12.1.2 焦耳定律 同步习题-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　第二讲　焦耳定律 · 习题 高二上学期物理人教版必修第三册　第十二章 电能 能量守恒定律　12.1 电路中的能量转化　·　解析版 知识点范围　1．焦耳定律与热功率　2．纯电阻与非纯电阻电路 3．电动机和电解槽的功率计算　4．从铭牌和电池容量读信息 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 15 题　基础过关 10 题　能力提升 5 题　满分 100 分　建议用时 60 分钟 一、基础过关题（50分） 本题组共10小题，每小题5分，共50分。以焦耳定律的直接应用为主，会用电热公式求电流、电阻和热量，能分清电功公式与电热公式各自适用的场合。 1．某电阻丝的阻值为10 Ω，通电1分钟，产生的热量为，则通过该电阻丝的电流大小为（     ） A．2 A B．5 A C．10 A D．100 A 【答案】C 【详解】根据焦耳定律，纯电阻通电产生的热量满足公式 其中通电时间需统一为国际单位。 对公式变形可得电流表达式 代入数值计算得 故选C。 2．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） 【答案】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。 3．在30min时间内，电阻上消耗的电能为0.14kW·h，则通过电阻的电流是（    ） A．10A B． C．18A D．20A E．56A 【答案】B 【详解】由焦耳定律 整理得 将， 代入，得 故选B。 4．关于三条公式：①；②；③，下列叙述正确的是（    ） A．公式①适用于任何电路的电热功率 B．公式②适用于任何电路的电热功率 C．公式①②③适用于任何电路电功率 D．上述没有一个正确 【答案】B 【详解】A．公式适用于任何电路，表示电功率；只有在纯电阻电路中，电功率才等于电热功率，故A错误； B．由焦耳定律可知，任何电路中电阻产生的电热功率均为，故B正确； C．公式适用于任何电路的电功率，而和只适用于纯电阻电路的电功率，故C错误； D．B项正确，故D错误。 故选B。 5．关于电功和电热，下列说法正确的是（　　） A．电功是电流通过导体时产生的热量 B．任何情况下，电功的公式和电热的公式都可以直接通用 C．在纯电阻电路中，电流做的功全部转化为内能，即W=Q D．在电动机中，电流做的功小于产生的热量 【答案】C 【详解】A．电功是电流所做的总功，而电热仅是电流通过导体时产生的热量。在非纯电阻电路中，电功不仅转化为热量，还转化为其他形式的能量，故A错误； B． 公式和仅在纯电阻电路中通用。在非纯电阻电路中，，电功包含其他能量转化，而仅计算热量，两者不相等，故B错误； C． 在纯电阻电路中，电流做的功全部转化为内能，满足，因此，故C正确； D． 在电动机中，电功包含热量和机械能，因此。故D错误。 故选C。 6．一根电阻丝，在通过2C的电量时，消耗的电能为4J，若在相同时间内通过4C的电量时，电阻器上所加的电压U和消耗的电能E各是（　　） A．U=4V，E=16J B．U=8V，E=16J C．U=4V，E=32J D．U=8V，E=32J 【答案】A 【详解】在通过2C的电量时，消耗的电能为4J，则有 ， 在相同时间内通过4C的电量过程有 ， 解得 U=4V，E=16J 故选A。 7．如表格所示是某护眼按摩仪的铭牌信息，当剩余电池电量为总容量的20%时，按摩仪将停止工作。该按摩仪从充满电工作到停止工作的过程中，消耗的电能为（　　） 商品名称 护眼按摩仪 内置电池 500 mA·h/4.0 V 充电输入 DC5 V/0.2 A 工作电压 DC4.0 V 额定功率 0.4 W A．2000 J B．1600 J C． D． 【答案】D 【详解】该按摩仪从充满电到停止工作消耗了总电量的80%，内置电池容量为500 mA·h（即0.5 A·h），工作电压为4.0 V，总电能为 消耗的电能为总电能的80%，有 故选D。 8．如图所示是一个玩具吹风机吹热风时正常工作电路，电源电压为12V。吹热风时吹风机的额定功率为24W，电热丝的电阻为12Ω，每分钟吹风机总共产生的热量共840J。则：电动机的内阻是____Ω；电动机正常工作1分钟产生的机械能相当于将重10N的物体提高_____m；电动机正常工作时将电能转化为机械能的效率为______。 【答案】 2 60 83.3% 【详解】[1]电热丝每分钟产生的热量为 其中为电源电压，为电热丝电阻，大小为，解得 吹风机总共产生了，根据， 其中为电动机产生的热量，解得 电路中总电流为 其中为吹风机额定功率，解得 通过电阻丝电流为 其中为电阻丝电阻，解得 因此通过电动机电流为 解得 根据焦耳定律 其中为电动机内阻，解得 [2]电动机正常工作一分钟时，消耗的电能为 解得 在此过程中电动机产生的热量为 因此电能在转化过程中，一部分转化为了机械能，一部分转化为了热量，所以在这个过程中产生的机械能为 解得 由 其中为物体上升高度，为物体重力，解得 [3]根据转化效率公式 解得 9．