含电动机电路的能量转化问题 专项训练 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 聚焦非纯电阻电路能量转化，通过生活实例构建从概念辨析到综合计算的递进训练，强化能量观念与科学推理 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|单选1-5、多选10|电池容量单位、能量转化形式判断|建立非纯电阻电路模型，区分电功与电热| |功率计算|单选2-3、6-9、多选7-9|输入/输出/热功率计算、效率分析|基于P=UI、P=I²r推导能量分配关系| |综合应用|解答11-15|含电源内阻的电路动态分析、机械功率关联|整合闭合电路欧姆定律与能量守恒，实现从理论到实际应用的迁移|

含电动机电路的能量转化问题（含答案） 一、单选题 1．追觅H20 Ultra旋锋版是追觅2024年4月推出的无线洗地机。以其智能水控技术、万向轮、探底躺平技术，解决毛发缠绕问题等优点，广受用户喜爱。已知其电池容量，额定工作电压，额定功率。则下列说法正确的是（    ） A．“”是能量的单位 B．洗地机正常工作时电能全部转化为热能 C．洗地机正常工作时的电流是 D．洗地机充满电后最长正常工作时间为 2．某扫地机器人电动机的输入电压恒为U，线圈电阻为r。正常工作时电流为I。下列说法正确的是（　　） A．正常工作时，电动机的输出功率为UI B．正常工作时，电动机的机械效率为 C．电动机被杂物卡住无法运转时，电动机的发热功率为 D．无论电动机正常工作还是被卡住，电动机的发热功率均为 3．如图为直流电动机提升重物的装置，重物的重量，电源电动势，电动线圈的电阻为3Ω，不计各处摩擦，当电动机以的恒定速度向上提升重物时，通过电源的电流，则（　　） A．电源的输出功率为400W B．电源的内阻为3Ω C．电源的效率为80% D．电动机的效率为75% 4．如图，电动机与灯泡串联接入电路，电源电动势为E，内阻忽略不计。电动机正常工作时，灯泡的电阻为，两端电压为，流过的电流为；电动机的电阻为，两端电压为，流过的电流为。则下列表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 5．某扫地机器人电池容量2000mA·h，额定工作电压15V，额定功率30W，则下列说法正确的是（     ） A．扫地机器人正常工作时的电流是2mA B．扫地机器人的电阻是7.5Ω C．题中mA·h是能量的单位 D．扫地机器人充满电后一次工作时间约为1h 6．当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬间变暗。某同学设计了如图所示的电路来研究这个现象。电路中，灯泡规格为“6V  6W”，电源电动势为7.2V，电动机线圈的电阻为1Ω，电流表内阻可忽略。仅闭合开关，灯泡恰好正常发光。闭合开关，电动机正常工作，电流表示数为2A，不考虑灯泡电阻变化，则此时（　　） A．灯泡两端电压为5V B．灯泡的电功率为4W C．电动机的电功率为7.2W D．电动机输出的机械功率为4.32W 二、多选题 7．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势，电源内阻，电阻，重物质量，当将重物固定时，电压表的示数为，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为，不计摩擦，取，下列说法正确的是（     ） A．电动机内部线圈的电阻为 B．稳定匀速提升重物时，流过电动机的电流为1A C．重物匀速上升时的速度为1.5m/s D．匀速提升重物时电动机的输入功率是2W 8．某款配送机器人内部简化电路如图所示。机器人正常工作时，电源的输出电压为30V，输出电流为4A，电源内阻不可忽略。在某次配送任务中，机器人和货物的总质量为50kg，在水平地面上以的速度匀速行驶，行驶过程中所受阻力大小为总重力的0.2倍，重力加速度。不计其他能量损耗，下列说法正确的是（　　） A．机器人匀速行驶时的机械功率是100W B．机器人正常工作时，电源的总功率是120W C．机器人内部电动机线圈的电阻是 D．机器人正常工作时，电源的发热功率为20W 9．如图所示的电路中，电源电动势为12V，电源内阻r为1.0Ω，电路中的电阻为1.5Ω，小型直流电动机M的内阻R为0.5Ω。闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A。下列判断正确的是（     ） A．电动机的输出功率为14W B．电动机两端的电压为7.0V C．电动机的热功率为2.0W D．电源输出的电功率为24W 10．扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图为某款扫地机器人的主机，已知其电池容量，设其额定工作电压为U，额定工作电流为I，则（     ） A．题中“”是电荷量的单位 B．扫地机器人充满电后一次工作时间为 C．扫地机器人正常工作时的机械功率小于IU D．扫地机器人主机电动机的电阻等于 三、解答题 11．如图所示为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点，可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点，触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态，和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表所示。求： 热风时输入功率 450W 冷风时输入功率 50W 小风扇额定电压 50V 正常工作时小风扇输出功率 40W (1)变压器原、副线圈的匝数比； (2)小风扇的内阻； (3)电热丝的阻值。 12．利用电动机通过如图所示电路提升重物，已知电源电动势，电源内阻，电动机内阻，电阻，重物质量。当电动机以稳定的速度匀速提升重物时，理想电压表的示数为，不计空气阻力和摩擦，g取。求： (1)流经电动机的电流I； (2)电动机的输出功率； (3)重物上升的速度。 13．如图所示的电路中，电源电动势E为36V，内阻r为，定值电阻的阻值为，定值电阻的阻值为。开关S闭合后，电动机M恰好正常工作。已知电动机M的额定电压U为12V，线圈电阻为。求： (1)通过和电动机M的电流； (2)电动机正常工作时产生的机械功率。 14．直流电动机提升重物的装置如图所示，重物的质量为，电源的电动势，内阻为，当电动机以的恒定速率向上提升重物时，电路中的电流为。不计摩擦阻力与空气阻力，取重力加速度大小。求： (1)电动机的输入功率P及输出功率； (2)电动机的线圈内阻。 15．如图所示，电源电动势，内阻，定值电阻，电动机M的线圈电阻，电键S闭合，电动机正常工作时，理想电压表示数为，求： (1)通过电动机的电流是多少； (2)电动机输出的机械功率为多少； 第1页（共4页） ◎ 第2页（共4页） 第1页（共4页） ◎ 第2页（共4页） 学科网（北京）股份有限公司 《含电动机电路的能量转化问题》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C B B D D CD AC BC AC 1．D 【详解】A．洗地机铭牌标注的“mA·h”是电池容量（时间与电流的乘积）的单位，而不是能量的单位，故A错误； B．洗地机正常工作时电能转化为热能和机械能，故B错误； C．洗地机正常工作时的电流约为，故C错误； D．电池充满电时储存的电能大约为 洗地机充满电后一次工作时间约为，故D正确； 故选D。 2．C 【详解】A．正常工作时，电动机的输出功率为，故A错误； B．正常工作时，电动机的机械效率为 ，故B错误； CD．电动机被杂物卡住无法运转时，此时电动机属于纯电阻电路，电动机的发热功率为 正常工作时的发热功率为，故C正确，D错误。 故选C。 3．B 【详解】A．由题意可知，电动机的输出功率为 电动机的热功率为 电动机消耗的电功率，即电源的输出功率为，故A错误； B．电动机两端的电压为 根据闭合电路欧姆定律可得 解得电源的内阻为，故B正确； C．电源的效率为，故C错误； D．电动机的效率为，故D错误。 故选B。 4．B 【详解】A．电源内阻不计，根据串联电路电压规律，总电动势等于各用电器电压之和，即，故A错误； C．电动机和灯泡串联，串联电路电流处处相等，因此，故C错误； B．灯泡是纯电阻，满足欧姆定律 电动机是非纯电阻，能量关系为 整理得，即 结合，可得，故B正确； D．电动机正常工作时是非纯电阻用电器，不满足欧姆定律，即 等式两边同时乘，可知，故D错误。 故选B。 5．D 【详解】A．根据电功率的公式有 解得正常工作电流为 代入已知数据解得 由于，可知扫地机器人正常工作时的电流不是，故A错误； B．