的电能 8．（多选）如图，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝1Ω，R＝10Ω，U＝150V，电压表的读数为100V，则下列说法正确的是（　　） A．通过电动机的电流为5A B．通过电动机的电流为100A C．在电动机中发热的功率为500W D．电动机输出的机械功功率为475W 9．风能是一种环保型能源，截至2019年底，我国风电装机容量达209.94GW，自2008年以来一直保持世界第一，占全球累计风电装机量的32.24%。设每台风力发电机叶片总共的有效迎风面积为S（和风速v方向垂直），空气密度为ρ，平均风速为v，如果吹在叶片上的风能全部转化成电能，叶片受到风的平均作用力为F和发电机转化成的电功率为P，则下列表示正确的是（　　） A．F＝ρSv2，P＝ρSv3 B．F＝ρSv2，P＝ρSv3 C．F＝ρSv2，P＝ρSv3 D．F＝ρSv2，P＝ρSv3 【能力提升题组】 10.如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1Ω，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重20N。忽略一切摩擦，求： (1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？[来源:学+科+网Z+X+X+K] (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10s内电动机可以把重物匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？[来源:学 11．一个电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后，消耗功率88W． （1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？ （2）电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？ （3）如果接上电源后，电动机被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？ 12..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=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,电压表示数 UV=110 V。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v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2) 13.在如图所示的电路中,电池的电动势E=5 V,内电阻r=10 Ω,固定电阻R=90 Ω,R0是可变电阻。在R0由0增加到 400 Ω的过程,求: (1)可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率; (2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。 14.在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求： (1)这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻． (2)电动机正常工作状态时匀速提升一个2 kg的物体，该物体竖直上升的速度多大？(g取10 m/s2) 15．太阳能汽车是一种环保型的“绿色汽车”，人们正致力研究着。有一辆玩具汽车靠太阳能电池供电，该电池的太阳能集光板面积为600cm2，太阳能电池电动势为30V，内阻为3Ω．现使玩具汽车在水平路面上匀速行驶，其太阳能集光板正对太阳，测得电流强度为2A．已知电动机的直流电阻为2Ω，太阳光垂直照射到地面上单位面积的辐射功率为1.6×103W/m2。 （1）求玩具汽车匀速行驶时，太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率。 （2）这辆玩具汽车的总重为80N，在水平路面上行驶的阻力是车重的0.2倍，这辆玩具车在水平路面上的最大速度是多大？ 16．如图所示一辆电动自行车，它的铭牌上给出了如下的技术参数表，质量为M＝70kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力f恒为车和人总重的k＝0.02倍。取g＝10m/s2，求： 规格 车型 26″电动自行车 整车质量 30kg 最大载重 120kg 后轮驱动直流永磁铁电机 额定输出功率 120W 额定电压 40V 额定电流 3.5A （1）此车永磁铁电机在额定电压下正常工作时的总功率和效率。 （2）该永磁铁电机线圈的电阻是多少？ （3）仅在永磁铁电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度。 【参考答案】 1.B 【解答】解：湖州的常住人口约300万人，平均每户的人口按3人计算，湖州大约100万户家庭，有电视机总数：n＝2×100×104个＝2×106台 所有电视机待机的总功率：P＝n×1＝2×106W＝2×103kW， 湖州地区待机一年的耗电量为：W＝2×103×365×24kW•h＝1.7×107度，与B最接近，故B正确，ACD错误。 2．D 【解答】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P＝可知Pac＝Pbc＜Pac，故ABC错误，D正确。故选：D。 【点评】根据考查电功率的公式的应用，由于不知道具体的电阻值，所以不能求出三种情况下具体的功率，但可以通过比较电阻值的大小关系，由公式P＝比较电功率的大小关系。 3.B 【解析】B、电阻R1与R2并联后与R3串联；并联电阻为：R12＝＝2Ω，并联电路电压相等，串联电路电压比等于电阻比，故有：U并：U3＝R12：R3＝2：4＝1：2，故：U1：U2：U3＝1：1：2，故B正确。 A、串联电路电流相等，并联电路电流比等于电阻的反比，故：＝，I3＝I1+I2，故I1：I2：I3＝1：2：3，故A错误。 C、根据电功率公式P＝UI，有：P1：P2：P3＝U1I1：U2I2：U3I3＝1：2：6，故C错误。 D、相同时间内产生热量之比等于功率之比Q1：Q2：Q3＝1：2：6，故D错误。 故选：B。 4.C 【分析】每一个强光灯与对应的指示灯并联之后在与其他灯串联，L2的灯丝烧断，电路中电阻增大，电流减小，每一部分分担的电压也减小，可求功率的变化。 【解答】解：ABCD、由图可知L1与X1并联、L2与X2并联⋯，然后它们再串联接在220V交流电源上，L2灯丝烧断，电路中总电阻变大，电路中电流变小，又L1与X1并联的电流分配关系不变，则L1与X1的电流都减小，电压也减小，由P＝I2R可知，除L2与X2外，各灯的功率都减小。由于电路电流减小，各并联部分的电压都减小，交流电源总电压220V不变，则X2上的电压增大，根据可知X2的功率变大，故ABD错误，C正确。 5.C　解析：由于排气扇为非纯电阻电器,不满足欧姆定律R=,根据公式P=UI知,该排气扇正常工作时的电流I== A,A错误。发热功率P热=()2×40 W,输出功率P出=P总-P热=[36-()2×40]W,B错误,C正确;因为排气扇正常工作,电功率等于36 W,D错误。 6.D　解析：小灯泡正常发光,由I==2 A,得电路中电流为2 A,电动机的热功率Q=I2·RM=2 W,B错误。电源的输出功率P出=UI=12×2 W=24 W,因电源内阻不可忽略,故整个电路消耗的电动率大于24 W,A错误。电动机的输入功率P入=(U-UL)I=(12-6)×2 W=12 W,D正确,C错误。 7.A 【解答】解：A、物体下降的过程中重力做功：W＝mgh＝10×10×2J＝200J，所以重力做功的功率：W≈0.083W 由于发电的过程中，以及电路中都存在一定的损耗，所以该灯的实际功率一定小于0.083W，有可能是0.068W，故A正确； B、由A的分析可知，每个40min内产生的电能一定小于200J，故B错误； C、由于发电的过程中存在一定的损耗，所以下落过程中发电机输出电能都小于200J，故C错误； D、该发电的过程中重置一次重物时要消耗其他的能量，故D错误； 【点评】解答该题的过程中要注意灯亮度相当于12W日光灯的亮度，不是灯泡的功率是12W，要结合重力做功计算灯泡可能的电功率。 8.AD 【分析】在计算电功率的公式中，总功率用P＝IU来计算，发热的功率用P＝I2R来计算，如果是计算纯电阻的功率，这两个公式的计算结果是一样的，但对于电动机等非纯电阻，第一个计算的是总功率，第二个只是计算发热的功率，这两个的计算结果是不一样的。 【解答】解：AB、电动机和电阻串联，所以电流相等，电阻R两端电压U1＝150V﹣100V＝50V，I＝＝5 A，所以通过电动机的电流为5A，故A正确，B错误。 C、电动机的热功率P热＝I2r＝52×1W＝25W，故C错误。 D、电动机的电功率P＝UI＝10×5W＝500W，输出的机械功功率P'＝P﹣P热＝475W，故D正确。 9.A 【分析】研究极短时间内吹在叶片上的空气，根据动量定理求空气受到的平均作用力，从而根据牛顿第三定律得到叶片受到风的平均作用力F。根据每秒吹在叶片上的空气的动能来求发电机转化成的电功率P。 【解答】解：取极短时间△t内吹在叶片上的空气为研究对象，根据动量定理得：﹣F′△t＝0﹣mv 又m＝ρ（Sv△t） 联立解得：F′＝ρSv2 根据牛顿第三定律可知，叶片受到风的平均作用力为：F＝F′＝ρSv2 每秒吹在叶片上的空气的动能为：Ek＝ρ（Sv•1）v2＝ρSv3 因吹在叶片上的风能全部转化成电能，则发电机转化成的电功率为：P＝Ek＝ρSv3，故A正确，BCD错误。 10.答案:(1)1W (2)5W， 4W (3)2m (4)80%. 解析:本题考查的是电动机电路问题,关键是区分电动机的各种功率,注意它们之间的联系. (1) 根据焦耳定律,热功率 . (2分) (2)电功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积 . (2分) 输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率  (2分) ⑶电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率,在10s内  (1分) 解得. (1分) ⑷机械效率%. (2分) 11.