12.1电路中的能量转化（练习）（原卷版）

12.1电路中的能量转化（知识解读+练习）（原卷版）•知识点1电功和电功率•知识点2焦耳定律•知识点3电路中的能量转化•作业巩固训练知识点1电知识点1电功和电功率1、电功（1）电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。（2）电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积。（3）电功的计算公式：W＝UIt。单位：焦耳，符号为J。常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1kW·h＝3.6×106J。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＝eq\f(W,t)＝UI。（3）单位：瓦特，符号为W。（4）意义：描述电能转化为其他能的快慢或者是电流做功的快慢。※特别提醒（1）纯电阻电路的电功率计算表达式：由于W＝Q，I＝eq\f(U,R)，所以有P＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)。（2）非纯电阻的电功率计算表达式：P＝UI。3、串并联电功率计算电路连接方式串联并联特点各部分电路电流I相同各支路电压U相同功率分配根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比，即eq\f(P1,R1)＝eq\f(P2,R2)＝…＝eq\f(Pn,Rn)＝I2根据P＝eq\f(U2,R)，各支路电阻上的电功率与电阻成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2。总功率P总＝UI＝（U1＋U2＋…＋Un）I＝P1＋P2＋…＋Pn。P总＝UI＝U（I1＋I2＋…＋In）＝P1＋P2＋…＋Pn。说明无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。4、功率求解方法①在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，如用电器电流相同时，用P＝I2R比较，若用电器电压相同时，用P＝eq\f(U2,R)比较，若用电器电阻相同时，可根据I或U的关系比较。②求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要明确是正比还是反比关系。③当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率，实际功率与额定功率不一定相等。【典例1-1】VR（虚拟现实技术）是近年来火热的新兴技术，其应用场景之一是进行虚拟实验。如图所示是一款VR眼镜及其相关参数，关于该VR眼镜。说法正确的是（）电池容量4000mA·h工作电压DC10V额定功率20W充电接头tpyc-c机身重量400gA．mA·h是能量单位B．理论上该眼镜充满电后只能连续工作1小时C．该眼镜的额定电流为2AD．该眼镜充满电所储存的能量为【典例1-2】（多选）某抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M（电动机），抽气扇有“强吸”和“弱吸”两个档位，内部电路如图所示。抽气扇额定电压为220V，额定功率为220W，线圈内阻为20Ω，则（

）A．保持S1、S2闭合，断开S3，抽油烟机处于“弱吸”档B．保持S1、S2闭合，断开S2，抽油烟机处于“弱吸”档C．闭合S1、S2，抽气扇的输出功率为200WD．闭合S1、S2，若电动机被卡住，则抽气扇消耗的功率小于220W【典例1-3】如图所示，电源电动势E=3V，内阻r=lΩ，小灯泡由于铭牌磨损，只能看到额定电压为2V。先将开关S接1，当滑动变阻器调到4Ω时，小灯泡L恰能以额定功率发光；再将开关S接2，小灯泡L和电动机M均以额定功率正常工作，已知电动机的内阻为求：（1）小灯泡L的额定功率；（2）电动机以额定功率工作时的输出功率；【变式1-1】某手机电池板上标有“3.8V，3900mAh（14.8Wh）”字样，则（）A．该手机的额定功率为14.8WB．该手机工作一小时通过电池的电量为3.9CC．经过电池每1C的电量，非静电力做3.8J的功D．该电池最多储存的电能为3900mAh【变式1-2】（多选）如图甲所示的电路，电源电压保持不变，小灯泡标有“，”的字样，小灯泡的电流随电压的变化曲线如图乙所示。以下说法中正确的是（）A．小灯泡正常发光时的电阻为B．滑动变阻器接入电路的阻值为时，小灯泡正常发光C．滑动变阻器接入电路的阻值为时，小灯泡的电功率为D．当电压表的示数为时，整个电路在内消耗的电能是【变式1-3】如图所示，电源输出电压恒定为U0=20V，电灯规格为“2V4W”，电动机线圈的电阻为R0=1Ω，当可变电阻R=4Ω时，电灯和电动机都正常工作，求：（1）电动机的额定功率；（2）电动机输出的机械功率；（3）整个电路工作2min消耗的电能；（4）整个闭合电路工作2min放出的焦耳热。

知识点2焦耳定律知识点2焦耳定律 1、焦耳定律（1）定义：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）物理意义：描述电能转化为热能的多少。（3）表达式：Q＝I2Rt。2、热功率（1）定义：单位时间内的发热量称为热功率。（2）物理意义：表示电流发热的快慢。（3）公式：P热＝I2R。3、电功和电热的比较项目电功电热电功与电热的比较电功实质是静电力移动电荷做功，W＝qU＝UIt。电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热，Q＝I2Rt。电功与电热的联系与区别纯电阻电路（白炽灯、电炉、电熨斗）非纯电阻电路（电动机、电解槽）电功与电热的联系与区别电流做功全部转化为内能W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t。电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt；电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他电功率与电热功率的关系纯电阻电路中，P＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)非纯电阻电路中UI＞I2R，eq\f(U2,R)t既不能表示电功，也不能表示电热。4、纯电阻和非纯电阻的比较电路纯电阻电路非纯电阻电路电功率P电＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)P电＝UI热功率P热＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)P热＝I2R关系P电＝P热P电>P热【典例2-1】下列说法错误的是（）A．电容器所带的电荷量为任意极板所带电荷量的绝对值B．电流的单位安培是国际单位制中的基本单位C．电热可以用来计算所有含有电阻的电路中电阻产生的焦耳热D．由公式可知，电场中某点的电势跟电势能成正比，跟电荷量成反比【典例2-2】（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．在非纯电阻电路中，B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路C．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多D．焦耳定律适用于任何电路【变式2-1】如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导体a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比。已知5s内有个自由电子通过导体a的横截面，电子的电荷量。下列说法正确的是（

）A．流经导体a、b的电流均为B．a、b的电阻之比C．自由电子在导体a、b中的定向移动速率之比D．10s内导体a、b产生的热量之比【典例2-2】（多选）关于电功和电热，下面说法正确的是（）A．任何电路中的电功，电热且有B．任何电路中的电功，电热但有时不等于C．电功、电热在任何电路中都适用D．电功、电热只适用于纯电阻电路知识点3\o"点电荷的电场"电路中的能量转化知识点3\o"点电荷的电场"电路中的能量转化 1、电动机（1）电动机消耗的功率P电＝UI。（2）电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R。（3）电动机输出功率P机＝UI－I2R。（4）能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。（5）功率关系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即：P电＝P机＋P损，P电＝UI，P损＝I2R。2、电池充电时的能量转化：电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。3、电路中的能量转化电路中的能量转化电功计算：W＝UIt。电功率计算：P＝eq\f(W,t)＝UI。焦耳定律：Q＝I2Rt。热功率：P=I2R。能量转化：纯电阻电路电流做功全部转化为热；非纯电阻电路电流做功一部分转化为热，一部分转化为其它。【典例3-1】图为小沈同学家新买的地机器人，他从使用说明书上得到了信息：电机的额定功率35W，内阻为1Ω（不考虑其他电阻），由规格为DC14V/2200mA·h的锂电池供电（不计内阻），当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是（）A．DC14V/2200mA·h表示该电池输出的是交流电B．该机器人电机的额定电流约为14AC．正常工作时机器人电动机每秒钟输出约为28.75J动能D．电池充满电后机器人正常工作约56min后回座机充电【典例3-2】（多选）无人机已在航拍领域被广泛的应用，它利用自身携带的小型电机升空进行航拍，如图为某牌子的无人机，已知其电池容量为15000mAh，电机额定工作电压为20V，无人机正常工作时电机总额定功率为200W，则下列说法正确的是（）A．无人机正常工作时的电流是15AB．电池容量15000mAh中“mAh”是电荷量的单位C．无人机的电机总电阻是2ΩD．无人机充满电后一次正常工作时间约为1.5h【典例3-3】如图所示，为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为r=1Ω，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重20N，在电动机的牵引下匀速上升，不计摩擦力，求：（1）电动机线圈电阻上消耗的热功率；（2）电动机输入功率和输出功率；（3）重物A匀速上升的速度大小。【变式3-1】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，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0.5A，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C．1min内电饭煲消耗的电能为，洗衣机电动机消耗的电能为D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的1倍【变式3-2】（多选）如图所示塔吊利用电动机竖直向上拉升货物，货物上升的速度为2m/s，上升的高度为。电动机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为10A。不计电动机的摩擦损耗，已知电动机提升货物体的效率（电功机的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略空气阻力的影响，（g取）则（

）A．货物的质量为 B．电动机线圈的电阻为C．电动机输入功率为1650W D．电动机消耗的总电能为【变式3-3】在如图所示电路中，电源电动势为，内阻为，电流表的内阻不计，指示灯的阻值为，电动机M线圈电阻为，当开关S闭合时，该电机以的加速度向上提升重物，当物体的速度为时，指示灯的电功率为。（1）电流表的示数为多大；（2）重物的质量为多少。1．下列数据中，最接近生活实际的是（）A．空调的电功率约为1W B．人体的安全电压约为36VC．电热水壶正常工作时的电流约为6A D．家用吊扇运转1分钟约耗电1度2．如图所示，额定电压为36V的电动机与定值电阻并联后接在输出电压恒为36V的电源上，当S1闭合，S2断开时，电流表示数为3A；当S2闭合，S1断开时，电流表示数为4A，电流表为理想电表，则（

）A．电动机的线圈电阻为9ΩB．定值电阻的阻值为9ΩC．电动机的机械功率为144WD．S2闭合，不论S1是否闭合，电动机的热功率相同3．下表为某电饭锅铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电饭锅正常工作时的电流约为（）额定功率700W额定频率50HZ额定电压220V额定容量4.0LA．6.2A B．4.6AC．3.2A D．5.5A4．某物理兴趣研究小组用如图所示的实验电路研究微型电动机的性能。调节滑动变阻器R，当电流表和电压表的示数分别为和时，电动机不转动，重新调节R，当电动机正常转动时，电流表和电压表的示数分别为和30V，则这台电动机（不计温度对电阻的影响）（）A．电阻为B．正常运转时的输入功率为C．正常运转时的发热功率为45WD．正常运转时的输出功率为5．如图所示，将一盏标有“”的灯泡和一电阻为的电解槽串联后，接在电压恒为的直流电源两端，灯泡正常发光，则（）A．电路消耗的总功率为 B．电解槽消耗的电功率为C．电解槽的发热功率为 D．电解槽的输出电功率为6．如图所示为网络电路中的部分电路图，a、b、c是三个接线端口，电阻R、已知。若在a、c间加上一电压，的功率为P；若在b、c间加上同一电压，的功率为0.25P。则等于（

）

A． B．R C． D．7．华为在2023年10月发布了一款据称可实现“一秒一公里”的全液冷超级充电桩，其最大输出电流为，充电电压范围为至，并且该充电桩能根据很多电动汽车车型的充电需求智能分配所需充电功率。某天，小振开着自己的某款电动汽车来这种充电站体验，其车总质量为，所用电池组规格为“，”（内阻不能忽略），车上显示屏显示此次充电电量由30%充到80%用时10分钟，本次充电共消费60元（充电桩计费规则为每度电2元）。则（）A．充电桩上标识的“”表示给各车充电时的平均功率B．小振本次充电时充电桩的平均输出功率为C．小振本次充电的充电效率约为90%D．小振本次充电的平均电流为8．如图所示，电路A、B两端电压U=10V，R1=2Ω，R2=4Ω，R3=6Ω，两电流表为理想电表，以下说法正确的是（）A．AB间电阻为12Ω B．电流表A1示数为C．电流表A2示数为7.5A D．AB间电功率为9．（多选）下列家用电器工作时，把电能主要转化为内能的是（）A．电饭煲 B．电风扇C．电水壶 D．吸尘器10．（多选）如图所示，a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀电阻丝的伏安特性曲线，下列判断中正确的是（）A．a代表的电阻丝较粗B．b代表的电阻丝较粗C．将两条电阻丝串联后接入电路，a的热功率比b的大D．将两条电阻丝并联后，其图线位于a、b之间11．（多选）我国新能源汽车发展迅速，部分新能源汽车使用磷酸铁锂电池供电。某磷酸铁锂电池的电池容量为30Ah，平均工作电压3.8V，平均工作电流为2A，则下列说法正确的是（）A．该电池的平均输出功率为6.4WB．该电池可以正常工作15hC．该电池最多可以储存的电荷量为1080