12.1 电路中的能量转化 同步练习-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

12.1电路中的能量转化 （本节课知识点为电学能量观念的基础，涉及到焦耳定律的内容及纯电阻电路的能量转化、含电动机模型的电功及功率的计算等，此外还需要同学们掌握串并联电路的特点并能进一步计算，为后续闭合电路的欧姆定律做好铺垫，内容较为重要，故本节习题分层练习。A组选题较为基础，确保所有学生都能掌握基础知识，为后续学习奠定基础；B组难度稍有提升，对重难点题型进行加强练习，适合作为基础较好的同学或重点班的新授课同步练习。） A组基础演练（建议用时18分钟） 一、选择题 1．（考点：串联电路综合及焦耳定律运用）如图所示，电阻R1、R2串联，R1=2R2，流过恒定的电流，则（　　） A．R1、R2的电压之比为1:1 B．R1、R2的电功率之比为1:2 C．通过R1、R2横截面的电荷量之比为1:1 D．相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比为1:2 2．（考点：混联电路综合）定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω，在电路中允许消耗的电功率的最大值分别为10W、10W、2W，现将这三个电阻按照如图所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为（　　） A．22 W B．12 W C．15 W D．16 W 3．（考点：焦耳定律）某电阻的阻值为6Ω，通过的电流为2A，则它在1min的时间内产生的热量为（　　） A．24J B．720J C．1440J D．7200J 4．（考点：电热与电功的关系）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、且 B．在任何电路中都有、，但W不一定等于Q C．、均只有在纯电阻电路中才成立 D．不能计算电路生成的热量，可以计算电路生成的热量 5．（考点：非线性元件与电功、电热）如图所示为小灯泡通电后其电流随电压变化的图像，为图像上两点，坐标分别为、，为图像上点的切线。下列说法正确的是（　　） A．图像的切线斜率越小，小灯泡的阻值越小 B．当小灯泡两端的电压为时，小灯泡的电阻 C．当小灯泡两端的电压为时，小灯泡的电阻 D．小灯泡的功率数值上等于图像与横轴围成的面积大小 6．（多选）（考点：非纯电阻与焦耳定律）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(     ) A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．适用于任何电路，而W＝只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中，UI＞I2R D．焦耳热Q＝I2Rt只适用于纯电阻电路 7．（多选）（考点：电动机能量综合）随着科技发展，扫地机器人作为智能化家电典型代表逐步走入千家万户。如图所示为某一款扫地机器人的主机，产品的相关参数如表所示，下列说法正确的是（　　） A．“”为电荷量的单位 B．主机工作电流约为 C．主机电动机的电阻约为 D．电池最多能储存的能量约为 8．（考点：串联电路综合及电功率综合）如图所示，电源电压恒定不变，灯标有“3V，3W”字样，灯标有“3V，6W”字样，闭合开关S，两灯均正常发光。求： (1)灯的电阻； (2)电流表的示数； (3)电路消耗的总功率。 B组能力提升（建议用时20分钟） 1．（考点：电功和电功率、电阻定律）将一根电阻丝接在某输出电压恒定的电源两端，电流做功的功率为P。若将金属丝均匀拉长为原来的3倍后再接入原来的电路中，则它的功率为（　　） A．9P B． C．3P D． 2．（多选）（考点：串并联电路综合）已知电源电动势为12V，内阻不计。电阻串联接在该电源上，通过电阻的电流为0.3A；若将电阻并联接在该电源上，则通过电阻的电流为0.5A。下列说法正确的是（　　） A．的阻值分别为24Ω、16Ω B．的阻值分别为24Ω、20Ω C．串联时其消耗的电功率之比为 D．并联时其消耗的电功率之比为 3．（考点：含电动机问题的计算）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，电路中另一定值电阻，直流电压，理想电压表示数，试求： (1)通过电动机的电流； (2)电动机的输入电功率； (3)若电动机以匀速竖直向上提升重物，不计空气阻力，求该重物的质量？（取） 4．（考点：电动机问题的能量转化）如图所示，容器中水深60cm，电动机以恒定不变的功率P0向上提升一石块，石块在水中匀速上升的速度为v1=0.25m/s，出水后匀速上升的速度为v2=0.15m/s，石块的体积为V=4×10﹣4m3。若提升过程中，石块受到水的阻力、绳子的自重和摩擦都不计（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）。请计算： (1)石块露出水面前，水对容器底的压强p； (2)石块的质量m为多少？ (3)若电动机两端的电压U0=5V，流经线圈的电流I=0.5A，则线圈的电阻R为多少？ 5．（考点：混联电路综合）如图所示，固定电阻，，滑动变阻器总电阻。调节滑动变阻器滑片，将滑动变阻器滑片置于正中间，再接通S后，电压表读数为6V，这时电路的总功率为36W。 (1)求出固定电阻的阻值。 (2)求S断开后，滑动变阻器的功率 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《12.1能量的转化》参考答案 A组 1．