12.1 电路中的能量转化常见七种题型（提高卷）-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

12.1 电路中的能量转化常见七种题型（提高卷） 题型一　电功、电功率与焦耳定律的概念辨析 题型二　串并联电路的功率分配与计算 题型三　动态电路与功率图像分析 题型四　家用电器与电路应用 题型五　焦耳定律与电热的计算 题型六　非纯电阻电路与电动机 题型七　电路中的能量转化综合计算 题型一　电功、电功率与焦耳定律的概念辨析 【解题技巧】（电功 W＝UIt 适用于任何电路，焦耳热 Q＝I²Rt 也普遍成立，但 W＝I²Rt 仅在纯电阻电路中才与电功相等；非纯电阻电路中 W＝Q＋E其他，电功率 UI 大于热功率 I²R。单位辨析：J＝N·m＝W·s＝A²·Ω·s＝V·C，而 W/s 不是能量单位。概念题逐项检验公式的适用条件与单位的量纲组合，注意"千瓦时"是电能单位。） 1．为了纪念英国物理学家焦耳，人们把“焦耳”作为功和能量的单位。在国际单位制中，下列单位运算的结果一定不等于焦耳的是（     ） A．N（牛顿）·m（米） B．W（瓦特）·s（秒） C．A2（安培2）·Ω（欧姆）·s（秒） D．N（牛顿）·m（米）/s（秒） 2．我国新一代车用电池能够提供更长的续航里程，其参数之一为。其中单位“”（瓦时）对应的物理量是（     ） A．速度 B．位移 C．能量 D．功率 题型二　串并联电路的功率分配与计算 【解题技巧】（串联电路功率与电阻成正比，并联电路功率与电阻成反比；额定电压相同的用电器串联时，额定功率小的实际功率大、更亮。求最值先写出功率关于电阻的表达式再分析；"正常发光"意味着用电器恰在额定电压（额定电流）下工作。计算题先化简电路、明确各电阻的电压电流关系，再按比例或欧姆定律逐步求解。） 3．将一根电阻丝接在某输出电压恒定的电源两端，电流做功的功率为P。若将金属丝均匀拉长为原来的3倍后再接入原来的电路中，则它的功率为（　　） A．9P B． C．3P D． 4．如图所示，电路中四个定值电阻，其中RA、RC的规格为“10V，4W”，RB、RD的规格为“10V，2W”。将该电路连接在某电源两端，功率最大的电阻为（　　） A．RA B．RB C．RC D．RD 5．已知电源电动势为12V，内阻不计。电阻串联接在该电源上，通过电阻的电流为0.3A；若将电阻并联接在该电源上，则通过电阻的电流为0.5A。下列说法正确的是（　　） A．的阻值分别为24Ω、16Ω B．的阻值分别为24Ω、20Ω C．串联时其消耗的电功率之比为 D．并联时其消耗的电功率之比为 6．将三个电阻R1=R2=R3=R连接成如图所示的电路，电压表和电流表均为理想电表，导线电阻不计，电路两端总电压恒为9V，此时电流表示数为1.0A。 (1)求电阻的阻值和电压表示数； (2)将电压表和电流表位置互换，已知电表均未超过量程，求R3的功率。 题型三　动态电路与功率图像分析 【解题技巧】（U-I 图像题先分清定值电阻（过原点直线）与非线性元件（曲线），两图线交点即两者串联时的共同工作状态。动态分析按"电阻变→总电流变→电压重新分配→功率变"的链条推进；滑动变阻器消耗功率最大出现在其阻值等于电路其余部分等效电阻时。两电压表示数变化量之比可利用定值电阻 U＝IR 的关系快速求出。） 7．定值电阻、和滑动变阻器接入如图电路中，电源电压不变，当开关闭合，断开，滑片位于点时，电压表和的示数之比，电流表的示数；接着滑片位于最右端时，电压表和的示数之比，当开关断开，闭合，两个电压表和的示数之比，通过开关的闭合与断开及调节滑动变阻器的滑片，使电路消耗的功率最小为，下列说法正确的是（　　） A．电源的电压为 B．滑动变阻器的最大阻值是 C．当开关断开，闭合，电路消耗的功率为 D．当开关闭合，断开，滑片位于点时，消耗的功率为 8．小灯泡通电后，其电流随所加电压变化的曲线如图所示，为曲线上一点，坐标为，为曲线的切线，与轴交点的电流值为，为轴的垂线，为轴的垂线。下列说法正确的是（　　） A．对应点，小灯泡的电阻为 B．对应点，小灯泡的电阻为 C．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻逐渐减小 D．对应点，小灯泡的功率为曲线与横轴所围图形的面积 9．如图所示是一款电子握力计的电路原理图，M、N均为金属板，N固定不动，当握力F增大时，则（     ） A．滑动变阻器R接入电路中的阻值变小 B．电压表示数增大 C．电阻R的功率一定减小 D．电阻R0的功率增大 10．小明按照图甲连接了实验电路，电源电压恒定，闭合开关S，滑片P从图甲中位置由右向左滑动的过程中，记录了不同位置电流表和电压表的示数。他依据实验数据作出U−I图像，如图乙所示。当电压表示数是4.5V时，电阻R0消耗的电功率大小是（　　） A．1.5W B．3W C．4.5W D．6.75W 11．如图所示，电源电压为且恒定，定值电阻与滑动变阻器串联的电路，已知：，在滑动变阻器的滑片移动过程中，下列表示和消耗的电功率和随两电压表示数、的变化关系图线中，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 12．如图所示，是定值电阻和小灯泡中电流随电压变化的图像，由图像可知（　　） A．乙是小灯泡的图像 B．定值电阻的阻值为5Ω C．定值电阻和小灯泡并联接在的电源上，甲乙消耗的电功率之比为1：2 D．定值电阻和小灯泡串联接在的电源上，电路的总功率为 13．如图甲所示电路中，电源电压恒定，闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片P从最右端移至灯正常发光的位置，此过程中电流表示数与两个电压表示数的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（     ） A．曲线是电流表示数与电压表示数的关系图像 B．灯正常发光时功率为 C．灯正常发光时其电阻为 D．滑动变阻器的最大阻值为 14．如图所示的电路中，电源电压恒为，滑动变阻器的最大电阻为，定值电阻的阻值为，先将滑动变阻器的滑片移到端。求： (1)闭合开关，将滑片移到端的过程中，电源总功率的最大值为多大？ (2)若只闭合，断开，电阻多大时，滑动变阻器消耗的电功率最大，并求出其最大值。 (3)闭合开关，将滑片向端移动的过程中，电流表示数为时，滑动变阻器段的电阻为多大？ 题型四　家用电器与电路应用 【解题技巧】（家电多挡位问题的实质是电阻的串并联切换：接入电阻大时功率小为保温挡，并联或短路部分电阻时功率大为加热挡。分析时先判断开关状态对应的电路结构，用 P＝U²/R 求各挡功率。传感器类应用题抓住"电阻随外界量变化→电流变化→触发开关"的链条，再按欧姆定律列式；用电安全从电流是否超额定值入手。） 15．小明家的“迷你”电饭锅有加热和保温两挡，工作电路如图所示，其中，电饭锅在保温状态下的电路总功率是加热状态下的，下列说法正确的是（　　） A．开关S闭合时电饭锅处于保温状态，S断开时处于加热状态 B．加热挡的功率为550W C．电阻的阻值约为117.3Ω D．电饭锅处于保温状态时电路中的电流为1.5A 16．给你两个阻值相等的电阻R1和R2，三个开关，一个电源。如果想通过开关的通断实现三个功率挡。请在图上用铅笔代替导线，补充完电路，并画出电路图。 四、填空题 17．小明用、两个不同阻值的电热丝，设计了低、高两个挡位的电热器，简化电路如图所示，其中。将该电热器接入电压为220V的电路中，已知低温档的功率为110W，求： (1)电阻的阻值； (2)高温档时电路中的总电流； (3)高温档时该电热器工作600s产生的热量。 题型五　焦耳定律与电热的计算 【解题技巧】（焦耳定律 Q＝I²Rt 适用于任何电路。纯电阻电路中电功全部转化为内热，Q＝W＝UIt＝U²t/R；串联纯电阻时热量与电阻成正比，并联时与电阻成反比。比较不同容器水温问题分别算出各电阻的发热量再排序；计算电能注意单位换算（1 kW·h＝3.6×10⁶ J），保温状态的热量按其实际工作电流计算。） 18．图所示为某款电热水壶的简化电路图，额定电压为为感温开关，1、2是开关连接的触点，和为加热电阻，且阻值保持不变。已知该电热水壶加热挡的额定功率为，保温挡正常工作时的电流为。下列说法正确的是（     ） A．电阻的阻值为 B．加热挡正常工作时的电流为 C．加热挡和保温挡正常工作时功率之比为10：1 D．保温挡正常工作，产生的热量为 题型六　非纯电阻电路与电动机 【解题技巧】（电动机转动时是非纯电阻：输入功率 UI＝输出机械功率＋热功率 I²r，欧姆定律对整个电动机不再适用；卡住不转时才是纯电阻，I＝U/r。计算题先判断电动机状态：正常转动时由电路串并联关系求电流，输出功率＝UI－I²r。效率＝输出功率与输入功率之比。） 19．一台电动玩具汽车内置一块可充电电池，充电时可将电能转化为化学能储存起来。若在某段时间为的充电过程中，充电器向电池的输出电流恒为、输出电压恒为，电池的等效内阻为。则该段时间内，转化为化学能储存的能量为（　　） A． B． C． D． 20．扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。若机器人直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为r，当它正常工作时，下列说法正确的是（   ） A．电动机的电流 B．电动机消耗的电功率 C．电动机输出的机械功率为 D．电动机产生的热量 21．一小型直流电动机接入电路中，电动机两端电压调为时，电动机不转，测得流过电动机的电流；电动机两端电压调为时，电动机正常工作，测得流过电动机的电流，求： (1)电动机线圈内阻； (2)电动机正常工作时的输出功率。 题型七　电路中的能量转化综合计算 【解题技巧】（能量转化综合计算题按“明确电路结构→判断元件状态（纯电阻/非纯电阻）→列功率关系”三步走：串联电路电流处处相等，P=I²R 适合比较串联各部分功率；并联电压相同，P=U²/R 适合比较并联支路。电动机输出功率=UI−I²r，效率=输出功率/输入功率；多过程问题分段列式，注意额定电压、额定功率是正常工作的约束条件，最后用能量守恒检验。） 22．如图所示为洞头鹿西岛风电场，共有2台风力发电机，叶片转动时可形成半径为50 m的圆面。某时段风速为10 m/s，风向恰好与圆面垂直。已知空气密度为1.2 kg/m3，风力发电机将圆内10%的空气动能转化为电能，π取3。下列说法正确的是（     ） A．每秒冲击每台发电机叶片圆面的气流体积约为7.5×103 m3 B．每秒冲击每台发电机叶片圆面的空气动能约为4.5×106 J C．每台发电机发电功率约为9.0×105 W D．该发电场工作1小时，总发电量约为450 kWh 23．某地风力发电机的叶片转动时可形成半径为R的圆面。某时间内该地区的风速为v，风向恰好跟片转动的圆面垂直，已知空气的密度为。假如该风力发电机能将此圆内20%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率为（　　） A． B． C． D． 24．某节水喷灌系统如图所示，水以的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为。喷出的水是从水库抽取的，水面距离喷水口高度保持不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为，输入电流为。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略水在管道中运动的机械能损失，则（    ） A．每秒水泵对水做功为 B．每秒水泵对水做功为 C．水泵输入功率为 D．电动机线圈的电阻为 25．如图所示为某品牌的电动车，质量为，人的质量也为，电动机正常工作的额定输入电流，额定输入电压为，电动车电池的容量为。电动车行驶时所受阻力大小为人和车总重力的0.05倍：该电动车在水平地面上由静止开始以额定功率运行通过的距离，速度达到，忽略电动机转动时的摩擦，重力加速度。下列说法正确的是（    ） A．电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为180分钟 B．该过程中驱动电动机的输出功率为 C．驱动电动机的内阻为 D．电动车能达到的最大速度为 三、作图题 《12.1 电路中的能量转化常见七种题型（提高卷）》参考答案 答题卡 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 D C B D AD D B B B B D 13 15 18 19 20 22 23 24 25 ABD BC BC C C B C BD BC 题型一　电功、电功率与焦耳定律的概念辨析 1．D 【详解】A．根据功的定义式，力的单位是，位移的单位是，因此，故A不符合题意； B．根据功与功率的关系，功率的单位是，时间的单位是，因此，故B不符合题意； C．根据焦耳定律，电流的单位是，电阻的单位是，时间的单位是，因此，故C不符合题意； D．因为，所以，这是功率的单位，不等于焦耳，故D符合题意。 故选D。 2．C 【详解】是功率的单位，是时间的单位，根据电功公式，可知是功（能量）的单位。 故选C。 题型二　串并联电路的功率分配与计算 3．B 【详解】电阻丝拉长后，材料不变，均匀地拉长为原来的3倍，可知其横截面积变为原来的三分之一倍，根据电阻定律，可知其阻值变为原来的9倍，根据可知，电源电压不变时，功率变为原来的。 故选B。 4．D 【详解】根据 可知 因流过电流相等，根据 P=I2R 可知 因电阻两端电压相等，根据 可知 因电阻相等，，根据 P=I2R 可知 即 故选D。 5．AD 【详解】AB．若将电阻串联时，根据欧姆定律 若将电阻并联时，根据欧姆定律 联立可得，，故A正确，B错误； C．串联时其消耗的电功率之比为，故C错误； D．并联时其消耗的电功率之比为，故D正确。 故选AD。 6．(1)，6V (2)27W 【详解】（1）理想电流表短路，理想电压表开路，因此与并联，再与串联。，并联总电阻 ，总电阻 、电阻相等、电压相等，因此电流相等 ，电流表测的就是其中一条支路的电流，由题知 ，干路总电流 总电压 解得 电压表测两端电压，因此电压表示数 （2）电表互换后，电路结构变为与串联，再与并联在总电压两端， 两端电压等于总电压 因此的功率 题型三　动态电路与功率图像分析 7．D 【详解】AB．当开关闭合、断开，滑片位于点时，与串联，电压表测两端的电压，电压表测两端的电压，电流表测电路中的电流，因串联电路中各处的电流相等，且电压表和的示数之比为，所以，由可得：，即 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以电源的电压 接着滑片位于最右端时，变阻器接入电路中的电阻最大，电压表和的示数之比，则，即 当开关断开、闭合时，与串联，电压表测电源两端的电压，电压表测两端的电压，电流表测电路中的电流，因两个电压表和的示数之比，所以，，即 当开关、断开，滑片位于最右端时，、与的最大阻值串联，此时电路的总电阻最大，总功率最小，则 解得 故，电源的电压，故A错误； 滑动变阻器的最大阻值，故B错误； C．当开关断开、闭合时，与串联，电压表测电源两端的电压，电压表测两端的电压，电流表测电路中的电流，电路消耗的功率，故C错误； D．当开关闭合，断开，滑片位于点时，与串联，电压表测两端的电压，电压表测两端的电压，电流表测电路中的电流，消耗的功率，故D正确。 故选D。 8．B 【详解】AB．小灯泡的电阻，对应点的电压为、电流为，因此静态电阻 切线的斜率为，其倒数为动态电阻，不等于静态电阻，故A错误，B正确； C．曲线斜率逐渐减小，说明随着电压增大，减小，即电阻逐渐增大，不是减小，故C错误； D．小灯泡的功率，对应矩形的面积，故D错误。 故选B。 9．B 【详解】A．当握力F增大时，金属板M向N移动，带动滑片P右移，滑动变阻器接入电路的电阻变大，故A错误； B．滑动变阻器接入电路的电阻变大，电路总电阻增大，根据欧姆定律，电路总电流减小，定值电阻的分压随之减小，由电源总电压不变，可得滑动变阻器的分压增大，所以电压表示数增大，故B正确； C．滑动变阻器两端的电压增大，但通过的电流减小，由可知，电阻R的功率不一定减小，故C错误； D．电路中的电流减小，根据可得定值电阻的功率减小，故D错误； 故选B。 10．B 【详解】由图甲可知，定值电阻R0与滑动变阻器R串联接入电路，电流表测量电路中的电流，电压表测量滑动变阻器R两端的电压，由图乙可知，当电路中的电流为0.5A时，电压表示数为6V，当电路中的电流为1.5A时，电压表的示数为3V，可得， 联立，解得电源电压U=7.5V，定值电阻R0 =3Ω，当电压表示数为4.5V时，定值电阻R0两端的电压U0=U-U滑=7.5V-4.5V=3V 通过定值电阻R0的电流 定值电阻R0消耗的功率P0=U0I0=3W 故选B。 11．B 【详解】A．定值电阻与滑动变阻器串联，测的电压，测的电压，根据可知，消耗的功率 由于为常数，由数学知识可知，电功率随电压表示数的变化关系图线为抛物线，故A错误； D．由串联电路电压的规律可知 则消耗的功率 可知电功率随电压表示数的变化关系图线为开口向下的抛物线，当无限接近电源电压时，趋近于0，故D错误； B．由串联电路电压的规律可知 由欧姆定律可得电路电流为 则消耗的电功率为 根据数学知识可知电功率与的变化关系图线为开口向下的抛物线，当 有最大值，故B正确； C．当滑动变阻器连入电路的阻值最大时，由分压原理，电压表的示数最大，根据，滑动变阻器的电功率不可能为0，故C错误。 故选B。 12．D 【详解】AB．由图像可知甲图像表示的电阻值变化，乙图像表示的电阻值不变，乙为定值电阻的图像，当U=4V时，I=0.4A 由欧姆定律可得，电阻R的阻值 故AB错误； C．将定值电阻和小灯泡L并联在电源电压为4V的电路中时，因并联电路中各支路两端的电压相等，且支路电压等于电源电压，所以它们两端的电压均为4V。由图像可知对应的电流， 由电功率，则甲、乙消耗的电功率之比为 故C错误； D．串联电路中各处电流相等，由图可知当通过电路的电流为0.4A时，灯泡两端的电压为1V，定值电阻两端的电压为4V，串联电路总电压等于各部分电压之和，所以此时的电源电压 恰好符合题目条件，则电路的总功率，故D正确。 故选D。 13．ABD 【详解】由电路图可知，闭合开关S，灯泡与滑动变阻器串联，电压表V1测灯泡两端的电压，电压表V2测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。 A．当滑片位于最右端时，变阻器接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，由串联电路的分压原理可知，滑动变阻器两端的电压最大即电压表V2的示数最大，此时灯泡两端的电压最小即电压表V1的示数最小，则曲线b表示电流表示数与电压表V2示数的关系图像，曲线a表示电流表示数与电压表V1示数的关系图像，故A正确； D．由图乙可知，电路中的最小电流I小=0.2A，此时灯泡两端的电压UL=2V，滑动变阻器两端的电压U滑=9V，滑动变阻器的最大阻值为，故D正确； BC．闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片从最右端移至灯正常发光的位置，此时电路中的电流最大，由图乙可知电路中的最大电流I大=0.6A，即灯泡的额定电流为IL=0.6A，此时滑动变阻器两端的电压为3V，则小灯泡两端的电压为UL′=U-U滑=11V-3V=8V，灯正常发光时功率为 灯正常发光时其电阻约为，故B正确，C错误。 故选ABD。 14．(1) (2)当， (3) 或 【详解】（1）闭合，滑片P移到端时，定值电阻与滑动变阻器整个电阻并联，此时总电阻最小，电源总功率最大。 并联电路总电流 电源总功率最大值 （2）只闭合，断开，与​串联，滑动变阻器的功率： 根据均值不等式，当，滑动变阻器功率最大，最大值 （3）设，则，电流表示数，并联部分电压 干路总电流 总电压 代入整理得 解得或 题型四　家用电器与电路应用 15．BC 【详解】A．由图可知，当开关S闭合时，电路中只有一个电阻；当开关S断开时，电路中与串联，此时电路中总电阻为 根据 可知，当开关S闭合时，电路中电阻较小，功率较大电饭锅处于加热状态；S断开时处于保温状态，故A错误； B．当开关S闭合时，加热挡的功率为 故B正确； C．电饭锅在保温状态下的电路总功率是加热状态下的，则 则 解得 故C正确； D．电饭锅处于保温状态时电路中的电流为 故D错误。 故选BC。 16． 【详解】 电路连接图如图所示，当仅闭合开关时，电路仅接入；当仅闭合开关时，电路中和串联；当闭合开关和时，电路中和并联。因此，通过开关通断可以实现控制接入电路的总电阻，从而实现三种功率挡。 17．(1) (2) (3) 【详解】（1）只闭合时，只有接入电路，为低温档。的阻值 （2）闭合、时，与 并联，为高温档。电路总功率为 总电流 （3）电热器为纯电阻电路，产生热量等于消耗的电能 题型五　焦耳定律与电热的计算 18．BC 【详解】A．因电源电压不变，由 可知总电阻最小时功率最大，故当开关接时，被短路，只有接入电路，为加热挡，故可得 当接时，与串联，总电阻最大，功率最小，为保温挡。保温挡总电阻 因此 故A错误； B．加热挡正常工作电流，故B正确； C．保温挡功率，因此功率比：，故C正确。 D． ，保温挡产生的热量，故D错误。 故选BC。 题型六　非纯电阻电路与电动机 19．C 【详解】根据能量守恒可知，电池储存的化学能等于充电时输出总电能与产生的焦耳热之差，则有 故选C。 20．C 【详解】ABC．电动机是非纯电阻，根据能量守恒有 明显 得 电动机输出的机械功率为 故AB错误，C正确； D．经过时间t，电动机产生的热量为 故D错误。 故选C。 21．(1) (2)2.5W 【详解】（1）电动机接入电压为时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻为 （2）电动机两端电压调为时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，电动机的输出功率为 22．B 【详解】A．每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气体积约为，故A错误； B．每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气动能约为，故B正确； C．每台发电机的发电功率约为，故C错误； D．该发电场工作1小时，发电量约为，故D错误。 故选B。 23．C 【详解】根据题意，设时间为，则到达叶片上空气的质量为 代入得 动能为 代入得 转化为电能为 则此风力发电机的功率为 C正确； 故选C。 24．BD 【详解】AB．由题意可知，水从水面到喷出位置之间的过程中，根据能量守恒定律可得 水泵对水做功，使水获得初动能，即在每秒内水泵对水做功为，故A错误，B正确； C．水泵对水做功，使水获得初动能，根据能量关系有水的机械能增加量为 解得P泵出=150W 由题意可知，水泵的输出功率与输入功率之比为75%，即水泵的输入功率为，选项C错误； D．由题意可知，水泵的输入功率等于电动机的输出功率，而电动机的输入功率等于电动机的输出功率和发热功率，即PM出=P泵入， 解得r=20Ω，故D正确。 故选BD。 25．BC 【详解】A．电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为 故A错误； B．由动能定理可得 解得 故B正确； C．根据 解得驱动电动机的内阻为 故C正确； D．电动车能达到的最大速度为 故D错误。 故选BC。 第 1 页 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $