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

1. 电路中的能量转化 一、必备知识基础练 题组一　电功和电功率 1.两个导体甲、乙串联接入电路后的I-U关系图线如图所示。由图线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.经一段时间导线甲产生的热量多 C.导体乙的电阻大 D.导体乙消耗的电功率小 2.如图所示,电路中灯泡均正常发光,阻值分别为R1=1 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,R4=4 Ω,电源电压U=12 V,四个灯泡中消耗功率最大的是(　　) A.R1 B.R2 C.R3 D.R4 题组二　焦耳定律 3.(多选)现有一台排风扇如图所示,排风扇电动机的线圈电阻为0.2 Ω,当它两端电压为110 V时,通过的电流为5 A。则这台排风扇(　　) A.每分钟消耗的电能是33 000 J B.每分钟产生的热量为300 J C.输出功率是545 W D.工作效率是82.5% 4.如图甲所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r,不考虑充电过程中手机待机时的耗电,则时间t内(　　) A.充电宝输出的电功率为UI+I2r B.充电宝产生的热功率为I2r C.手机电池产生的焦耳热为t D.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt 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? 二、关键能力提升练 6.(多选)某电学元器件的伏安特性曲线如图所示,图中PQ为曲线上P点的切线。当通过该元器件的电流为0.4 A时,下列说法正确的是(　　) A.该元器件的阻值为250 Ω B.该元器件的阻值为125 Ω C.该元器件消耗的电功率为20 W D.该元器件消耗的电功率无法求解 7.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 8.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,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 9.如图所示的电路,电源两端电压保持不变,R1=20 Ω。当闭合开关S1、S3,断开S2时,电流表的示数为0.3 A;当闭合开关S2、S3,断开S1时,电流表的示数为1.2 A。 (1)求电源两端电压; (2)求电阻R2的阻值; (3)当闭合S1,断开S2、S3时,电路消耗的电功率为P1;闭合S2,断开S1、S3时,电路消耗的电功率为P2,且P1∶P2=1∶2,求电阻R3的阻值; (4)求整个电路消耗的最大电功率和最小电功率。 三、核心素养拔高练 10.如图为某品牌的桶装饮用水电动抽水器,内置充电电池、电动机和小型水泵。已知充电电池的容量Q=1 200 mAh,输入电压U1=5 V,电流I1=1 A。电动机正常工作时,输入电压U2=5 V,额定功率P2=2.5 W,电动机的输出功率等于小型水泵所需要的输入功率,且不计电动机的机械损耗。小型水泵的抽水效率为η=75%。用该电动抽水器抽水时,出水口与桶内水面高度差为h=55 cm,出水速度为v=2 m/s,单位时间内出水的质量为m=0.2 kg,忽略水在管道中的机械能损失,重力加速度g取10 m/s2。求: (1)电动抽水器充满电所需的时间t; (2)单位时间内小型水泵的输出功率P; (3)电动机的内阻r。 参考答案 1.C　I-U图线中,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,可知经一段时间导线乙产生的热量多,故B错误;根据P=I2R知导体甲消耗的电功率小,故D错误。 2.B　解析 由电路图可知R3与R4串联后与R2并联,再与R1串联。并联电路部分的等效电阻为R并==2 Ω,由欧姆定律可知,干路电流即经过R1的电流为I1==4 A,并联部分各支路电流大小与电阻成反比,则R2支路的电流I2=I= A,R3与R4支路的电流I3=I= A,四个灯泡的实际功率分别为P1=R1=16 W,P2=R2= W≈21.3 W,P3=R3= W≈3.6 W,P4=R4= W≈7.1 W,故四个灯泡中功率最大的是R2,故选B。 3.ABC　4.D 5.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。 答案 (1)2 A　(2)960 J 6.BC　由题图可知,当电流为0.4 A时,电压为50 V,则由欧姆定律可知,该元器件的阻值为R= Ω=125 Ω,B正确,A错误;由P=UI可知,该元器件消耗的电功率为20 W,C正确,D错误。 7.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。 8.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。 9.解析 (1)因为电源两端的电压保持不变,当闭合开关S1、S3,断开S2时,R3被短路,R2支路为断路,只有电阻R1接入电路中,即R1两端电压即为电源两端的电压,根据欧姆定律有 U=I1R1=6 V。 (2)当闭合开关S2、S3,断开S1时,电阻R3被短路,R1支路为断路,只有电阻R2接入电路中,因为电源两端的电压保持不变,根据欧姆定律有R2==5 Ω。 (3)闭合S1,断开S2、S3时,电阻R2支路为断路,电阻R1、R3在电路中串联,电路消耗的电功率为P1= 闭合S2,断开S1、S3时,电阻R1支路为断路,电阻R2、R3在电路中串联,电路消耗的电功率为P2= 又因为P1∶P2=1∶2,代入数据得R3=10 Ω。 (4)电源两端的电压保持不变,根据P=可知,电路中总电阻最大时电路功率最小,电路总电阻最小时,电路功率最大,根据串联电路的总电阻总是大于其中任一电阻,并联电路的总电阻总是小于其中最小的电阻的规律可知,当R1、R3串联时,电路的功率最小,为Pmin==1.2 W 当R1、R2并联时,电路的功率最大,为Pmax==9 W。 答案 (1)6 V　(2)5 Ω　(3)10 Ω　(4)9 W　1.2 W 10.解析 (1)充满电的时间t==1.2 h。 (2)小型水泵的输出功率P==1.5 W。 (3)电动机的输出功率P'= W=2 W 电动机工作电流I2= A=0.5 A 由题意可得P2=P'+r,解得r=2 Ω。 答案 (1)1.2 h (2)1.5 W (3)2 Ω 7 学科网（北京）股份有限公司 $