2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)59焦耳定律 電功 電功率 電熱 熱功率 純電阻電路和非純電阻電路（解析版）

專題59焦耳定律電功電功率電熱熱功率

純電阻電路和非純電阻電路

L焦耳定律

（D內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比.

（2）公式：2/斤*適用于任何電路）.

2.電功電功率電熱熱功率

電功：W=IUt（適用于任何電路）.

電功率：P=^=IU（適用于任何電路）.

電熱：Q=tRt（適用于任何電路）.

熱功率：P粗=FR（適用于任何電路）.

3.純電阻電路和非純電阻電路

（1）純電阻電路的特點(diǎn)：I='且電流通過電阻做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

非純電阻電路的特點(diǎn)：∕≠,電流通過電路做的功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量.

rf

（2）對于純電阻：PPIU=fR=-.

K

W=Q=Pt—fRt=IUt=Gft.

K

If

對于非純電阻：/?=/滬=E*+E=FA+P其他≠N+P期?.

W6K

即尸電>尸IUt>fRt.

（由于非純電阻電路歐姆定律不再適用，注意利用“電功=電熱+其他能量”或“電功率=電熱率+

其他功率”尋找等量關(guān)系求解）

4.含電動機(jī)電路的處理：電動機(jī)是一種非純電阻用電器，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，在電路計算中，

常把電動機(jī)等效為阻值等于其內(nèi)阻的電阻缶和無電阻的轉(zhuǎn)動線圈串聯(lián)而成，如下圖，電流通過缶時把電能

轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而線圈把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.

（1）電動機(jī)的輸入功率（總功率）：P息=IU.由電動機(jī)電路的電流和電壓決定.

(2)電動機(jī)的輸出功率(有用功率)：是電動機(jī)做有用功的功率.

電動自行車沿平直公路勻速行駛時：F=f,Pu=Fv=fv；

如下圖，重物勻速上升時：F=mg,Pto=Fv=mgv.

(3)電動機(jī)的熱功率：電動機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時要發(fā)熱，熱功率J=/?，.

(4)電動機(jī)的功率關(guān)系取=瑜+七.

(5)電動機(jī)的效率〃=&.

P電

1.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中不F確的是()

A.電功率越大，則電流做功越快，電路中產(chǎn)生的熱量一定越多

B.適用于任何電路，而W=∕2Rt=裂只適用于純電阻電路

C.在非純電阻電路中，Ult>I2Rt

D.熱量Q=∕2Rt適用于任何電路

【答案】A

【解析】A.電功率越大，則電流做功越快，但電路中產(chǎn)生的熱量不一定多，故A錯誤；

B.電功的定義式為W=U/t

適用于任何電路，而計算式"=∕2Rt=9t

只適用于純電阻電路，故B正確；

C.在非純電阻電路中，電流所做的功等于產(chǎn)生的熱量與其他形式的能之和，所以W>Q

即U/t>KRt故C正確;

D.電路熱功率的定義式為Q=KRt

適用于計算任何電路中產(chǎn)生的熱量，故D正確。

故選Ao

2.(2022?江蘇鎮(zhèn)江?高三開學(xué)考試)某學(xué)生看到機(jī)場關(guān)于“嚴(yán)禁攜帶額定能量超過160W?h的充電寶搭

乘飛機(jī)”的規(guī)定。通過仔細(xì)閱讀機(jī)場的說明后領(lǐng)悟到，機(jī)場限定的不是充電寶的電荷量，而是充電寶的能

量。貝∣J160W?h的能量能把Ikg物體舉起的高度約為（)

Λ.16mB.160mC.5.76×103mD.5.76×104m

【答案】D

【解析】160W?h的能量為W=Pt=160X3600s=576000J

根據(jù)功能關(guān)系W=mg力解得/=5.76x104m故選D。

3.如圖所示，一幢居民樓里住著生活水平各不相同的24戶居民，所以整幢居民樓里有各種不同的電器，

例如電爐、電視機(jī)、微波爐、電腦等。停電時，用歐姆表測得46間電阻為此供電后，各家電器同時使

用，測得4、6間電壓為4進(jìn)線電流為/,則計算該幢居民樓用電的總功率可以用的公式是（）

AQ-----------------

居

民

U樓

BL

A-P=I2RB-P=TCP="∏?P=UI-PR

【答案】C

【解析】因?yàn)榧矣秒娖髦杏屑冸娮枰灿蟹羌冸娮瑁绞?∕2R和P=與適用于求純電阻電路的總功率，而

R

P=U/-/2R是用來求非純電阻電路的輸出功率而不是總功率。公式P=U/適用于任何電路求總功率。

故選C。

4.（2022?全國?高三專題練習(xí)）（多選）如圖所示，系留無人機(jī)是利用地面直流電源通過電纜供電的無人

機(jī)，旋翼由電動機(jī)帶動?，F(xiàn)有質(zhì)量為20kg、額定功率為5kW的系留無人機(jī)從地面起飛沿豎直方向上升，經(jīng)

過200S到達(dá)IOonI處后懸停并進(jìn)行正常工作。已知直流電源供電電壓為400V,若不計電纜的質(zhì)量和電阻，

忽略電纜對無人機(jī)的拉力，取重力加速度g=10m∕s2,則（）

A.無人機(jī)從地面起飛到懸停在空中的過程中一直處于超重狀態(tài)

B.直流電源對無人機(jī)供電的額定電流為12.5A

C.無人機(jī)上升過程中消耗的平均功率大于IOOW

D.無人機(jī)上升及懸停時均有部分功率用于對空氣做功

【答案】BCD

【解析】A.無人機(jī)從靜止到懸停的過程先加速上升后減速上升最終速度減為零，即無人機(jī)經(jīng)歷先超重再失

重的過程，選項A錯誤：

B.直流電源對?無人機(jī)供電的額定電流/=W=黑=12.5A選項B正確；

C.無人機(jī)上一升過程克服重力做的功^A=2X1O'J

克服重力做功的功率P=y=IOOW

同時無人機(jī)上升過程還需克服空氣阻力做功，故無人機(jī)上升過程中消耗的平均功率大于100隊選項C正確；

D.無人機(jī)上升過程及懸停過程均會使空氣動能增加，即對空氣做功，選項D正確。

故選BCDo

5.2022年5月20日，比亞迪發(fā)布了其最新汽車“海豹”，其單電機(jī)版本搭載了80.0kW?h的電池組，驅(qū)動

電機(jī)的額定功率為40kW,發(fā)動機(jī)的額定工作電壓400V,下列說法中正確的是（）

?.電動機(jī)額定工作電流為IoA

B.電動機(jī)的內(nèi)阻為4Q

C.充滿電之后以額定功率可以行駛2小時

D.充滿電之后以額定功率可以行駛4小時

【答案】C

【解析】A.根據(jù)P=UI

可知電動機(jī)額定工作電流為/=t=IOOAA錯誤；

B.由于發(fā)電機(jī)是非純電阻性電路，不滿足歐姆定律，即rK，=4CB錯誤：

C.根據(jù)E=Pt

可知充滿電之后以額定功率可以行駛的時間t=∣=≤?^=2hC正確，D錯誤。

P40kW

故選Co

6.如圖甲是我國自行研制成功的中央處理器（CPU）芯片“龍芯”系列，圖乙中，兄和是是兩個材料相同、

厚度相同、表面為正方形的芯片內(nèi)部電阻，見的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于此的尺寸。現(xiàn)給分、是通以相同的電流，則

()

?.芯片兩端的電壓Ul=U2

B.通過兩芯片的電流/1</2

C.芯片在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Ql>Q2

D.芯片的電功率B>P?

【答案】A

【解析】AB.設(shè)電阻凡的厚度為α其正方形的邊長為a,則Rl=Pf=g可見電阻值的大小僅與材料

xrad7d

和厚度有關(guān)，與尺寸大小無關(guān)，則R=R2給R、自通以相同的電流，根據(jù)。=/"可知UFU3選項A正確，B

錯誤；

C.根據(jù)￠/Rr可知芯片在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q=Q選項C錯誤；

D.根據(jù)片/'R可知PFP-故D錯誤。

故選Ac.

7.如圖所示，a、方兩點(diǎn)間的電壓為9V,三個電阻的阻值分別為R產(chǎn)即6。、分=3。。下列說法正確的是（）

&R1

A.用、R2、凡兩端的電壓之比為2：1：1

B.R、R2、是消耗的電功率之比為1：1：2

C.在相等的時間內(nèi)，通過此、R2、分的電荷量之比為2：2：1

D.在相等的時間內(nèi)，R、R2、必產(chǎn)生的焦耳熱之比為1：2：2

【答案】B

【解析】A.電路中的總電阻為廬符J?=3Q+^Q=6Q電路中的電流7?%=L5A

Rl+/?26+6R6

則發(fā)兩端電壓UFIRQ.5X3V=4.5V

并聯(lián)部分兩端電壓為/=∕?=4.5V所以此、R2、兄兩端的電壓之比為1：1：1,選項A錯誤;

B.根據(jù)T可得即R2、是消耗的電功率之比為1：1：2,選項B正確；

R

C.根據(jù)歐姆定律I卷可得通過洛、尼，、兄的電流之比為1：1：2,根據(jù)號可得在相等時間內(nèi)通過

是、兄、總的電荷量之比為等于通過它們的電流之比，即1：1：2,選項C錯誤；

D.根據(jù)g，'Rt

可以得到在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比為1：1：2,選項D錯誤。

故選Bo

8.（2023?全國?高三專題練習(xí)）額定電壓均為Π0V,額定功率A=IOOW,∕?=40W的A、B兩盞燈泡，若接

在電壓為220V的電路上，使兩盞燈泡均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是（）

【答案】C

【解析】判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷實(shí)際電壓是不是額定電壓或?qū)嶋H電流是不是額定電流，對燈泡

有P=UI="

R

可知RKR8

對于A電路，由于RKRM,所以份〃，又U,1+UA=220V則tt>110V,B燈被燒毀，冰110V,A燈不能正常發(fā)光；

對于B電路，由于曲兄，A燈與滑動變阻器并聯(lián)，并聯(lián)電阻小于總，所以%>〃#,則為>110V,B燈被燒毀，

A燈不能正常發(fā)光；

對于C電路，B燈與滑動變阻器并聯(lián)，并聯(lián)電阻可能等于吊，所以可能〃=〃產(chǎn)IloV兩燈可以正常發(fā)光；

對于D電路，若滑動變阻器的有效電阻等于A燈、B燈的并聯(lián)電阻，則如許IlOV兩燈可以正常發(fā)光。

比較C、D兩個電路，當(dāng)燈A、B均正常發(fā)光時，由于C電路中滑動變阻器功率為PF（IrIB）XllOV

而D電路中滑動變阻器功率為P1F（Λ+Λ）×IlOV所以C電路消耗電功率最小。

故選C。

9.（多選）如圖為保溫電飯鍋的電路圖，R1,/?2為電熱絲，S為溫控開關(guān)，接在家庭電路上（穩(wěn)恒電源），

R1-.R2=9:1,加熱時的功率為IoOo肌則（）

A.S斷開時，電飯鍋處于加熱狀態(tài)

B.S閉合時，電飯鍋處于加熱狀態(tài)

C.保溫狀態(tài)時電源的輸出功率為IOOW

D.保溫狀態(tài)時電源的輸出功率為嚶W

【答案】BC

【解析】AB.根據(jù)功率公式P=",電壓不變時，電阻越小電功率越大，所以S閉合時，電飯鍋處于加熱狀

R

態(tài)，則A錯誤；B正確；

CD.根據(jù)功率公式P=半，電壓不變時，電功率與電阻成反比，

R

保溫時電阻與加熱時電阻比為（8+/?2）：&=10:1

所以保溫時電阻與加熱時電功率比為1:10則保溫狀態(tài)時電源的輸出功率為尸獷VP勿=VXIooo=IOOW

所以C正確；D錯誤；

故選BCo

10.下表為一臺電熱水器的銘牌（有一項內(nèi)容模糊不清），電熱水器內(nèi)部電路可簡化為如圖所示電路，RI和

7?2均為電熱絲。則下列說法中不正確的是（）

某電熱水器的簡介簡化電路

額定電壓220V

k

--n-%\便----

高溫檔

額定電流中溫檔5ARlS]

'-,ZZUVv

低溫檔2A

電源頻率50HZ

A.低溫檔正常工作時的額定功率是440W

B.中溫檔正常工作1分鐘產(chǎn)生的熱量是6.6XIO4J

C.高溫檔正常工作時的額定電流約為8.3A

D.電熱絲/?2的電阻是44Q

【答案】D

【解析】A.低溫檔正常工作時的額定功率P1=UI=220×2W=440W故A正確;

B.中溫檔正常工作1分鐘產(chǎn)生的熱量Q=U∕t=220x5x60J=6.6xl04］故B正確:

CD.當(dāng)&斷開，&接6時，R、兄串聯(lián)，電阻最大，為低溫檔％+&=彳=等Q=IloQ

當(dāng)Sl閉合，Sz懸空時，電路中電阻只有吊，為中溫檔RI=彳=等Q=44Q

所以R2=110Ω-44Ω=66Ω

當(dāng)Sl閉合，&接a時，R,、是并聯(lián)，為高溫檔，

此時電阻=普=竺絕Q=26.4Q/===咨A=8.3A故C正確，D錯誤；

升∏1+∏244+66R并26.4

故選D。

11.（2022?全國?模擬預(yù)測）如圖所示是某大型超市新安裝的自動扶梯，其電動機(jī)額定電壓為U,額定電

流為/,效率為小則下列說法正確的是（）

A.該電動機(jī)的內(nèi)阻為彳

B.該電動機(jī)的輸出功率為U/

C.該電動機(jī)的發(fā)熱功率為（I-Zj）U/

D.該電動機(jī)正常工作時的總功率大于U/

【答案】C

【解析】A?因?yàn)殡妱訖C(jī)不是純電阻，所以不能用歐姆定律來計算它的內(nèi)阻，用來發(fā)熱的電壓Ul遠(yuǎn)小于額定

電壓U,電動機(jī)的內(nèi)阻r=中A錯誤；

B.用來做機(jī)械功的電壓4小于額定電壓U,電動機(jī)的輸出功率即機(jī)械功率＜U/B錯誤；

C.由題意可知UJ+//=U/η=篝

聯(lián)立可得77=石產(chǎn)

整理可得U1I=（1-η）UIC正確；

D.由題意可得，總功率就是電功率U/,D借誤。故選Co

12.一個直流電動機(jī)所加電壓為〃，電流為/,線圈內(nèi)阻為尼當(dāng)它工作時，下述說法中第氓的是（）

A.電動機(jī)的輸入功率為/UB,電動機(jī)的發(fā)熱功率為NR

C.電動機(jī)的輸出功率為/U-∕2RD.電動機(jī)的輸出功率為∕2R

【答案】D

【解析】A.電動機(jī)的輸入功率為Piti=U/故A正確，不符合題意；

B.電動機(jī)的發(fā)熱功率為P熱=GR故B正確，不符合題意；

CD.電動機(jī)的輸出功率為P出=P電一P熱=U/-NR

故C正確，不符合題意；D錯誤，符合題意。

故選Do

13.如圖所示，電阻不和內(nèi)阻也等于的電動機(jī)M串聯(lián)接到電路中，接通開關(guān)后，電動機(jī)正常工作。設(shè)電

阻不和電動機(jī)M兩端的電壓分別為“和心。在t時間內(nèi)，電流通過電阻??做功以產(chǎn)生熱量勖，電流流過

電動機(jī)做功的、產(chǎn)生熱量口,則有（）

【答案】C

【解析】設(shè)開關(guān)接通后，電路中電流為/,對于電阻R,由歐姆定律得Ui=/R

對于電動機(jī)U2>IR

則U1<U2,

電流通過電阻R做功為IV1=U1It

電流通過電動機(jī)M做功為IV2=U2It

2

電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量Q1=IRt

2

電流通過電動機(jī)M產(chǎn)生的熱量Q2=IRt

因?yàn)閁l<U2

所以IV1<IV2,IVI=Q1,Q1=Q2故ABD錯誤C正確。

故選C。

14.（2022?北京?高三期末）利用如圖所示電路研究某小型手持風(fēng)扇的電動機(jī)性能。調(diào)節(jié)滑動變阻器Ro,

測得風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時電壓表示數(shù)為"，電流表示數(shù)為，；扇葉被卡住停止轉(zhuǎn)動時，電壓表的示數(shù)為％,電流表

的示數(shù)為乙，且八＞八下列說法正確的是（）

A.電動機(jī)線圈電阻r=?

B.扇葉被卡住時，電流增大是因?yàn)殡妱訖C(jī)的線圈電阻變小

C.風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時線圈發(fā)熱功率P四=后X學(xué)

,2

D.風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時輸出的機(jī)械功率P//A-4/?

【答案】C

【解析】A.電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，滿足歐姆定律，電動機(jī)線圈電阻r=半，A錯誤；

B.電動機(jī)的原理是通電線圈在磁場力的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。如果不轉(zhuǎn)動的話電能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電能全

部轉(zhuǎn)化為熱能，根據(jù)焦耳定律，電流增大，B錯誤；

C.風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時，線圈的發(fā)熱功率Pth=Ilrr=器解得P執(zhí)=華C正確；

D.風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時輸出的機(jī)械功率P出=P-P熱=UJl—警D錯誤。

故選CO

15.（多選）如圖所示為一直流小電動機(jī)模擬提升重物的裝置。電池電動勢為4V,內(nèi)阻為0.1Q,電阻廬0.9

Qo當(dāng)電動機(jī)以0.lm∕s的恒定速度豎直向上提升質(zhì)量為2kg的重物時，電流表的示數(shù)為0.8Ao若電流表的

內(nèi)阻及各處摩擦均不計，取爐lθn?/d,則以下判斷正確的是（）

A.電動機(jī)的線圈電阻為4Q

B.電源的輸出功率為3.2W

C.電動機(jī)的總功率為2.56W

D.電動機(jī)的效率為78.1%

【答案】CD

【解析】ABC.根據(jù)能量守恒定律有IEt=FMt+Pgt

得電動機(jī)的總功率P&-L56W

電動機(jī)的輸出功率Pn=mgv

解得Pril期

且P"=FrAPIH

則電動機(jī)線圈電阻n=0.875Ω故選項C正確，AB錯誤；

I）.電動機(jī)的效率T7=3=0.871選項D正確。

p.&

故選CD。

16.如圖所示為某款手機(jī)電池充電器充電過程的原理圖，其輸出電壓為5.OV,輸出電流為600mA?，F(xiàn)對內(nèi)

阻為2Q的鋰電池進(jìn)行充電，下列說法錯誤的是（）

A.充電器輸出的電功率為3.OW

B.充電時電池消耗的熱功率為0.72W

C.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為2.28W

D.鋰電池每秒鐘儲存的化學(xué)能為3.OJ

【答案】D

【解析】A.設(shè)充電器輸出的電功率為只則P=U∕=5xO.6W=3W故A正確，不符合題意；

B.電池產(chǎn)生的熱功率為P熱=Kr=0.62X2W=0.72W故B正確，不符合題意；

C.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為P化=P-P熱=3W-0.72W=2.28W故C正確，不符合題意;

D.鋰電池每秒鐘儲存的化學(xué)能為E化=P化t=2.28xlJ=2.28J故D錯誤，符合題意。

故選D0

17.如圖，內(nèi)阻為4.4Q的電解槽和一盞標(biāo)有“110V,60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的恒壓電源兩端,

燈泡正常發(fā)光，則()

220V

B.電解槽中將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為58.7W

C.電解槽的發(fā)熱功率為60W

D.整個電路消耗的總功率為60W

【答案】B

【解析】A.于燈泡正常發(fā)光，所以電解槽的電壓為220-110=11OV

由于電解槽和燈泡串聯(lián)，它們的電流相等，所以/=?=黑A所以A錯誤；

C.電解槽的發(fā)熱功率為P執(zhí)=Jr=(黑)2X4.4=1.3W所以C錯誤；

B.對電解槽由能量守恒六P熱+Pm

o

可得/∕t=60W-l.3W=58.7W故B正確；

D.電解槽的輸入功率為〃=R≡60W

電路的總功率等于電解槽的輸入功率和燈泡的功率之和為P航冉P=12Ow所以D錯誤;

故選Bo

18.如圖所示，A為電解槽，M為電動機(jī)，N為電爐子，恒定電壓U=12V,當(dāng)Sl閉合，S2>S3斷開時，電流

表示數(shù)為6A；當(dāng)S2閉合，S1,S3斷開時，電流表示數(shù)為5A,且電動機(jī)的內(nèi)阻力=10;當(dāng)S3閉合，S1?S2斷

開時，電流表示數(shù)為4A,且電解槽內(nèi)阻心=20。求：

(1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率；

(2)電動機(jī)的機(jī)械效率；

(3)在電解槽工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率。

【解析】(1)當(dāng)Si閉合，S2、S3斷開時，電爐子接入電路。電爐子為純電阻元件,

由歐姆定律得電爐子的電阻R=F=竽Q=2Q

1I6

其發(fā)熱功率P=t∕∕1=12×6W=72W

(2)電動機(jī)為非純電阻元件，由能量守恒定律，有I2U=∕2ΓM+

所以〃=%UTrMX100%=5x12-5-1X100%5s58.3%

,

I2U5X12

(3)電解槽為非純電阻元件，由能量守恒定律知P化學(xué)

=I3U-IITA

所以P化學(xué)=(4x12—42X2)W=I6W

19.如圖所示，電源電動勢E=4V,小燈泡L標(biāo)有“3V0.6W”，開關(guān)S接1,當(dāng)變阻器調(diào)到A=3Q時,

小燈泡L正常發(fā)光?，F(xiàn)將開關(guān)S接2,小燈泡L和電動機(jī)M均正常工作，電動機(jī)的內(nèi)阻費(fèi)=1.0Q。求：

(1)電動機(jī)正常工作時輸出的機(jī)械功率。

(2)電動機(jī)正常工作的效率。(計算結(jié)果均保留2位小數(shù))

【答案】(1)0.08W(2)66.67%

【解析】(1)根據(jù)題意可得燈泡正常工作時其兩端電壓為4=3V

P

電流Λ=77=0.2A

UL

設(shè)電源內(nèi)阻為r,開關(guān)S接1時?，根據(jù)閉合電路