高中物理复习：电路中的能量转化 知识梳理+练习

12.1电路中的能量转化

学习目标

课程标准物理素养

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

3.2.5理解电功、电功率

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

及焦耳定律，能用焦耳定

纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。

律解释生产生活中的电热

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，

现象。

能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。

3.2.6能分析和解决家庭

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，

电路中的简单问题，能将

能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。

安全用电和节约用电的知

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

识应用于生活实际。

量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。

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

白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电

实例电动机、电解槽、日光灯等

熨斗及转子被卡住的电动机等

1

电功与W=UIt,Q=lRt=^t

W=UIt,Q=I2RtW>Q

电热

W=Q

u2

电功率P电=口,P热=产?氏=万，

KP电=UI,尸热p电＞尸热

与热功率

P电=。热

方法规律

1.在任何电路中，P电=UI、P热=/2R、iv=uit,。=/2放都适用。

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，刍7既不表示电功也不表示电热，是没有意义的。

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。

w

2.电功率：表达式p=7=，表示电流做功的。

3.焦耳定律：表达式。=，表述：电流通过导体产牛的热量跟成正比，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：尸=，=/2R。

［注意］①对于纯电阻电路：P电=P*=/U=/2R=节；②对于非纯电阻电路：P电=/U=P*+P其他=尸7?+/>

其他产R十卜其他。，

二、非纯电阻电路的特点

1.在任何电路中，尸电=U/、P热=PR、W=UIt,。=/2用都适用。

2.非纯电阻电路不遵循欧姆定律，在非纯电阻电路中。IR,其中。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+o

4.在非纯电阻电路中，著/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：

P：尸2：尸3：…：P"=R1:&：&：…:R”

2.在并联电路中，电功率与电阻成,即：

尸1：尸2：23："•：尸"=|:上：A：”,：专。

［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。

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8刚好能嵌入导

体A,导体C刚好能嵌入导体8,现将三段导体串联接入到同一电路中，贝1（）

□Oi

ABC

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fo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。贝1（）

A.如果将电热水壶接在110V的电源两端，需经2ro的时间电热水壶的开关自动切断

B.如果将电热水壶接在noV的电源两端，需经16ft）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4/0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16h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，Li、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10。。当开关S闭合后（）

A.Li的电阻为1.2。

B.Li消耗的电功率为0.75W

C.L2的电阻为5。

D.L?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（）

灯泡

220V

电烙铁

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（）

功率55W

电压/频率220V/50Hz

吊扇直径1.4m

噪音分贝W67dB(A)

转速320r/min

T重量整机5.0kg

A.吊扇正常工作时通过吊扇电机的电流为0.25A

B.天花板对吊杆的拉力大小等于50N

C.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896兀m/s

【典型例题4】（多选）如图甲所示，用内阻为n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/内，充电宝的输出电压U、输出电流/可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为0则

时间t内（）

A.充电宝输出的电功率为U/一尸八

B.充电宝的总功率为。/+产八

ifi

C.手机电池产生的焦耳热为

D.手机电池增加的化学能为Ult—Fr2t

【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

1台平板电视机1台空调1台洗衣机1台台式电脑

用电器平均数

每台用电器平均1423

待机功率(W)

A.4.8XIO3kgB.4.8X104kg

C.4.8X105kgD.4.8X106kg

【对点训练41［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/,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-fr

B.充电器输出的电功率为U/+/2r

C.电池产生的热功率为产厂

Tv

D.充电器的充电效率为万X100%

【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2=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Ro=4.8。。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。贝|()

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=7.0Q

C.液体消耗的电功率为1.75W

D.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Ui=0.3V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电

流为/i=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12=L0A,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（）

A.电热丝的电阻为55。

B.电动机的电阻为空。

C.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120J

D.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7.5。

B.电动机的内阻为2.0。

C.电动机的输出功率为30.0W

D.电动机的输出功率为26.0W

强化训I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广，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/,贝！1（）

A.通过线圈的电流小于-

B.通过线圈的电流等邛

C.电动机的电功率为尸厂

D.电动机输出的机械功率为U/

2.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=0.8。，电路中另一电阻R=10

Q,直流电压。=160V,理想电压表示数Uv=110V.试求:

⑴通过电动机的电流；

（2）输入电动机的电功率；

（3）若电动机以。=1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量.（g取10m/s?）

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7.5Q

B.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2A

D.扫地机器人充满电后一次工作时间约为4h

4.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“120

V250A由"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10h

B.额定工作电流为25A

C.动力电源充满电后储存的电能为1.08X108j

D.电动汽车电动机的内阻为4.8。

5.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20A41。

A.额定工作电流为20A

B.充满电后最长工作时间为2h

C.电池充满电后总电量为7.2X104C

D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J

6.额定电压都是110V、额定功率PA=110W和尸B=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（）

B

D

【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，此时质量相=10kg

的物体以。=lm/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30。

B.电动机的内阻为5。

C.电动机的发热功率为100W

D.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f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.以应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系

B.以应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系

C.加应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系

D.加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4=20Q,电动机的内阻当开关断开时，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/和电路消耗的电功率尸应是（）

A./=1.5AB.Z<1,5A

C.P=15WD.P<15W

10.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（）

~220V

插头

电吹风额定电压220V

热风时：990W

电吹风额定功率

冷风时：110W

A.开关Si、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440Q

C.吹热风时电热丝的功率为990W

D.吹热风时通过电热丝的电流为4A

11.一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44。，洗衣机电动机线圈的电阻为440。

B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W

C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6X104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6X103J

D.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，Li、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.Li中的电流为L?中电流的2倍

B.L3的电阻约为1.875Q

C.L3的电功率约为0.75W

D.L?和L3的总功率约为3W

13.［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，贝1（）

自重40kg额定电压48V