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

**基本信息** 聚焦电路能量转化，以“基础概念→规律应用→综合实践”分层设计，通过生活情境与实际问题巩固能量观念，培养科学推理与模型建构能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|电功、电功率概念及简单计算|结合家电电流、待机耗电等生活实例（题1-4），强化物理观念| |提升层|焦耳定律、串并联功率关系及公式辨析|通过电路参数分析（题5-10）和多公式适用范围判断（题11-12），发展科学思维| |综合层|电动机能量转化及实际问题求解|设置电动机电路计算（题13）、电动自行车效率分析（题14），体现科学态度与责任|

第1节 电路中的能量转化 同步作业 一、选择题: 考点一 电功和电功率 1.下图中的几种家用电器工作时的电流最接近5 A的是( ) 2．下列关于电功的说法中，错误的是( ) A．导体内静电力移动电荷所做的功叫作电功 B．电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程 C．电流做功消耗的能量由电源提供 D．电功就是电能 3.在世界机器人大会中出现如图所示的一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V，机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人( ) A．额定工作电流为20 A B．充满电后最长工作时间为20 h C．电池充满电后总电荷量为7.2×104 C D．以额定电流工作时每秒消耗能量为200 J 4.家电待机耗电问题常常被市民所忽视。据统计，某市的常住人口有900多万，大约有300万户，以用电器平均每天待机20小时计算，参考下表数据，估算该市每年家庭用电器待机耗电总量约为(1度＝3.6×106 J)( ) 家庭常用电器 电视机 洗衣机 空调 电脑 户均数量(台) 1 1 2 1 电器待机功耗(W/台) 10 2 3 10 A．6×106度 B．6×108度 C．6×1010 度 D．6×1012 度 考点二 焦耳定律 5．通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为( C ) A．4Q B．2Q C. D. 6.如图所示是一款无叶电风扇及其铭牌，此款风扇内主要电器元件由内阻为0.5 Ω的电动机和一个换挡元件串联组成。此风扇以额定功率工作1 h，电动机产生的焦耳热为( B ) A．44 J B．72 J C．4.5×104 J D．1.58×105 J 考点三 串、并联电路的功率关系 7.R1和R2分别标有“2 Ω　1.0 A”和“4 Ω　0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( ) A．1.5 W B．3.0 W C．5.0 W D．6.0 W 8．A、B两灯的额定电压都是110 V，A灯的额定功率PA＝100 W，B灯的额定功率PB＝40 W，若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路上，且使两灯均能正常发光，同学们设计了如图所示的甲、乙两种电路，则甲、乙两电路消耗的电功率之比为( ) A．2∶7　　　B．2∶5 C．5∶7　　　D．3∶7 考点四 电路中的能量转化 9．一电动机线圈电阻为R，在它两端加上电压U，电动机正常工作，测得通过它的电流为I，电动机的机械功率是( ) A．I2R B. C．UI－I2R D．UI 10.扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，并能利用红外感应绕开障碍物。某扫地机器人正常工作时电动机的电压为10 V、电流为3 A、线圈电阻为1 Ω。则下列有关它的说法正确的是( ) A．正常工作时，电动机的发热功率为100 W B．正常工作时，电动机的输出功率为9 W C．正常工作时，电动机的总功率为30 W D．电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率为9 W 11．(多选)关于三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝的适用范围，以下说法正确的是( ) A．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率 B．在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率 C．在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可适用于求热功率，第三个公式没有意义 D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P即是电功率 12．(多选)电动机是把电能转化成机械能的一种设备，在工农业、交通运输、国防及家电、医疗等领域应用广泛。如下表格是某品牌电动机铭牌的部分参数，据此信息，下列说法中正确的是( ) 额定功率 1 100 W 额定电压 220 V 额定电流 5.0 A 额定转速 2 900 r/min 效率 90.0% 频率 50 Hz A．该电动机的发热功率为110 W B．该电动机转化为机械能的功率为1 100 W C．该电动机的线圈电阻为4.4 Ω D．该电动机正常工作时每分钟对外做的功为5.94×104 J 二．