2017_2018学年高中物理课时跟踪检测十一焦耳定律电路中的能量转化教科版选修
《焦耳定律__电路中的能量转化》课时跟踪训练
《焦耳定律__电路中的能量转化》课时跟踪训练路电流，a 、b 为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa 、ηB 。
由图可知ηa 、ηb 的值分别为（ ）图1A.34、14B.13、23C.12、12D.23、13解析：电源的效率η＝UI EI ×100%＝UE ×100%。
a 点对应的路端电压U 为4个格，而电动势E 为6个格。
因此ηa ＝23；b 点对应的路端电压为2个格，因此ηb ＝13。
故D 项正确。
答案：D4.在如图2所示的电路中，电源电动势为12 V ，电源内阻为1.0 Ω，电路中的电阻R 0为1.5 Ω，小型直流电动机M 的内阻为0.5 Ω，闭合开关S 后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A 。
则以下判断中正确的是（ ）图2A.电动机的输出功率为14 WB.电动机两端的电压为7.0 VC.电动机产生的热功率为4.0 WD.电源输出的功率为24 W解析：电动机两端的电压U 机＝E －I (r ＋R 0)＝7.0 V ，选项B 正确；电动机输出的功率P 机出＝U 机I －I 2r 机＝12 W ，选项A 错误；电动机产生的热功率为P 机热＝I 2r 机＝2.0 W ，选项C 错误；电源输出的功率P 出＝EI －I 2r ＝20 W ，选项D 错误。
答案：B5.如图3所示电路中，当滑动变阻器的触头向上滑动时，则（ ）图3A.电源的功率变小B.电容器贮存的电荷量变小C.电源内部消耗的功率变大D.电阻R 消耗的电功率变小解析：由闭合电路欧姆定律可知，当滑动触头向上滑动时，R总变小，I总增大，U端减小，而R1分压U1增大，所以电容器上的电压减小。
电源功率P总＝I总·E增大，A错误。
Q＝CU减小，B正确。
电源内部消耗功率P内＝I2总r增大，C正确。
电阻R1消耗的功率在增大。
R上消耗功率无法确定。
答案：BC6.如图4为甲、乙两灯泡的I－U图像，根据图像计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中，实际发光的功率约为（）图4A.15 W 30 WB.30 W 40 WC.40 W 60 WD.60 W 100 W解析：从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.28 A。
2017_2018学年高中物理课时跟踪检测(十一)焦耳定律鲁科版选修3_1
课时跟踪检测（十一） 焦耳定律1．关于电功，下列说法中正确的有( ) A ．电功的实质是电场力所做的功 B ．电功是其他形式的能转化为电能的量度C ．电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D ．电流通过电动机时的电功率和热功率相等解析：选A 电场力移动电荷时对电荷所做的功叫电功，是电能转化为其他形式能的量度，A 对，B 、C 、D 错。
2．关于四个公式：①P ＝UI ；②P ＝I 2R ；③P ＝U 2R ；④P ＝Wt。
下列叙述正确的是( )A ．公式①④适用于任何电路的电功率B ．公式②③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 ．上述没有一个正确解析：选A P ＝UI 、P ＝Wt适用于任何电路电功率的计算，而P ＝I 2R 适用于任何电路热功率的计算，故A 正确；P ＝U 2R只适用于纯电阻电路中电功率及热功率的计算，故B 、C 、D错。
3．有一只电风扇，标有“220 V 50 W”字样，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V 的电路中，以下几种计算时间t 内产生热量的方法中，正确的是( )A ．Q ＝U 2tRB ．Q ＝PtC ．Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2RtD ．以上三种方法均正确解析：选C 由于电风扇是非纯电阻电路，故A 、B 错；由P ＝UI 得I ＝P U，再由Q ＝I 2Rt 知C 正确。
4．利用超导材料零电阻的性质，可以实现无损耗输电。
现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW ，电压为800 V 。
如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为( )A ．1 kWB ．1.6×103kW C ．1.6×10－3kWD ．10 kW解析：选A 节约的电功率为原来输电线消耗的功率，由焦耳定律有P ＝I 2R 。
根据输电线提供给用电器的功率和电压可知输电线中的电流I 满足P 0＝UI ，由以上两式有P ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P 0U 2R＝⎝⎛⎭⎪⎫40 0008002×0.4 W ＝1 000 W 。
高中物理 2.6 焦耳定律 电路中的能量转化课时作业(含
焦耳定律 电路中的能量转化一、选择题1．关于计算电功率的三个公式P ＝UI 、P ＝I 2R 、P ＝U 2R的适用范围，以下说法中正确的是( )A ．这三个公式的适用范围相同B ．第一个公式普遍适用，后两个公式只适用于纯电阻电路C ．第一个公式适用于无电阻的电路，后两个公式只适用于有电阻的电路D ．三个公式的适用范围与电路串、并联的方式无关解析：选BD ．电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，P ＝UI 对两个电路都适用，而P ＝I 2R 和P ＝U 2R只适用于纯电阻电路，故B 正确，A 、C 错误；这三个公式的适用范围与电路的串、并联方式无关，故D 正确．2．用一个额定电压为220 V 的电热水器煮沸一壶水需要t s ，如果不考虑热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么( )A ．当线路电压为110 V 时，煮沸一壶水需要2t sB ．当线路电压为110 V 时，煮沸一壶水需要4t sC ．当线路电压为55 V 时，煮沸一壶水需要4t sD ．当线路电压为55 V 时，煮沸一壶水需要16t s解析：选BD ．由公式Q ＝U 2R t 知，煮沸一壶水所需的热量为Q ＝（220 V ）2R t .当电压变为原来的12时，所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t s ，选项B 正确；当电压变为原来的14时，时间要变为原来的16倍，即16t s ，选项D 正确．3．(2012·高考浙江卷)功率为10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为60 W 的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2只60 W 的白炽灯，均用10 W 的LED 灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近( )A ．8×108 kW ·hB ．8×1010kW ·hC ．8×1011 kW ·hD ．8×1013kW ·h解析：选B ．按每户一天亮灯5小时计算，每户一年节省的电能为(2×60－2×10)×10－3×5×365 kW ·h ＝182.5 kW ·h，假设全国共有4亿户家庭，则全国一年节省的电能为182.5×4×108kW ·h＝7.3×1010kW ·h ，最接近于B 选项，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．4.(2012·高考上海卷)当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为0.9 J ．为在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( )A ．3 V 1.8 JB ．3 V 3.6 JC ．6 V 1.8 JD ．6 V 3.6 J解析：选D ．设两次加在电阻R 上的电压分别为U 1和U 2，通电的时间都为t .由公式W 1＝U 1q 1和W 1＝U 21R t 可得：U 1＝3 V ，t R ＝0.1.再由W 2＝U 2q 2和W 2＝U 22Rt 可求出：U 2＝6 V ，W 2＝3.6 J ，故选项D 正确．5. 如图所示，电源的电动势为30 V ，内电阻为1 Ω，一个“6 V ，12 W ”的电灯与一个绕线电阻为2 Ω的电动机串联．已知电路中的电灯正常发光，则电动机输出的机械功率为( )A ．36 WB ．44 WC ．48 WD ．60 W解析：选A ．由电路和题意可知，I ＝I L ＝P LU L＝2 A ，则U 机＝E －Ir －U L ＝30 V －2 V －6 V ＝22 V ，所以P 出＝IU 机－I 2r 机＝(22×2－22×2) W ＝36 W.6. (·长沙市一中高二检测)如图所示，R 1和R 2的规格为“4 W 、100 Ω”，R 3的规格为“1 W 、100 Ω”，当A 、B 端加电源通电时，这部分电路允许消耗的最大功率为( )A ．9 WB ．4.5 WC ．2.5 WD ．1.5 W解析：选D ．对R 1和R 2，额定电流I 1＝I 2＝PR ＝0.2 A ．对R 3，额定电流I 3＝PR＝0.1 A ． 若R 1、R 2、R 3均能工作，则当I 3＝0.1 A 时，I 1＝I 2＝0.05 A ，此时P 3＝1 W ．P 1＝P 2＝14 W.故该电路允许消耗的最大功率P ＝P 3＋P 1＋P 2＝1.5 W ，D 对．7.电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比．在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U 为路端电压，I 为干路电流，a 、b 为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa 、ηB ．由图可知ηa 、ηb 的值分别为( )A ．34、14B ．13、23C ．12、12D ．23、13解析：选D ．电源效率η＝U E ，E 为电源的总电压(即电动势)，根据图像可知U a ＝23E ，U b ＝13E ，所以选项D 正确．8．某实物投影机有10个相同的强光灯L 1～L 10(24 V 220 W)和10个相同的指示灯X 1～X 10(220 V 2 W)，将其连接在220 V 交流电源上，电路如图所示．若工作一段时间后L 2灯丝烧断，则( )A ．X 1的功率减小，L 1的功率增大B ．X 1的功率增大，L 1的功率增大C ．X 2的功率增大，其他指示灯的功率减小D ．X 2的功率减小，其他指示灯的功率增大解析：选C ．L 2灯丝烧断后电路的总电阻增大，电路中总电流减小，流过其他指示灯、强光灯的电流都同比例的减小，消耗的功率都减小，两端的电压都减小，则X 2两端电压增大，消耗的功率也增大，C 正确．☆9. 如图所示的电路，已知电源内阻为r ，定值电阻R 0的阻值也为r ，滑动变阻器R 的总电阻为2r ，若滑动变阻器的滑片P 由A 向B 滑动，则( )A ．电源输出功率由小变大B ．固定电阻R 0上获得的功率由小变大C ．电源内部电势降落由小变大D ．滑动变阻器消耗的功率变大解析：选ABC ．由题图可知，当滑动变阻器的滑片P 由A 向B 滑动时，变阻器的电阻在减小．外电路电阻由3r 逐渐减小为r ，由电源输出的功率与外电阻的关系可知，电源输出功率由小变到最大，故选项A 正确．固定电阻R 0消耗的功率为P 0＝I 2R 0，而电流在不断增大，则其消耗的功率也由小变大，电源内部电压Ir 也由小变大，所以选项B 、C 正确．对于求滑动变阻器消耗的功率的变化情况，可把R 0＋r ＝2r 看做是新电源的内阻，则可知当R ＝2r 时滑动变阻器消耗的功率最大，当R 变小时，其消耗的功率变小，选项D 错误．☆10.如图所示的图线①表示某电池组的输出电压与电流的关系(U －I 图线)，图线②表示其输出功率与电流的关系(P －I 图线)．则下列说法正确的是( )A ．电池组的电动势为50 VB ．电池组的内阻为253ΩC ．电流为2.5 A 时，外电路的电阻为15 ΩD ．输出功率为120 W 时，输出电压是30 V 解析：选ACD ．电池组的输出电压和电流的关系为：U ＝E －Ir ，显然直线①的斜率的大小等于r ，纵轴的截距为电池组的电动势，从题图中看出截距为50 V ，斜率的绝对值大小等于r ＝50－206－0 Ω＝5 Ω，A 对，B 错．当电流为I 1＝2.5 A 时，回路中电流I 1＝Er ＋R 外，解得外电路的电阻R 外＝15 Ω，C 对．当输出功率为120 W 时，由图中P －I 关系图线中看出对应干路电流为4 A ，再从U －I 图线中读取对应的输出电压为30 V ，D 对．二、非选择题11. 如图所示，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝0.5 Ω，“8 V 16 W ”的灯泡L 恰好能正常发光，电动机M 绕线的电阻R 0＝1 Ω，求：(1)路端电压； (2)电源的总功率； (3)电动机的输出功率．解析：(1)L 正常发光，路端电压等于灯泡额定电压8 V. (2)由题意内电压U 内＝(10－8) V ＝2 V ， 则总电流I ＝U 内r ＝20.5A ＝4 A 电源总功率为P ＝IE ＝4×10 W ＝40 W.(3)流经电动机的电流I M ＝⎝⎛⎭⎪⎫4－168 A ＝2 A输入电动机的总功率P 电动机＝U ·I M ＝8×2 W ＝16 W 电动机内阻消耗功率P 消耗＝I 2M R 0＝4×1 W ＝4 W 故电动机输出功率P 输出＝(16－4) W ＝12 W. 答案：(1)8 V (2)40 W (3)12 W12．如图所示，为电动机提升重物的装置，电动机线圈r ＝1 Ω，电动机两端电压为5 V ，电路中的电流为1 A ，物体A 重20 N ，不计摩擦力，求：(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10 s 内，可以把重物A 匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？ 解析：(1)根据焦耳定律，热功率为： P Q ＝I 2r ＝12×1 W ＝1 W.(2)电功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积 P 入＝IU ＝1×5 W ＝5 W.输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率 P 出＝P 入－P Q ＝5 W －1 W ＝4 W.(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s 内P 出t ＝mgh .解得h ＝P 出t mg ＝4×1020m ＝2 m.(4)机械效率η＝P 出/P 入＝80%.答案：(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80%。
课时分层作业11 焦耳定律 电路中的能量转化
课时分层作业(十一) 焦耳定律 电路中的能量转化[基础达标练](时间：15分钟 分值：50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2R t 只适用于纯电阻电路 C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2RD ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路BCD [电功率公式P ＝W t ，电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 、R 都有关，所以P 越大，Q 不一定越大，A 错．W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2R t 只适用于纯电阻电路，B 对．在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W ＞Q ，即UI ＞I 2R ，C 对．Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D 对．]2．如图2-6-9所示为某两个电阻的U -I 图像，则R 1∶R 2的值和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P 1∶P 2及并联后接入电路时消耗功率之比P 1′∶P 2′分别是( )【导学号：12602127】A ．2∶1 2∶1 1∶2B ．2∶1 1∶2 2∶1C ．1∶2 1∶2 2∶1D ．1∶2 2∶1 1∶2图2-6-9A [由U -I 图像可知，R 1∶R 2＝2∶1.把R 1、R 2串联接入电路，由P ＝I 2R 知P 1∶P 2＝R 1∶R 2＝2∶1.并联时P 1′∶P 2′＝R 2∶R 1＝1∶2.]3．把六个相同的小灯泡接成如图2-6-10甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是()图2-6-10A．P甲＝P乙B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲D．