12.1 电路中的能量转化 【练习】2024-2025学年高二物理 同步练（ 人教版2019必修第三册）（原卷版）

12.1电路中的能量转化学习目标学习目标课程标准物理素养3.2.5理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。3.2.6能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际。物理观念：通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。科学思维：通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。科学探究：通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。科学态度与责任：联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。002思维导图纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路实例白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等电动机、电解槽、日光灯等电功与电热W＝UIt，Q＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝QW＝UIt，Q＝I2RtW>Q电功率与热功率P电＝UI，P热＝I2R＝eq\f(U2,R)，P电＝P热P电＝UI，P热＝I2R，P电>P热方法规律1.在任何电路中，P电＝UI、P热＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都适用。2.处理非纯电阻电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”找等量关系求解。3.在非纯电阻电路中，eq\f(U2,R)t既不表示电功也不表示电热，是没有意义的。003知识梳理课前研读课本，梳理基础知识：一、电功和电热1．电功：表达式W＝Uq＝，指恒定电场对自由电荷做的功。2．电功率：表达式P＝eq\f(W,t)＝，表示电流做功的。3．焦耳定律：表达式Q＝，表述：电流通过导体产生的热量跟成正比，跟导体的及成正比。4．热功率(1)定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R。[注意]①对于纯电阻电路：P电＝P热＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R)；②对于非纯电阻电路：P电＝IU＝P热＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他。,二、非纯电阻电路的特点1.在任何电路中，P电＝UI、P热＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都适用。2.非纯电阻电路不遵循欧姆定律，在非纯电阻电路中UIR，其中U为非纯电阻用电器两端电压，R为该用电器的电阻。3.电流通过非纯电阻电路时，电流做功消耗的电能除了转化为内能外，还要转化成其他形式的能，如机械能、化学能等，即W＝＋Q，P＝P热＋。4.在非纯电阻电路中，eq\f(U2,R)t既不表示电功也不表示电热，是意义的。三、串、并联电路的电功率分配关系1.在串联电路中，电功率与电阻成，即：P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝R1∶R2∶R3∶…∶Rn。2.在并联电路中，电功率与电阻成，即：P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝eq\f(1,R1)∶eq\f(1,R2)∶eq\f(1,R3)∶…∶eq\f(1,Rn)。[注意]无论电阻如何连接，电路消耗的总功率一定等于各个电阻消耗的功率之和。004题型精讲【题型一】纯电阻电路能量分析【典型例题1】如图所示，横截面都是正方形的三段导体，它们的材料和长度都相同，导体B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体串联接入到同一电路中，则()A．导体C的电阻最大B．导体A两端的电压最大C．导体B消耗的电功率最大D．三段导体在相等时间内产生的热量相等【典型例题2】为了生活方便，电热水壶已进入千家万户，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、加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【对点训练1】[多选]在如图甲所示的电路中，电源电动势为3V，内阻不计，L1、L2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，R为定值电阻，阻值为10Ω。当开关S闭合后()A．L1的电阻为1.2ΩB．L1消耗的电功率为0.75WC．L2的电阻为5ΩD．L2消耗的电功率为0.1W【对点训练2】电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一只开关并联，然后再接到电压为220V的交流电上(如图2所示)，下列说法正确的是()A．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大B．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小C．开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少D．开关断开时，灯泡发光，可供在焊接时照明使用，消耗的总功率不变【题型二】家电、手机问题【典型例题3】如图所示是某品牌吊扇的相关参数，g取10m/s2，以下说法正确的是()A．吊扇正常工作时通过吊扇电机的电流为0.25AB．天花板对吊杆的拉力大小等于50NC．吊扇正常工作时消耗的电能用于对空气做功D．吊扇边沿A点的最大线速度大小为896πm/s【典型例题4】(多选)如图甲所示，用内阻为r1的充电宝为一手机充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r2，则时间t内()A．充电宝输出的电功率为UI－I2r1B．充电宝的总功率为UI＋I2r1C．手机电池产生的焦耳热为eq\f(U2,r2)tD．手机电池增加的化学能为UIt－I2r2t【对点训练3】2019年12月7日至11日在日本东京举办了第十三届中日节能环保综合论坛，与会专家统计：每使用1度(千瓦时)电，就相应消耗了0.4kg的标准煤，同时产生0.272kg碳粉尘，0.997kg二氧化碳，0.03kg二氧化硫，0.015kg氮氧化物。济宁市约有200万家庭，根据下表提供的数据，估算我市由于这4种用电器待机一昼夜产生的二氧化碳的质量约为()每户普通家庭用电器平均数1台平板电视机1台空调1台洗衣机1台台式电脑每台用电器平均待机功率(W)1423A.4.8×103kg B.4.8×104kgC.4.8×105kg D.4.8×106kg【对点训练4】[多选]锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是()A．电能转化为化学能的功率为UI－I2rB．充电器输出的电功率为UI＋I2rC．电池产生的热功率为I2rD．充电器的充电效率为eq\f(Ir,U)×100%【题型三】科学探究与电动机 【典型例题5】如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘内壁放另一个圆环形电极接电源的正极做“旋转液体实验”，其中蹄形磁铁两极间正对部分的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小B＝0.2T，磁铁上方为S极。电源的电动势E＝6V，内阻未知，限流电阻R0＝4.8Ω。闭合开关S后，当导电液体旋转稳定时理想电压表的示数恒为3.5V，理想电流表示数为0.5A。则()A．从上往下看，液体顺时针旋转B．玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R＝7.0ΩC．液体消耗的电功率为1.75WD．1分钟内，液体里产生的热量为105J【典型例题6】有一小型直流电动机，把它接入U1＝0.3V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流为I1＝0.6A；若把电动机接入U2＝3.0V的电路中时，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0A，求：(1)电动机正常工作时的输出功率是多少？(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？【对点训练5】如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．当闭合开关S1、S2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220V，吹冷风时的功率为120W，吹热风时的功率为1000W．关于该电吹风，下列说法正确的是()A．电热丝的电阻为55ΩB．电动机的电阻为eq\f(1210,3)ΩC．当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120JD．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为880J【对点训练6】在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V．则当这台电动机正常运转时()A．电动机的内阻为7.5ΩB．电动机的内阻为2.0ΩC．电动机的输出功率为30.0WD．电动机的输出功率为26.0W00501强化训练【基础强化】1．扫地机器人能有效清除地板上的灰尘等颗粒垃圾。若扫地机器人的电动机线圈电阻为r，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为U，通过的电流为I，则()A．通过线圈的电流小于eq\f(U,r)B．通过线圈的电流等于eq\f(U,r)C．电动机的电功率为I2rD．电动机输出的机械功率为UI2.如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图．电动机的内阻r＝0.8Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，直流电压U＝160V，理想电压表示数UV＝110V．试求：(1)通过电动机的电流；(2)输入电动机的电功率；(3)若电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量．(g取10m/s2)3.某扫地机器人电池容量2000mA·h，额定工作电压15V，额定功率30W，则下列说法正确的是()A．扫地机器人的电阻是7.5ΩB．题中mA·h是能量的单位C．扫地机器人正常工作时的电流是2AD．扫地机器人充满电后一次工作时间约为4h4.新能源电动汽车是当代生活中重要的交通工具。某品牌观光新能源电动车的动力电源上的铭牌标有“120V250A·h”字样。假设工作时电源的输出电压恒为120V，额定输出功率为3kW。根据上述有关数据，下列说法不正确的是()A．电动汽车保持额定功率行驶的最长时间是10hB．额定工作电流为25AC．动力电源充满电后储存的电能为1.08×108JD．电动汽车电动机的内阻为4.8Ω5.如图为一种服务型机器人，其额定功率为48W，额定工作电压为24V。机器人的锂电池容量为20A·h。则机器人()A．额定工作电流为20AB．充满电后最长工作时间为2hC．电池充满电后总电量为7.2×104CD．以额定电流工作时每秒消耗能量为20J6.额定电压都是110V、额定功率PA＝110W和PB＝40W的两盏电灯，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是()【素养提升】7.(多选)如图所示，闭合开关S后，电动机两端的电压为60V，电动机恰好正常工作，此时质量m＝10kg的物体以v＝1m/s的速度被匀速提升，理想电流表的示数为2A．重力加速度g＝10m/s2，不计空气阻力．下列说法正确的是()A．电动机的内阻为30ΩB．电动机的内阻为5ΩC．电动机的发热功率为100WD．电动机正常工作的效率为83.3%8．图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是()A．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系B．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系C．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系D．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系9.(多选)如图所示，电阻R1＝20Ω，电动机的内阻R2＝10Ω。当开关断开时，电流表的示数是0.5A，当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是()A.I＝1.5A B.I＜1.5AC.P＝15W D.P＜15W10．某简易电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220V电压下工作。下列说法正确的是()电吹风额定电压220V电吹风额定功率热风时：990W冷风时：110WA.开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风B.该电吹风中电动机的内电阻为440ΩC.吹热风时电热丝的功率为990WD.吹热风时通过电热丝的电流为4A11．一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12.如图甲，电路中电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后，下列说法中正确的是()A．L1中的电流为L2中电流的2倍B．L3的电阻约为1.875ΩC．L3的电功率约为0.75WD．L2和L3的总功率约为3W13.[多选]下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则()自重40kg额定电压48V载重75kg额定电流12A最大行驶速度20km/h额