计算题：(计算要有必要的文字说明和解题步骤，有数值的要注明单位) 13．如图所示是一直流电动机工作时的电路图。电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求： (1)通过电动机的电流； (2)输入电动机的总功率； (3)电动机输出的机械功率。 14.一辆电动自行车的铭牌上给出了如下表所示的技术参数： 规格 后轮驱动直流永磁轮毂电机 车型 26″电动自行车 额定输出功率 120 W 整车质量 30 kg 额定电压 40 V 最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A 质量为M＝70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力f恒为车和人总重的0.02倍。取g＝10 m/s2，求： (1)此车的永磁轮毂电机在额定电压下正常工作的效率； (2)仅在永磁轮毂电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速率。 参考答案: 1.答案:D解析　当电流为5 A时，P＝UI＝220×5 W＝1 100 W，只有电饭锅的功率接近1 100 W，故只有D项正确。 2.答案:D解析　电功是过程量，电能是状态量；在纯电阻电路中，尽管电功的数值等于消耗的电能，但电功不是电能，D项错误。故D项符合题意。 3.答案:C解析　根据P＝UI得，额定工作电流为2 A，A错误；根据Q＝It得，最长工作时间为10 h，B错误；电池充满电后总电荷量Q＝20×3 600 C＝7.2×104 C，C正确；以额定电流工作时每秒消耗能量E＝Pt＝48 J，D错误。 4.答案:B解析　每户家庭用电器待机总功率P＝10 W＋2 W＋2×3 W＋10 W＝28 W，每户家庭的用电器因待机一天消耗的电能E0＝28×20×3 600 J＝2.016×106 J，则每年该市家庭用电器待机耗电总量E＝300×104×365×E0，代入数据并转换为度，可得E≈6×108度。故B项正确。 5.答案:C解析　由电热公式Q＝I2Rt可得Q′＝2·2Rt＝I2Rt＝Q，故C项正确。 6.答案:解析　电动机额定电流I＝＝ A＝0.2 A，则其工作1 h产生的焦耳热Q＝I2Rt＝0.22×0.5×3 600 J＝72 J，故选B。 7.答案:A解析　把R1和R2串联后，由于R2的最大电流较小，故串联后的最大电流为0.5 A，串联后的总电阻为6 Ω，所以电路的最大功率P＝I2R＝0.52×6 W＝1.5 W，A项正确。 8.答案:C解析　A灯泡的额定电流IA＝＝ A＝ A，B灯泡的额定电流IB＝＝ A＝ A，题中甲图电路的功率P甲＝IAU＝×220 W＝200 W，题中乙图电路的功率P乙＝(IA＋IB)U＝(＋)×220 W＝280 W，甲、乙两电路消耗的电功率之比P甲∶P乙＝200 W∶280 W＝5∶7，故A、B、D错误，C正确。 9.答案:C解析　电动机的电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，所以机械功率P机＝P－P热＝UI－I2R，C项正确。 10.答案:C解析　正常工作时，电动机的输入功率P入＝IU，发热功率 P热＝I2R，输出功率P出＝IU－I2R，所以计算可得正常工作时，总功率为30 W，电动机的发热功率为9 W，输出功率为21 W；电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电路的作用)时，电动机的发热功率P热′＝＝100 W，故C项正确。 11.答案:BC解析:首先要明确，U＝IR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同。其次，P＝UI表示电功率，而P＝I2R表示热功率，因此，在纯电阻电路中，UI＝I2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中，UI>I2R，即消耗的电能只有部分转化为内能，综上所述，B、C两项正确。 12.答案:ACD解析　由电动机的额定功率及效率可得电动机的发热功率P热＝P额(1－η)＝1 100 ×( 1－0.9) W＝110 W，电动机转化为机械能的功率 P机＝P额－P热＝1 100 W－110 W＝990 W，故A正确，B错误。由P热＝I2r可得电动机的线圈电阻r＝＝ Ω＝4.4 Ω，故C正确。电动机正常工作时每分钟对外做功W机＝P机t＝990 ×60 J＝59 400 J＝5.94 ×104 J，故D正确。 13.答案　(1)5 A　(2)550 W　(3)530 W 解析　(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压 UR＝U－UV＝(160－110)V＝50 V 通过电阻R的电流IR＝＝ A＝5 A 即通过电动机的电流IM＝IR＝5 A。 (2)电动机的分压UM＝UV＝110 V 输入电动机的总功率P总＝IM·UM＝550 W。 (3)电动机的热功率P热＝Ir＝20 W 电动机输出的机械功率P出＝P总－P热＝530 W。 14.答案　(1)85.7%　(2)6.0 m/s 解析　(1)由题表可知，电机的额定电压U0＝40 V，额定电流I0＝3.5 A，所以电机正常工作时输入功率P入＝U0I0＝140 W。又因电机的输出功率P出＝120 W，所以电机的效率η＝×100%≈85.7%。 (2)行驶时所受阻力f＝k(M＋m)g，式中m为车的质量，当达到最大速率vm时，有P出＝fvm，所以最大速率vm＝＝6.0 m/s。 学科网（北京）股份有限公司 $