扫地机器人包含电动机，属于非纯电阻用电器，工作时消耗的电能除转化为内能外，还转化为机械能，欧姆定律不适用，无法通过公式计算其电阻，故B错误； C．根据电流的定义式有 推导可得电荷量公式为 式中是电流单位，是时间单位，因此是电荷量的单位，不是能量的单位，故C错误； D．电池容量即满电时的总电荷量为，由A选项可知正常工作电流为，则一次工作时间为 代入数据解得，故D正确。 故选D。 6．D 【详解】A．灯泡的电阻，仅闭合开关，电路中的电流，由闭合电路欧姆定律有，闭合开关，灯泡两端电压等于路端电压，有，选项A错误； B．结合前面选项数据，灯泡的电功率，选项B错误； C．结合前面选项数据，通过电动机的电流，电动机的电功率，选项C错误； D．结合前面选项数据，电动机输出的机械功率，选项D正确。 故选D。 7．CD 【详解】A．当将重物固定时，电压表的示数为5V，根据闭合电路欧姆定律有 代入题中数据有 解得 ，故A错误； B．稳定匀速提升重物时，电压表的示数为，流过电动机的电流为，故B错误； C．稳定匀速提升重物时，电动机输出功率 根据能量转化和守恒定律得 联立解得，故C正确； D．匀速提升重物时电动机的输入功率是，故D正确。 故选CD。 8．AC 【详解】A．机器人匀速行驶时，牵引力等于阻力，则 机械功率，故A正确； B．电源的输出电压，输出电流，电源的输出功率 由于电源内阻不可忽略，电源的总功率，故B错误； C．电动机的输入功率 根据能量守恒定律 代入数据解得，故C正确； D．电源的发热功率，由于电动势和内阻未知，无法求出电源的发热功率，故D错误。 故选AC。 9．BC 【详解】ABC．由闭合电路的电压关系得 整理得 电动机的输入电功率为 热功率为 由能量守恒，电动机的输出功率为，故A错误，BC正确。 D．由闭合电路的电压关系，电源路端电压为 电源的输出功率为，故D错误。 故选BC。 10．AC 【详解】A．根据q=It，可知题中“”是电荷量的单位，A正确； B．扫地机器人充满电后一次工作时间为，因工作电流I未知，不能确定工作时间，B错误； C．扫地机器人正常工作时的总功率为IU，由于线圈内阻消耗部分电能，则输出的机械功率小于IU，C正确； D．扫地机器人主机电动机不是纯电阻，则其电阻不等于，D错误。 故选AC。 11．(1)22:5 (2) (3) 【详解】（1）由理想变压器的变压规律可知，理想变压器原、副线圈的匝数比 （2）小风扇正常工作时产生的热功率为 通过小风扇的电流 根据 解得小风扇的内阻为 （3）当电吹风机送出来的是热风时，触片P与触点c、d接触。当吹热风时，设电热丝电阻为，根据能量守恒和表格数据有 解得 12．(1)0.5A (2)1.5W (3)1.5m/s，方向竖直向上 【详解】（1）电路为串联电路，电压表测量路端电压，根据闭合电路欧姆定律可得 代入已知数据可得 （2）根据焦耳定律可得，电动机的热功率为 电动机两端的电压为 电动机的输入功率为 可得电动机的输出功率为 （3）由于电动机的输出功率，等于匀速提升重物做功的功率，则有 可得重物上升的速度，方向竖直向上 13．(1)， (2) 【详解】（1）与电动机M并联，电动机M正常工作，故电动机M和两端电压相等，均为 干路电流 通过的电流 通过电动机M的电流 （2）电动机正常工作时内部线圈的功率 电动机的输入功率 则电动机正常工作时产生的机械功率 14．(1)165W ，160W (2) 【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律，电动机两端电压 电动机的输入功率（总功率）为 电动机匀速提升重物，拉力等于重力 输出功率为机械功率 （2）根据能量守恒，电动机输入功率等于输出机械功率与线圈热功率之和 整理得 15．(1) (2) 【详解】（1）由电路图可知，定值电阻 、电动机与电源串联构成闭合回路，电压表测量的是电动机两端的电压。闭合开关 ，电动机正常工作时，理想电压表示数为，即电动机两端的电压 根据闭合电路欧姆定律，电源电动势等于内、外电路电压之和。由题意可得 代入数据得 整理得 解得电路中的电流，即通过电动机的电流为 （2）电动机为非纯电阻用电器，其输入的电功率，转化的热功率 电动机输出的机械功率 等于输入的电功率减去发热损耗的热功率，即 代入数据解得电动机输出的机械功率为 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $