高中物理(新人教版)必修第三册同步习题：电路中的能量转化(同步习题)【含答案及解析】
《8. 焦耳定律 电路中的能量转化》(同步训练)高中物理必修第三册_教科版_2024-2025学年
《8. 焦耳定律电路中的能量转化》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、下列关于电热现象的说法中，正确的是：A、电路中的电流越大，导体产生的热量也越大，但与电阻成反比。
B、串联电路中，电流相同，根据Q=I^2Rt，产生的热量与电阻成正比。
C、并联电路中，总电压相同，由于R1＜R2，根据Q=U^2/R*t，R1支路产生的热量小于R2支路产生的热量。
D、无论电流方向如何，电器产生的热量都是正数。
2、一只电热丝两端电压Changed，通过它的电流Increased。
在不考虑温度对电阻的影响的情况下，以下关于电热丝产生的热量的说法中，正确的是：A、热量增加一倍。
B、热量减少一半。
C、热量不变。
D、无法确定。
3、在电路中，当电流通过电阻时，会产生一定的热量。
以下哪种情况不会导致电路中的热量增加？A、增大电阻的阻值B、增大电流的大小C、降低电阻的阻值D、增加电路的电压4、一个电阻的阻值为10Ω，当电流为2A通过该电阻时，在1分钟内产生的热量是多少？A、240JB、120JC、60JD、30J5、电路中，若某导体两端电压为2V，通过的电流为0.5A，通电时间为5秒，则该导体产生的热量为（）A. 10JB. 5JC. 2JD. 1J6、在一定时间内，如果电阻两端的电压为4V，通过的电流是0.4A，那么这时间内电阻消耗的电能是（）A. 1.6JB. 2JC. 8JD. 1.6W7、一个电阻丝通过电流I时所消耗的功率为P，当电流增加到2I时，电阻丝消耗的功率变为：A. 2PB. 4PC. P/2D. P/4二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于焦耳定律的描述，正确的是（）A、电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比B、电流通过导体产生的热量与导体的电阻成正比C、电流通过导体产生的热量与导体的电阻成正比，与电流的平方成正比D、电流通过导体产生的热量与电流的平方和导体的电阻成正比2、在下列电路中，下列哪些情况下电路中的能量转化是正确的（）A、电池充电时，化学能转化为电能B、电灯泡发光时，电能转化为光能和热能C、电动机工作时，电能转化为机械能和热能D、电热器加热时，电能转化为内能3、在一定时间内，通过某一电阻丝的电荷量与该电阻丝产生的热量之间的关系是正确的描述。
第12章 第1节 电路中的能量转化 新教材高中物理必修第三册(人教版)(解析版)
P总
如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为 r＝1 Ω，电动机两端 的电压为 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； (2)电动机的输入功率和输出功率； (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． 解析 (1)根据焦耳定律，热功率 P 热＝I2r＝12×1 W＝1 W． (2)电动机的输入功率 P 入＝UI＝5×1 W＝5 W，输出功率 P 出＝P 入－P 热＝5 W－1 W＝4 W． (3)电动机对外做功提升重物，电能转化为机械能，在 10 s 内 P 出 t＝mgh，解得 h＝P 出 t
(2)纯电阻电路服从欧姆定律，而非纯电阻电路不服从欧姆定律．
(3)纯电阻电路电流做功时，电能全部转化为电热，而非纯电阻电路，电流做功将电能
一部分转化为电热，一部分转化为机械能或其他形式的能．
2．电功与电热
纯电阻电路
非纯电阻电路
电功 电热
W＝UIt＝I2Rt＝U2t R
Q＝UIt＝I2Rt＝U2t R
到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为 R1，它与电热丝的电阻 R2 串联，接到直流电源
上，电吹风机两端电压为 U，电流为 I，消耗的电功率为 P，则有( )
A．P<UI C．P>UI
B．P＝I2(R1＋R2) D．P>I2(R1＋R2)
D [电吹风消耗的电功率 P 是总的功率，总功率的大小应该是用 P＝UI 来计算，所以
U 110
110
60 W＝60 W，所以选项 A 正确．电解槽的发热功率为 P 热＝I2r＝ 110 2×4.4 W≈1.3 W，所以
【高中物理】电路中的能量转化+课件+高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
电功
电功率
额定功率 和实际功率
1.定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的
功，简称电功，通常也说成是电流所做的功。
2.公式：W UI t
I U R
W
I 2 Rt
U2 R
t
任意电路
纯电阻电路
3.单位：焦耳(J)，常用单位千瓦时( kw h )
“千瓦时”就是日常生活中的“度”。
1kw h 3.6106 J
4.物理意义:电功是电能转化为
电 能
其他形式能的量度。 表
电功
电功率
额定功率 和实际功率
某同学发现家里的电炖锅 上有两个档位，分别是快炖和 慢炖，这两个档位的本质区别 是什么呢？这位同学说两个档 位的电功不同，这种说法正确 吗？
区别：反映电流做功快慢不同
电功率
1.定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。
电流通过线圈时要发热；P热＝I2r 4．功率关系：P总＝P出＋P热 5．电动机的效率： P出 100%
P总
认识 电动机
课本例题
巩固练习
公式总结
【例1】.一个电动机，线圈电阻是 0.4 ，当它两端所加的 电压为 220 V时，通过的电流是 5 A。这台电动机每分钟所 做的机械功有多少?
解:据能量守恒定律得: IUt = I2Rt +W
问题2：电流做功怎样理解？或者说电流做功的本质是什么？ 答：电流做功的本质是导体中有恒定电场，自由电荷在静
电力作用下定向移动，这个静电力在做功。
问题3：电流做功时能量是怎样转化的？ 答：静电力对自由电荷做正功，电荷的电势能（其实电势
能就是平时我们说的电能）减少，其他形式的能增加。
电功
电功率
额定功率 和实际功率
人教版(2019)高中物理必修三第十二章第1节电路中的能量转化
第1节 电路中的能量转化学习目标核心素养形成脉络1.理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质．2．理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路． 3．电功率和热功率的理解.一、电功和电功率 1．电功(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U 、电路中的电流I 和通电时间t 三者的乘积．(2)公式：W ＝IUt .(3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J. 2．电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比． (2)公式：P ＝Wt＝IU ．(3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 二、焦耳定律 1．焦耳定律(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 ＝I 2Rt ． (3)适用范围：任何电路．2．热功率(1)定义：电流通过导体发热的功率． (2)公式：P ＝Qt ＝I 2R ．三、电路中的能量转化1．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热． 2．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能．3．纯电阻电路中P 电＝P 热；电动机电路中P 电＝P 机＋P 损．其中P 电＝UI ，P 热＝I 2R ；P损＝P 热．思维辨析(1)电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能．( ) (2)正在充电的电池，电能全部转化为化学能．( )(3)焦耳定律的表达式为Q ＝I 2Rt ，此式适用于任何电路．( ) (4)三个公式P ＝UI 、P ＝I 2R 、P ＝U 2R没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P 即是电功率．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× 深度思考 (1)如图所示，电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ (2)公式W ＝UIt 、W ＝I 2Rt 在应用时应注意什么？W ＝UIt 可以计算热量吗？提示：(1)电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能．电熨斗工作时，将电能转化为内能．(2)W ＝UIt 普遍适用，而W ＝I 2Rt 只适用于纯电阻电路．在纯电阻电路中，可以应用W ＝UIt 计算热量，而在非纯电阻电路中不能应用W ＝UIt 计算热量．串、并联电路中的电功率的分析与计算【核心深化】1．串联电路的功率关系(1)各部分电路电流I 相同，根据P ＝I 2R ，各电阻上的电功率与电阻成正比． (2)总功率P 总＝UI ＝(U 1＋U 2＋…＋U n )I ＝P 1＋P 2＋…＋P n . 2．并联电路的功率关系(1)各支路电压相同，根据P ＝U 2R ，各支路电阻上的电功率与电阻成反比．(2)总功率P 总＝UI ＝U (I 1＋I 2＋…＋I n )＝P 1＋P 2＋…＋P n .3．结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和．现有标有“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( )[解析] L 1和L 2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 中都能使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] C(1)额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，也是用电器两端电压为额定电压(或通过的电流为额定电流)时消耗的电功率．用电器铭牌上所标的功率即为额定功率．(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率．为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率．(2020·广东深圳高二检测)有人在调制电路时用一个“100 k Ω 18W ”的电阻和一个“300 k Ω 18 W ”的电阻串联，作为400 k Ω的电阻使用，此时两串联电阻允许消耗的最大功率为( )A.12 W B.16 W C.18W D.14W 解析：选B.由P ＝I 2R 可知，允许流过两电阻的最大电流I 1>I 2，当300 k Ω的电阻达到额定值时，100 k Ω电阻消耗的功率为其功率的13；则有最大功率P m ＝I 22(R 1＋R 2)＝13×18 W ＋18 W ＝16W ．故选B. 对电功和电热的理解 【核心深化】1．电功和电功率：W ＝UIt 是电功的计算式，P ＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路．2．电热和热功率：Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．3．纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能．4．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路 非纯电阻电路 举例白炽灯、电炉、 电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系 W ＝Q 即IUt ＝I 2Rt W ＝Q ＋E 其他 UIt ＝I 2Rt ＋E 其他 电功率和热 功率的关系P ＝P 热 即IU ＝I 2RP ＝P 热＋P 其他 即IU ＝I 2R ＋P 其他欧姆定律是否成立U＝IR，I＝UR成立U＞IR，I＜UR不成立说明W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率．Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率．只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热如图所示的电路中，电炉电阻R＝10 Ω，电动机线圈的电阻r＝1 Ω，电路两端的电压U ＝100 V，电流表的示数为30 A，问通过电动机的电流为多少？通电1 min，电动机做的有用功为多少？[思路点拨][解析]题图中的两个支路分别为纯电阻电路(电炉)和非纯电阻电路(电动机)．在纯电阻电路中可运用欧姆定律I＝UR直接求出电流，而非纯电阻电路中的电流只能运用干路和支路中电流的关系求出．在非纯电阻电路中，电功大于电热，两者的差值才是有用功．根据欧姆定律，通过电炉的电流为I1＝UR＝10010A＝10 A根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，则通过电动机的电流为I2＝30 A－I1＝20 A电动机的总功率为P＝UI2＝100×20 W＝2×103 W电动机因发热而损耗的功率为P′＝I22r＝400 W电动机的有用功率(机械功率)为P″＝P－P′＝1.6×103 W电动机通电1 min 做的有用功为 W ＝P ″t ＝1.6×103×60 J ＝9.6×104 J. [答案] 20 A 9.6×104 J解决电动机问题的一般方法(1)电动机两端的电压U M 、通过的电流I M 的求解是关键，但由于不是纯电阻电路不满足欧姆定律，U M 、I M 都是利用电路规律间接求解的．(2)对电动机而言，求电功率用P 电＝I M U M ，求热功率用P 热＝I 2M r ，求输出机械功率用P 出＝P 电－P 热．(3)求电动机输出的机械功率还可用P 出＝F 牵v .【针对训练】1．如图是某品牌吊扇的相关参数，假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇叶的总质量为7 kg ，g 取10 m/s 2，则( )A ．吊扇的内电阻为880 ΩB ．以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 AC ．正常工作时吊扇的机械功率等于55 WD ．正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N解析：选B.由参数可知额定电压为220 V ，额定功率为55 W ，则额定电流I ＝P U ＝55220 A＝0.25 A ，B 正确；若电器为纯电阻，则电阻为R ＝U 2P ＝220255 Ω＝880 Ω，因电扇不是纯电阻，则内阻不等于880 Ω，A 错误；机械功率等于总功率与内阻消耗功率之差，可知正常工作时吊扇的输出机械功率小于55 W ，C 错误；吊扇工作时，给空气向下的作用力，空气给电扇向上的反作用力，可知吊杆对转盘的拉力小于重力70 N ，D 错误．2．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图．电动机内电阻r ＝0.8 Ω，电路中另一电阻R ＝10 Ω.直流电压U ＝160 V ，电压表示数U V ＝110 V.(1)求通过电动机的电流； (2)求输入电动机的电功率；(3)若电动机以v ＝1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物，则该重物的质量为多少？(g 取10 m/s 2)解析：(1)由电路中的电压关系可得电阻R 两端的电压 U R ＝U －U V ＝(160－110)V ＝50 V 流过电阻R 的电流I R ＝U R R ＝5010 A ＝5 A即通过电动机的电流I M ＝I R ＝5 A. (2)电动机两端的电压U M ＝U V ＝110 V 输入电动机的功率P 电＝I M U M ＝550 W. (3)电动机的发热功率P 热＝I 2M r ＝20 W电动机输出的机械功率P 出＝P 电－P 热＝530 W 又P 出＝mg v ，所以m ＝P 出g v ＝53 kg.答案：(1)5 A (2)550 W (3)53 kg1．(对电功率的理解)如图所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等．停电时，用欧姆表测得A 、B 间电阻为R ；供电后，各家电器同时使用，测得A 、B 间电压为U ，进线电流为I ，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )A ．P ＝I 2RB ．P ＝U 2RC ．P ＝IUD ．P ＝I 2R ＋U 2R解析：选C.家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P ＝UI 来计算，C 正确．2．(对焦耳定律的理解)如表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为( )型号 DF －938 额定功率 900 W 额定电压220 V额定容量 1.2 LA.6.8 A B ．4.1 A C ．1.2 AD ．0.24 A解析：选B.由铭牌读出电热水壶额定功率为P ＝900 W ，额定电压为U ＝220 V ；由P ＝UI 得，电热水壶的额定电流为：I ＝P U ＝900220A ≈4.1 A.3．(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R 1、R 2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R 1、R 2大小满足( )A ．R 2＝9R 1B ．R 2＝6R 1C ．R 2＝3R 1D ．R 1＝R 2解析：选A.设每个灯泡正常发光时其电流为I ，则题图甲中总电流为3I ，题图乙中总电流为I ；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使P R 1＝P R 2，即(3I )2R 1＝I 2R 2，故R 2＝9R 1，所以A 正确．4．(非纯电阻电路功率的计算)(2020·四川南充高二检测)某同学对时下流行的一款充一次电就可使用一个月的电动牙刷产生了兴趣，于是他对电动牙刷内的主要部件——微型电动机的性能进行了研究．运用如图所示的实验电路，调节滑动变阻器R 使电动机停止转动，电流表和电压表的示数分别为200 mA 和1.2 V ．重新调节R 并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为100 mA 和2.4 V ．则这台微型电动机正常运转时输出功率为( )A ．0.24 WB ．0.16 WC ．0.18 WD ．0.06 W解析：选C.根据公式R ＝UI 可求电动机停转时的电阻；利用公式P ＝UI 可求电动机的总功率，根据公式P ＝I 2R 可求内阻消耗的热功率，总功率与内阻消耗的热功率之差就是电动机的输出功率．电动机的电阻：R ＝U I ＝1.20.2Ω＝6 Ω，电动机的总功率：P ＝U 1I 1＝2.4 V ×0.1 A ＝0.24 W ，电动机内阻消耗的功率：P R ＝I 21R ＝(0.1 A)2×6 Ω＝0.06 W ，电动机正常运转时的输出功率是P 输出＝P －P R ＝0.24 W －0.06 W ＝0.18 W ，故C 正确，A 、B 、D 错误．(建议用时：30分钟) 【合格考练】1．室内有几种用电器：1.5 kW 的电饭煲、200 W 的电冰箱、750 W 的取暖器、250 W 的电视机和2 kW 的空调器．如果进线处有13 A 的保险丝，供电电压为220 V ，下列情况下不能同时使用的是( )A ．电饭煲和电冰箱B ．取暖器和空调器C ．电饭煲和空调器D ．电冰箱、电视机和空调器解析：选C.电路中允许的最大功率为P m ＝UI ＝2 860 W ．用电器的功率之和大于P m 时，用电器就不可以同时使用，故C 正确．2．(2020·淄博校级联考)如果家里的微波炉(1 000 W)、电视机(100 W)和洗衣机(400 W)平均每天都工作2 h ，一个月(30天计)的用电量是( )A ．10 kW ·hB ．20 kW ·hC ．45 kW ·hD ．90 kW ·h解析：选D.P ＝1 000 W ＋100 W ＋400 W ＝1 500 W ＝1.5 kW ，故W ＝Pt ＝1.5 kW ×2 h ×30＝90 kW ·h.3．(2020·北京房山高二期中)一台电动机，额定电压是100 V，电阻是2 Ω.正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A．500 W B．200 WC．50 W D．450 W解析：选C.根据焦耳定律得到P热＝I2r＝(5 A)2×2 Ω＝50 W，故C正确．4．如图为某品牌的扫地机器人，其内部电机的电阻为0.5 Ω，额定功率为24 W，额定工作电压为8 V，扫地机器人的锂电池容量为9 A·h，则该机器人正常工作时() A．额定工作电流为3 AB．额定工作电流为16 AC．充满电后最长工作时间约为9 hD．每秒消耗能量为128 J解析：选A.额定功率为24 W，额定工作电压为8 V，所以额定电流为I＝PU＝3 A，A 正确，B错误；工作电流为3 A，锂电池容量为9 A·h，由Q＝It可知，能够工作3 h，C错误；每秒消耗能量为24 J，D错误．5．如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电动机内阻为R1.当开关闭合，电动机正常工作时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R2，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流为I.电动机的输出功率等于()A．UI B．I2R1C．UI－I2R1 D.ER1＋R2＋rU解析：选C.电动机消耗的总的电功率为P总＝UI，其中一部分用于产生热量P热＝I2R1，另一部分输出机械功率P，由P总＝P热＋P，解得P＝IU－I2R1，故C正确．6．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调运行1小时用电()A ．1.0度B ．1.5度C ．2.0度D ．2.5度解析：选B.从题图可以看出，在1小时内，空调器以0.5 kW 的功率工作的时间为20分钟，以2 kW 的功率工作的时间为40分钟，故空调器1小时内用电为W ＝P 1t 1＋P 2t 2＝⎝⎛⎭⎫0.5×13＋2×23 kW ·h ＝1.5 kW ·h ＝1.5度，故选B.7．(2020·西安东仪中学高二期末)一个直流电动机所加电压为U ，电流为 I ，线圈内阻为 R ，当它工作时，下述说法中正确的是( )A ．电动机的输出功率为U 2RB ．电动机的输出功率为UI －I 2RC ．电动机的发热功率为UID ．电动机的功率可写作IU ＝I 2R ＝U 2R解析：选B.直流电动机为非纯电阻，电动机的输出功率为P 出＝UI －I 2R ，故A 错误，B 正确；根据焦耳定律，电动机的发热功率P热＝I 2R ，故C 错误；电动机的功率可写作P＝IU ，由于直流电动机为非纯电阻电路，故欧姆定律不成立，故不能写成I 2R或U 2R，故D 错误．8．(2020·宁夏石嘴山高二检测)有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路中电机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2.0 V 电压的电路中，正常工作时的电流是1.0 A ，此时，电动机的输出功率是P 出；如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是P 热，则( )A ．P 出＝2 W ，P 热＝0.5 WB ．P 出＝1.5 W ，P 热＝8 WC ．P 出＝2 W ，P 热＝8 WD ．P 出＝1.5 W ，P 热＝0.5 W解析：选B.当电动机卡住时，电流做的功全部转化为热能，即是纯电阻，符合欧姆定律，故可得电动机的电阻为R ＝0.20.4 Ω＝0.5 Ω，正常工作时，电动机消耗的总功率为P 总＝UI ＝2 W ，输出功率为总功率与热功率之差，故P 出＝P 总－I 2R ＝2 W －12×0.5 W ＝1.5 W ，若此时电动机突然卡住，则电能全部转化为内能，故热功率为P 热＝U 2R ＝220.5 W ＝8 W ，故B正确．【等级考练】9．(2020·河北黄骅中学高二检测)如图所示是饮水机的工作电路简化图，S 是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R 0是饮水机加热管电阻，R 是与加热管串联的电阻．表格是从其说明书中摘录的一些技术数据．不考虑R 0、R 的电阻受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率．当S 闭合时，饮水机的工作状态和R 0的阻值是( )A ．加热，88 ΩB ．加热，220 ΩC ．保温，88 ΩD ．保温，220 Ω解析：选A.由电功率公式P ＝I 2R 和I ＝U R ＋r 可知，电压不变的条件下，电阻越小电流越大，功率越大．电源电压不变，当S 闭合时，只有R 0接入在电源上，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S 闭合时是加热状态．利用公式R ＝U 2P ，知R 0＝2202550 Ω＝88 Ω，A正确．10．(2020·贵州都匀高二检测)根据都匀一中学生宿舍管理条例，严禁学生使用功率超过100 W 的电吹风，否则将对学生做出没收电吹风和记过处分的双重惩罚．如图所示是一次行动中没收的某大功率的电吹风的电路图，它主要由电动机M 和电热丝R 构成．当闭合开关S 1、S 2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出．已知电吹风的额定电压为220 V ，吹冷风时的功率为190 W ，吹热风时的功率为1 400 W ．关于该电吹风，下列说法正确的是( )A ．电热丝的电阻为55 ΩB ．电动机线圈的电阻无法计算C ．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 400 JD ．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 400 J解析：选B.电动机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P ＝P 热－P 冷＝(1 400－190) W ＝1 210 W ，根据P ＝U 2R ，可得电热丝的电阻为R ＝U 2P ＝22021 210 Ω＝40 Ω，故A 错误；电动机为非纯电阻，所以不能计算其电阻，故B 正确；当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为Q ＝Pt ＝1 210×1 J ＝1 210 J ，故C 错误；当电吹风吹热风时，电动机M 和电热丝R 并联，电动机的功率为190 W ，所以每秒钟消耗的电能Q ′＝P ′t ＝190×1 J ＝190 J ，故D 错误．11．规格为“220 V 36 W ”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接220 V 的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，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 的电压下正常工作时的电流为I ＝P U ＝36220 A ≈0.16 A发热功率为P 热＝I 2R ＝(0.16)2×40 W ≈1 W 转化为机械能的功率为P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A电动机消耗的功率即电功率等于发热功率： P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5 W ＝1 210 W. 答案：(1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W12．一台小型电动机在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，其他能量损失不计，求在此过程中：(g 取10 N/kg)(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，故拉力等于重力， 故有F ＝mg ＝30×10 N ＝300 N 上升的速度为v ＝h t ＝30 m30 s＝1 m/s故拉力的功率为P ＝F v ＝300×1 W ＝300 W. (2)电动机的输出功率P 出＝P ＝300 W. (3)由能量守恒定律可知Q ＝IUt －mgh ＝(1×380×30－300×30) J ＝2 400 J. 答案：(1)300 W (2)300 W (3)2 400 J。
教科版高中物理必修第三册课后习题 第二章 8.焦耳定律 电路中的能量转化
8.焦耳定律 电路中的能量转化课后训练巩固提升基础巩固1.把家用电炉的电热丝剪去一小段后,继续使用,则在同样的时间内( )A.由Q=I 2Rt 可知,电炉的发热量减小B.由Q=UIt 可知,电炉的发热量不变C.由Q=U 2R t 可知,电炉的发热量增大D.无法确定,其电阻R 变小,由于加在电炉两端的电压U 不变,因此由公式Q=U 2R t 可知,在相同时间t 内,电炉的发热量Q 增大,选项C 正确。
2.(多选)用一个额定电压为220 V 的电热水器煮沸一壶水需要t,如果不考虑电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 B.当线路电压为110 V 时,煮沸一壶水需要4t C.当线路电压为55 V 时,煮沸一壶水需要4tD.当线路电压为55 V 时,煮沸一壶水需要16tQ=U 2Rt,煮沸一壶水所需的热量为Q=(220V )2Rt 。
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,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,选项D 正确。
3.三只电阻R 1、R 2和R 3按如图所示连接,在电路的A 、B 端加上恒定电压后,电阻R 1消耗的功率最大,则三只电阻的阻值大小关系为( )A.R 1>R 2>R 3B.R 2>R 1>R 3C.R 3>R 2>R 1D.R 1>R 3>R 2R 1、R 2并联,电阻两端的电压相等,因为电阻R 1消耗的功率最大,由功率公式P=U 2R ,可判断R 2>R 1,由串、并联电路的特点可知,通过电阻R 1的电流小于通过电阻R 3的电流,根据功率公式P=I 2R,可判断R 1>R 3,故选B 。
4.把几个相同的电灯接成如图(a)(b)所示两电路,通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值,使两组电灯均能正常发光,并且两电路消耗的总电功率也相同,则R1、R2大小满足( )(a)(b)A.R2=9R1B.R2=6R1C.R2=3R1D.R1=R2I,则题图(a)中总电流为3I,题图(b)中总电流为I;要使两电路消耗的总电功率也相同,需使P R1=P R2,即(3I)2R1=I2R2,故R2=9R1,所以选项A正确。
电路中的能量转化(教师版)-高二物理同步精品讲义(人教2019必修第三册)
12.1 电路中的能量转化 【物理核心素养】物理观念：焦耳定律是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，能量观念科学思维：通过对电动机电路的探究，提高学生的分析论证能力，在教学中培养学生归纳、总结的科学思维方法．科学探究：通过分组实验，培养学生主动观察、分析和总结的能力．科学态度与责任：通过本节教学，让学生体会到探索自然规律的科学态度。
【教学重难点】教学重点：电功概念的建立和理解教学难点：分析非纯电阻电路（例如电动机）能量的转化关系、区分电功和电热。
知识点一、1．电功和电功率W ＝UIt 是电功的计算式，P ＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路．2．电热和热功率Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．3．电功和电热的关系(1)在纯电阻电路中：①电功和电热相等，W ＝Q ＝UIt ＝U 2R t ＝I 2Rt ；①电功率和热功率相等，P 电＝P 热＝UI ＝I 2R ＝U 2R ；①欧姆定律成立：由UIt ＝I 2Rt 得：I ＝UR .(2)在非纯电阻电路中：①电功大于电热，W ＝Q ＋W 其他，电功只能用W ＝UIt 计算，电功率只能用P ＝UI 计算；①电热只能用Q ＝I 2Rt 计算，热功率只能用P ＝I 2R 计算；①欧姆定律不成立，由UIt >I 2Rt 得：U >IR .【经典例题1】如图是额定电压均为220V 的灯泡L 1和L 2的U －I 图像。
下列分析不正确的是（ ）A ．当L 1两端的电压为100V 时，其实际功率为20WB ．当通过L 2的电流为0.45A 时，其1min 消耗的电能为4320JC ．将L 1、L 2串联，若L 1两端的电压为40V ，则L 2的功率为8WD ．将L 1、L 2并联，若通过L 2的电流为0.5A ，则L 1的功率为66W【答案】 C【解析】A.当L 1两端的电压为100V 时，根据图像可知，通过L 1的电流为0.2A ，其实际功率为 111100V 0.2A 20W P U I ==⨯=故A 正确，不符合题意；B.当通过L 2的电流为0.45A 时，L 2两端的电压为160V ，其1min 消耗的电能为22 160V 0.45A 60s 4320J W U I t ==⨯⨯=故B 正确，不符合题意；C.将L 1、L 2串联，若L 1两端的电压为40V ，由图像可知，通过灯泡L 1的电流为10.1A I '=根据串联电路电流规律可知，通过灯泡L2的电流210.1A I I ''==由图像可知，此时灯泡L 2两端的电压为220V U '=L 2的功率为22220V 0.1A 2W P U I '==⨯=故C 错误，符合题意；D.将L 1、L 2并联，若通过L 2的电流为0.5A ，由图像可知，L 2两端的电压为2220V U ''=根据并联电路电压规律可知，灯泡L 1两端的电压12220V U U ''''==由图像可知，通过L 1的电流1A ''0.3I =L 1的功率为11220V 0.3A 66W P U I ''''==⨯=故D 正确，不符合题意。
人教版(新教材)高中物理必修3课时作业1：12.1 电路中的能量转化练习
第1节电路中的能量转化基础过关1.室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器。
如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不能同时使用的是()A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器『解析』电路中允许的最大功率为P m＝UI＝2 860 W。
用电器的功率之和大于P m时，用电器就不可以同时使用，故C正确。
『答案』C2.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()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.(多选)一台电动机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＝I2Rt，消耗功率P＝I2R，对于电动机有：U′>IR，放热Q′＝I2Rt，消耗功率P′＝U′I>I2R。
『答案』ABD4.(多选)理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有()A.P＜UIB.P＝I2(R1＋R2)C.P＝UID.P＞I2(R1＋R2)『解析』电动机正常转动时，电动机消耗的功率P＝UI，且大于发热功率，选项C、D正确。
『答案』CD5.三只电阻R1、R2和R3按如图所示连接，在电路的A、B端加上恒定电压后，电阻R1消耗的功率最大，则三只电阻的阻值大小关系为()A.R1>R2>R3B.R2>R1>R3C.R3>R2>R1D.R1>R3>R2『解析』电阻R1、R2并联，二者两端的电压相等，因为电阻R1消耗的功率最大，由功率公式P＝U2R，可判断R2>R1，由串、并联电路的特点可知，通过电阻R1的电流小于通过电阻R3的电流，根据功率公式P＝I2R，可判断R1>R3，故选项B正确。
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第十二章电能能量守恒定律1电路中的能量转化基础过关练题组一电功和电功率1.(2020安徽合肥一模)电功率的计算公式P=U 2R中,U是加在用电器上的电压,R是用电器的电阻,此式可用于()A.计算电冰箱的功率B.计算电风扇的功率C.计算电烙铁的功率D.计算洗衣机的功率2.电阻R1、R2的I-U图线如图所示,则下列说法正确的是()A.R1∶R2=3∶1B.将R1与R2串联后接于电源上,则电压比U1∶U2=1∶3C.将R1与R2并联后接于电源上,则电流比I1∶I2=1∶3D.将R1与R2并联后接于电源上,则功率比P1∶P2=1∶33.(2019湖南长沙长郡中学检测)当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J。
为在相同时间内使0.6C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.3V 1.8JB.3V 3.6JC.6V 1.8JD.6V 3.6J4.(2020江西南昌中学高三模拟)如图所示,电路两端的电压U保持不变,电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则电阻之比R1∶R2∶R3是()A.1∶1∶1B.4∶1∶1C.1∶4∶4D.1∶2∶2题组二焦耳定律5.(2020上海华师大二附中等八校联考)两个精制电阻,用锰铜电阻丝绕制而成,两电阻上分别标有“100Ω10W”和“20Ω40W”,则它们的额定电流之比为()A.√5∶5B.√10∶20C.√5∶10D.1∶20006.(2019山东德州模拟)一台电动机的额定电压是220V,额定电流为5A,电动机线圈的电阻是0.4Ω。
当该电动机正常工作时,每秒产生的热量是()A.1100JB.110JC.1210JD.10J7.(2020湖南邵阳洞口四中高二上期中)一台电动机,额定电压是220V,线圈电阻是1Ω。
正常工作时,通过的电流为5A,则电动机因发热损失的功率为()A.48400WB.1100WC.220WD.25W8.(2020福建漳州八校联考)通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q。
若电阻为2R,电流为I2,则在t时间内产生的热量为()A.4QB.2QC.Q2D.Q4题组三电路中的能量转化9.(2019湖南永州高级中学高二上期末)有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的铭牌均标有“220V,60W”。
现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量()A.日光灯最多B.电烙铁最多C.电风扇最多D.一样多10.(2020湖北武汉武昌四校高二上期中联考)(多选)电动机的线圈电阻为R,电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,则下列说法中正确的是()A.电动机消耗的电能为UItB.电动机消耗的电能为I2RtC.电动机线圈产生的热量为I2RtD.电动机线圈产生的热量为U 2Rt能力提升练题组一电功和电功率1.(2020云南玉溪新平三中高二上月考,)(多选)如图所示,把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后,灯泡都正常发光,且两个电路的总功率相等,则关于这两个电路中的U甲、U乙和R甲、R乙之间的关系,正确的是()A.U甲>2U乙B.U甲=2U乙C.R甲=4R乙D.R甲=2R乙2.(2020江西丰城中学高二上期中,)一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端电压U变化的关系图像如图甲所示,若将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,3个用电器消耗的电功率均为P。
现将它们连接成如图乙所示的电路,接在电压为U的电源两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是P D、P1、P2,它们之间的关系为()A.P1=4P2B.P D=P4C.P D=P2D.P1<4P2题组二焦耳定律3.(2020安徽江南十校联考,)电热水壶已进入千家万户,极大地方便了我们的生活。
如果将一电热水壶接在220V的电源两端,经时间t0电热水壶的开关自动切断,假设热量的损失不计、电热丝的阻值不受温度的影响。
则()A.如果将电热水壶接在110V的电源两端,需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断B.如果将电热水壶接在110V的电源两端,需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断C.如果将电热水壶接在55V的电源两端,需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断D.如果将电热水壶接在55V的电源两端,需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断4.(2019山东济南一中高一下月考,)如图所示是一个电热水壶的铭牌。
某同学利用所学知识,结合从该铭牌上获取的信息,得出该电热水壶()A.只能在220V电压下工作B.正常工作5min耗电约0.5kW·hC.正常工作时的电流约为6.8AD.在非工作状态下电阻丝的电阻值约为32Ω题组三电路中的能量转化5.(2020四川自贡二诊,)一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V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5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是()A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍6.(2020浙江丽水四校联考,)国庆期间群众游行队伍中的国徽彩车,不仅气势磅礴,而且还是一辆电动车,充一次电可以行驶100千米左右。
假设这辆电动彩车的总质量为6.75×103kg,它匀速通过天安门前500m的检阅区域用时250s,驱动电机的输入电流I=10A,电压为300V,电动彩车行驶时所受阻力为车重的1。
g取1050m/s2,其他摩擦不计,只考虑驱动电机的线圈发热损耗的能量,求:(1)驱动电机的输入功率;(2)电动彩车通过天安门前时,牵引电动彩车前进的机械功率;(3)驱动电机的内阻和机械效率。
答案全解全析第十二章 电能 能量守恒定律1 电路中的能量转化基础过关练1.C 公式P=U 2R是根据电功率公式P=UI 和欧姆定律I=UR推导出来的,只能用于纯电阻电路中,故C 正确,A 、B 、D 错误。
2.B 由题图可知,当I=1 A 时,U 1=1 V,U 2=3 V,所以R 1=U1I=1 Ω,R 2=U2I=3 Ω,则R 1∶R 2=1∶3,A 错。
R 1与R 2串联时,U 1∶U 2=R 1∶R 2=1∶3,B 正确。
R 1与R 2并联时,I 1∶I 2=R 2∶R 1=3∶1,P 1∶P 2=R 2∶R 1=3∶1,C 、D 均错。
3.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W 1=U 1q 1和W 1=U 12Rt,可得U 1=3V,tR=0.1 s/Ω。
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。
4.C 由于三个电阻消耗的功率一样大,则有U 232R 2=U 232R 3,得R 2=R 3,所以通过R 1的电流是通过R 2电流的2倍,则有(2I)2R 1=I 2R 2,得R 1=R24。
故R 1∶R 2∶R 3=1∶4∶4,C 正确。
5.C 由公式P=I 2R 得I=√PR ,所以I 1∶I 2=√5∶10,选项C 正确。
6.D 额定电流是5 A,线圈电阻是0.4 Ω,则电动机每秒产生的热量Q=I 2Rt=52×0.4×1 J=10 J,故选D 。
7.D 电动机因发热损失的功率P=I 2R=25×1 W=25 W,故选项D 正确。
8.C 根据Q=I 2Rt,若电阻变为原来的2倍,电流变为原来的12,时间不变,则产生的热量变为原来的12,C 正确。
9.B 电烙铁是纯电阻用电器,工作时将电能全部转化为内能,而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能,B 正确。
10.AC 电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,所以电动机消耗的电能为UIt,A 正确,B 错误。
电动机为非纯电阻用电器,其线圈产生的热量为I 2Rt,由于U>IR,则I 2Rt<U 2R t,C 正确,D 错误。
能力提升练1.BC设灯泡正常工作时两端电压为U,通过的电流为I,则有U甲I=U乙×2I,得U甲=2U乙,A错误,B正确;因两电路的总功率相等,又知四个灯泡相同且均正常发光,则它们的实际功率相等,可得两电阻的功率也相等,则有I2R甲=(2I)2R乙,得R甲=4R乙,C正确,D错误。
2.D由于电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端时,三者功率相同,则此时三者电阻相同。
当三者按照题图乙所示电路连接时,电阻器D两端的电压小于U,由题图甲可知,电阻器D的电阻增大,则有R D>R1=R2,而R D与R2并联,两端电压相等,根据P=U2R,可知P D<P2,C错误;按题图乙方式连接后,由欧姆定律可知,电流I D<I2,又I1=I2+I D,故I1<2I2,根据P=I2R,可知P1<4P2,A错误,D正确;由于电阻器D与电阻R2并联的总电阻R并<R1,所以D两端的电压小于U2,且D阻值变大,则P D<P4,B错误。
3.D根据公式Q=U2R t可知,煮沸一壶水所需的热量为Q=U2Rt0。
当电压变为原来的12时,所需热量没变,因此加热时间要变为原来的4倍,即4t0,A、B错误;当电压变为原来的14时,加热时间要变为原来的16倍,即16t0,C错误,D 正确。
4.C该电热水壶可以在低于220V的电压下工作,故A错误;正常工作5min,电热水壶消耗的电能W=Pt=1.5kW×560h=0.125kW·h,故B错误;由铭牌信息可知,额定功率为1500W,额定电压为220V,则该电热水壶正常工作时的电流I=PU =1 500W220V=6.8A,故C正确;金属丝的电阻率随温度的升高而增大,所以在非工作状态下电热水壶电热阻丝的电阻比正常工作时小,正常工作时电阻丝的电阻R=U2P =(220V)21 500W=32Ω,故D错误。
5.C由于电饭煲是纯电阻用电器,所以R1=UI1=44Ω,P1=UI1=1100W,其在1min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104J,洗衣机为非纯电阻用电器,所以R2≠UI2,P2=UI2=110W,其在1min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。