2.8 焦耳定律 电路中的能量转化 2.9 家庭电路 分层同步作业-2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

8. 焦耳定律　电路中的能量转化　9. 家庭电路 一、必备知识基础 题组一　对电功的理解及串、并联电路中的电功率 1.用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要时间t,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么(　　) A.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间2t B.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间 C.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间4t D.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间16t 2.两个导体甲、乙串联接入电路后的I-U关系图像如图所示。由图像分析可知下列说法正确的是(　　) A.加在导体甲两端的电压大 B.经一段时间导体甲产生的热量多 C.导体乙的电阻大 D.导体乙消耗的电功率小 题组二　焦耳定律 3.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是(　　) A.电风扇最多 B.电烙铁最多 C.日光灯最多 D.一样多 4.如图所示,直线AC为某一直流电源的总功率P随电流I变化的图线,曲线BC表示同一直流电源内部的热功率P随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1 A,那么AB线段表示的功率为(　　) A.1 W B.6 W C.2 W D.2.5 W 5.在如图所示的电路中,电炉电阻R=20 Ω,电动机线圈的电阻r=1 Ω,电路两端电压U=10 V,电流表的示数为2.5 A。 (1)通过电动机的电流为多少? (2)通电1 min,电动机做的有用功为多少? 6.电热毯是人们常用的电热式家用电器,一般具有加热和保温功能,其工作原理的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。 (1)当开关S闭合和断开时,电热毯分别处于什么状态? (2)电热毯由家庭电路供电,U=220 V,设加热时电热毯的功率为400 W,保温时电热毯的功率为40 W,则R1和R2分别为多大? 题组三　闭合电路中的功率关系 7.如图甲所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示。则下列说法正确的是(　　) A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 W B.图乙中R1=6 Ω,R2=12 Ω C.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大 D.调整滑动变阻器的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A 二、关键能力提升 8.已知两电池a、b的电动势分别为E1、E2,内阻分别为r1、r2。两电池分别接电阻R时,输出功率相等,当外电路电阻变为R'时,电池a、b的输出功率分别为P1、P2,已知E1<E2,R>R',则(　　) A.r1=r2 B.r1>r2 C.P1=P2 D.P1>P2 9.当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　) A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J 10.空气炸锅的等效简化电路图如图所示,电源提供的电压恒为E=6 V,电源内阻不计,小风扇M的额定电压为6 V,额定功率为3 W,线圈内阻为r=1 Ω,电阻R1=R2=10 Ω,则下列说法正确的是(　　) A.只闭合开关S1,小风扇正常工作时电流为6 A B.只闭合开关S1,小风扇正常工作时发热功率为2.75 W C.同时闭合开关S1和S2,若小风扇正常工作,则通过电阻R1的电流为0.3 A D.同时闭合开关S1和S2,若小风扇正常工作,则电阻R1消耗的功率为3.6 W 11.如图所示,已知电源电阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω。 (1)当滑动变阻器的阻值多大时,电阻R1消耗的功率最大? (2)当滑动变阻器的阻值多大时,滑动变阻器消耗的功率最大? (3)当滑动变阻器的阻值多大时,电源的输出功率最大? 三、核心素养拔高 12.电饭煲的电路图如图所示,S1是一个限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到103 ℃时会自动断开;S2是一个自动温控开关,当温度低于60 ℃时会自动闭合,温度高于80 ℃时会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯,它在保温状态下是不亮的,黄灯是保温状态下的指示灯。限流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯的电阻不计。 (1)根据电路分析,叙述电饭煲煮饭的全过程(包括加热和保温的过程)。 (2)简要回答,如果不闭合开关S1,电饭煲能将饭煮熟吗? (3)计算加热和保温两种状态下,电饭煲的消耗功率之比。 参考答案 1.D　由公式Q=t,煮沸一壶水所需的热量为Q=t。当电压变为原来的时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4t,A、B错误。当电压变为原来的时,时间要变为原来的16倍,即16t,C错误,D正确。 2.C　I-U图像中,斜率的倒数表示导体的电阻,由图可知R甲<R乙,故C正确;根据串联电路等流分压,可得U=IR,即加在导体乙两端的电压大,故A错误;由焦耳定律,有Q=I2Rt,可知经一段时间导体乙产生的热量多,故B错误;根据P=I2R知导体甲消耗的电功率小,故D错误。 3.B　在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,B正确。 4.C　由题图可以看出,在C点,电源的总功率等于电源内部的热功率,所以电源的电动势为E=3 V,短路电流为I=3 A,所以电源的内阻为r==1 Ω。题图上AB线段表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×3-12×1) W=2 W。C正确。 5.答案 (1)2 A　(2)960 J 解析 (1)电炉电阻R=20 Ω,电压U=10 V 故电流IR==0.5 A 通过电动机的电流IM=I-IR=2.5 A-0.5 A=2 A。 (2)电动机的总功率P=UIM=10×2 W=20 W 电动机的发热功率P热=r=22×1 W=4 W 故电动机的机械功率是P出=P-P热=20 W-4 W=16 W 做的有用功W=P出t=16×60 J=960 J。 6.答案 (1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态 (2)121 Ω　1 089 Ω 解析 (1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,电热毯消耗的电功率P1=;当S断开时,电热毯消耗的电功率P2=,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。 (2)S闭合时,由P1=得R1= Ω=121 Ω S断开时,由P2= 得R2=-R1= Ω=1 089 Ω。 7.B　把定值电阻等效到电源内部,结合题图乙可知,当RP=R1=R+r=6 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率P2==1.5 W,A错误;滑动变阻器接入电路的阻值为3 Ω、R2时消耗的功率相等,有×3 Ω=R2,解得R2=12 Ω,B正确;当回路中电流最大时,即RP=0时定值电阻R消耗的功率最大,C错误;当RP=0时,电路中电流最大,最大值为Im= A=1 A,则调整滑动变阻器的阻值,不可能使电源的输出电流达到2 A,D错误。 8.D　根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,可知电源的U-I图像的斜率绝对值等于r,要使两电池分别接电阻R时,输出功率相等,则作出两电池及电阻R的U-I图像如图所示,三线交于一点,由图可知r1<r2,A、B错误;因R>R'时,作出R'的U-I图像如图中R',根据电阻的U-I图像与电池的U-I图像的交点表示该电阻接在电池上的工作状态,由P=UI知P1>P2,C错误,D正确。 9.D　设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t。由W1=U1q1和W1=t,可得U1=3 V,=0.1 s/Ω。再由W2=U2q2和W2=t,可求出U2=6 V,W2=3.6 J,D正确。 10.D　由题图可看出当只闭合S1时,电阻R1与R2串联,再与小风扇M并联,则小风扇M的电压刚好为额定电压,则PM=IME,解得IM=0.5 A,小风扇M正常工作时发热功率为PM热=r=0.25 W,A、B错误;由题图可看出同时闭合开关S1和S2,电阻R2被短路,则R1与小风扇M并联,通过电阻R1的电流为E=I1R1,解得I1=0.6 A,电阻R1消耗的功率为P1=R1,解得P1=3.6 W,C错误,D正确。 11.答案 (1)0　(2)2.5 Ω　(3)1.5 Ω 解析 (1)由闭合电路欧姆定律得电阻R1消耗的功率P1=R1,当滑动变阻器阻值R2=0时,R1消耗的功率最大P1m=R1。 (2)解法一:求极值法 滑动变阻器消耗的功率 P2=R2=R2 = 所以当R2=R1+r=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大。 解法二:等效电源法 把定值电阻R1看作电源的内阻,则等效电源的内阻r'=R1+r=2.5 Ω 此时外电路中只有滑动变阻器一个元件,即滑动变阻器消耗的功率就是电源的输出功率,所以当R2=r'=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大。 (3)原理同(2),当R2+R1=r,即R2=r-R1=1.5 Ω时,电源的输出功率最大。 12.答案 见解析 解析 (1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时把手动开关S1闭合,这时黄灯短路红灯亮,电饭煲处于加热状态。 加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合,待电饭煲中水烧干后,温度升高到103 ℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。 由于电饭煲散热,待温度下降至60 ℃时,S2自动闭合,电饭煲重新处于加热状态,待温度上升到80 ℃时,又自动断开,电饭煲再次处于保温状态。 (2)不能,因为如果不闭合S1,则只能将食物加热至80 ℃。 (3)设电饭煲处于加热状态时,功率为P1 P1= 设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2,则 P2= 所以P1∶P2=12∶1。 学科网（北京）股份有限公司 $