C 【详解】A．串联电路，电流处处相等，根据 则R1、R2的电压之比为 故A错误； B．根据电功率 由于电流相等，故电功率之比与电阻成正比，即R1、R2的电功率之比为2:1，故B错误； C．根据 由于电流相等、时间相等，则通过R1、R2横截面的电荷量之比为1:1，故C正确； D．根据焦耳热 由于电流相等，故相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比等于电阻之比，即相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比为2:1，故D错误。 故选C。 2．B 【详解】首先分析两个并联电阻R2、R3所允许消耗的最大功率，因为R2与R3并联，则两端电压相等，由公式 可知，R2与R3所消耗的电功率一样。已知R2与R3本身允许的最大电功率分别是10W和2W，所以R2、R3在该电路中消耗的最大电功率都是2W，否则会超过R3的最大电功率。再分析R1在电路中允许消耗的最大电功率，把R2与R3看成一个并联电阻R′，R′所消耗的电功率为 则电路就是R1与R′串联，而串联电路电流处处相等，再由P＝I2R知，R1与R′所消耗的电功率之比为 ＝＝2 则R1消耗的电功率为 P1=2×4W＝8W<10W 所以这部分电路消耗的电功率最大值为 故B正确。 故选B。 3．C 【详解】根据焦耳定律可知，它在1min的时间内产生的热量为 故选C。 4．B 【详解】A．在任何电路中，电功公式和电热公式均成立，但仅在纯电阻电路中成立。非纯电阻电路中，故A错误； B．在任何电路中，和均成立，但是否等于取决于电路是否为纯电阻电路。此说法正确，故B正确； C．和的适用性不依赖于电路是否为纯电阻，只有在纯电阻电路两者才相等，故C错误； D．在纯电阻电路中，可计算热量；而能计算任何电路生成的热量，故D错误。 故选B。 5．B 【详解】A．根据欧姆定律有可知，图像中，图线上各点与坐标原点连线的斜率的绝对值表示小灯泡不同状态时的电阻的倒数，根据图像可知，随着所加电压的增大，图线上各点与坐标原点连线的斜率的绝对值减小，即小灯泡的电阻增大，故A错误； BC．根据欧姆定律有可知，图像中某点与坐标原点连线的斜率表示该状态的电阻的倒数，则对应点，小灯泡的电阻为 则对应点，小灯泡的电阻为，故B正确，C错误； D．小灯泡消耗的功率为，可知小灯泡的功率为图中过点的矩形所围面积大小，故D错误。 故选B。 6．BC 【详解】A．电流做功越快，电功率越大是正确的。但是电路中产生的焦耳热不一定多，一个是没有说明时间，另一个没有说明电路是不是纯电阻电路，故选项A错误； B．公式 适用于任何电路，而 只适用于纯电阻电路，选项B正确； C．在非纯电阻电路中消耗的电能一方面转化为内能，一方面转化为其它形式的能，即 P电=P其它+Pr 所以 UI＞I2R 故C正确； D．电热公式 Q=I2Rt 适用于一切电路，故D错误。 故选BC。 7．AD 【详解】A．在单位“”中，mA是电流的单位，h是时间的单位，根据电流的定义式 可得电荷量 所以“”是电荷量的单位，故A正确； B．由题知，主机电动机的功率P=75W，额定电压U=220V，根据 代入数据解得主机电动机工作电流约为，故B错误； C．若主机电动机是纯电阻，根据欧姆定律 可得电阻为 因扫地机器人的电动机不是纯电阻用电器，其消耗的电能一部分转化为机械能，一部分转化为内能，所以不能用欧姆定律进行计算电阻，故C错误； D．已知充电电池的电荷量，额定电压，根据 可得电池最多能储存的能量，故D正确。 故选AD。 8．(1)3Ω (2)3A (3)9W 【详解】（1）灯正常发光时通过的电流 则灯的电阻 （2）灯正常发光时通过的电流 则电流表示数 （3）闭合开关S，、均正常发光，有 B组 1．B 【详解】电阻丝拉长后，材料不变，均匀地拉长为原来的3倍，可知其横截面积变为原来的三分之一倍，根据电阻定律，可知其阻值变为原来的9倍，根据可知，电源电压不变时，功率变为原来的。 故选B。 2．AD 【详解】AB．若将电阻串联时，根据欧姆定律 若将电阻并联时，根据欧姆定律 联立可得，，故A正确，B错误； C．串联时其消耗的电功率之比为，故C错误； D．并联时其消耗的电功率之比为，故D正确。 故选AD。 3．(1) (2) (3) 【详解】（1）由电路中的电压关系可得电阻的分压 则流过电阻的电流 可知通过电动机的电流为 （2）电动机的分压为 则电动机的输入电功率为 （3）电动机的发热功率 电动机输出的机械功率 又因为 可得 4．(1)6000Pa (2)1kg (3)4Ω 【详解】（1）石块露出水面前，水对容器底的压强为 （2）在石块露出水面前，石块排开水的体积就等于自身体积，根据阿基米德原理，可得石块露出水面前受到的浮力 电动机对绳子的拉力为 露出水面后，电动机对绳子的拉力为 根据 因电动机的功率不变，故电动机对绳子的拉力与对应的速度之积为一定值，故有 即 代入已知量解得mg=10N 石块的质量 （3）电动机的输出功率为 若电动机两端的电压U0=5V，流经线圈的电流I=0.5A，线圈的电阻R，发热功率为 电动机的总功率为 因 即 则线圈的电阻 5．(1) (2) 【详解】（1）S闭合，滑片在正中间时，R1与并联后与串联，再与R3并联、再与R4串联，R1与并联后的电阻为 并联后与串联后的总电阻 根据并联电路电压特点可知 所以干路电流为 所以此部分电功率 所以 代入数据解得 （2）由 得 当开关S断开后，R1与并联后再与串联，再与R4串联，此时电路的总电阻为 所以此时干路电流 R2右半边电功率为 R1与R2左半边并联后电流等于干路电流1A，即 根据并联电路电流分流原理 可得 所以R2左半边功率为 故 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $