2025年人教版高中物理精講精練必修3第13講：電路中的能量轉(zhuǎn)化 原卷版

第13講：電路中的能量轉(zhuǎn)化【考點(diǎn)梳理】考點(diǎn)一：電功與電功率的計(jì)算和應(yīng)用考點(diǎn)二：混聯(lián)電路中的功率計(jì)算考點(diǎn)三：焦耳定律的理解與計(jì)算考點(diǎn)四：含電動(dòng)機(jī)電路的計(jì)算考點(diǎn)五：電動(dòng)機(jī)被卡住的電路計(jì)算考點(diǎn)六：電路中能量轉(zhuǎn)化的綜合問題【知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)一、電功(1)定義：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(適用于任何電路)．(3)電流做功的實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程．知識(shí)點(diǎn)二、．電功率(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(適用于任何電路)．知識(shí)點(diǎn)三、．焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt(適用于任何電路)．知識(shí)點(diǎn)四、電功率P＝IU和熱功率P＝I2R的比較1．不論是純電阻電路還是非純電阻電路，電流的電功率均為P電＝UI，熱功率均為P熱＝I2R.只有在純電阻電路中P電＝P熱，IU＝I2R＝eq\f(U2,R)才成立．2．對于非純電阻電路：P電＝P熱＋P其他，即IU＝I2R＋P其他，I≠eq\f(U,R)(歐姆定律不適用)．知識(shí)點(diǎn)五、純電阻電路和非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動(dòng)機(jī)、電解槽能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系W＝Q即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他電功率和熱功率的關(guān)系P＝P熱，即IU＝I2RP＝P熱＋P其他即IU＝I2R＋P其他歐姆定律是否成立U＝IR，I＝eq\f(U,R)成立U＞IR，I＜eq\f(U,R)不成立說明W＝UIt、P電＝UI適用于任何電路計(jì)算電功和電功率Q＝I2Rt、P熱＝I2R適用于任意電路計(jì)算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足W＝Q，P電＝P熱；非純電阻電路W>Q，P電>P熱【題型歸納】題型一：電功與電功率的計(jì)算和應(yīng)用1．（24-25高二上·浙江嘉興）如圖所示，電路中通過R1的電流是4A，已知R1=3Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，則下列說法正確的是（）A．電路的總電阻是6Ω B．通過三電阻的電流之比是C．三電阻兩端的電壓之比為 D．三電阻消耗的電功率之比為2．（22-23高二上·浙江紹興·期末）如圖所示，電路中電阻，，，A、B之間的電壓恒為100V，電壓表和電流表均為理想電表。下列說法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)為60V B．電流表的示數(shù)為2.5AC．電阻兩端的電壓為60V D．電阻消耗的電功率為100W3．（22-23高二上·山東德州·階段練習(xí)）有三個(gè)電阻的阻值及額定功率分別為R1=10Ω，P1=10W，R2=20Ω，P2=80W，R3=5Ω，P3=20W，它們組成的電路如圖（甲）、（乙）、（丙）所示。下列關(guān)于各圖的說法正確的是（）A．圖（甲）電路允許消耗的最大功率為110WB．圖（乙）電路允許通過的最大電流為5.5AC．圖（丙）兩端允許通過的最大電流為2AD．圖（甲）兩端允許加的最大電壓為35V題型二：混聯(lián)電路中的功率計(jì)算4．（24-25高一上·山西太原·開學(xué)考試）如下圖所示，A、B兩燈泡額定電壓都為110V，額定功率、，接在電壓恒為220V電路上，欲使兩燈泡均正常發(fā)光，且整個(gè)電路消耗的電功率最小，則下面四種電路連接方式中滿足要求的是（）A． B．C． D．5．（23-24高一上·山東淄博·開學(xué)考試）四個(gè)定值電阻按圖示連接方式連入電路。已知、的規(guī)格為“10V

4W”，、的規(guī)格為“10V

2W”。這四個(gè)電阻消耗功率的大小關(guān)系為（

）

A． B．C． D．6．（2019高二上·上海奉賢·專題練習(xí)）如圖所示電路，兩個(gè)小燈泡上分別標(biāo)有：：“”和：“”。把A、b兩端接在輸出電壓為的電源上，兩個(gè)小燈泡剛好都能正常發(fā)光。求：（1）電阻與的阻值；（2）電路的總功率；（3）請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)功率更小的電路，要求接在電源上時(shí)，兩個(gè)燈泡都能正常發(fā)光。把你設(shè)計(jì)的電路圖畫在下面，并計(jì)算出電路的總功率。題型三：焦耳定律的理解與計(jì)算7．（22-23高二上·山東濟(jì)南·期中）下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是（）A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．焦耳熱適用于任何電路C．電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí)的電功率和熱功率相等D．靜電力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運(yùn)動(dòng)的速率越來越大8．（21-22高二·全國·課后作業(yè)）下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是（）A．電功率越大，則電流做功越快，電路中產(chǎn)生的熱量一定越多B．W=UIt適用于任何電路，而只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，D．熱量適用于任何電路9．（21-22高二上·山東濟(jì)南·階段練習(xí)）下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中錯(cuò)誤的是（）A．適用于任何電路，而只適用于純電阻電路B．在非純電阻電路中，C．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多D．焦耳熱適用于任何電路題型四：含電動(dòng)機(jī)電路的計(jì)算10．（24-25高二上·云南普洱）如圖所示，電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻是，電阻，直流電壓，理想電壓表示數(shù)，以下判斷錯(cuò)誤的是（

）A．電動(dòng)機(jī)通過的電流為 B．電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為C．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為 D．電動(dòng)機(jī)工作1分鐘所產(chǎn)生的熱量為11．（23-24高三上·江蘇·階段練習(xí)）在如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢為10V，內(nèi)阻為1.0Ω，電路中電阻R0為1.5Ω，小型直流電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻為0.5Ω，閉合開關(guān)S后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，理想電流表的示數(shù)為2.0A，則下列說法中錯(cuò)誤的是（）A．電源兩端的電壓為8V B．電源輸出的電功率為16WC．電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為5.0V D．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為10W12．（23-24高二上·安徽六安·期中）如圖所示，用直流電動(dòng)機(jī)提升重物，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為1Ω，重物的質(zhì)量。電源內(nèi)阻為1Ω，不計(jì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路中的電流。重力加速度g取，則下列說法正確的是（）A．電動(dòng)機(jī)總功率為100W B．電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為25VC．電源的電動(dòng)勢為33V D．電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率約為68%題型五：電動(dòng)機(jī)被卡住的電路計(jì)算13．（20-21高二下·四川成都）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，電路中電表均為理想電表。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0.5A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20B．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為7.5C．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為30WD．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為22W14．（20-21高二上·黑龍江大慶·階段練習(xí)）微型吸塵器的直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻一定，把它接入電壓為U1=0.2V的電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測得此時(shí)流過電動(dòng)機(jī)的電流是I1=0.4A；若把電動(dòng)機(jī)接入電壓為U2=2.0V的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是I2=1.0A，則（）A．電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為2ΩB．電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為0.5WC．電動(dòng)機(jī)的效率為75%D．電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)線圈在1min內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為120J15．（21-22高一下·貴州黔東南·期末）如圖所示的電路中，若把小型直流電動(dòng)機(jī)接入電壓為的電路中時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過電動(dòng)機(jī)的電流是；若把電動(dòng)機(jī)接入的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是，求：（1）電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻為；（2）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率。題型六：電路中能量轉(zhuǎn)化的綜合問題16．（24-25高二上·江蘇泰州）小明同學(xué)玩一個(gè)會(huì)發(fā)光的電動(dòng)玩具汽車時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：啟動(dòng)電源，電動(dòng)機(jī)正常工作，車輪正常轉(zhuǎn)動(dòng)、當(dāng)不小心卡住車輪時(shí)，車燈會(huì)變暗。玩具汽車的簡化電路如圖所示，電源電動(dòng)勢E=10V，r=2Ω，車輪電動(dòng)機(jī)的額定電壓UM=6V，燈泡電阻為R=6Ω，線圈電阻RM=1Ω。則：(1)玩具汽車正常工作時(shí)，流過電動(dòng)機(jī)的電流：(2)玩具汽車被卡住后，流過電動(dòng)機(jī)的電流：(3)玩具汽車卡住前后，電動(dòng)機(jī)消耗功率的變化量。17．（24-25高二上·山東濟(jì)寧）下圖是利用電動(dòng)機(jī)提升重物的示意圖，其中D是直流電動(dòng)機(jī)。P是一個(gè)質(zhì)量為m的重物，它用細(xì)繩拴在電動(dòng)機(jī)的軸上。電源電動(dòng)勢E=120V，閉合開關(guān)S，重物P以速度v勻速上升，這時(shí)電流表和電壓表的示數(shù)分別是I＝5.0A和U＝110V，重物P上升的速度v＝0.80m/s。重物的質(zhì)量m＝50kg（g?。?。求：(1)電源的內(nèi)阻r多大？(2)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率多大？(3)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R多大？18．（23-24高二上·陜西渭南·期末）利用電動(dòng)機(jī)通過如圖所示電路提升重物，已知電源電動(dòng)勢，電源內(nèi)阻，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻，電阻，重物質(zhì)量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定的速度勻速提升重物時(shí)，理想電壓表的示數(shù)為。不計(jì)空氣阻力和摩擦，取。求：（1）電源的輸出功率；（2）電動(dòng)機(jī)的輸出功率和重物上升的速度?！靖叻诌_(dá)標(biāo)】一、單選題19．（24-25高二上·遼寧）一船模玩具如圖所示，電池組直接給電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳使船模在水中前進(jìn)。已知電池組的電動(dòng)勢為3V、內(nèi)阻為，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為。接通電源船模正常前進(jìn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為2.5V。下列說法正確的是（

）A．電動(dòng)機(jī)的輸入功率為3W B．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為2WC．電動(dòng)機(jī)線圈發(fā)熱功率為13.5W D．電池組消耗的總功率為9W20．（24-25高二上·黑龍江哈爾濱）如圖所示，直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為U，線圈電阻為R，將它接在電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r的直流電源兩端時(shí)，電動(dòng)機(jī)恰好能正常工作，其內(nèi)部電路如圖乙所示，下列說法中正確的是（）A．電動(dòng)機(jī)的額定電流為 B．電動(dòng)機(jī)的輸入功率為C．電動(dòng)機(jī)消耗的熱功率為 D．電源的總功率為21．（24-25高二上·江蘇無錫·開學(xué)考試）一臺(tái)電風(fēng)扇，內(nèi)阻為20Ω，接上220V電壓后正常工作，消耗功率66W，則下列說法正確的是（）A．電風(fēng)扇正常工作時(shí)通過電動(dòng)機(jī)的電流是0.2AB．電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是64.2WC．電風(fēng)扇正常工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率是90.3%D．如果接上電源后，電風(fēng)扇的扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是220W22．（23-24高二上·浙江金華·期末）華為Mate60Pro智能手機(jī)的各項(xiàng)性能都很優(yōu)秀，該手機(jī)配備鋰聚合物電池，88W充電器，充電時(shí)可智能調(diào)節(jié)充電功率，真正實(shí)現(xiàn)了“充電2分鐘，待機(jī)10小時(shí)”。充電測試發(fā)現(xiàn)，充電前2分鐘是超級快充模式，充電器輸出電壓為18V，輸出功率穩(wěn)定在78W左右，隨后充電功率“階梯式”下降，直至充電結(jié)束。下列說法正確的是（）A．電池容量的單位“”是能量單位B．電池充滿電所儲(chǔ)存的能量為C．手機(jī)待機(jī)功率為D．電池內(nèi)阻約為23．（23-24高二上·山東臨沂·期末）如圖電路中開關(guān)S接通后，電阻R1每通過1C的電量放出2J熱量，電阻R2上每通過1C的電量放出4J的熱量，電阻R3與R1消耗電功率相等，則R1、R2、R3的電阻值之比是（

）A．1∶4∶4 B．1∶2∶2 C．1∶2∶4 D．2∶1∶124．（23-24高二上·四川德陽·期末）電動(dòng)新能源汽車自燃原因很多，包括碰撞、涉水、過快充等，還有一種可能的原因是司機(jī)操作不當(dāng)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住不轉(zhuǎn)動(dòng)，電流暴增后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，進(jìn)而起火燃燒，如圖（a）所示．現(xiàn)有一小型直流電動(dòng)機(jī)，其線圈電阻為，額定電壓為U，額定電流為I，將它與電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的直流電源相連，如圖（b）所示，閉合開關(guān)S，電動(dòng)機(jī)恰好正常工作，已知指示燈是一個(gè)理想的發(fā)光二極管，其電阻和消耗的功率都忽略不計(jì)，下列說法正確的是（

）A．電源的效率為B．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為C．電源的總功率為D．電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，則電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為25．（23-24高二上·天津武清·階段練習(xí)）如圖所示的電路中，，，，，，下列說法正確的是（）A．、、、的電壓之比等于4:2:1:1B．、、、的電流之比等于4:2:1:2C．、、、的功率之比等于12:6:1:1D．電路的總電阻等于21Ω，總功率等于126W26．（23-24高二上·四川達(dá)州·期末）某物理興趣研究小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路研究電動(dòng)機(jī)的性能。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，當(dāng)電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.2A和1.4V時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，重新調(diào)節(jié)R，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和30V，忽略溫度對電阻的影響，則這臺(tái)電動(dòng)機(jī)（）A．正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸入功率為0.28WB．電阻為15C．正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的發(fā)熱功率為28WD．正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率為31.5W27．（23-24高二上·北京朝陽·期末）某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示電路研究某手持小風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)性能。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，測得風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電壓表示數(shù)為2.0V，電流表示數(shù)為0.20A；扇葉被卡住停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)為1.25V，電流表的示數(shù)為0.50A。下列說法正確的是（）A．電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為10ΩB．風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出的機(jī)械功率為0.3WC．風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)線圈的發(fā)熱功率為0.4WD．與扇葉被卡住時(shí)相比，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電源的總功率更大二、多選題28．（24-25高二上·全國·課后作業(yè)）下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法，正確的是（）A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．適用于任何電路，而只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，D．焦耳熱適用于任何電路29．（23-24高二上·福建龍巖·期末）掃地機(jī)器人是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。若機(jī)器人直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為U，額定電流為I，線圈電阻為r，當(dāng)它正常工作時(shí)，下列說法正確的是（）A．電動(dòng)機(jī)的電流B．電動(dòng)機(jī)消耗的電功率C．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為D．電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量30．（23-24高二上·云南大理·期末）如圖所示是電熱水器工作電路簡化圖，S是溫控開關(guān)，當(dāng)水溫升高到一定溫度時(shí)，它會(huì)自動(dòng)切換，使熱水器處于保溫狀態(tài)；是熱水器加熱管電阻，R是與加熱管串聯(lián)的電阻。該熱水器加熱時(shí)功率為1100W，保溫時(shí)功率為44W，不考慮、R的電阻受溫度變化的影響，電源電壓恒為220V。下列說法正確的是（）A．S斷開時(shí)為加熱狀態(tài) B．S接通時(shí)為加熱狀態(tài)C． D．31．（23-24高二上·廣西·期末）如圖所示，直流電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，兩端電壓為，通過電動(dòng)機(jī)的電流為，能在內(nèi)把一質(zhì)量為的重物勻速提高，不計(jì)繩重、摩擦與空氣阻力，重力加速度取，下列說法正確的是（

）A．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為B．在提升重物的內(nèi)重物增加的重力勢能為C．在提升重物的內(nèi)電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為D．電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為32．（23-24高二上·廣東中山·期末）小明同學(xué)在玩會(huì)發(fā)光的電動(dòng)玩具汽車時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：啟動(dòng)電源，電動(dòng)機(jī)正常工作，車輪正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)不小心卡住車輪時(shí)，車燈變暗。玩具汽車的簡化電路如圖所示，電源電動(dòng)勢E=10V，內(nèi)阻，車輪電動(dòng)機(jī)的額定電壓額定功率線圈電阻。忽略燈絲電阻隨電壓的變化，下列說法正確的是（）

A．電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，機(jī)械功率為5WB．電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電源的效率為60%C．車輪卡住時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率為1WD．車輪卡住時(shí)，小燈泡的功率為1.5W33．（23-24高二上·福建龍巖·階段練習(xí)）如圖所示，a、b兩點(diǎn)間的電壓為9V，三個(gè)電阻的阻值分別為R1=R2=6Ω、R3=3Ω。下列說法正確的是（）A．R1、R2、R3兩端的電壓之比為1：1：1B．R1、R2、R3消耗的電功率之比為1：1：2C．在相等的時(shí)間內(nèi)，通過R1、R2、R3的電荷量之比為2：2：1D．在相等的時(shí)間內(nèi)，R1、R2、R3產(chǎn)生的焦耳熱之比為1：2：2三、解答題34．（24-25高二上·湖北孝感·開學(xué)考試）如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢E=6.0V，內(nèi)阻r=0.5Ω，電動(dòng)機(jī)電阻RM=0.5Ω，定值電阻R=1.0Ω，電容器電容C=50μF，開關(guān)S閉合后電動(dòng)機(jī)正常工作，此時(shí)理想電壓表的示數(shù)U=3.0V，求：(1)電容器的電荷量；(2)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率（結(jié)果保留一位小數(shù)）。35．（24-25高二上·全國·課后作業(yè)）如圖所示