12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 【練習(xí)】2024-2025學(xué)年高二物理 同步練（ 人教版2019必修第三冊(cè)）（原卷版）

12.1電路中的能量轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)3.2.5理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電熱現(xiàn)象。3.2.6能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際。物理觀念：通過實(shí)例分析，理解電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能是通過電流做功來實(shí)現(xiàn)的，加深對(duì)功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識(shí)。從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化，理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系?？茖W(xué)思維：通過推導(dǎo)電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象?？茖W(xué)探究：通過推導(dǎo)電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：聯(lián)系生活中的電風(fēng)扇、空調(diào)、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備，體會(huì)能量轉(zhuǎn)化與守恒思想，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)。002思維導(dǎo)圖純電阻電路與非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路實(shí)例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動(dòng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)、電解槽、日光燈等電功與電熱W＝UIt，Q＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝QW＝UIt，Q＝I2RtW>Q電功率與熱功率P電＝UI，P熱＝I2R＝eq\f(U2,R)，P電＝P熱P電＝UI，P熱＝I2R，P電>P熱方法規(guī)律1.在任何電路中，P電＝UI、P熱＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都適用。2.處理非純電阻電路的計(jì)算問題時(shí)，要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”找等量關(guān)系求解。3.在非純電阻電路中，eq\f(U2,R)t既不表示電功也不表示電熱，是沒有意義的。003知識(shí)梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)：一、電功和電熱1．電功：表達(dá)式W＝Uq＝，指恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷做的功。2．電功率：表達(dá)式P＝eq\f(W,t)＝，表示電流做功的。3．焦耳定律：表達(dá)式Q＝，表述：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟成正比，跟導(dǎo)體的及成正比。4．熱功率(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。(2)表達(dá)式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R。[注意]①對(duì)于純電阻電路：P電＝P熱＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R)；②對(duì)于非純電阻電路：P電＝IU＝P熱＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他。,二、非純電阻電路的特點(diǎn)1.在任何電路中，P電＝UI、P熱＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都適用。2.非純電阻電路不遵循歐姆定律，在非純電阻電路中UIR，其中U為非純電阻用電器兩端電壓，R為該用電器的電阻。3.電流通過非純電阻電路時(shí)，電流做功消耗的電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還要轉(zhuǎn)化成其他形式的能，如機(jī)械能、化學(xué)能等，即W＝＋Q，P＝P熱＋。4.在非純電阻電路中，eq\f(U2,R)t既不表示電功也不表示電熱，是意義的。三、串、并聯(lián)電路的電功率分配關(guān)系1.在串聯(lián)電路中，電功率與電阻成，即：P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝R1∶R2∶R3∶…∶Rn。2.在并聯(lián)電路中，電功率與電阻成，即：P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝eq\f(1,R1)∶eq\f(1,R2)∶eq\f(1,R3)∶…∶eq\f(1,Rn)。[注意]無論電阻如何連接，電路消耗的總功率一定等于各個(gè)電阻消耗的功率之和。004題型精講【題型一】純電阻電路能量分析【典型例題1】如圖所示，橫截面都是正方形的三段導(dǎo)體，它們的材料和長度都相同，導(dǎo)體B剛好能嵌入導(dǎo)體A，導(dǎo)體C剛好能嵌入導(dǎo)體B，現(xiàn)將三段導(dǎo)體串聯(lián)接入到同一電路中，則()A．導(dǎo)體C的電阻最大B．導(dǎo)體A兩端的電壓最大C．導(dǎo)體B消耗的電功率最大D．三段導(dǎo)體在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等【典型例題2】為了生活方便，電熱水壺已進(jìn)入千家萬戶，如果將一電熱水壺接在220V的電源兩端，經(jīng)時(shí)間t0電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷，假設(shè)熱量的損失不計(jì)、加熱絲的阻值不受溫度的影響。則()A．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)2t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷B．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷C．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)4t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷D．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】[多選]在如圖甲所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻不計(jì)，L1、L2為相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，R為定值電阻，阻值為10Ω。當(dāng)開關(guān)S閉合后()A．L1的電阻為1.2ΩB．L1消耗的電功率為0.75WC．L2的電阻為5ΩD．L2消耗的電功率為0.1W【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】電子產(chǎn)品制作車間里常常使用電烙鐵焊接電阻器和電容器等零件，技術(shù)工人常將電烙鐵和一個(gè)燈泡串聯(lián)使用，燈泡還和一只開關(guān)并聯(lián)，然后再接到電壓為220V的交流電上(如圖2所示)，下列說法正確的是()A．開關(guān)接通時(shí)比開關(guān)斷開時(shí)消耗的總電功率大B．開關(guān)接通時(shí)，燈泡熄滅，只有電烙鐵通電，可使消耗的電功率減小C．開關(guān)斷開時(shí)，燈泡發(fā)光，電烙鐵也通電，消耗的總功率增大，但電烙鐵發(fā)熱較少D．開關(guān)斷開時(shí)，燈泡發(fā)光，可供在焊接時(shí)照明使用，消耗的總功率不變【題型二】家電、手機(jī)問題【典型例題3】如圖所示是某品牌吊扇的相關(guān)參數(shù)，g取10m/s2，以下說法正確的是()A．吊扇正常工作時(shí)通過吊扇電機(jī)的電流為0.25AB．天花板對(duì)吊桿的拉力大小等于50NC．吊扇正常工作時(shí)消耗的電能用于對(duì)空氣做功D．吊扇邊沿A點(diǎn)的最大線速度大小為896πm/s【典型例題4】(多選)如圖甲所示，用內(nèi)阻為r1的充電寶為一手機(jī)充電，其等效電路如圖乙所示。在充電開始后的一段時(shí)間t內(nèi)，充電寶的輸出電壓U、輸出電流I可認(rèn)為是恒定不變的，設(shè)手機(jī)電池的內(nèi)阻為r2，則時(shí)間t內(nèi)()A．充電寶輸出的電功率為UI－I2r1B．充電寶的總功率為UI＋I(xiàn)2r1C．手機(jī)電池產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(U2,r2)tD．手機(jī)電池增加的化學(xué)能為UIt－I2r2t【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】2019年12月7日至11日在日本東京舉辦了第十三屆中日節(jié)能環(huán)保綜合論壇，與會(huì)專家統(tǒng)計(jì)：每使用1度(千瓦時(shí))電，就相應(yīng)消耗了0.4kg的標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)產(chǎn)生0.272kg碳粉塵，0.997kg二氧化碳，0.03kg二氧化硫，0.015kg氮氧化物。濟(jì)寧市約有200萬家庭，根據(jù)下表提供的數(shù)據(jù)，估算我市由于這4種用電器待機(jī)一晝夜產(chǎn)生的二氧化碳的質(zhì)量約為()每戶普通家庭用電器平均數(shù)1臺(tái)平板電視機(jī)1臺(tái)空調(diào)1臺(tái)洗衣機(jī)1臺(tái)臺(tái)式電腦每臺(tái)用電器平均待機(jī)功率(W)1423A.4.8×103kg B.4.8×104kgC.4.8×105kg D.4.8×106kg【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】[多選]鋰電池因能量密度高、綠色環(huán)保而廣泛使用在手機(jī)等電子產(chǎn)品中。現(xiàn)用充電器為一手機(jī)鋰電池充電，等效電路如圖所示，充電器電源的輸出電壓為U，輸出電流為I，手機(jī)電池的內(nèi)阻為r，下列說法正確的是()A．電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為UI－I2rB．充電器輸出的電功率為UI＋I(xiàn)2rC．電池產(chǎn)生的熱功率為I2rD．充電器的充電效率為eq\f(Ir,U)×100%【題型三】科學(xué)探究與電動(dòng)機(jī) 【典型例題5】如圖所示，在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極接電源的負(fù)極，沿邊緣內(nèi)壁放另一個(gè)圓環(huán)形電極接電源的正極做“旋轉(zhuǎn)液體實(shí)驗(yàn)”，其中蹄形磁鐵兩極間正對(duì)部分的磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.2T，磁鐵上方為S極。電源的電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻未知，限流電阻R0＝4.8Ω。閉合開關(guān)S后，當(dāng)導(dǎo)電液體旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)理想電壓表的示數(shù)恒為3.5V，理想電流表示數(shù)為0.5A。則()A．從上往下看，液體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)B．玻璃皿中兩電極間液體的等效電阻為R＝7.0ΩC．液體消耗的電功率為1.75WD．1分鐘內(nèi)，液體里產(chǎn)生的熱量為105J【典型例題6】有一小型直流電動(dòng)機(jī)，把它接入U(xiǎn)1＝0.3V的電路中時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過電動(dòng)機(jī)的電流為I1＝0.6A；若把電動(dòng)機(jī)接入U(xiǎn)2＝3.0V的電路中時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是I2＝1.0A，求：(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率是多少？(2)如果電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大？【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練5】如圖所示是某款理發(fā)用的電吹風(fēng)的電路圖，它主要由電動(dòng)機(jī)M和電熱絲R構(gòu)成．當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2后，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，將空氣從進(jìn)風(fēng)口吸入，經(jīng)電熱絲加熱，形成熱風(fēng)后從出風(fēng)口吹出．已知電吹風(fēng)的額定電壓為220V，吹冷風(fēng)時(shí)的功率為120W，吹熱風(fēng)時(shí)的功率為1000W．關(guān)于該電吹風(fēng)，下列說法正確的是()A．電熱絲的電阻為55ΩB．電動(dòng)機(jī)的電阻為eq\f(1210,3)ΩC．當(dāng)電吹風(fēng)吹冷風(fēng)時(shí)，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120JD．當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為880J【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6】在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R，使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．則當(dāng)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)()A．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為7.5ΩB．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為2.0ΩC．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為30.0WD．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為26.0W00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．掃地機(jī)器人能有效清除地板上的灰塵等顆粒垃圾。若掃地機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)線圈電阻為r，當(dāng)它正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端所加的電壓為U，通過的電流為I，則()A．通過線圈的電流小于eq\f(U,r)B．通過線圈的電流等于eq\f(U,r)C．電動(dòng)機(jī)的電功率為I2rD．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為UI2.如圖所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻r＝0.8Ω，電路中另一電阻R＝10Ω，直流電壓U＝160V，理想電壓表示數(shù)UV＝110V．試求：(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流；(2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率；(3)若電動(dòng)機(jī)以v＝1m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量．(g取10m/s2)3.某掃地機(jī)器人電池容量2000mA·h，額定工作電壓15V，額定功率30W，則下列說法正確的是()A．掃地機(jī)器人的電阻是7.5ΩB．題中mA·h是能量的單位C．掃地機(jī)器人正常工作時(shí)的電流是2AD．掃地機(jī)器人充滿電后一次工作時(shí)間約為4h4.新能源電動(dòng)汽車是當(dāng)代生活中重要的交通工具。某品牌觀光新能源電動(dòng)車的動(dòng)力電源上的銘牌標(biāo)有“120V250A·h”字樣。假設(shè)工作時(shí)電源的輸出電壓恒為120V，額定輸出功率為3kW。根據(jù)上述有關(guān)數(shù)據(jù)，下列說法不正確的是()A．電動(dòng)汽車保持額定功率行駛的最長時(shí)間是10hB．額定工作電流為25AC．動(dòng)力電源充滿電后儲(chǔ)存的電能為1.08×108JD．電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為4.8Ω5.如圖為一種服務(wù)型機(jī)器人，其額定功率為48W，額定工作電壓為24V。機(jī)器人的鋰電池容量為20A·h。則機(jī)器人()A．額定工作電流為20AB．充滿電后最長工作時(shí)間為2hC．電池充滿電后總電量為7.2×104CD．以額定電流工作時(shí)每秒消耗能量為20J6.額定電壓都是110V、額定功率PA＝110W和PB＝40W的兩盞電燈，若接在電壓是220V的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是()【素養(yǎng)提升】7.(多選)如圖所示，閉合開關(guān)S后，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為60V，電動(dòng)機(jī)恰好正常工作，此時(shí)質(zhì)量m＝10kg的物體以v＝1m/s的速度被勻速提升，理想電流表的示數(shù)為2A．重力加速度g＝10m/s2，不計(jì)空氣阻力．下列說法正確的是()A．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為30ΩB．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為5ΩC．電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為100WD．電動(dòng)機(jī)正常工作的效率為83.3%8．圖甲表示某金屬絲的電阻R隨攝氏溫度t變化的情況。把這段金屬絲與電池、電流表串聯(lián)起來(圖乙)，用這段金屬絲做測(cè)溫探頭，把電流表的刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個(gè)簡易溫度計(jì)。下列說法正確的是()A．tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關(guān)系B．tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關(guān)系C．tB應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關(guān)系D．tB應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關(guān)系9.(多選)如圖所示，電阻R1＝20Ω，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻R2＝10Ω。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電流表的示數(shù)是0.5A，當(dāng)開關(guān)合上后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應(yīng)是()A.I＝1.5A B.I＜1.5AC.P＝15W D.P＜15W10．某簡易電吹風(fēng)簡化電路如圖所示，其主要部件為電動(dòng)機(jī)M和電熱絲，部分技術(shù)參數(shù)如下表，電吹風(fēng)在220V電壓下工作。下列說法正確的是()電吹風(fēng)額定電壓220V電吹風(fēng)額定功率熱風(fēng)時(shí)：990W冷風(fēng)時(shí)：110WA.開關(guān)S1、S2都閉合時(shí)電吹風(fēng)吹冷風(fēng)B.該電吹風(fēng)中電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為440ΩC.吹熱風(fēng)時(shí)電熱絲的功率為990WD.吹熱風(fēng)時(shí)通過電熱絲的電流為4A11．一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì))，均正常工作。用電流表分別測(cè)得通過電飯煲的電流是5.0A，通過洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50A，則下列說法中正確的是()A．電飯煲的電阻為44Ω，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440ΩB．電飯煲消耗的電功率為1555W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5WC．1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104J，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6×103JD．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍12.如圖甲，電路中電源電動(dòng)勢(shì)為3.0V，內(nèi)阻不計(jì)，L1、L2、L3為三個(gè)相同規(guī)格的小燈泡，小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示。當(dāng)開關(guān)閉合后，下列說法中正確的是()A．L1中的電流為L2中電流的2倍B．L3的電阻約為1.875ΩC．L3的電功率約為0.75WD．L2和L3的總功率約為3W13.[多選]下表列出了某品牌電動(dòng)自行車及所用電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)其自身機(jī)械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，則()自重40kg額定電壓48V載重75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額