高中物理復(fù)習(xí)：電路中的能量轉(zhuǎn)化 知識梳理+練習(xí)

12.1電路中的能量轉(zhuǎn)化

學(xué)習(xí)目標(biāo)

課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)

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

3.2.5理解電功、電功率

實(shí)現(xiàn)的，加深對功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識。從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度分析非

及焦耳定律，能用焦耳定

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。

律解釋生產(chǎn)生活中的電熱

科學(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，

現(xiàn)象。

能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象。

3.2.6能分析和解決家庭

科學(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，

電路中的簡單問題，能將

能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象。

安全用電和節(jié)約用電的知

科學(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

識應(yīng)用于生活實(shí)際。

量轉(zhuǎn)化與守恒思想，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識。

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

白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電

實(shí)例電動(dòng)機(jī)、電解槽、日光燈等

熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動(dòng)機(jī)等

1

電功與W=UIt,Q=lRt=^t

W=UIt,Q=I2RtW>Q

電熱

W=Q

u2

電功率P電=口,P熱=產(chǎn)?氏=萬，

KP電=UI,尸熱p電＞尸熱

與熱功率

P電=。熱

方法規(guī)律

1.在任何電路中，P電=UI、P熱=/2R、iv=uit,。=/2放都適用。

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，芻7既不表示電功也不表示電熱，是沒有意義的。

知識梳理

(-)課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識：

一、電功和電熱

1.電功：表達(dá)式W=Uq=，指恒定電場對自由電荷做的功。

w

2.電功率：表達(dá)式p=7=，表示電流做功的。

3.焦耳定律：表達(dá)式。=，表述：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)牛的熱量跟成正比，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：尸=，=/2R。

［注意］①對于純電阻電路：P電=P*=/U=/2R=節(jié)；②對于非純電阻電路：P電=/U=P*+P其他=尸7?+/>

其他產(chǎn)R十卜其他。，

二、非純電阻電路的特點(diǎn)

1.在任何電路中，尸電=U/、P熱=PR、W=UIt,。=/2用都適用。

2.非純電阻電路不遵循歐姆定律，在非純電阻電路中。IR,其中。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+o

4.在非純電阻電路中，著/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：

P：尸2：尸3：…：P"=R1:&：&：…:R”

2.在并聯(lián)電路中，電功率與電阻成,即：

尸1：尸2：23："?：尸"=|:上：A：”,：專。

［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。

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8剛好能嵌入導(dǎo)

體A,導(dǎo)體C剛好能嵌入導(dǎo)體8,現(xiàn)將三段導(dǎo)體串聯(lián)接入到同一電路中，貝1（）

□Oi

ABC

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fo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。貝1（）

A.如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)2ro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noV的電源兩端，需經(jīng)16ft）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)4/0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)16h的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷

【對點(diǎn)訓(xùn)練1］［多選］在如圖甲所示的電路中，電源電動(dòng)勢為3V,內(nèi)阻不計(jì)，Li、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10。。當(dāng)開關(guān)S閉合后（）

A.Li的電阻為1.2。

B.Li消耗的電功率為0.75W

C.L2的電阻為5。

D.L?消耗的電功率為0.1W

【對點(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（）

燈泡

220V

電烙鐵

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（）

功率55W

電壓/頻率220V/50Hz

吊扇直徑1.4m

噪音分貝W67dB(A)

轉(zhuǎn)速320r/min

T重量整機(jī)5.0kg

A.吊扇正常工作時(shí)通過吊扇電機(jī)的電流為0.25A

B.天花板對吊桿的拉力大小等于50N

C.吊扇正常工作時(shí)消耗的電能用于對空氣做功

D.吊扇邊沿A點(diǎn)的最大線速度大小為896兀m/s

【典型例題4】（多選）如圖甲所示，用內(nèi)阻為n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/內(nèi)，充電寶的輸出電壓U、輸出電流/可認(rèn)為是恒定不變的，設(shè)手機(jī)電池的內(nèi)阻為0則

時(shí)間t內(nèi)（）

A.充電寶輸出的電功率為U/一尸八

B.充電寶的總功率為。/+產(chǎn)八

ifi

C.手機(jī)電池產(chǎn)生的焦耳熱為

D.手機(jī)電池增加的化學(xué)能為Ult—Fr2t

【對點(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

1臺平板電視機(jī)1臺空調(diào)1臺洗衣機(jī)1臺臺式電腦

用電器平均數(shù)

每臺用電器平均1423

待機(jī)功率(W)

A.4.8XIO3kgB.4.8X104kg

C.4.8X105kgD.4.8X106kg

【對點(diǎn)訓(xùn)練41［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?，F(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/,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-fr

B.充電器輸出的電功率為U/+/2r

C.電池產(chǎn)生的熱功率為產(chǎn)廠

Tv

D.充電器的充電效率為萬X100%

【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部分的磁場可視為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度

大小2=0.2T,磁鐵上方為S極。電源的電動(dòng)勢E=6V,內(nèi)阻未知，限流電阻Ro=4.8。。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。貝|()

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=7.0Q

C.液體消耗的電功率為1.75W

D.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)i=0.3V的電路中時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過電動(dòng)機(jī)的電

流為/i=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12=L0A,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)Si、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55。

B.電動(dòng)機(jī)的電阻為空。

C.當(dāng)電吹風(fēng)吹冷風(fēng)時(shí)，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120J

D.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7.5。

B.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為2.0。

C.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為30.0W

D.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為26.0W

強(qiáng)化訓(xùn)I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)線圈電阻為廣，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/,貝！1（）

A.通過線圈的電流小于-

B.通過線圈的電流等邛

C.電動(dòng)機(jī)的電功率為尸廠

D.電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為U/

2.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=0.8。，電路中另一電阻R=10

Q,直流電壓。=160V,理想電壓表示數(shù)Uv=110V.試求:

⑴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。=1m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量.（g取10m/s?）

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7.5Q

B.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2A

D.掃地機(jī)器人充滿電后一次工作時(shí)間約為4h

4.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“120

V250A由"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10h

B.額定工作電流為25A

C.動(dòng)力電源充滿電后儲(chǔ)存的電能為1.08X108j

D.電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為4.8。

5.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20A41。

A.額定工作電流為20A

B.充滿電后最長工作時(shí)間為2h

C.電池充滿電后總電量為7.2X104C

D.以額定電流工作時(shí)每秒消耗能量為20J

6.額定電壓都是110V、額定功率PA=110W和尸B=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（）

B

D

【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)量相=10kg

的物體以。=lm/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30。

B.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為5。

C.電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為100W

D.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f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.以應(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.以應(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.加應(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.加應(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4=20Q,電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻當(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)/和電路消耗的電功率尸應(yīng)是（）

A./=1.5AB.Z<1,5A

C.P=15WD.P<15W

10.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（）

~220V

插頭

電吹風(fēng)額定電壓220V

熱風(fēng)時(shí)：990W

電吹風(fēng)額定功率

冷風(fēng)時(shí)：110W

A.開關(guān)Si、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440Q

C.吹熱風(fēng)時(shí)電熱絲的功率為990W

D.吹熱風(fēng)時(shí)通過電熱絲的電流為4A

11.一只電飯煲和一臺洗衣機(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44。，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440。

B.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155.5W

C.1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6X104J,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6X103J

D.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)勢為3.0V,內(nèi)阻不計(jì)，Li、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.Li中的電流為L?中電流的2倍

B.L3的電阻約為1.875Q

C.L3的電功率約為0.75W

D.L?和L3的總功率約為3W

13.［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，貝1（）

自重40kg額定電壓48V