12.1 电路中的能量转化 同步练习-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 高中物理新授课同步练，以“基础+能力”分层设计，通过题组进阶巩固电功、电功率、焦耳定律及能量转化，融合物理观念与科学思维，适配课堂知识内化与能力提升。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础过关练|电功、电功率计算，焦耳定律应用，电路能量转化|题组聚焦单一知识点，如电热水器电路分析（1题）、电饭锅状态判断（2题），夯实物理观念| |能力过关练|多元件功率比较，含电动机电路计算，实际情境应用|综合题型提升科学思维，如四盏灯亮度比较（10题）、农业灌溉水泵效率计算（13题），衔接实际问题解决|

第1节 电路中的能量转化 同步练习 基础过关练 一、选择题: 题组一　电功和电功率 1.(2025浙江六校联盟期中联考)一个小型电热水器如图所示,浸入水中的加热元件RL=1.0 Ω,在外部并联的电阻RS=2.0 Ω。在正常工作时,电源给电路提供I=3.0 A的恒定电流。下列说法正确的是(　　) A.RL两端的电压为3.0 V B.流过RL的电流为1.0 A C.RS上消耗的电功率为2.0 W D.RL上消耗的电功率为16.0 W 2.普通电饭锅工作时有加热和保温两种状态。如图所示为电饭锅的电路图,R1为电阻,R2是加热用的电阻丝,S为开关。若电饭锅在保温状态下的功率是加热状态下功率的一半,则下列描述正确的是(　　) A.R1∶R2=1∶1 B.R1∶R2=1∶2 C.开关S闭合时,电饭锅处于保温状态 D.开关S断开时,R1与R2的功率之比为1∶2 3.(2026江苏淮安中学月考)某型号扫地机器人的铭牌信息如表所示。已知扫地机器人剩余电荷量为480 mA·h时,机器人自动停止扫地并返回充电基座充电。该型号扫地机器人(　　) 额定工作电压 额定功率 电池容量 10 V 40 W 2 400 mA·h A.扫地时额定电流为10 A B.内部电路的总电阻为2.5 Ω C.可以连续扫地的时间为0.48 h D.每次扫地释放的电能最多为8.64×104 J 4.(2026山西太原山西大学附中期中)如图所示,A、B两灯泡的额定电压均为110 V,额定功率PA=100 W、PB=40 W,接在电压恒为220 V的电路中。欲使两灯泡均正常发光,且整个电路消耗的电功率最小,则下面四种电路连接方式中满足要求的是(　　) 　　　 　　　 题组二　焦耳定律 5.(2025辽宁葫芦岛协作校联考)取两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量相同,则先后两次所用时间之比为(　　) A.1∶2　　　B.4∶1　　　C.2∶1　　　D.1∶4 6.(2026湖北武昌实验中学月考)如图甲所示,横截面都是正方形的三段导体,它们的材料和长度都相同,导体B刚好能嵌入导体A,导体C刚好能嵌入导体B,现将三段导体按图乙所示方式接入电路中,则闭合开关后(　　) 　 A.导体A、B、C的电阻之比为3∶2∶1 B.导体A、B、C两端的电压之比为1∶2∶3 C.流过导体A、C的电流之比为1∶3 D.导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1∶1∶4 题组三　电路中的能量转化 7.(2026江苏常州田家炳中学调研)如图1所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图2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,则时间t内(　　) 　 A.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt B.手机电池产生的焦耳热为t C.手机电池产生的焦耳热为UIt D.充电宝输出的电功率为UI+I2r 8.(2026辽宁省实验中学期中)假期期间小明去逛超市,遇促销打折买了一个电吹风,电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图示电路图。下列说法正确的是(　　) 电吹风铭牌参数 额定电压 220 V 额定功率 热风 1 000 W 冷风 250 W A.该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 Ω B.该电吹风电动机M的内阻为193.6 Ω C.当开关S1断开、S2闭合时,电吹风吹热风 D.当开关S1、S2均闭合时,电动机每秒消耗的电能为1 000 J 9.(2026湖北十堰期中)电动自行车低碳环保方便出行。现有一辆电动自行车在水平地面上以5 m/s的速度匀速行驶,车内直流电动机两端的电压为24 V,通过电动机的电流为5 A,此时车和驾驶员(含负载)的总质量为100 kg。设车所受的阻力是车重(含负载)的0.02倍(重力加速度g=10 m/s2),则下列说法中正确的是(　　) A.电动自行车受到的阻力为30 N B.电动机的机械效率为33.3% C.电动机的内阻为0.8 Ω D.电动自行车1 min消耗的电能为6 000 J 能力过关练 一、选择题: 10.在如图所示的电路中，有四盏灯，L1和L2都标有“220 V　100 W”字样，L3和L4都标有“220 V　40 W”字样，把电路接通后，最暗的是(　　) A．L1 B．L2 C．L3 D．L4 11．(多选)国庆期间小明去逛超市，遇促销打折买了一个电吹风，电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图所示电路图．下列说法正确的是(　　) 电吹风铭牌参数 额定电压 220 V　50 Hz 额定功率 热风 1 000 W 冷风 250 W A．该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 Ω B．该电吹风电动机M的内阻为193.6 Ω C．当开关S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风 D．当开关S1、S2均闭合时，电动机每秒消耗的电能为1 000 J 二、计算题: 12.如图所示，M为电动机，N为电炉，电炉的电阻R＝4 Ω，电动机的内阻r＝1 Ω，恒定电压U＝12 V．当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I2＝5 A．求： (1)理想电流表的示数I1及电炉发热功率； (2)电动机的输出功率． 13.(2026重庆八中月考)农业所用的灌溉喷头如图1所示,水泵从地下表层水面抽水,并以不变的速率沿水平方向喷出,每秒喷出的水的质量m=1 kg。地面与水面的距离H=5 m,喷头离地面的高度h=1 m,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力。水泵由电动机带动,水泵的输入功率等于电动机的输出功率,不计电动机的摩擦损耗。水落点到喷口的水平距离为L。为了调节灌溉范围,某同学重新设计了电路,如图2所示。电路的输入电压U0恒为380 V,当滑动变阻器接入电路的阻值R0=190 Ω时,电动机恰好不转动,理想电流表示数I0=1.9 A。 (1)求电动机的内阻r; (2)当滑动变阻器接入电路的阻值为80 Ω时,电流表示数为2 A,求电动机的输出功率; (3)接(2)问,此时L=10h,求水泵的效率。 参考答案： 1.C　RL、RS的并联电阻值为R并== Ω,则RL、RS两端的电压为U并=R并I=2.0 V,流过RL的电流为IL==2.0 A,故A、B错误;流过RS的电流为IS==1.0 A,则RS上消耗的电功率为PS=U并IS=2.0 W,RL上消耗的电功率为PL=U并IL=4.0 W,故C正确,D错误。 2.A　加热状态下电路的总功率较大,保温状态下电路的总功率较小,在纯电阻电路中,电路总功率P=;开关闭合时,R1被短路,电路总功率P1=,开关断开时,R1与R2串联,电路总功率P2=,可知P1>P2,故开关闭合时,电饭锅处于加热状态,C错误。由于P1>P2,结合“保温状态下的功率是加热状态下功率的一半”,可知P1=2P2,所以R1=R2,故A正确,B错误。开关S断开时,R1与R2串联,根据P=I2R可知,R1与R2的功率之比为1∶1,故D错误。 3.C　根据P=UI可得,扫地机器人扫地时的额定电流I===4 A,A错误;若扫地机器人为纯电阻用电器,则电阻R===2.5 Ω,但扫地机器人含电机,工作时部分电能转化为机械能,总电阻无法直接通过额定参数计算,B错误;由题意可知,扫地机器人充满电后可用电荷量q=2 400 mA·h-480 mA·h=1 920 mA·h,额定电流I=4 A=4 000 mA,则可以连续扫地的时间为t== h=0.48 h,C正确;电池充满电储存的电能为W=UQ=10 V×2.4 A·h=24 W·h=86 400 J=8.64×104 J,扫地释放的电能为可用部分,最多为W'=10 V×(2.4-0.48) A·h=19.2 W·h=69 120 J≈6.9×104 J,故D错误。 4.C　根据功率P=可知,灯泡A的电阻RA== Ω=121 Ω,灯泡B的电阻RB== Ω=302.5 Ω。A选项中灯泡A和灯泡B串联,接到220 V的电源上,根据串联电路的分压特点可知,灯泡A两端的电压小于110 V,灯泡B两端的电压大于110 V,所以两灯泡均不能正常发光,A错误。B选项中灯泡A和可变电阻R并联后再与灯泡B串联,灯泡要想正常发光,必须满足灯泡A与可变电阻R并联后的总电阻和灯泡B的电阻相等,但并联电路中总电阻小于任何一个分电阻,所以此电路中灯泡A和灯泡B均不能正常发光,故B错误。C选项中灯泡B和可变电阻R并联后再与灯泡A串联,可以满足灯泡B与可变电阻R并联后的总电阻和灯泡A的电阻相等,即可以使灯泡A和灯泡B正常发光,可得整个电路消耗的电功率为P总=2PA=200 W;D选项中灯泡A和灯泡B并联后与可变电阻R串联,可满足灯泡A与灯泡B并联后的总电阻与可变电阻R的阻值相等,故可以使两灯泡均正常发光,此时整个电路消耗的电功率为P总=2(PA+PB)=280 W。综上可知,C选项中两灯泡均正常发光,且整个电路消耗的电功率最小,选C。 5.B　设每根电阻丝的电阻为R,电路两端所加的电压为U,两电阻丝串联时,由焦耳定律可知,产生的总热量为Q1=t1,两电阻丝并联时,产生的总热量为Q2=t2,且Q1=Q2,则t1∶t2=4∶1,选B。 6.D　根据题意可得,导体A的横截面积为SA=-=L2,导体B的横截面积为SB=-L2=L2,导体C的横截面积为SC=L2,故A、B、C的横截面积相等,又因为它们的材料和长度都相同,由R=ρ可知A、B、C的电阻相等;由串、并联电路的特点和欧姆定律可知,导体A、B、C两端的电压之比为1∶1∶2,流过导体A、B、C的电流之比为1∶1∶2,由Q=I2Rt可知,导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1∶1∶4,故A、B、C错误,D正确。 7.A　时间t内,充电宝输出的电能为E=UIt,根据能量转化与守恒可知,手机电池储存的化学能为E化=UIt-I2rt,故A正确;手机电池产生的焦耳热为Q=I2rt,由于手机电池是非纯电阻用电器,焦耳热不等于t,且焦耳热小于UIt,故B、C错误;充电宝输出的电功率为P=UI,故D错误。 8.A　分析电路图可知,开关S1、S2均闭合时,电动机、发热电阻均工作,电吹风吹热风,P热=1 000 W;开关S1断开、S2闭合时,只有电动机工作,电吹风吹冷风,P冷=250 W,则只有发热电阻工作时的功率为PR=1 000 W-250 W=750 W,根据P=可得,发热电阻的阻值R== Ω≈64.5 Ω,故A正确,C错误。因为电动机是非纯电阻用电器,只知道电动机工作的总功率250 W和工作电压220 V,无法计算电动机的内阻,故B错误。开关S1、S2均闭合时,电吹风吹的是热风,功率为1 000 W,但电动机的功率是250 W,所以电动机每秒消耗的电能为250 J,D错误。 9.C　车所受的阻力是车重(含负载)的0.02倍,所以f=0.02mg=20 N,A错误;由于电动自行车匀速运动,故牵引力F=f,则电动机的输出功率为P出=Fv=100 W,而电动机的总功率为P=UI=120 W,可得电动机的机械效率为η=×100%≈83.3%,故B错误;根据能量转化与守恒可知,电动机消耗的热功率为P热=P-P出=20 W,又因为P热=I2r,解得电动机的内阻为r=0.8 Ω,故C正确;电动自行车1 min消耗的电能为E=Pt=7 200 J,故D错误。 10.答案　C解析　由题意可知，L1、L2的电阻相等，L3、L4的电阻相等．由公式P＝可知，L1和L2的电阻小于L3和L4的电阻．设L1、L2、L3、L4实际消耗的功率分别为P1、P2、P3、P4.由题图可知，通过L1的电流大于通过L2的电流，由公式P＝I2R得到，P1>P2.同理，P4＞P3，P4＞P1.L2和L3的电压相等，由公式P＝可知，P2>P3.故P4＞P1>P2>P3，所以L3最暗． 11.答案　AC解析　由表格可知发热电阻的功率PR＝P－PM＝1 000 W－250 W＝750 W，所以该电吹风发热电阻R＝＝ Ω≈64.5 Ω，故A正确；电动机正常工作过程为非纯电阻用电器，不能使用公式R＝计算电动机内阻，故B错误；由题图可知当开关S1断开、S2闭合时，发热电阻断路，电吹风吹冷风，故C正确；当开关S1、S2均闭合时，电动机正常工作，功率仍然为250 W，故电动机每秒消耗的电能为W＝PMt＝250×1 J＝250 J，故D错误． 12.答案　(1)3 A　36 W　(2)20 W 解析　(1)电炉为纯电阻元件，由欧姆定律得：I1＝＝ A＝3 A 其发热功率为：PR＝I12R＝32×4 W＝36 W； (2)当S1、S2同时闭合时，流过电动机的电流为：I3＝I2－I1＝2 A， 电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：UI3＝P出＋I32r， 代入数据解得：P出＝20 W. 13.答案　(1)10 Ω　(2)400 W　(3)77.5% 解析　(1)当滑动变阻器接入电路的阻值R0=190 Ω时,电动机恰好不转动,视作纯电阻用电器,由欧姆定律可得U0=I0(R0+r) 解得r=10 Ω (2) 当滑动变阻器接入电路的阻值为80 Ω时,电动机两端的电压为 UM=U0-IR=220 V 电动机的输出功率P=UMI-I2r=400 W (3)水泵的输入功率P水泵输入=P=400 W 水泵的输出功率在数值上等于单位时间内水的机械能的增量,即 P水泵输出=mg(H+h)+m 水离开喷口后做平抛运动,可得v0t=L=10h, gt2=h 解得P水泵输出=310 W 故水泵的效率η=×100%=77.5% 学科网（北京）股份有限公司 $