P乙＞3P甲B[设每个灯泡正常工作时的电流为I，则甲图中电路的总电流为3I，P甲＝12 V×3I，乙图中电路的总电流为I，P乙＝12 V×I，故有P甲＝3P乙，B正确．] 4．(多选)在如图2-6-11所示的电路中，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0 Ω，电路中的电阻R0为1.5 Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω.闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A．以下判断中正确的是()A．电动机的输出功率为14 WB．电动机两端的电压为7.0 VC．电动机产生的热功率为2.0 WD．电源输出的电功率为24 W图2-6-11BC[电动机的总功率为P电＝UI＝14 W，A错误；电路中电流表的示数为2.0 A，所以电动机的电压为：U＝E－U内－UR0＝E－I(R0＋r)＝7 V，B正确；电动机的发热功率为P热＝I2R＝22×0.5 W＝2 W，C正确；电源的输出功率为P输出＝EI －I2r＝12×2 W－22×1 W＝20W，D错误．]5．如图2-6-12所示，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为某小灯泡的U-I图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电源的总功率分别是()【导学号：12602128】A．4 W,8 W B．2 W,4 WC．2 W,3 W D．4 W,6 W图2-6-12D[用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率是UI＝2×2 W＝4 W，电源的总功率是EI＝3×2 W＝6 W．选项D正确．]6．A、B为“220 V,100 W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220 V，40 W”的相同灯泡，现将四盏灯泡接成如图2-6-13所示电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为P A 、P B 、P C 、P D ，则实际功率的大小顺序正确的是( )A ．P A ＞PB ＞PC ＞P DB ．P D ＞P A ＞P B ＞PC C ．P B ＞P C ＞P A ＞PD D ．P B ＞P D ＞P A ＞P C图2-6-13B [根据R ＝U 2P 得：R A ＝R B ＝2202100Ω＝484 Ω，RC ＝RD ＝220240 Ω＝1 210 Ω；由电路图可知，B 、C 并联，所以电压相等，根据P ＝U 2R 可知：P B ＞P C ，A 、D 串联，电流相等，根据P ＝I 2R 可知，P D ＞P A ；A 、D 的电流大于B 、C 的电流，根据P ＝I 2R 可知：P A ＞P B ，P D ＞P C ；所以P D ＞P A ＞P B ＞P C .故B 项正确．]二、非选择题(14分)7．如图2-6-14所示，用一直流电动机提升重物，重物的质量为m ＝10 kg ，电源供电电压恒为220 V ，电路中的保护电阻为R ＝10 Ω，电动机的电阻为r ＝1 Ω，不计各处摩擦，电动机正常工作时电压表的示数为170 V ，求：(g 取10 m/s 2)(1)电动机正常工作后通过电动机的电流是多少？(2)重物匀速上升的速度是多少？图2-6-14[解析] (1)R 的电压U R ＝220 V －170 V ＝50 V通过电动机电流I ＝I R ＝U R R ＝5 A.(2)对电动机：P 电＝UI ＝170×5 W ＝850 WP 内＝I 2r ＝5×5×1 W ＝25 WP 机＝P 电－P 内＝825 W又因为电动机匀速提升重物，所以P 机＝F v ＝mg v ，即v ＝8.25 m/s.[答案] (1)5 A (2)8.25 m/s[能力提升练](时间：25分钟 分值：50分)一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)1．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V 的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ，则下列说法中正确的是 ( )【导学号：12602129】A ．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB ．电饭煲消耗的电功率为1 555 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC ．1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 JD ．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍C [由于电饭煲是纯电阻元件，所以R 1＝U I 1＝44 Ω，P 1＝UI 1＝1 100 W 其在1 min 内消耗的电能W 1＝UI 1t ＝6.6×104 J洗衣机为非纯电阻元件，所以R 2≠U I 2，P 2＝UI 2＝110 W 其在1 min 内消耗的电能W 2＝UI 2t ＝6.6×103 J其热功率P 热≠P 2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，C 正确．]2．(多选)在如图2-6-15甲所示的电路中，L 1、L 4、L 3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图2-6-15乙所示．当开关S 闭合后，电路中的总电流为0.25 A ，则此时( )图2-6-15A ．L 1的电压为L 2电压的2倍B ．L 1消耗的电功率为0.75 WC ．L 2的电阻为12 ΩD ．L 1、L 2消耗的电功率的比值大于4∶1BD [由题意知，开关闭合后，L 1的电流是L 2的两倍，根据伏安特性曲线知，L 1的电压不等于L 2的两倍，所以A 错误；由伏安特性曲线知，当电流为0.25 A 时，电压为3.0 V ，故L 1消耗的电功率P 1＝U 1I 1＝0.75 W ，所以B 正确；由题意知，L 2的电流为0.125 A ，根据伏安特性曲线知电压约为0.3 V ，再根据R ＝U I ＝0.30.125 Ω＝2.4 Ω，知C 错误；L 2消耗的电功率为P 2＝U 2I 2＝0.3×0.125 W ＝0.037 5 W ，故P 1∶P 2＝20∶1>4∶1，D 正确．]3．额定电压都是110 V 、额定功率P A ＝100 W 、P B ＝40 W 的灯泡两盏，若接在电压为220 V 的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是( )【导学号：12602130】C [判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P ＝UI ＝U 2R ，可知R A <R B .对于A 电路，由于R A <R B ，所以U B >U A ，且有U B >110 V ，B 灯被烧毁，U A <110 V ，A 灯不能正常发光．对于B 电路，由于R B >R A ，A 灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于R B ，所以U B > U 并，B 灯烧毁．对于C 电路，B 灯与滑动变阻器并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．对于D 电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝ 110 V ，两灯可以正常发光．比较C 、D 两个电路，由于C 电路中滑动变阻器功率为(I A －I B )×110 V ，而D 电路中滑动变阻器功率为(I A ＋I B )×110 V ，所以C 电路消耗电功率最小．]4．如图2-6-16所示，直线OAC 为某一直流电源上总功率随电流I 的变化图线，曲线OBC 表示同一直流电源内部热功率随电流I 变化的图线．若A 、B 的横坐标为1 A ，那么AB 段表示的功率为( )A ．1 WB ．6 WC ．2 WD ．2.5 W图2-6-16C [在C 点，电源的总功率等于电源内耗功率，所以电源电动势的大小为E ＝3V ，短路电流的大小为I ＝3 A ，所以电源的内阻为r ＝E I ＝1 Ω，图像上AB 段所代表的功率为P AB ＝P 总－I 2r ＝1×3 W －12×1 W ＝2 W ，故选C.]二、非选择题(本题共2小题，共26分)5．(12分)电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同，如图2-6-17所示为某种电热式用电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R 1、R 2和自动开关S ，问：(1)当开关S 闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)用电器由照明电路供电，U ＝220 V ，设加热时用电器的功率为400 W ，保温时用电器的功率为40 W ，则R 1和R 2分别为多大？图2-6-17[解析] (1)由于是纯电阻电路，当S 闭合时，R 2短路，用电器消耗的电功率P 1＝U 2R 1；当S 断开时，用电器消耗的 电功率P 2＝U 2R 1＋R 2，故S 闭合时为加热状态，S 断开时为保温状态． (2)S 闭合时，由P 1＝U 2R 1得R 1＝U 2P 1＝2202400Ω＝121 Ω； S 断开时，由P 2＝U 2R 1＋R 2得R 2＝U 2P 2－R 1＝220240－121Ω＝1 089 Ω. [答案] (1)S 闭合时为加热状态，S 断开时为保温状态 (2)121 Ω 1 089 Ω6．(14分)如图2-6-18所示，一电荷量q ＝3×10－5 C 带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O 点．开关S 合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角α＝37°.已知两板相距d ＝0.1 m ，电源电动势E ＝15 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电阻R 1＝3 Ω，R 2＝R 3＝R 4＝8 Ω.g 取10 m/s 2，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：图2-6-18(1)电源的输出功率；(2)两板间的电场强度的大小；(3)带电小球的质量.【导学号：12602131】[解析] (1)R 2与R 3并联后的电阻值R 23＝R 2R 3R 2＋R 3＝4 Ω由闭合电路欧姆定律得I＝ER1＋R23＋r＝153＋4＋0.5A＝2 A电源的输出功率P出＝I(E－Ir)＝28 W.(2)两板间的电压U C＝I(R1＋R23)＝2×(3＋4) V＝14 V两板间的电场强度E＝U Cd＝140 N/C.(3)小球处于静止状态，所受电场力为F，又F＝qE 由平衡条件得：竖直方向T cos α－mg＝0水平方向T sin α－qE＝0带电小球的质量m＝5.6×10－4 kg.[答案](1)28 W(2)140 N/C(3)5.6×10－4 kg。
2-6焦耳定律-电路中的能量转化(教科版)
[审题指导] 解答本题时应把握以下 三点： (1)由U－I图像求电源的电动势和内 阻。 (2)电路中的电流最大时，R0消耗的 功率最大。 (2)根据电源有最大输出功率的条件， 求电源的最大输出功率。
[答案] (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W
例13如图所示，电路中电池的电动势 E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω,R0是可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过 程中，求：
1 ．内容：电流通过导体产生的热量跟电流
的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间
成正比．
2．公式：Q＝I2Rt.
3．热功率：单位时间内的发热功率．
P热＝ I2R .
三、纯电阻和非纯电阻电路的区别
项目
纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 电路中除电阻元件外，还有将 电能转化为其他能的用电器 欧姆定律
(4) 当 P 出 ＜ Pm 时，每个输出功率对应两个可能 的外电阻R1和R2，且R1· R2＝r2. (5)P出与R的关系如图所示．
例12 电路图如图甲所示，图乙中图线是电 路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像， 滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R0 ＝3 Ω。 (1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值 为多少？ (2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大 值为多少？
例5.一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈 电阻相同，都为 R ，设通过的电流相同，则在相
同时间内，下列说法正确的是(
A．电炉和电动机的电热相等
)
B．电动机消耗功率大于电炉消耗功率 C．电炉两端电压小于电动机两端电压 D．电炉和电动机两端电压相等
解析：选ABC.此题关键是分清电炉丝是纯电阻
「精品」高中物理课时跟踪检测十一焦耳定律电路中的能量转化教科版选修3_1
课时跟踪检测（十一） 焦耳定律 电路中的能量转化1．(2015·浙江高考)下列说法正确的是( ) A ．电流通过导体的热功率与电流大小成正比 B ．力对物体所做的功与力的作用时间成正比 C ．电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比 D ．弹性限度内，弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比解析：选C 在导体电阻一定的条件下，由P ＝I 2R 知热功率与电流的二次方成正比，选项A 错误。
根据功的公式可知其大小与力的作用时间无关，选项B 错误。
由电容的定义式可得Q ＝CU ，即电荷量与两极间的电势差成正比，选项C 正确。
弹簧的劲度系数只跟弹簧本身有关，与弹簧伸长量无关，选项D 错误。
2．把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t 串∶t 并为( )A ．1∶1B ．2∶1C ．4∶1D ．1∶4解析：选C 串联后电阻为R 1＝2r ，产生的热量为Q 1＝U 2R 1·t 串＝U 22r ·t 串；并联后电阻为R 2＝r2，产生的热量为Q 2＝U 2R 2·t 并＝U 2r2·t 并，若要Q 1＝Q 2，所以有t 串∶t 并＝4∶1。
3．把六个相同的小灯泡接成如图1甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P 甲和P 乙表示，则下列结论中正确的是()图1A ．P 甲＝P 乙B ．P 甲＝3P 乙C ．P 乙＝3P 甲D ．P 乙>3P 甲解析：选B 设每个灯泡正常工作时的电流为I ，则甲图中电路的总电流为3I ，P 甲＝12×3I ＝36I ，乙图中电路的总电流为I ，P 乙＝12×I ＝12I ，故有P 甲＝3P 乙，B 正确。
4．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，在相同的时间内( )①电炉放出的热量与电动机放出的热量相等 ②电炉两端电压小于电动机两端电压 ③电炉两端电压等于电动机两端电压 ④电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率A．①②④ B．①③C．②④ D．③④解析：选A 由P热＝I2R知①正确。
2.8焦耳定律电路中的能量转化课件-高二上学期物理教科版2
3．电路中的能量转化 （1）外电路只有电阻元件时 （2）除电阻元件，外电路还有其他元件时 （3）短路时
8．焦耳定律 电路中的能量转化
其他 能量
电源
电能
？
在闭合电路中，电能将如何转化？ 转化过程中，各部分能量之间有什么关系？
一、电功、电功率 回忆：什么叫电功？ 思考：是什么力，对谁做功？
电功
一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，则在时间t 内通过这段电路任一横截面的电荷量q为
q=I t 电场力对这些电荷做的功为
W=qU 联立以上各式，有
W=IUt
电功率
单位时间内电流所做的功叫作电功率。即 P=IU 单位：瓦特（W）
二、焦耳定律 热功率 电热
Q
焦耳定律
电流通过电阻产生的热量Q 跟电流I的二次方成正比，跟导体 的电阻R成正比，跟通电时间t成 正比。
Q=I2Rt
热功率
当电流流过导体时，单位时间的发热量称为热功率。
P=I2R
生活中常见的电热器
电功与焦耳热之间 的关系
电
电源
电能 功
W=UIt ≥ Q=I2Rt
热 机械能
光能 化学能
……
三、电路中的能量转化
在电源内部，能量是如何转化的？ 在外电路，能量是如何转化的？ 电路中的电功率一定等于热功率吗？ 你能从能量守恒的角度理解闭合电路的欧姆定律吗？
闭合电路 欧姆定律
E=U+Ir
能量守恒 EI=UI+I2r
电路中只有电阻时 EI=I2R+I2r
短路时
电源提供的能量全部在电 源内部转化为内能，使电 源发热，造成危害。
20172018学年高中物理第二章直流电路6焦耳定律电路中的能量转化学案教科版选修31
6．焦耳定律 电路中的能量转化学 习 目 标知 识 脉 络1.掌握电功、电功率、电热、电热功率等基本概念．(重点)2．理解焦耳定律，并能进行有关计算．(重点) 3．理解电功和电热的关系，能从能量转化和守恒的角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热．(难点)4．知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念并明确它们之间的关系．(重点、难点)电 功 和 电 功 率[先填空] 1．电功(1)概念：电场力移动电荷所做的功． (2)公式：W ＝qU ＝UIt . (3)单位：焦耳，符号J. 2．电功率(1)物理意义：表示电流做功快慢的物理量． (2)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值． (3)公式：P ＝W t＝IU . (4)单位：瓦特，符号W. [再判断]1．电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能．(√)2．电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越大．(×) 3．电功率越大，电流做功一定越快．(√) [后思考]家庭用电用“度”做单位，度是电功的单位，还是电功率的单位？ 【提示】 度是电功的单位.1度＝1 kW·h＝×106J.[合作探讨]把一根大头针插在一小块硬纸片上，用浆糊把纸贴在台灯的灯泡上，使大头针的针尖朝上．然后用3张纸条做一小风车，把风车放在针尖上．打开台灯，过一会发现，风车转动起来．图261探讨1：这一过程，电流做功吗？ 【提示】 做功． 探讨2：风车为什么转动？【提示】 电流通过灯丝做功，把电能转化为内能．周边空气温度升高，形成对流，风车转动起来．[核心点击] 1．对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功．(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少．(3)电功W ＝UIt ＝qU 对任何电路都适用． 2．对电功率的理解(1)电功率P ＝Wt＝UI 对任何电路都适用． (2)额定功率和实际功率①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率． ②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率．一个电阻接入某电路后，消耗的功率为110 W ，通过3 C 的电荷量时，有330 J的电能转化为内能，则下列说法错误的是( ) 【导学号：】A ．电阻两端所加电压为330 VB ．通过电阻的电流为1 AC ．电阻通电时间为3 sD ．这个电阻的阻值为110 Ω【解析】 由W ＝qU 知，电阻两端所加电压U ＝W q ＝110 V ，A 错；由P ＝IU 得I ＝P U＝1 A ，B 对；由W ＝Pt 得通电时间t ＝W P ＝3 s 或t ＝q I ＝31 s ＝3 s ，C 对；由R ＝UI，得R ＝110 Ω，D 对．【答案】 A如图262所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 V ，乙电路两端的电压为16 V ．调节变阻器R 1和R 2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P 1和P 2，两电路中消耗的总功率分别为P 甲和P 乙，则下列关系中正确的是( )图262A ．P 甲<P 乙B ．P 甲>P 乙C ．P 1>P 2D ．P 1＝P 2【解析】 由灯都正常发光可知，R 1中电流是R 2中电流二倍，R 1两端电压是R 2两端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，选项D 正确，A 、B 、C 错误．【答案】 D一台国产XQB3013型自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：额定电压 220 V 额定频率 50 Hz 额定洗衣、脱水功率 360 W 额定洗衣、脱水容量3 kg 整机质量 33 kg外形尺寸(长×宽×高)(542×550×920) mm 3(1) (2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min ，则洗衣机耗电多少？ 【解析】 (1)由说明书可知P ＝360 W ，又由P ＝UI 可知I ＝P U ＝360220A ＝1.64 A. (2)W ＝Pt ＝360×40×60 J＝×105J 故消耗的电能为×105J.【答案】 (1)1.64 A (2)×105J几个电学公式的适用范围解答电流做功类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件． (1)电功W ＝UIt ＝qU 普遍适用． (2)I ＝q t为电流的定义式，普遍适用．(3)I ＝U R ，P ＝I 2R ＝U 2R等，只适用于纯电阻电路．焦 耳 定 律 、 热 功 率[先填空] 1．焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比．(2)公式：Q ＝I 2Rt . (3)单位：J.(4)应用：工业上的电烙铁、电烤箱等；生活中的电暖气、电炉、电熨斗、电饭锅等． 2．热功率(1)概念：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值． (2)公式：P 热＝Qt＝I 2R . [再判断]1．根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．(×)2．W ＝UIt 适用于任何电路求电功．(√) 3．Q ＝I 2Rt 适用于任何电路求热量．(√) [后思考]用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？【提示】 导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻要大得多，由焦耳定律Q ＝I 2Rt 知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多．[合作探讨]如图263所示为一正常工作的电动机，其工作电压为220 V.图263探讨1：电动机消耗的电能全部转化为线圈产生的内能吗？【提示】一部分转化为内能．探讨2：其工作电压是线圈两端电压吗？【提示】不是．其工作电压大于线圈两端电压．[核心点击]1．两种电路的比较电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括其他的电器元件电流、电压、电阻三者的关系遵循欧姆定律I＝UR不遵循欧姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜UR 能量转化形式电流做功全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt＝Q＋W其他，其中电热Q＝I2Rt能量转化示意图电器元件举例电炉丝、白炽灯电动机、电解槽、电风扇(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt；P电＝P热＝UI＝I2R＝U2R.(2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W>Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P>P热．规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：(1)接上220 V 电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．【解析】 (1)排气扇在220 V 电压下正常工作电流I ＝P U ＝36220A ＝0.16 A ，发热功率P 热＝I 2R ＝×40 W≈1 W，转化为机械能的功率P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A. 电动机消耗的功率等于发热功率P ′＝P 热＝I ′U ＝×220 W＝1 210 W ．由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈．【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t 串∶t 并为( )【导学号：】A ．1∶1B ．2∶1C ．4∶1D ．1∶4【解析】 设每根电热丝电阻为R ，则R 串＝2R ，R 并＝R2.由Q ＝W ＝U 2Rt 得 t 串∶t 并＝4∶1.【答案】 C下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2R D ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路【解析】 电功率公式为P ＝W t，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝(P U)2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 都有关．所以，P 越大，Q 不一定越大，A 错；W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而I ＝U R只适用于纯电阻电路，B 正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 正确；Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确．【答案】 A电动机电路的分析方法(1)分清是纯电阻电路还是非纯电阻电路．电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转动时是纯电阻电路．(2)分清要求的是电功还是电热(或热功率)，对照公式的适用条件，合理选择公式． (3)电动机的输入功率即总功率P 入＝IU ，电动机的发热功率P 热＝I 2r ，电动机的输出功率P 出＝P 入－P 热．电 路 中 的 能 量 转 化[先填空]1．内电路中的能量转化(1)电源：通过各种作用，将其他形式的能转化为电能，转化功率P ＝IE . (2)内阻：通过电流做功将一部分电能转化为内阻的内能，即P 内＝I 2r .2．外电路上的能量转化：通过电流做功将电源输出的电能转化为其他形式的能，即P外＝UI .3．两者之间的关系：由能量守恒定律可知P ＝P 内＋P 外，即EI ＝I 2r ＋UI ，进一步化简可得E ＝U ＋Ir ，可见闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体表现．[再判断]1．电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．(√)2．电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能．(×) 3．在使用电源时，绝对不可以让电源短路，以免造成电源的损坏，甚至引起火灾．(√) [后思考]外电路的电阻越大，电源做功输出的效率就越高吗？ 【提示】 由于电源做功输出的效率：η＝P 出P ＝IU 外IE ＝U 外E ＝IR I R ＋r ＝R R ＋r ＝11＋rR，故外电路的电阻越大，电源做功输出的效率就越高．[合作探讨]闭合电路中内、外电路都有电阻，当电键闭合，电路中有电流时，内、外电路都做功．探讨1：电源非静电力做的功与电路中内、外电路电流做的功存在什么关系？ 【提示】 非静电力做功把电源内部储存的其他形式的能转化为电能，电流做功把电能转化为内电路上的电能和外电路上其他形式的能．探讨2：外电路的电阻越大，外电路消耗的功率就越大吗？【提示】 当外电阻大于内电阻时，外电阻越大，外电路消耗的功率越小． 探讨3：外电路的电阻越大，电源做功的效率就越高吗？ 【提示】 外电阻越大，路端电压越大，电源做功的效率越大． [核心点击]1．闭合电路中的几个功率功率名称 表达式电源功率(总功率) P 总＝EI 电源内部消耗功率 P 内＝U 内I ＝I 2r外电路消耗功率(电源输出功率)P 外＝U 外I ＝(E －U 内)I ＝EI －I 2r三者关系P 总＝P 外＋P 内2.纯电阻电路中电源的输出功率P 出＝UI ＝I 2R ＝E 2R R ＋r2＝E 2R －r 2R＋4r . 电源的输出功率随外电阻的变化关系如图264所示．(1)当R ＝r 时，P max ＝E 24r.(2)一个输出功率(除最大功率外)P 对应于两个不同的外电阻R 1和R 2，且r ＝R 1R 2. (3)当R ＜r 时，R ↑→P 出↑；当R ＞r 时，R ↑→P 出↓.图2643．电源的效率η＝P 出P ＝IU 外IE ＝U 外E ＝IR I R ＋r ＝R R ＋r ＝11＋rR.可见，外电阻R 越大，电源的效率越高．在如图265所示的电路中，已知电源电动势E ＝3 V ，内电阻r ＝1 Ω，电阻R 1＝2 Ω，滑动变阻器R 的阻值可连续增大，问： 【导学号：】图265(1)当R 多大时，R 消耗的功率最大？最大功率为多少？ (2)当R 多大时，R 1消耗的功率最大？最大功率为多少？【解析】 (1)把R 1视为内电路的一部分，则当R ＝R 1＋r ＝3 Ω时，R 消耗的功率最大，其最大值为：P max ＝E 24R＝ W.(2)对固定电阻R 1，当电路的电流最大时其消耗的功率最大，此时R ＝0，所以P 1＝I 2R 1＝⎝⎛⎭⎪⎫E R 1＋r 2R 1＝2 W.【答案】 (1)3 Ω W (2)0 2 W当典例3中的电源的最大输出功率为多少？此时电源的效率为多少？【解析】 由P 输出和R 的变化关系图像可知R 外>r 时，R 外越大，P 出越小，故R ＝0时电源输出功率最大．P max ＝I 2R 1＝⎝⎛⎭⎪⎫E r ＋R 12R 1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫31＋22×2 W＝2 W此时η＝R 1R 1＋r ×100%＝22＋1×100%＝%. 【答案】 2 W %如图266所示，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝ Ω，“8 V 16 W”的灯泡L 恰好能正常发光，电动机M 绕线的电阻R 0＝1 Ω，求：【导学号：】图266(1)路端电压； (2)电源的总功率； (3)电动机的输出功率．【解析】 (1)灯泡正常发光，所以路端电压为8 V.(2)设干路总电流为I ，则8 V ＝10 V －I × Ω，得I ＝4 A ，故P 总＝EI ＝40 W.(3)又I L ＝P U ＝168A ＝2 A ，故I M ＝I －I L ＝2 A ，P M 总＝8×2 W＝16 W ， P M 出＝16 W －22×1 W＝12 W.【答案】 (1)8 V (2)40 W (3)12 W闭合电路功率问题的注意事项(1)闭合电路是一个能量转化系统，电源将其他形式的能转化为电能．内、外电路将电能转化为其他形式的能，EI ＝P 内＋P 外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现．(2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出功率变大．学业分层测评(十二) (建议用时：45分钟)1．当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为 J ．为在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( ) 【导学号：】A ．3 V, JB ．3 V, JC ．6 V, JD ．6 V, J【解析】 根据公式W ＝Uq 可知，当通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为 J 时，电阻的两端电压为3 V ，此时的电流为I ；若在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端需加的电压为3 V×2＝6 V ，消耗的电能为W ＝6 V×0.6 C＝ J ，选项D 正确．【答案】 D2．额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间．比较它们产生的热量，结果是( )【导学号：】A ．电风扇最多B ．电烙铁最多C ．日光灯最多D ．一样多【解析】 在三种用电器中，只有电烙铁是纯电阻用电器，将电能全部转化为内能，故选项B 正确．【答案】 B3．有一只电风扇，标有“220 V 50 W”字样，电动机线圈的电阻为 Ω，把它接入220 V 的电路中，以下几种计算时间t 内产生热量的方法中，正确的是( ) 【导学号：】A ．Q ＝U 2R tB ．Q ＝PtC ．Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2Rt D ．以上三种方法均正确【解析】 由于电风扇是非纯电阻电路，故A 、B 错；由P ＝UI 得I ＝PU，再由Q ＝I 2Rt 知C 正确．【答案】 C4．(多选)一台电动机的线圈的电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( )A ．电炉放热与电动机放热相等B ．电炉两端电压小于电动机两端电压C ．电炉两端电压等于电动机两端电压D ．电动机消耗的功率大于电炉的功率【解析】 电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻，对于电炉有：U ＝IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝I 2R ，对于电动机有：U >IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝UI >I 2R .【答案】 ABD5．R 1和R 2分别标有“2 Ω 1.0 A”和“4 Ω 0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图267所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( )图267A ． WB ． WC ． WD ． W【解析】 R 1和R 2串联后的总电阻为R ＝R 1＋R 2＝6 Ω，电路中的电流不能超过R 2的额定电流，即0.5 A ．根据P ＝IU 和I ＝U R得P ＝I 2R ＝ W ，故A 正确．【答案】 A6．加在某电动机上的电压是U (V)，电动机消耗的电功率为P (W)，电动机线圈的电阻为r (Ω)，则电动机线圈上消耗的电热功率为( ) 【导学号：】A ．PD ．P －P 2r U2【解析】 因为P ＝IU ，I ＝P U，所以P 热＝(P U)2r ，故C 正确． 【答案】 C7．如图268所示，直线A 为电源的路端电压与总电流关系的图线，直线B 为电阻R 两端电压与通过该电阻电流关系的图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是( )图268A ．2瓦，%B ．2瓦，%C ．4瓦，%D ．4瓦，%【解析】 由图可知，E ＝3 V ，r ＝1 Ω，R ＝2 Ω，故可得：P 出＝(ER ＋r )2·R ＝(32＋1)2·2 W ＝2 W ，η＝RR ＋r＝ %，故A 正确．【答案】 A8．一台小型电动机在380 V 电压下正常工作时，能将30 kg 的货物在30 s 内匀速提升30 m ，通过它的电流是1 A ．除电动机线圈生热外，其他能量损失不计，求在此过程中：(g 取10 m/s 2) 【导学号：】(1)拉力对货物做功的功率； (2)电动机的输出功率； (3)电动机线圈所产生的热量．【解析】 (1)货物匀速上升，故牵引力等于重力，故有F ＝mg ＝30×10 N＝300 N ， 上升的速度为v ＝1 m/s ，故牵引力的功率为P ＝Fv ＝300×1 W＝300 W. (2)电动机的输出功率为300 W. (3)由能量守恒定律可知Q ＝IUt －mgh ＝(1×380×30－300×30) J＝2400 J.【答案】 (1)300 W (2)300 W (3)2400 J9．电动势为E 、内阻为r 的电池与固定电阻R 0、变阻器R 串联，如图269所示，设R 0＝r ，R ab ＝2r ，当变阻器的滑片自a 端向b 端滑动时，下列各物理量中随之减小的是( )【导学号：】图269A ．电池的输出功率B ．变阻器消耗的功率C ．固定电阻R 0消耗的功率D ．电池内阻消耗的功率【解析】 滑片自a 向b 滑动，R 减小，R 总减小，故总电流I 变大，所以固定电阻R 0消耗功率及电池内阻消耗的功率均增大，故C 、D 错；滑动过程中，R 外由3r 减为r ，始终大于内阻r ，由P 输出与R 外关系图像可知，电池输出功率逐渐增大，故A 错．将R 0等效为内阻一部分，则总内阻为2r ，在R 由2r 减小到0的过程中，等效电源输出功率即变阻器消耗的功率逐渐减小，故B 正确．【答案】 B10．给定两只标有“110 V 40 W”的灯泡L 1和标有“110 V 100 W”的灯泡L 2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R ，将它们接在220 V 的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理的是( )A BC D【解析】 L 1(110 V 40 W)和L 2(110 V 100 W)的额定电压相同，由P ＝U 2R可知R 1>R 2，由串、并联电路电流、电压特点可知A 、D 中L 1、L 2一定不会同时正常发光，虽然B 、C 能使L 1、L 2同时正常发光，但B 中P 总＝2(P 1＋P 2)，C 中P 总＝2P 2，故C 正确．【答案】 C11．如图2610为甲、乙两灯泡的I －U 图像，根据图像计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V 的电路中，实际发光的功率约为( )图2610A ．15 W 30 WB ．30 W 40 WC ．40 W 60 WD ．60 W 100 W【解析】 从图像的横坐标(U )为220 V 的刻度可找出对应的纵坐标(I )的值分别为I 甲＝0.18 A ，I 乙＝0.28 A ，则P 甲＝U ·I 甲≈40 W，P 乙＝U ·I 乙≈60 W，即C 项正确．【答案】 C12．电路图如图2611甲所示，乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R 0＝3 Ω.甲 乙图2611(1)当R 为何值时，R 0消耗的功率最大，最大值为多少？ (2)当R 为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？【解析】 (1)由题图乙知电源的电动势和内阻为：E ＝20 V ，r ＝|ΔU ΔI |＝152 Ω＝ Ω.由题图甲分析知道，当R ＝0时，R 0消耗的功率最大， 最大为P ＝(ER 0＋r)2R 0＝(错误!)2×3 W＝ W.(2)当r ＝R ＋R 0时，即R ＝ Ω时， 电源的输出功率最大，最大值为：P ＝(E R 0＋R ＋r)2(R 0＋R )＝(错误!)2(3＋ W ＝ W.【答案】(1)0 W (2) Ω W。
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课时跟踪检测（十一） 焦耳定律 电路中的能量转化1．(2015·浙江高考)下列说法正确的是( )A ．电流通过导体的热功率与电流大小成正比B ．力对物体所做的功与力的作用时间成正比C ．电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比D ．弹性限度内，弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比解析：选C 在导体电阻一定的条件下，由P ＝I 2R 知热功率与电流的二次方成正比，选项A 错误。
根据功的公式可知其大小与力的作用时间无关，选项B 错误。
由电容的定义式可得Q ＝CU ，即电荷量与两极间的电势差成正比，选项C 正确。
弹簧的劲度系数只跟弹簧本身有关，与弹簧伸长量无关，选项D 错误。
2．把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t 串∶t 并为( )A ．1∶1B ．2∶1C ．4∶1D ．1∶4 解析：选C 串联后电阻为R 1＝2r ，产生的热量为Q 1＝U 2R 1·t 串＝U 22r·t 串；并联后电阻为R 2＝r 2，产生的热量为Q 2＝U 2R 2·t 并＝U 2r 2·t 并，若要Q 1＝Q 2，所以有t 串∶t 并＝4∶1。
3．把六个相同的小灯泡接成如图1甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P 甲和P 乙表示，则下列结论中正确的是()图1A ．P 甲＝P 乙B ．P 甲＝3P 乙C ．P 乙＝3P 甲D ．P 乙>3P 甲解析：选B 设每个灯泡正常工作时的电流为I ，则甲图中电路的总电流为3I ，P 甲＝12×3I ＝36I ，乙图中电路的总电流为I ，P 乙＝12×I ＝12I ，故有P 甲＝3P 乙，B 正确。
4．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，在相同的时间内( )①电炉放出的热量与电动机放出的热量相等②电炉两端电压小于电动机两端电压③电炉两端电压等于电动机两端电压④电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率A．①②④ B．①③C．②④ D．③④解析：选A 由P热＝I2R知①正确。
因电动机消耗的功率有热功率和机械功率两部分，④正确。
对电炉UI＝I2R，而电动机U′I＝I2R＋P机，所以U′＞U，②正确。
5．(多选)如图2所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为可变电阻，当R3的阻值减小时( )图2A．电压表的示数增大 B．R2中的电流减小C．小灯泡的功率减小 D．电源路端电压降低解析：选ABD 当R3的阻值减小时，总电阻减小，则由闭合电路欧姆定律可得，电路中总电流增大，则由U＝E－Ir可知，路端电压减小，故D正确；因干路电流增大，则R1两端的电压增大，故电压表示数增大，故A正确；因路端电压减小，电压表示数增大，则并联部分电压减小，故R2中的电流减小，故B正确；由以上分析可知，通过小灯泡L的电流增大，由P＝I2R可知灯泡功率增大，故C错误。
6．(多选)现有甲、乙、丙三个电源，电动势E相同，内阻不同，分别为r甲，r乙，r丙。
用这三个电源分别给定值电阻R供电，已知R＝r甲>r乙>r丙，则将R先后接在这三个电源上的情况相比较，下列说法正确的是( )A．接在甲电源上时，电源内阻消耗的功率最大B．接在甲电源上时，定值电阻R两端的电压最大C．接在乙电源上时，电源的输出功率最大D．接在丙电源上时，电源的输出功率最大解析：选AD 根据P r＝I2r＝E2rR＋r 2＝E2R－r 2r＋4R，由数学知识可知，当R＝r时，P r最大，故接在甲电源上时，电源内阻消耗的功率最大，选项A正确；因为U R＝ERR＋r，故接在甲电源上时，定值电阻R两端的电压最小，选项B错误；电源的输出功率为：P R＝I2R＝E2RR＋r 2，故当内阻r最小时，R上的功率最大，即接在丙电源上时，电源的输出功率最大，故选项D正确，C错误。
7．如图3所示，直线A为某电源的UI图线，曲线B为某小灯泡的UI图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电源的总功率分别是( )图3A．4 W,8 W B．2 W,4 WC．2 W,3 W D．4 W,6 W解析：选D 用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率是UI＝2×2 W＝4 W，电源的总功率是EI＝3×2 W＝6 W。
选项D正确。
8．额定电压为4.0 V的直流电动机的线圈电阻为1.0 Ω，正常工作时，电动机线圈每秒产生的热量为4.0 J ，下列计算结果正确的是( )A．电动机正常工作时的电流强度为4.0 AB．电动机正常工作时的输出功率为8.0 WC．电动机每分钟将电能转化成机械能为240.0 JD．电动机正常工作时的输入功率为4.0 W解析：选C 电动机正常工作时的电流强度为I＝Qrt＝41×1A＝2 A，选项A错误；电动机正常工作时的输出功率为P出＝IU－P内＝2×4 W－4 W＝4 W，选项B错误；电动机每分钟将电能转化成机械能为E机＝P出t＝4×60 J＝240 J，选项C正确；电动机正常工作时的输入功率为P＝UI＝2×4 W＝8 W，选项D错误。
9．如图4所示，a、b分别表示一个电池组和一只电阻R的伏安特性曲线。
用该电池组直接与电阻R连接成闭合电路，则以下说法正确的是( )图4A．电池组的内阻是0.33 ΩB ．电阻的阻值为1 ΩC ．电池组的输出功率将是4 WD ．改变电阻R 的阻值时，该电池组的最大输出功率为4 W解析：选D 根据图线a 可得图线a 的斜率表示电源内阻，故r ＝ΔU ΔI ＝4－04Ω＝1 Ω，A 错误；图线b 的斜率表示电阻的大小，故R ＝ΔU ΔI ＝3－01Ω＝3 Ω，故B 错误；两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端时电路的工作状态，由图读出路端电压为U ＝3 V ，电流为I ＝1 A ，电池组的输出功率是P ＝UI ＝3 W ，故C 错误；根据数学知识得知，当外电阻等于电池的内阻时，即外电阻R ＝r ＝1 Ω时，电池组的最大输出功率P 出＝⎝⎛⎭⎪⎫E R ＋r 2R ＝4 W ，故D 正确。
10．(多选)如图5所示，电源的电动势和内阻分别为E 、r 。
滑动变阻器的滑片P 由a 向b 缓慢移动的过程中，下列各物理量变化情况为( )图5A ．电容器所带电荷量一直增加B ．电容器所带电荷量先减少后增加C ．电源的总功率先减少后增加D ．电压表的读数先减少后增加解析：选BC 对电路分析可知：滑动变阻器两部分是并联，再与另一电阻串连接入电源中。
所以当两部分电阻相等时，此时的电阻最大，电流最小。
随着滑动变阻器的滑片P 由a 向b 缓慢移动的过程中，总电阻先增大后减小，导致电流先减小后增大。
而电容器与电阻R 0并联，所以电压先减小后增大，则电容器所带电荷量先减少后增加，故选项A 错误、B 正确；因电动势不变，则电源的总功率先减少后增加，故选项C 正确；因电流先减小后增大，内电压先减小后增大，外电压先增大后减小，由于电压表是测得外电压，所以路端电压是先增加后减少，故选项D 错误。
11．(2015·北京高考)真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置，如图6所示。
光照前两板都不带电。
用光照射A 板，则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。
假设所有逸出的电子都垂直于A 板向B 板运动，忽略电子之间的相互作用。
保持光照条件不变。
a 和b 为接线柱。
图6已知单位时间内从A 板逸出的电子数为N ，电子逸出时的最大动能为E km 。
元电荷为e 。
(1)求A 板和B 板之间的最大电势差U m ，以及将a 、b 短接时回路中的电流I 短。
(2)图示装置可看作直流电源，求其电动势E 和内阻r 。
(3)在a 和b 之间连接一个外电阻时，该电阻两端的电压为U 。
外电阻上消耗的电功率设为P ；单位时间内到达B 板的电子，在从A 板运动到B 板的过程中损失的动能之和设为ΔE k 。
请推导证明：P ＝ΔE k 。
(注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明) 解析：(1)由动能定理得E km ＝eU m ，可得U m ＝E km e短路时所有逸出的电子都到达B 板，故短路电流I 短＝Ne(2)电源的电动势等于断路时的路端电压，即上面求出的U m ，所以E ＝U m ＝E km e 电源内阻r ＝E I 短＝E km Ne 2。
(3)设电阻两端的电压为U ，则电源两端的电压也是U 。
由动能定理知，一个电子经电源内部电场后损失的动能ΔE ke ＝eU设单位时间内有N ′个电子到达B 板，则损失的动能之和ΔE k ＝N ′ΔE ke ＝N ′eU 根据电流的定义，此时电源内部的电流I ＝N ′e此时流过外电阻的电流也是I ＝N ′e ，外电阻上消耗的电功率P ＝IU ＝N ′eU所以P ＝ΔE k 。
答案：(1)E km e Ne (2)E km e E km Ne 2 (3)见解析 12．如图7所示，一电荷量q ＝3×10－5 C 带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O 点。
开关S 合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角α＝37°。
已知两板相距d ＝0.1 m ，电源电动势E ＝15 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电阻R 1＝3 Ω，R 2＝R 3＝R 4＝8 Ω。
g 取10 m/s 2，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。
求：图7(1)电源的输出功率；(2)两板间的电场强度的大小；(3)带电小球的质量。
解析：(1)R 2与R 3并联后的电阻值R 23＝R 2R 3R 2＋R 3＝4 Ω由闭合电路欧姆定律得I ＝ER 1＋R 23＋r ＝153＋4＋0.5 A ＝2 A电源的输出功率P 出＝I (E －Ir )＝28 W 。
(2)两板间的电压U C ＝I (R 1＋R 23)＝2×(3＋4) V ＝14 V 两板间的电场强度E ＝U C d ＝140 N/C 。
(3)小球处于静止状态，所受电场力为F ，又F ＝qE 由平衡条件得：竖直方向T cos α－mg ＝0 水平方向T sin α－qE ＝0带电小球的质量m ＝5.6×10－4 kg 。
答案：(1)28 W (2)140 N/C (3)5.6×10－4 kg。