纯电阻电路与非纯电阻电路模型（解析版）-2024-2025学年人教版高二物理必修第三册同步题型

专题11纯电阻电路与非纯电阻电路模型

模型讲解

1.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。例如电动机产总=P出+尸热。

2.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

少=0+£其他

电功和电热的关系W=Q即IUt=PRt

UIt=PRt+E其他

电功率和热功率的关P=P热P—P热+P其他

系即/U=/2R即/。=/氏+尸其他

欧姆定律是否成立U=IR,1=—,成立U>IR,K-,不成立

RR

W=UIt、尸电适用于任何电路计算电功和电功率

Q=FRt、P热=尸尺适用于任意电路计算电热和热功率

说明

只有纯电阻电路满足少=。，尸电=P热；非纯电阻电路尸电

热

案例剖析"

【例1】额定电压都是110V,额定功率尸A=100W,PB=40W的电灯两盏，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()

AB

A

c

【思路点拨】

(1)两电灯均正常发光时，其电压必为额定电压。

(2)滑动变阻器消耗的功率最小时电路总功率就最小。

【答案】C

U2

【解析】对灯泡有一，可知底＜6，对于A电路，由于&＜扁，所以53＞以，则有无＞110

R

V,B灯被烧毁，A错误；对于B电路，由于&＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于捣，所以小＞

。并，B灯被烧毁，B错误；对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能心=UB=110V,

两灯可以正常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则C7A=C/B=110V,两灯

可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(〃-4)x110V,而D电路中变阻器功率

为(/A+/B)*H0V,所以C电路消耗电功率最小。

【例2】一台直流电动机，其线圈的电阻值为0.5。。当电动机两端所加电压为8V时，电动机正常工作，

通过线圈的电流是2A。由此可知()

A.电动机消耗的电功率为72W

B.电动机输出的机械功率为12W

C.电动机线圈的发热功率为2W

D.电动机的工作效率为50%

【答案】C

【解析】电动机消耗的电功率尸=。=16W,故A错误；电动机线圈的发热功率尸热=尸尺=2W,故C

p出

正确；电动机输出的机械功率产出=P—P块=14W,故B错误；电动机的工作效率〃=-^＜100%=87.5%,

故D错误。

【例3】扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。若

机器人电动机线圈电阻为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/,下列说法正

确的是()

u

A./<-

B.经过时间f,电动机消耗的电能少=；＞/

C.经过时间t,电动机产生的热量Q=UIt

D.经过时间f,电动机输出的机械功少=四

【答案】A

【解析】经过时间/,电动机消耗的电能少=〃，故B错误；电动机产生的热量。=产〃，故C错误；

电动机输出的机械功少出=5—尸”，故D错误；根据。＜少，得/＜4,故A正确。

r

【例4】某电动机提升重物的装置如图所示，电源的电压为120V,不计内阻。重物的质量加=50kg。当电

机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度/=5A,重力加速度g=10m/s?,则下列判

断不正确的是（）

A.电动机消耗功率600W

B.电动机的机械功率450W

C.电动机线圈电阻为6。

D,电动机线圈电阻为24。

【答案】D

【解析】电动机消耗功率尸=S=600W,选项A正确，不符合题意；电动机的机械功率尸机=«7型=450

W,选项B正确，不符合题意；对电动机尸一P机=7V,解得电动机线圈电阻为r=6C,选项C正确，不符

合题意，选项D错误，符合题意。

综合应用

!■

一、单选题

1.如图所示，电源电动势E=3V,小灯泡工标有“2V、0.4W”，开关S接1,当变阻器调到尺=4。时，小灯

泡L正常发光；现将开关S接2,小灯泡上和电动机M均正常工作。则（）

E

A.电路中的电流约为0.21A

B.电动机的内阻为4。

C.电动机正常工作电压为IV

D.电源效率约为93.3%

【答案】D

【详解】A.由于小灯泡与电动机串联，此时二者均正常工作，故电路中的电流与通过灯泡的电流相等，则

有

=%-=0.2A

T%

A错误；

BC.设电源的内阻为「，当开关S接1,则有

E=U灯+/灯R+4“

解得

r=1Q

现将开关S接2,电动机分担的电压

4=E-U灯一勿=0.8V

电动机工作时，有一部分能量转化为内能，故其内阻

%＜学=4。

BC均错误；

D.电源的效率

〃二号匕1。。％=3皿2一。"%00%=93.3%

3x0.2

D正确。

故选D。

2.如图所示，电源电动势，E=8V,内电阻r=l。，小灯泡L1标有“3V3W”字样，小灯泡L?标有“2V

4W”字样，电动机D的内阻勺=0.5。,当闭合电键S,将滑动变阻器R的阻值调到1Q时，两灯泡和电动

机均能正常工作。则（）

A.流过电动机的电流为2AB.电动机两端电压为2V

C.电动机输出的机械功率为3.5WD.电源的输出功率为16W

【答案】C

【详解】A.由题意可知，两灯泡和电动机均能正常工作时，则流过小灯泡L1的电流为

流过小灯泡L2的电流为

由串、并联电路特点可得流过电动机的电流为

/口=/,—/]=2A—1A=1A

故A错误；

B.小灯泡L1的电阻

则有电动机两端的电压为

UD=A（R1+R）=1X（3+1）V=4V

故B错误；

C.电动机的输入功率为

用入=4/D=4X1W=4W

电动机的热功率为

4=/^=l2x0.5W=0.5W

则电动机输出的机械功率为

品出=6-舄=4W-0.5W=3.5W

故C正确；

D.电源两端电压为

0=6+4=2V+4V=6V

电源的输出功率为

均=%=6x2W=12W

故D错误。

故选Co

3.如图所示，电源的电动势为£,电源内阻为厂，定值电阻R=2r,M为直流电动机，其线圈电阻也为2r,

电动机正常运转时，理想电压表读数为U则（）

5，

3E4E2

B.电阻R消耗的功率为

10r225r

2E2IE1

C.电源的输出功率为为——D.电动机M的输出功率为——

15r45r

【答案】D

【详解】A.由闭合电路的欧姆定律得电路中的电流为

E-U2E

R+r15r

故A错误;

B.电阻&消耗的功率为

8E2

PR=FR=

2257

故B错误；

C.电源的输出功率为

故c错误；

D.电动机M的输出功率为

2

PMib=IU-I-2r=^-

45r

故D正确。

故选D。

4.在如图所示的电路中，输入电压U恒为8V,灯泡L标有“3V6W”字样，电动机线圈的电阻若

灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是（）

A.流过电动机的电流是5A

B.整个电路消耗的电功率是10W

C.电动机的输出功率6W

D.电动机的效率是80%

【答案】C

【详解】A.灯泡正常发光，则电路中的电流为

/="=2A

%

由于电路串联，因此流过电动机的电流是2A,故A错误；

B.整个电路消耗的功率为

P息=UI=\6W

故B错误；

C.灯泡正常发光时的电压等于其额定电压，故电动机的输入电压为

UM=U-UL=5V

电动机的热功率为

P=/2%=4W

所以电动机的输出功率为

4=UM/-/2%=6W

故C正确；

D.电动机的效率为

n=^LxlOO%=—xl00%=60%

P入5x2

故D错误。

故选Co

5.如图，一充电器对锂电池充电电路图，已知输出电压U=3.0V,输出电流为/=100mA,锂电池的内阻

r=2Qo则在充电时间为f=lmin的时间内，下列说法不正确的是（）

A.有18J的电能转化为化学能

B.充电过程中电流做的功为18J

C.该过程中锂电池产生的热量为1.2J

D.该过程中有16.8J的化学能储存在锂电池中

【答案】A

【详解】B.充电过程中电流做的功为

吟m=3.0X0.1X60J=18J

故B正确，不满足题意要求；

C.该过程中锂电池产生的热量为

Q=I2rt=\2i

故C正确，不满足题意要求；

AD.根据能量守恒定律有

UIt=『rt+E化

解得

%=16.8J

可知，有16.8J的电能转化为化学能，即该过程中有16.8J的化学能储存在锂电池中，故A错误，满足题意

要求；D正确，不满足题意要求。

故选Ao

6.如图甲所示的U-/图像为某电源的路端电压与电流的关系图线。将此电源与一个线圈电阻为0.4。的电动

机和“4V,2W”的灯泡串联接入电路，如图乙所示。电动机正常工作，灯泡也正常发光。下列说法正确的是

()

A.电源电动势为9V,内阻为2.25Q

B.电路中的电流为1A

C.电动机的输入功率2.25W

D.电动机的输出功率1W

【答案】C

【详解】A.根据闭合电路欧姆定律

E^U+Ir

结合图像的斜率与截距可知

9-5

E=9V,r=------Q=1Q

4

故A错误；

B.灯泡正常发光，则有

P

/=—=0.5A

U

故B错误；

C.电动机的电压为

UM=E-U-Ir=4.5V电动机的输入功率

4=tV=2.25W

故C正确;

D.电动机的热功率

4=/2^=0.1W电动机的输出功率

。出=为-0热=2.15W

故D错误。

故选C。

7.直流电动机在生产和生活中有着广泛的应用，但是电动机启动瞬间，转子还未转动，电动机的启动电流

很大。为了减小启动电流，保护用电器，如图所示，将一线圈电阻为侬的电动机与电阻箱串联后接在电源

电动势E=8V,内阻尸的电源两端，电压表可以视为理想表，现利用电动机竖直向上牵引一质量为机=O.lkg

的物体，已知重力加速度为g=10m/s2。调节电阻箱至7?=17。后，闭合开关S,电动机转子稳定转动时，物

体以速度v=0.6m/s匀速上升，电压表示数为L/=3.4V,下列说法正确的是（）

□tv

A.电动机的线圈电阻加=7。

B.电动机转动稳定时，其输入电压为4.6V

C.电动机转动稳定时，其输出功率为6W

D.调节电阻箱至R=17。后，闭合开关S,电动机的启动电流为0.3A

【答案】A

【详解】C.电动机转子稳定时，输出功率为

4=mgv=0.6W

故C错误；

B.电阻箱的电流为

Z=—=0.2A

R

则电动机的输入电压为

UM=E-U-Ir=^AN

故B错误;

A.根据

绍=几/-/%

可得电动机的内阻为

木=7。

故A正确；

D.调节电阻箱至R=17C后，闭合开关S,电动机未启动，可以作为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机

的启动电流为

p

1'=------------=0.32A

r+R+rM

故D错误。

故选Ao

8.一台小型电动机在10V的电压下正常工作，用此电动机提升重力为18N的物体时，在10s内使该物体

在竖直方向上匀速上升了1m,上述过程中，通过电动机的电流为0.2A。不计除电动机线圈发热外的其他

能量损失，则电动机的热功率为（）

A.0.1WB.0.2WC.0.3WD.0.4W

【答案】B

【详解】由能量关系可知，电动机的热功率

%=W-G-=10x0.2W-^^-W=0.2W

热t10

故选B。

9.一船模玩具如图所示，电池组直接给电动机供电，电动机带动螺旋桨使船模在水中前进。已知电池组的

电动势为3V、内阻为0.5。，电动机线圈的电阻为0.5。。接通电源船模正常前进时，电动机两端的电压为

2.5Vo下列说法正确的是（）

A.电动机的输入功率为3WB.电动机的输出功率为2W

C.电动机线圈发热功率为13.5WD.电池组消耗的总功率为9W

【答案】B

【详解】根据闭合电路欧姆定律

E=U+Ir

代入题给数据解得

/=1A

所以电动机的输入功率

p人=UI=25W

输出功率

电动机内阻发热的功率为

绘3=0.5W

电池组消耗的总功率为

p=EI=3W

故选B。

10.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Si、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

B.电动机的电阻为於一。

C.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1000J

D.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1000J

【答案】A

【详解】A.电机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为

P=P热-P^=1000-120W=880W

由尸=匕可知电热丝的电阻为

/?

U22202

R=——=-----Q=55Q

P880

故A正确;

B.电机为非纯电阻电路故不能用尸=匕求出阻值；故B错误；

/?

C.当电吹风吹冷风时，电热丝处于断路状态，没有电流通过，电热丝每秒钟消耗的电能为0；故C错误；

D.当电吹风吹热风时，电动机M和电热丝火并联，电动机的功率为120W,所以每秒钟消耗的电能

2=P^Z=120xlJ=120J

故D错误。

故选Ao

11.如图所示，直流电动机的额定电压为U,线圈电阻为R,将它接在电动势为£,内阻为r的直流电源两

端时，电动机恰好能正常工作，其内部电路如图乙所示，下列说法中正确的是（）

---------@----------

R

Er

----------------'I---------------

TJ〃2

A.电动机的额定电流为入B.电动机的输入功率为J

RR

C.电动机消耗的热功率为（£一⑺一D.电源的总功率为石二m

rr

【答案】D

【详解】A.电动机不是纯电阻用电器，所以欧姆定律不适用，所以其额定电流不等于二，故A错误；

B.电路中的电流

rE-U

1=-------

r

则电动机的输入功率

(E-U)U

埼=。7=

故B错误;

C.电动机消耗的热功率为

(E-UYR

P热=/R

r2

故c错误；

D.电源的总功率为

r

故D正确。

故选D。

二、多选题

12.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和电热丝夫构成。当闭合开关Si、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

C.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1000J

D.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J

【答案】AD

【详解】AB.根据题述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,

可知电热丝功率为880W,由

7

可得电热丝的电阻为

_U22202

KD=---Q=55Q

4880

选项A正确，B错误；

CD.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为零，当电吹风吹热风时，电动机功率为120W,则每

秒钟消耗的电能为120J,选项C错误D正确。

故选AD。

13.如图所示的电路中，电源电动势为12V,内阻为2Q,白炽灯的灯丝电阻&为160,电动机M线圈的

电阻为2Q。当开关S闭合后，白炽灯的电功率为4W。若灯丝电阻保持不变，电动机的机械损耗可忽略不

B.流过电动机M的电流为1.5A

C.电动机M输出的机械功率为12W

D.电源的总功率为24W

【答案】BD

【详解】A.根据

R工

解得灯泡两端电压

U=8V

则通过电源的电流

故A错误；

B.流过电动机M的电流为

几=/-5=L5A

故B正确；

C.电动机M输出的机械功率为

4=%-■=7.5W

故C错误;

D.电源的总功率为

P=E/=12*2W=24W

故D正确。

故选BDo

14.如图所示简易电吹风，主要器材有定值电阻出、R?、电动机M和电热丝R。已知电动机M额定电压为

120V,其线圈内阻为5Q,电热丝R=22Q,R/=&=200Q,当该电吹风接入220V家庭电路中，电动机M恰

好可以正常工作，下列说法正确的（）

A.电动机额定功率为100W

B.电动机M正常工作时的机械效率约为95.8%

C.电热丝的热功率1100W

D.开关Si、S2都闭合,30s消耗的电能约为7.26义10勺

【答案】BD

【详解】A.电动机M正常工作时电流

U220-UM220-120

M-&R]-200x200

Rt+R2200+200

电动机额定功率为

4=UM/M=120W

故A错误；

B.电动机M正常工作时的机械效率

殳二4一3:95.8%

PMPM

故B正确；

C.电热丝的热功率

u2

PR=-^20.=2200W

RR

故c错误；

D.开关Si、S2都闭合，总电流

/”/M+/R=/M+3=11A

30s消耗的电能

E="J=220xllx30J=7.26xl04j

故D正确。

故选BD»

15.如图所示，一手持迷你小风扇内安装有小直流电动机，其线圈电阻为火”，额定电压为U,额定电流为

/。将它与电动势为£、内阻为r的直流电源连接，电动机恰好正常工作，则（）

A.U=IRMB.路端电压为£一万

C.电动机的热功率为尸&,D.电源的输出功率为

【答案】BC

【详解】A.电动机是非纯电阻电路，则不满足U=选项A错误；

B.由闭合电路的欧姆定律，路端电压为

U端=E—Ir

选项B正确；

C.电动机的热功率为

P热=F

选项C正确；

D,电源的输出功率为

2

Ptb=EI-Ir=UI

选项D错误。

故选BC。

16.如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝7?构成。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（）

-----------o220Vo---------1

A.电热丝的电阻为55。

B.若斯、S2闭合，则电吹风吹冷风

C.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J

D.电动机工作时输出的机械功率为120W

【答案】AC

【详解】A.电动机和电热丝并联，当吹热风时，电热丝消耗的功率

P=4-4=88OW

由夕=一可知

R

U2

R=—=55。

P

故A正确；

B.若跖、S2闭合，电热丝接入电路，则此时电热丝发热，电吹风吹热风，故B错误；

C.当吹热风时，电动机消耗的电功率仍为120W,故每秒钟消耗的电能为120J,故C正确；

D.电动机工作时的输入功率为吹冷风时的功率，即为120W,由于电动机内部线圈有电阻，会产生一定的

热功率，可知电动机工作时输出的机械功率小于120W,故D错误。

故选AC。

17.如图所示为某品牌的电动车，质量为加=50kg,人的质量也为50kg,电动机正常工作的额定输入电流

/=10A,额定输入电压为48V,电动车电池的容量为18000mA山。电动车行驶时所受阻力大小为人和车

总重力的0.05倍：该电动车在水平地面上由静止开始以额定功率运行f=5s通过x=15m的距离，速度达到

v=4m/s,忽略电动机转动时的摩擦，重力加速度g=10m/s2。下列说法正确的是（）

A.电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为180分钟

B.该过程中驱动电动机的输出功率为310W

C.驱动电动机的内阻为1.70

D.电动车能达到的最大速度为9.6m/s

【答案】BC

【详解】A.电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为

a18000mA-h.

max=7=—m

故A错误；

B.由动能定理可得

尸/-0.05（加+加人）g.x=；（加+加人）v?

解得

尸=310W

故B正确；

C.根据

IU=P+I2r

解得驱动电动机的内阻为

r=1.7Q

故C正确；

D.电动车能达到的最大速度为

%=八*/口~=6.2m/s

0.05（加+机人）g

故D错误。

故选BCo

18.如图所示的电路中，利用电动机提升重物，电源电动势E=6V,电源内阻r=电阻火=3。，重物

质量加=O.lkg。当将重物固定时，电压表的示数为5V,当重物不固定，电动机最后稳定运行，重物匀速上

升时，电压表的示数为5.5V,不计摩擦，g取lOm/s"下列说法正确的是（）

A.电动机内部线圈的电阻为20

B.重物匀速上升时，流过电动机的电流为2A

C.重物匀速上升时的速度为1.5m/s

D.重物匀速上升时，电动机输出的机械功率是2W

【答案】AC

【详解】A.当将重物固定时，电动机没有机械能输出，整个电路是纯电阻电路，根据闭合电路欧姆定律可

知，电源内电压为

%=£-5V=lV

电路中电流为

%1=1A

r

故电动机两端电压为

UMI=5VTR=2V

电动机内部线圈的电阻为

%_=2Q

故A正确；

B.重物匀速上升时，电源内电压为

U内2=E-5.5V=0.5V

电路中电流为

I2=%=0.5A

r

故B错误；

CD.重物匀速上升时，电动机两端电压为

UM2=5.5V-/2A=4V

电动机输出的机械功率为

Li#M=L5W

电动机的牵引力等于重物的重力

F=mg=IN

由

4=^

可得重物匀速上升时的速度为

v=—=1.5m/s

F

故C正确，D错误。

故选ACo

三、解答题

19.如图所示，电源电动势E=10V,内阻尸1。，定值电阻凡=1。。闭合开关S后，理想电压表示数为2V,

额定功率为9W的灯泡恰能正常发光。已知电动机M的内阻兄,=4。，灯泡的电阻保持不变，求：

勺

(1)电源的工作效率；

(2)灯泡的电阻；

(3)电动机对外输出的机械功率。

【答案】(1)80%(2)4Q(3)2W

【详解】(1)电压表测定值电阻两端电压，设干路电流为/,则内阻分到的电压

U=/r=^2--r=—xlQ=2V

&1Q

电源的工作效率

F-TT

〃=-------100%=80%

E

(2)灯泡上的电压

UL=E-Ur-UQ=6V

小灯泡上的电流为

「导冷，5A

小灯泡上的电阻为

人得=黑=4。

(3)电动机上的电流

—磊-3.5A

电动机与灯泡并联，则电动机上电压与灯泡上电压相等，电动机对外输出的机械功率

藩=2W

20.如图所示，己知电源电动势E=12V,内阻r=4Q,定值电阻用=1.50。电动机的额定电压U=4.5V,

线圈内阻RM=1。。滑动变阻器鸟的阻值范围为0~7。，求:

(I)闭合开关S、s1；断开s?,当滑动变阻器触头置于正中间位置时，4消耗的功率为多大(结果可用分式

表示)；

(2)闭合开关S、片，断开S2,当此的阻值为多大时，凡消耗的功率最大;

(3)闭合开关S、S2,断开斯，调节滑动变阻器，当电源的输出功率达到理论最大值时电动机正常运转。电

动机正常运转时，电动机的输出功率为多大。

O

【答案】⑴⑵5.50⑶4.5W

【详解】(1)闭合开关S、s1；断开右，通过A的电流

i=——-——

R、+7?2+/

定值电阻4消耗的电功率为

2

ED

（凡+&+/）

当滑动变阻器触头置于正中间位置时，滑动变阻器

4=3.5。4消耗的功率

=-w

13

(2)将定值电阻A看做电源内阻的一部分，则电源的等效内阻

r'=Rx+r=5.5Q

由电源的输出功率与外电阻的关系可知，当滑动变阻器接入电路的阻值

6=，=5.5。

滑动变阻器消耗的功率最大

(3)电源的输出功率

2

Ptb=EI-Ir

根据一元二次函数知识解得

F

/=T=1.5A%有最大值电动机正常运转，输出功率

2r

2

PM=UI-IRM

解得

&=4.5W

21.如图所示的电路图，电源的