一只规格“220V 1000W”的电炉，求： （1）它在正常工作时的电阻； （2）如果电网电压为220V，则电炉工作时的实际功率（假设电炉电阻保持不变）； （3）在220V电压下，电炉每天使用2h产生多少焦耳的热量?一个月（30天）要消耗多少度电? 【答案】（1）     （2）     （3）  ；  60度 【详解】（1）电炉的额定参数为额定电压、额定功率 纯电阻电路中电功率满足公式 变形可得正常工作的电阻 （2）电炉电阻保持不变，实际电压等于额定电压220V，代入 可得， 此时实际功率等于额定功率。 （3）每日工作时间 每日产生的热量 1度电对应1kW·h的电能，电炉功率1000W即1kW，一个月总工作时长 月耗电量 【点睛】 10．电动机的额定电压是110V，额定功率是2.2kW，线圈的电阻是0.5Ω，问： (1)电动机正常工作时的电流多大？ (2)1s内线圈上产生的热量是多少？ (3)1s内转化的机械能是多少？ 【答案】(1)20A (2)200J (3)2000J 【详解】（1）根据功率的计算公式可得 （2）根据焦耳定律可得，1s内线圈上产生的热量 （3）1s内消耗的电能为 转化的机械能为 二、能力提升题（50分） 本题组共5小题，共50分，第1小题5分，第2～4小题每题10分，第5小题15分。重点在纯电阻与非纯电阻的分界，电动机、电解槽这类用电器只能按焦耳定律单独算发热，输入的电能减去发热才是转化成机械能或化学能的部分；多挡位电器还要按开关通断分别求等效电阻和功率。 11．电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相同。开关闭合后，电动机M正常工作，设电阻R和电动机M两端的电压分别为和；经过时间t，电流通过电阻R做功为，产生的热量为；电流通过电动机M做功为，产生的热量为，则有（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】串联电路，电流相同，设开关闭合后，电路中电流为I，对于电阻R，由欧姆定律得，对于电动机M，，则。 根据公式W＝UIt可得。 根据焦耳定律得，则。 故选D。 12．如图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W” 字样的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则（　　） A．电解槽消耗的电功率为20 W B．电解槽的发热功率为60 W C．电解槽消耗的电功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W 【答案】C 【详解】AC．灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V的电压，且电路电流 则电解槽消耗的电功率 A错误C正确； B．电解槽的发热功率 B错误； D．整个电路消耗的总功率 D错误。 故选C。 13．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 【答案】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。 14．锂电池因能量高无污染而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是（　　） A．电池产生的热功率为 B．锂电池的输入功率为 C．充电器输出的电功率为 D．充电器的充电效率为 【答案】CD 【详解】A．电池产生的热功率为，故A错； B．锂电池的输入功率等于锂电池消耗的总功率（也就是锂电池的电功率）为，故B错； C．充电器输出的电功率等于锂电池的输入功率为，故C正确； D．充电器的充电效率，故D正确。 故选CD。 15．如图所示，电源输出电压恒定为U0=20V ，电灯规格为“2V 4W”，电动机线圈的电阻为R0＝1Ω，当可变电阻R＝4Ω时，电灯和电动机都正常工作，求： （1）电动机的额定功率； （2）电动机输出的机械功率和电动机的效率； （3）整个电路工作2min消耗的电能； （4）整个闭合电路工作2min放出的焦耳热。 【答案】（1）20W；（2）80%；（3）4800J；（4）2880J 【详解】（1）电灯正常工作，回路电流 电动机两端电压 解得 所以 （2）电动机热功率 P热＝I2R0＝4W P机＝PM－P热＝16W （3）消耗电能 （4）电灯的电阻 电路放出焦耳热 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.1 电路中的能量转化　第二讲　焦耳定律 · 习题 高二上学期物理人教版必修第三册　第十二章 电能 能量守恒定律　12.1 电路中的能量转化　·　学生版 知识点范围　1．焦耳定律与热功率　2．纯电阻与非纯电阻电路 3．电动机和电解槽的功率计算　4．从铭牌和电池容量读信息 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 15 题　基础过关 10 题　能力提升 5 题　满分 100 分　建议用时 60 分钟 一、基础过关题（50分） 本题组共10小题，每小题5分，共50分。以焦耳定律的直接应用为主，会用电热公式求电流、电阻和热量，能分清电功公式与电热公式各自适用的场合。 1．某电阻丝的阻值为10 Ω，通电1分钟，产生的热量为，则通过该电阻丝的电流大小为（     ） A．2 A B．5 A C．10 A D．100 A 2．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） 3．在30min时间内，电阻上消耗的电能为0.14kW·h，则通过电阻的电流是（    ） A．10A B． C．18A D．20A E．56A 4．关于三条公式：①；②；③，下列叙述正确的是（    ） A．公式①适用于任何电路的电热功率 B．公式②适用于任何电路的电热功率 C．公式①②③适用于任何电路电功率 D．上述没有一个正确 5．关于电功和电热，下列说法正确的是（　　） A．电功是电流通过导体时产生的热量 B．任何情况下，电功的公式和电热的公式都可以直接通用 C．在纯电阻电路中，电流做的功全部转化为内能，即W=Q D．在电动机中，电流做的功小于产生的热量 6．一根电阻丝，在通过2C的电量时，消耗的电能为4J，若在相同时间内通过4C的电量时，电阻器上所加的电压U和消耗的电能E各是（　　） A．U=4V，E=16J B．U=8V，E=16J C．U=4V，E=32J D．U=8V，E=32J 7．如表格所示是某护眼按摩仪的铭牌信息，当剩余电池电量为总容量的20%时，按摩仪将停止工作。该按摩仪从充满电工作到停止工作的过程中，消耗的电能为（　　） 商品名称 护眼按摩仪 内置电池 500 mA·h/4.0 V 充电输入 DC5 V/0.2 A 工作电压 DC4.0 V 额定功率 0.4 W A．2000 J B．1600 J C． D． 8．如图所示是一个玩具吹风机吹热风时正常工作电路，电源电压为12V。吹热风时吹风机的额定功率为24W，电热丝的电阻为12Ω，每分钟吹风机总共产生的热量共840J。则：电动机的内阻是____Ω；电动机正常工作1分钟产生的机械能相当于将重10N的物体提高_____m；电动机正常工作时将电能转化为机械能的效率为______。 9．一只规格“220V 1000W”的电炉，求： （1）它在正常工作时的电阻； （2）如果电网电压为220V，则电炉工作时的实际功率（假设电炉电阻保持不变）； （3）在220V电压下，电炉每天使用2h产生多少焦耳的热量?一个月（30天）要消耗多少度电? 10．电动机的额定电压是110V，额定功率是2.2kW，线圈的电阻是0.5Ω，问： (1)电动机正常工作时的电流多大？ (2)1s内线圈上产生的热量是多少？ (3)1s内转化的机械能是多少？ 二、能力提升题（50分） 本题组共5小题，共50分，第1小题5分，第2～4小题每题10分，第5小题15分。重点在纯电阻与非纯电阻的分界，电动机、电解槽这类用电器只能按焦耳定律单独算发热，输入的电能减去发热才是转化成机械能或化学能的部分；多挡位电器还要按开关通断分别求等效电阻和功率。 11．电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相同。开关闭合后，电动机M正常工作，设电阻R和电动机M两端的电压分别为和；经过时间t，电流通过电阻R做功为，产生的热量为；电流通过电动机M做功为，产生的热量为，则有（     ） A． B． C． D． 12．如图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W” 字样的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则（　　） A．电解槽消耗的电功率为20 W B．电解槽的发热功率为60 W C．电解槽消耗的电功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W 13．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 14．锂电池因能量高无污染而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是（　　） A．电池产生的热功率为 B．锂电池的输入功率为 C．充电器输出的电功率为 D．充电器的充电效率为 15．如图所示，电源输出电压恒定为U0=20V ，电灯规格为“2V 4W”，电动机线圈的电阻为R0＝1Ω，当可变电阻R＝4Ω时，电灯和电动机都正常工作，求： （1）电动机的额定功率； （2）电动机输出的机械功率和电动机的效率； （3）整个电路工作2min消耗的电能； （4）整个闭合电路工作2min放出的焦耳热。 学科网（北京）股份有限公司 $