5.1 电路中的能量 分层同步练习 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

第一节　电路中的能量 一、必备知识基础练 题组一　电功、电功率的理解和计算 1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　　) 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.W=UIt=I2Rt=t,对任何电路都适用 C.U=IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用 D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路 2.1 kW·h的电能可以供额定功率为25 W的灯泡正常工作的时间是(　　) A.40 h B.50 h C.60 h D.70 h 3.某扫地机器人额定工作电压为12 V,工作电流为2.5 A,正常工作1 min,电流做的功为(　　) A.30 J B.150 J C.288 J D.1 800 J 4.(多选)某品牌电动汽车的铭牌信息如图所示.当该电动汽车在粗糙的水平路面上保持额定功率正常行驶时,下列说法正确的是(　　) 制造年月:2022年06月 乘坐人数:6 驱动电机额定功率:180 kW 驱动电机启动电压:600 V A.当汽车匀速行驶时,牵引力大于阻力 B.当汽车匀速行驶时,牵引力与阻力大小相等 C.驱动电机的启动电流为300 A D.驱动电机的启动电流为1 000 A 题组二　电功与电热的比较 5.随着科技的发展,家用电器种类越来越多.下列家用电器中利用电流的热效应工作的是(　　) 6.某电阻丝的阻值为10 Ω,给其通电1 min,产生的热量为6.0×104 J,则通过该电阻丝的电流大小为(　　) A.2 A B.5 A C.8 A D.10 A 7.(2025北京海淀高一期末)如图所示,扫地机器人由主机和充电座两部分构成.充电座接在220 V的插座上,可以对主机的电池进行充电.在某品牌扫地机器人的说明书上获得下表中的参数,由这些参数可知(　　) 主机 电池电动势、容量 14.4 V、5 200 mA·h 额定电压 14.4 V 额定功率 69 W 充电座 额定功率 28 W 额定输出电压 20 V 额定输出电流 1.2 A A.主机电池充电完毕储存的电能约为5 200 J B.主机以额定功率工作的时间约为2 h C.充电座以额定功率工作时1 s内供给主机的电能约为28 J D.充电座以额定功率工作时1 s内产生的内能约为4 J 题组三　闭合电路中的能量 8.(多选)某节能路灯可通过光控开关自动随周围环境的亮度改变进行发光亮度的控制.其内部电路简化图如图所示,电源电动势为E,内阻为r.R1为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小),R0为定值电阻,灯泡电阻不变.随着傍晚到来,光照逐渐减弱时,下列判断正确的是(　　) A.A灯、B灯都变亮 B.电源的输出功率变大 C.电源的效率变大 D.R1中电流变化量等于R0中电流变化量 9.如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关S,定值电阻R1=R2=R3,通过的电流分别为I1、I2、I3,各电阻两端的电压分别为U1、U2、U3,功率分别为P1、P2、P3,则(　　) A.I1=I2=I3 B.U1=U2=U3 C.P1=P2+P3 D.E=I1r+U1+U2 二、关键能力提升练 10.在如图所示的电路中,R1=R2=R3=R0,电源内阻r=.当开关S与1接通时,R2的电功率为P2,当开关S与2接通时,R2的电功率为P2'.则P2'与P2的比值为(　　) A. B. C. D. 11.(2025广东学业考试)小明将功率为1 500 W、1 000 W、500 W的三个电器接通在同一个插线板上,插线板的导线出现发热现象.下列相关说法正确的是(　　) A.导线的电阻可以忽略,该发热现象与电热无关 B.更换导线更细的插线板,有利于减少发热 C.断开500 W的电器,最有利于减少发热 D.不能将几个大功率电器同时接通在同一个插线板上 12.(多选)如图所示,a、b分别表示一个电池组和一只电阻的U-I图线.以下说法正确的是(　　) A.电池组的内阻是1 Ω B.电阻的阻值为3 Ω C.改变外电阻的阻值时,该电池组的最大输出功率为4 W D.将该电阻与该电池组组成闭合电路,电池组的输出功率是4 W 13.如图所示,电源的电动势E=10 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R1=5 Ω,R2=10 Ω,电动机的线圈电阻R3=0.5 Ω.当开关S闭合,电动机转动稳定后,电压表示数U1=2 V,不计电动机除线圈电阻外其他损耗,求: (1)R2两端的电压U2; (2)电动机的机械效率η. 14.某品牌的共享电动自行车如图甲所示,包括电源、纯电阻车灯、电动机的整车简化电路如图乙所示.电动车相关性能参数如下表所示,电池电动势E=48 V,车灯电阻RL=90 Ω.当S1、S2都接通时,电动车以整车额定功率(电池的总功率)正常工作,电机在额定电压下运转,回答下列问题: XL-48型电动车 电池型号:48 V铅酸电池 电机型号:后轮毂永磁电机 整车质量 30 kg 电池容量 12 Ah 电机绕阻 0.5 Ω 最大载重 120 kg 整车额定功率 360 W 电机额定电压 45 V (1)求总电流I和电池内阻r; (2)求电机正常工作时的输出功率; (3)若70 kg的人骑该车以额定功率在水平路面上匀速行驶,阻力大小与车总重的比值为0.07,试求该车在充满电情况下的最大行驶距离(假设电池可以完全放电,重力加速度g取10 m/s2,结果保留三位有效数字). 三、核心素养拔高练 15.在物理课外实验探究活动中,某小组设计了一个能反映水平风力大小的装置,如图甲所示,电源电压恒定为16 V,R0为定值电阻,L为额定电压2.5 V的小灯泡,其I-U关系的部分数据如图乙所示,AB为长14 cm、阻值60 Ω、粗细均匀的电阻丝(电阻丝的阻值与长度成正比),OP为质量、电阻均不计的金属细杆,下端连接一个重为2 N的圆球P.闭合开关S,无风时,OP下垂并与A端接触,此时电流表示数为0.2 A;有风时,OP绕悬挂点O转动,风对球的作用力F方向始终水平向右,已知OA为10 cm,OP始终与AB接触良好且摩擦忽略不计. (1)求电流表示数为0.2 A时,灯泡的电阻. (2)求无风时R0消耗的电功率. (3)有风时,为防止灯泡烧坏(其两端电压不超过额定电压),允许风对球施加的最大作用力为多少?(OP可看作以O为支点的杠杆) 参考答案 1.D　解析 由电功率公式P=知,电功率越大,表示电流做功越快,对于一段电路,有P=UI,I=,焦耳热Q=Rt,可见Q与P、t都有关,所以,P越大,Q不一定越大,故A错误;W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路,故B错误;U=IR只能用于纯电阻电路中,非纯电阻电路不适用,故C错误;Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于计算任何电路中产生的焦耳热,故D正确. 2.A　解析 根据公式P=可得,正常工作的时间为t==40 h,故选A. 3.D　解析 电流做的功W=UIt=1 800 J,故选D. 4.BC　解析 汽车匀速行驶时,水平方向的牵引力与阻力等大反向,故A错误,B正确;根据P=UI可知,驱动电机的启动电流I=300 A,故C正确,D错误.故选B、C. 5.B　解析 扫地机器人工作时将电能转化为机械能,不是利用电流的热效应工作的,故A错误;电饭煲工作时将电能转化为内能,是利用电流的热效应工作的,故B正确;电风扇工作时将电能转化为机械能,不是利用电流的热效应工作的,故C错误;电视机工作时主要是把电能转化为声能和光能,不是利用电流的热效应工作的,故D错误.故选B. 6.D　解析 根据Q=I2Rt,可得通过该电阻丝的电流大小为I= A=10 A,故选D. 7.D　解析 主机电池充电完毕储存的电能约为W电=qU=(5 200×10-3×3 600×14.4) J=269 568 J,故A错误;主机以额定功率工作的时间约为t= s≈1.09 h,故B错误;充电座以额定功率工作时1 s内供给主机的电能约W=UIt=(20×1.2×1) J=24 J,故C错误;充电座以额定功率工作时1 s内产生的内能约Q=P't-W=(28×1-24) J=4 J,故D正确. 8.AC　解析 光照逐渐减弱时,光敏电阻阻值增大,电路总电阻增大,总电流减小,内电压减小,外电压增大.外电压增大,A灯变亮;支路R0上的电流减小,R0上的电压减小,又因为外电压增大,所以B灯电压增大,所以B灯变亮,故A正确.电源的输出功率P出=R外=,显然,只有当外电阻等于内阻时电源的输出功率才最大,而当R外>r,且始终增大时,电源的输出功率始终减小,而当R外<r,且始终增大时,电源的输出功率会先增大,后减小;电源电动势不变,电源内阻与外电路电阻关系不确定,故电源输出功率无法判断,故B错误.因为外电阻变大,根据η==1-,可知电源的效率变大,故C正确.对于支路R0,有ΔI0=ΔIB+ΔI1,其中ΔI0<0,ΔIB>0,所以|ΔI0|<|ΔI1|,故D错误.故选A、C. 9.D　解析 根据串并联电路的特点可知I1=I2+I3,故A错误;根据并联电路的特点有U2=U3,即有I2R2=I3R3,而R2=R3,则可知I2=I3,又U1=I1R1=(I2+I3)R1,而R1=R2=R3,因此可得U1=2U2=2U3,故B错误;由于U1=2U2=2U3,I1=I2+I3=2I2=2I3,而P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,则可得P1=4P2=4P3,可知P1>P2+P3,故C错误;根据闭合电路的欧姆定律可得E=I1r+U1+U2或E=I1r+U1+U3,故D正确. 10.C　解析 当开关S与1接通时,P2=R0=,当开关S与2接通时P2'=2R0=,得P2'∶P2=,故选C. 11.D　解析 导线的电阻虽然较小,但电流较大时,根据焦耳定律Q=I2Rt,可知发热量仍不可忽略,故A错误;根据电阻定律R=ρ,可知导线越细,横截面积越小,电阻越大,发热量反而增加,故B错误;断开500 W电器后电路总功率为2 500 W,电流减小,但断开1 500 W的电器后,电路总功率为1 500 W,电流减小更显著,所以断开500 W的电器并非最有利于减少发热,故C错误;多个大功率电器同时使用会导致总电流超过插线板承载能力,过热引发危险,故D正确. 12.AC　解析 电池组的内阻等于图线a斜率的绝对值,为r= Ω=1 Ω,故A正确;电阻的阻值等于图线b的斜率,为R= Ω,故B错误;设外电阻为R外,电源的输出功率为P输=I2R外=R外=,根据数学知识可得R外=时分母最小,电源的输出功率最大,此时有R外=r,电源的最大输出功率为P外max= W=4 W,故C正确;两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端时的状态,则此时电阻两端的电压为U=1 V,电流为I=3 A,则电池组的输出功率P=UI=1×3 W=3 W,故D错误.故选A、C. 13.解析 (1)根据闭合电路欧姆定律得E=U2+(I1+I2)r 根据欧姆定律可得通过R2电流I2= 通过R1的电流I1= 解得U2=8 V,I1=1.2 A. (2)电动机的输入功率P=U1I1=2×1.2 W=2.4 W 电动机的发热功率P热=R3=1.22×0.5 W=0.72 W 电动机的输出功率P出=P-P热=2.4 W-0.72 W=1.68 W 电动机的效率η=×100%=×100%=70%. 答案 (1)8 V　(2)70% 14.解析 (1)根据P=UI 可知总电流I==7.5 A 电池内阻r==0.4 Ω. (2)电机正常工作时的输出功率 P出=UMRM=290.5 W. (3)70 kg的人骑该车以额定功率在水平路面上匀速行驶,阻力大小与车总重的比值为0.07,则摩擦力f=0.07(M+m)g=70 N 根据能量守恒,×Eq=fs 其中q=It=12×3 600 C=4.32×104 C 解得s=2.39×104 m. 答案 (1)7.5 A　0.4 Ω　(2)290.5 W　(3)2.39×104 m 15.解析 (1)由电路图可知,灯泡L、定值电阻R0和电阻丝串联,电流表测电路中的电流,当电流表示数为0.2 A时,由图乙可知此时灯泡两端的电压为1 V,所以灯泡的电阻 RL==5 Ω. (2)无风时,OP下垂并与A端接触,电阻丝接入阻值最大为60 Ω,电阻丝两端的电压 UAB=IRAB=0.2 A×60 Ω=12 V 因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以R0两端的电压 U0=U-UL-UAB=3 V 则此时R0消耗的电功率 P0=U0I=3 V×0.2 A=0.6 W. (3)R0的阻值 R0==15 Ω. 为防止灯泡烧坏,灯泡两端的电压不能超过 UL额=2.5 V 由图乙可知,电路中的最大电流 I'=0.3 A 此时风对球的作用力最大,OP绕O转动的角度最大,设此时OP与AB的接触点为C,R0两端的电压 U0'=I'R0=0.3 A×15 Ω=4.5 V RBC两端的电压 UBC=U-UL额-U0'=16 V-2.5 V-4.5 V=9 V 此时电阻丝连入电路的电阻 RBC==30 Ω 即电阻丝AB接入电路中的最小阻值为30 Ω;因电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比,所以 BC=×AB=×14 cm=7 cm 则 AC=AB-BC=14 cm-7 cm=7 cm 如图,把OP视为杠杆,F的力臂为OD,G的力臂等于PD,根据杠杆平衡条件可得 F×OD=G×PD 则 根据相似三角形的知识可得 所以 则 F=×G=×2 N=1.4 N. 答案 (1)5 Ω　(2)0.6 W　(3)1.4 N 8 学科网（北京）股份有限公司 $