12.1 電路中的能量轉化 【練習】2024-2025學年高二物理 同步練（ 人教版2019必修第三冊）（原卷版）

12.1電路中的能量轉化學習目標學習目標課程標準物理素養(yǎng)3.2.5理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產生活中的電熱現(xiàn)象。3.2.6能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應用于生活實際。物理觀念：通過實例分析，理解電能轉化為其他形式的能是通過電流做功來實現(xiàn)的，加深對功與能量轉化關系的認識。從能量的轉化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉化，理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系。科學思維：通過推導電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產、生活中的相關現(xiàn)象?？茖W探究：通過推導電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產、生活中的相關現(xiàn)象。科學態(tài)度與責任：聯(lián)系生活中的電風扇、空調、電動機等電器設備，體會能量轉化與守恒思想，增強理論聯(lián)系實際的意識。002思維導圖純電阻電路與非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路實例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉子被卡住的電動機等電動機、電解槽、日光燈等電功與電熱W＝UIt，Q＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝QW＝UIt，Q＝I2RtW>Q電功率與熱功率P電＝UI，P熱＝I2R＝eq\f(U2,R)，P電＝P熱P電＝UI，P熱＝I2R，P電>P熱方法規(guī)律1.在任何電路中，P電＝UI、P熱＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都適用。2.處理非純電阻電路的計算問題時，要善于從能量轉化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”找等量關系求解。3.在非純電阻電路中，eq\f(U2,R)t既不表示電功也不表示電熱，是沒有意義的。003知識梳理課前研讀課本，梳理基礎知識：一、電功和電熱1．電功：表達式W＝Uq＝，指恒定電場對自由電荷做的功。2．電功率：表達式P＝eq\f(W,t)＝，表示電流做功的。3．焦耳定律：表達式Q＝，表述：電流通過導體產生的熱量跟成正比，跟導體的及成正比。4．熱功率(1)定義：單位時間內的發(fā)熱量。(2)表達式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R。[注意]①對于純電阻電路：P電＝P熱＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R)；②對于非純電阻電路：P電＝IU＝P熱＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他。,二、非純電阻電路的特點1.在任何電路中，P電＝UI、P熱＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都適用。2.非純電阻電路不遵循歐姆定律，在非純電阻電路中UIR，其中U為非純電阻用電器兩端電壓，R為該用電器的電阻。3.電流通過非純電阻電路時，電流做功消耗的電能除了轉化為內能外，還要轉化成其他形式的能，如機械能、化學能等，即W＝＋Q，P＝P熱＋。4.在非純電阻電路中，eq\f(U2,R)t既不表示電功也不表示電熱，是意義的。三、串、并聯(lián)電路的電功率分配關系1.在串聯(lián)電路中，電功率與電阻成，即：P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝R1∶R2∶R3∶…∶Rn。2.在并聯(lián)電路中，電功率與電阻成，即：P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝eq\f(1,R1)∶eq\f(1,R2)∶eq\f(1,R3)∶…∶eq\f(1,Rn)。[注意]無論電阻如何連接，電路消耗的總功率一定等于各個電阻消耗的功率之和。004題型精講【題型一】純電阻電路能量分析【典型例題1】如圖所示，橫截面都是正方形的三段導體，它們的材料和長度都相同，導體B剛好能嵌入導體A，導體C剛好能嵌入導體B，現(xiàn)將三段導體串聯(lián)接入到同一電路中，則()A．導體C的電阻最大B．導體A兩端的電壓最大C．導體B消耗的電功率最大D．三段導體在相等時間內產生的熱量相等【典型例題2】為了生活方便，電熱水壺已進入千家萬戶，如果將一電熱水壺接在220V的電源兩端，經時間t0電熱水壺的開關自動切斷，假設熱量的損失不計、加熱絲的阻值不受溫度的影響。則()A．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經2t0的時間電熱水壺的開關自動切斷B．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經16t0的時間電熱水壺的開關自動切斷C．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經4t0的時間電熱水壺的開關自動切斷D．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經16t0的時間電熱水壺的開關自動切斷【對點訓練1】[多選]在如圖甲所示的電路中，電源電動勢為3V，內阻不計，L1、L2為相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，R為定值電阻，阻值為10Ω。當開關S閉合后()A．L1的電阻為1.2ΩB．L1消耗的電功率為0.75WC．L2的電阻為5ΩD．L2消耗的電功率為0.1W【對點訓練2】電子產品制作車間里常常使用電烙鐵焊接電阻器和電容器等零件，技術工人常將電烙鐵和一個燈泡串聯(lián)使用，燈泡還和一只開關并聯(lián)，然后再接到電壓為220V的交流電上(如圖2所示)，下列說法正確的是()A．開關接通時比開關斷開時消耗的總電功率大B．開關接通時，燈泡熄滅，只有電烙鐵通電，可使消耗的電功率減小C．開關斷開時，燈泡發(fā)光，電烙鐵也通電，消耗的總功率增大，但電烙鐵發(fā)熱較少D．開關斷開時，燈泡發(fā)光，可供在焊接時照明使用，消耗的總功率不變【題型二】家電、手機問題【典型例題3】如圖所示是某品牌吊扇的相關參數(shù)，g取10m/s2，以下說法正確的是()A．吊扇正常工作時通過吊扇電機的電流為0.25AB．天花板對吊桿的拉力大小等于50NC．吊扇正常工作時消耗的電能用于對空氣做功D．吊扇邊沿A點的最大線速度大小為896πm/s【典型例題4】(多選)如圖甲所示，用內阻為r1的充電寶為一手機充電，其等效電路如圖乙所示。在充電開始后的一段時間t內，充電寶的輸出電壓U、輸出電流I可認為是恒定不變的，設手機電池的內阻為r2，則時間t內()A．充電寶輸出的電功率為UI－I2r1B．充電寶的總功率為UI＋I2r1C．手機電池產生的焦耳熱為eq\f(U2,r2)tD．手機電池增加的化學能為UIt－I2r2t【對點訓練3】2019年12月7日至11日在日本東京舉辦了第十三屆中日節(jié)能環(huán)保綜合論壇，與會專家統(tǒng)計：每使用1度(千瓦時)電，就相應消耗了0.4kg的標準煤，同時產生0.272kg碳粉塵，0.997kg二氧化碳，0.03kg二氧化硫，0.015kg氮氧化物。濟寧市約有200萬家庭，根據(jù)下表提供的數(shù)據(jù)，估算我市由于這4種用電器待機一晝夜產生的二氧化碳的質量約為()每戶普通家庭用電器平均數(shù)1臺平板電視機1臺空調1臺洗衣機1臺臺式電腦每臺用電器平均待機功率(W)1423A.4.8×103kg B.4.8×104kgC.4.8×105kg D.4.8×106kg【對點訓練4】[多選]鋰電池因能量密度高、綠色環(huán)保而廣泛使用在手機等電子產品中?，F(xiàn)用充電器為一手機鋰電池充電，等效電路如圖所示，充電器電源的輸出電壓為U，輸出電流為I，手機電池的內阻為r，下列說法正確的是()A．電能轉化為化學能的功率為UI－I2rB．充電器輸出的電功率為UI＋I2rC．電池產生的熱功率為I2rD．充電器的充電效率為eq\f(Ir,U)×100%【題型三】科學探究與電動機 【典型例題5】如圖所示，在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極接電源的負極，沿邊緣內壁放另一個圓環(huán)形電極接電源的正極做“旋轉液體實驗”，其中蹄形磁鐵兩極間正對部分的磁場可視為勻強磁場，磁感應強度大小B＝0.2T，磁鐵上方為S極。電源的電動勢E＝6V，內阻未知，限流電阻R0＝4.8Ω。閉合開關S后，當導電液體旋轉穩(wěn)定時理想電壓表的示數(shù)恒為3.5V，理想電流表示數(shù)為0.5A。則()A．從上往下看，液體順時針旋轉B．玻璃皿中兩電極間液體的等效電阻為R＝7.0ΩC．液體消耗的電功率為1.75WD．1分鐘內，液體里產生的熱量為105J【典型例題6】有一小型直流電動機，把它接入U1＝0.3V的電路中時，電動機不轉，測得流過電動機的電流為I1＝0.6A；若把電動機接入U2＝3.0V的電路中時，電動機正常工作，工作電流是I2＝1.0A，求：(1)電動機正常工作時的輸出功率是多少？(2)如果電動機正常工作時，轉子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率是多大？【對點訓練5】如圖所示是某款理發(fā)用的電吹風的電路圖，它主要由電動機M和電熱絲R構成．當閉合開關S1、S2后，電動機驅動風葉旋轉，將空氣從進風口吸入，經電熱絲加熱，形成熱風后從出風口吹出．已知電吹風的額定電壓為220V，吹冷風時的功率為120W，吹熱風時的功率為1000W．關于該電吹風，下列說法正確的是()A．電熱絲的電阻為55ΩB．電動機的電阻為eq\f(1210,3)ΩC．當電吹風吹冷風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120JD．當電吹風吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為880J【對點訓練6】在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路．當調節(jié)滑動變阻器R，使電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0A和1.0V；重新調節(jié)R，使電動機恢復正常運轉時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．則當這臺電動機正常運轉時()A．電動機的內阻為7.5ΩB．電動機的內阻為2.0ΩC．電動機的輸出功率為30.0WD．電動機的輸出功率為26.0W00501強化訓練【基礎強化】1．掃地機器人能有效清除地板上的灰塵等顆粒垃圾。若掃地機器人的電動機線圈電阻為r，當它正常工作時，電動機兩端所加的電壓為U，通過的電流為I，則()A．通過線圈的電流小于eq\f(U,r)B．通過線圈的電流等于eq\f(U,r)C．電動機的電功率為I2rD．電動機輸出的機械功率為UI2.如圖所示是一提升重物用的直流電動機工作時的電路圖．電動機的內阻r＝0.8Ω，電路中另一電阻R＝10Ω，直流電壓U＝160V，理想電壓表示數(shù)UV＝110V．試求：(1)通過電動機的電流；(2)輸入電動機的電功率；(3)若電動機以v＝1m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質量．(g取10m/s2)3.某掃地機器人電池容量2000mA·h，額定工作電壓15V，額定功率30W，則下列說法正確的是()A．掃地機器人的電阻是7.5ΩB．題中mA·h是能量的單位C．掃地機器人正常工作時的電流是2AD．掃地機器人充滿電后一次工作時間約為4h4.新能源電動汽車是當代生活中重要的交通工具。某品牌觀光新能源電動車的動力電源上的銘牌標有“120V250A·h”字樣。假設工作時電源的輸出電壓恒為120V，額定輸出功率為3kW。根據(jù)上述有關數(shù)據(jù)，下列說法不正確的是()A．電動汽車保持額定功率行駛的最長時間是10hB．額定工作電流為25AC．動力電源充滿電后儲存的電能為1.08×108JD．電動汽車電動機的內阻為4.8Ω5.如圖為一種服務型機器人，其額定功率為48W，額定工作電壓為24V。機器人的鋰電池容量為20A·h。則機器人()A．額定工作電流為20AB．充滿電后最長工作時間為2hC．電池充滿電后總電量為7.2×104CD．以額定電流工作時每秒消耗能量為20J6.額定電壓都是110V、額定功率PA＝110W和PB＝40W的兩盞電燈，若接在電壓是220V的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是()【素養(yǎng)提升】7.(多選)如圖所示，閉合開關S后，電動機兩端的電壓為60V，電動機恰好正常工作，此時質量m＝10kg的物體以v＝1m/s的速度被勻速提升，理想電流表的示數(shù)為2A．重力加速度g＝10m/s2，不計空氣阻力．下列說法正確的是()A．電動機的內阻為30ΩB．電動機的內阻為5ΩC．電動機的發(fā)熱功率為100WD．電動機正常工作的效率為83.3%8．圖甲表示某金屬絲的電阻R隨攝氏溫度t變化的情況。把這段金屬絲與電池、電流表串聯(lián)起來(圖乙)，用這段金屬絲做測溫探頭，把電流表的刻度改為相應的溫度刻度，就得到了一個簡易溫度計。下列說法正確的是()A．tA應標在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關系B．tA應標在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關系C．tB應標在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關系D．tB應標在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關系9.(多選)如圖所示，電阻R1＝20Ω，電動機的內阻R2＝10Ω。當開關斷開時，電流表的示數(shù)是0.5A，當開關合上后，電動機轉動起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應是()A.I＝1.5A B.I＜1.5AC.P＝15W D.P＜15W10．某簡易電吹風簡化電路如圖所示，其主要部件為電動機M和電熱絲，部分技術參數(shù)如下表，電吹風在220V電壓下工作。下列說法正確的是()電吹風額定電壓220V電吹風額定功率熱風時：990W冷風時：110WA.開關S1、S2都閉合時電吹風吹冷風B.該電吹風中電動機的內電阻為440ΩC.吹熱風時電熱絲的功率為990WD.吹熱風時通過電熱絲的電流為4A11．一只電飯煲和一臺洗衣機并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(其內電阻可忽略不計)，均正常工作。用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0A，通過洗衣機電動機的電流是0.50A，則下列說法中正確的是()A．電飯煲的電阻為44Ω，洗衣機電動機線圈的電阻為440ΩB．電飯煲消耗的電功率為1555W，洗衣機電動機消耗的電功率為155.5WC．1min內電飯煲消耗的電能為6.6×104J，洗衣機電動機消耗的電能為6.6×103JD．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍12.如圖甲，電路中電源電動勢為3.0V，內阻不計，L1、L2、L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示。當開關閉合后，下列說法中正確的是()A．L1中的電流為L2中電流的2倍B．L3的電阻約為1.875ΩC．L3的電功率約為0.75WD．L2和L3的總功率約為3W13.[多選]下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機的主要技術參數(shù)，不計其自身機械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運行速度行駛，則()自重40kg額定電壓48V載重75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額