【分析】（1）根据功率P＝UI可以求得电动机的电流的大小； （2）根据PQ＝I2r可以求得转化为内能的功率的大小，再由P机＝P﹣PQ可以求得转化为机械能的功率； （3）当扇叶被卡住不能转动时，此时可以看做是纯电阻，总的功率即为发热的功率． 【解答】解：（1）由P＝UI可得电流为：I＝＝＝0.4A； （2）线圈电阻发热功率：PQ＝I2r＝0.42×20＝3.2W； 机械功率：P机＝P﹣PQ＝88﹣3.2＝84.8W； 电动机的效率：η＝100%＝96.4% （3）当叶片不转动时，作纯电阻，根据欧姆定律，有：I＝＝＝11A； P＝UI＝I2r＝112×20＝2420W． 此时电动机的发热的功率等于电动机消耗的电功率，也是2420W． 答：（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是0.4A； （2）电风扇正常工作时转化为机械能的功率是84.8W，转化为内能的功率是3.2W，电动机的效率是96.4%； （3）如果接上电源后，电动机被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流是11A，电动机消耗的电功率和发热功率都是2420W． 12.答案：(1)5 A　(2)550 W　(3)53 kg 解析　(1)由电路中的电压关系可得电阻R两端电压UR=U-UV=(160-110) V=50 V 流过电阻R的电流IR== A=5 A 则通过电动机的电流IM=IR=5 A (2)电动机两端电压UM=UV=110 V 输入电动机的电功率P电=IMUM=550 W (3)电动机的发热功率P热=r=20 W 电动机输出的机械功率P机=P电-P热=530 W 又因P机=mgv,所以m==53 kg 13.答案：见解析 解析　(1)可变电阻R0上消耗的热功率 P1=I2R0=R0= 　= 由上式可得:当R0=100 Ω时,P1有最大值P1m= W= W。 (2)r与R上消耗的热功率之和 P2=I2(R+r)=×100 由上式可知,R0最大时,P2最小,即当R0=400 Ω时,P2有最小值P2min=×100 W=0.01 W。 14.答案：(1)22.0 W 2 Ω (2)1.1 m/s 解析：(1)当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝＝2 Ω.当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W，线圈电阻的热功率P热＝＝2.02×2 W＝8.0 W，所以P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W. (2)由P出＝mgv得v＝＝m/s＝1.1 m/s. 15.【分析】玩具汽车匀速行驶时太阳能电池的总功率（电功率）比上太阳能集光板的接收功率就是太阳能转化为电能的效率；最大速度时玩具汽车匀速行驶，牵引力等于阻力，利用输出电功率等于牵引功率，可求最大速度。 【解答】解：（1）玩具汽车匀速行驶时太阳能电池的总功率P1＝EI （1） 太阳能集光板的接收功率P2＝600×10﹣4×1.6×103W＝96W （2） 太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率为η＝ （3） 联立（1）（2）（3）得η＝62.5% （4） （2）最大速度时玩具汽车匀速行驶，f＝F＝0.2G （5） 电动机的输出功率为P出＝EI﹣I2（r+R）＝Fv＝fv （6） 联得（5）（6）v＝2.5m/s 答：（1）玩具汽车匀速行驶时，太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率62.5%； （2）这辆玩具车在水平路面上的最大速度是2.5m/s。 【点评】此题文字量大，须认真阅读抓住有用信息；知道效率表达式；熟悉机车启动问题。 16.【分析】（1）由铭牌得到额定电压和额定电流，根据P＝UI求解输入功率，根据效率的计算公式求解效率； （2）根据功率关系可得：P出＝P入﹣I02R求解电阻； （3）人骑车速度达到最大时，牵引力与阻力平衡；根据平衡条件求解阻力；根据P＝Fv求解最大速度。 【解答】解：（1）由表可知，电机的额定电压为：U0＝40V、额定电流为：I0＝3.5A； 所以电机正常工作时总功率为：P总＝U0I0＝40×3.5＝140W 又因电机的输出功率为：P出＝120W 所以电机的效率为：η＝×100%＝×100%＝85.7% （2）根据功率关系可得：P出＝P总﹣R 解得：R＝1.63Ω （3）行驶时所受阻力为：f＝k（M+m）g＝0.02×（30+70）×10＝20N（式中m为车的质量） 当达到最大速度vm时，应有：P出＝fvm 所以最大速度为：vm＝＝m/s＝6m/s 答：（1）此车永磁铁电机在额定电压下正常工作时的总功率为140W，效率为85.7%。 （2）该永磁铁电机线圈的电阻是1.63Ω； （3）仅在永磁铁电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度为6m/s。 10 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $$