2025年人教版高中物理精讲精练必修3第13讲：电路中的能量转化 原卷版

第13讲：电路中的能量转化【考点梳理】考点一：电功与电功率的计算和应用考点二：混联电路中的功率计算考点三：焦耳定律的理解与计算考点四：含电动机电路的计算考点五：电动机被卡住的电路计算考点六：电路中能量转化的综合问题【知识梳理】知识点一、电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．知识点二、．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(适用于任何电路)．知识点三、．焦耳定律(1)内容：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)公式：Q＝I2Rt(适用于任何电路)．知识点四、电功率P＝IU和热功率P＝I2R的比较1．不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R.只有在纯电阻电路中P电＝P热，IU＝I2R＝eq\f(U2,R)才成立．2．对于非纯电阻电路：P电＝P热＋P其他，即IU＝I2R＋P其他，I≠eq\f(U,R)(欧姆定律不适用)．知识点五、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电功和电热的关系W＝Q即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他电功率和热功率的关系P＝P热，即IU＝I2RP＝P热＋P其他即IU＝I2R＋P其他欧姆定律是否成立U＝IR，I＝eq\f(U,R)成立U＞IR，I＜eq\f(U,R)不成立说明W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热【题型归纳】题型一：电功与电功率的计算和应用1．（24-25高二上·浙江嘉兴）如图所示，电路中通过R1的电流是4A，已知R1=3Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，则下列说法正确的是（）A．电路的总电阻是6Ω B．通过三电阻的电流之比是C．三电阻两端的电压之比为 D．三电阻消耗的电功率之比为2．（22-23高二上·浙江绍兴·期末）如图所示，电路中电阻，，，A、B之间的电压恒为100V，电压表和电流表均为理想电表。下列说法正确的是（）A．电压表的示数为60V B．电流表的示数为2.5AC．电阻两端的电压为60V D．电阻消耗的电功率为100W3．（22-23高二上·山东德州·阶段练习）有三个电阻的阻值及额定功率分别为R1=10Ω，P1=10W，R2=20Ω，P2=80W，R3=5Ω，P3=20W，它们组成的电路如图（甲）、（乙）、（丙）所示。下列关于各图的说法正确的是（）A．图（甲）电路允许消耗的最大功率为110WB．图（乙）电路允许通过的最大电流为5.5AC．图（丙）两端允许通过的最大电流为2AD．图（甲）两端允许加的最大电压为35V题型二：混联电路中的功率计算4．（24-25高一上·山西太原·开学考试）如下图所示，A、B两灯泡额定电压都为110V，额定功率、，接在电压恒为220V电路上，欲使两灯泡均正常发光，且整个电路消耗的电功率最小，则下面四种电路连接方式中满足要求的是（）A． B．C． D．5．（23-24高一上·山东淄博·开学考试）四个定值电阻按图示连接方式连入电路。已知、的规格为“10V

4W”，、的规格为“10V

2W”。这四个电阻消耗功率的大小关系为（

）

A． B．C． D．6．（2019高二上·上海奉贤·专题练习）如图所示电路，两个小灯泡上分别标有：：“”和：“”。把A、b两端接在输出电压为的电源上，两个小灯泡刚好都能正常发光。求：（1）电阻与的阻值；（2）电路的总功率；（3）请设计一个功率更小的电路，要求接在电源上时，两个灯泡都能正常发光。把你设计的电路图画在下面，并计算出电路的总功率。题型三：焦耳定律的理解与计算7．（22-23高二上·山东济南·期中）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（）A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B．焦耳热适用于任何电路C．电流通过电动机时的电功率和热功率相等D．静电力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大8．（21-22高二·全国·课后作业）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是（）A．电功率越大，则电流做功越快，电路中产生的热量一定越多B．W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路C．在非纯电阻电路中，D．热量适用于任何电路9．（21-22高二上·山东济南·阶段练习）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（）A．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路B．在非纯电阻电路中，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．焦耳热适用于任何电路题型四：含电动机电路的计算10．（24-25高二上·云南普洱）如图所示，电动机M的内阻是，电阻，直流电压，理想电压表示数，以下判断错误的是（

）A．电动机通过的电流为 B．电动机消耗的电功率为C．电动机输出的机械功率为 D．电动机工作1分钟所产生的热量为11．（23-24高三上·江苏·阶段练习）在如图所示电路中，电源电动势为10V，内阻为1.0Ω，电路中电阻R0为1.5Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5Ω，闭合开关S后，电动机转动，理想电流表的示数为2.0A，则下列说法中错误的是（）A．电源两端的电压为8V B．电源输出的电功率为16WC．电动机两端的电压为5.0V D．电动机的输出功率为10W12．（23-24高二上·安徽六安·期中）如图所示，用直流电动机提升重物，电动机线圈的电阻为1Ω，重物的质量。电源内阻为1Ω，不计电动机转子转动时的摩擦，当电动机以的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流。重力加速度g取，则下列说法正确的是（）A．电动机总功率为100W B．电动机两端的电压为25VC．电源的电动势为33V D．电动机将电能转化为机械能的效率约为68%题型五：电动机被卡住的电路计算13．（20-21高二下·四川成都）在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路，电路中电表均为理想电表。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0.5A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20B．电动机的内阻为7.5C．电动机的输出功率为30WD．电动机的输出功率为22W14．（20-21高二上·黑龙江大庆·阶段练习）微型吸尘器的直流电动机内阻一定，把它接入电压为U1=0.2V的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是I1=0.4A；若把电动机接入电压为U2=2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2=1.0A，则（）A．电动机线圈的电阻为2ΩB．电动机正常工作时的输出功率为0.5WC．电动机的效率为75%D．电动机正常工作时线圈在1min内产生的焦耳热为120J15．（21-22高一下·贵州黔东南·期末）如图所示的电路中，若把小型直流电动机接入电压为的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是；若把电动机接入的电路中，电动机正常工作，工作电流是，求：（1）电动机线圈内阻为；（2）电动机正常工作时的输出功率。题型六：电路中能量转化的综合问题16．（24-25高二上·江苏泰州）小明同学玩一个会发光的电动玩具汽车时，发现了一个现象：启动电源，电动机正常工作，车轮正常转动、当不小心卡住车轮时，车灯会变暗。玩具汽车的简化电路如图所示，电源电动势E=10V，r=2Ω，车轮电动机的额定电压UM=6V，灯泡电阻为R=6Ω，线圈电阻RM=1Ω。则：(1)玩具汽车正常工作时，流过电动机的电流：(2)玩具汽车被卡住后，流过电动机的电流：(3)玩具汽车卡住前后，电动机消耗功率的变化量。17．（24-25高二上·山东济宁）下图是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物，它用细绳拴在电动机的轴上。电源电动势E=120V，闭合开关S，重物P以速度v匀速上升，这时电流表和电压表的示数分别是I＝5.0A和U＝110V，重物P上升的速度v＝0.80m/s。重物的质量m＝50kg（g取）。求：(1)电源的内阻r多大？(2)直流电动机的机械效率多大？(3)电动机线圈的电阻R多大？18．（23-24高二上·陕西渭南·期末）利用电动机通过如图所示电路提升重物，已知电源电动势，电源内阻，电动机内阻，电阻，重物质量。当电动机以稳定的速度匀速提升重物时，理想电压表的示数为。不计空气阻力和摩擦，取。求：（1）电源的输出功率；（2）电动机的输出功率和重物上升的速度。【高分达标】一、单选题19．（24-25高二上·辽宁）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，电动机线圈的电阻为。接通电源船模正常前进时，电动机两端的电压为2.5V。下列说法正确的是（

）A．电动机的输入功率为3W B．电动机的输出功率为2WC．电动机线圈发热功率为13.5W D．电池组消耗的总功率为9W20．（24-25高二上·黑龙江哈尔滨）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E，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（）A．电动机的额定电流为 B．电动机的输入功率为C．电动机消耗的热功率为 D．电源的总功率为21．（24-25高二上·江苏无锡·开学考试）一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后正常工作，消耗功率66W，则下列说法正确的是（）A．电风扇正常工作时通过电动机的电流是0.2AB．电风扇正常工作时转化为机械能的功率是64.2WC．电风扇正常工作时电动机的效率是90.3%D．如果接上电源后，电风扇的扇叶被卡住，不能转动，这时电动机的发热功率是220W22．（23-24高二上·浙江金华·期末）华为Mate60Pro智能手机的各项性能都很优秀，该手机配备锂聚合物电池，88W充电器，充电时可智能调节充电功率，真正实现了“充电2分钟，待机10小时”。充电测试发现，充电前2分钟是超级快充模式，充电器输出电压为18V，输出功率稳定在78W左右，随后充电功率“阶梯式”下降，直至充电结束。下列说法正确的是（）A．电池容量的单位“”是能量单位B．电池充满电所储存的能量为C．手机待机功率为D．电池内阻约为23．（23-24高二上·山东临沂·期末）如图电路中开关S接通后，电阻R1每通过1C的电量放出2J热量，电阻R2上每通过1C的电量放出4J的热量，电阻R3与R1消耗电功率相等，则R1、R2、R3的电阻值之比是（

）A．1∶4∶4 B．1∶2∶2 C．1∶2∶4 D．2∶1∶124．（23-24高二上·四川德阳·期末）电动新能源汽车自燃原因很多，包括碰撞、涉水、过快充等，还有一种可能的原因是司机操作不当，导致电动机在正常工作时，转子突然被卡住不转动，电流暴增后会在短时间内产生大量热量，进而起火燃烧，如图（a）所示．现有一小型直流电动机，其线圈电阻为，额定电压为U，额定电流为I，将它与电动势为E、内阻为r的直流电源相连，如图（b）所示，闭合开关S，电动机恰好正常工作，已知指示灯是一个理想的发光二极管，其电阻和消耗的功率都忽略不计，下列说法正确的是（

）A．电源的效率为B．电动机输出的机械功率为C．电源的总功率为D．电动机正常工作时，转子突然被卡住，则电动机的发热功率为25．（23-24高二上·天津武清·阶段练习）如图所示的电路中，，，，，，下列说法正确的是（）A．、、、的电压之比等于4:2:1:1B．、、、的电流之比等于4:2:1:2C．、、、的功率之比等于12:6:1:1D．电路的总电阻等于21Ω，总功率等于126W26．（23-24高二上·四川达州·期末）某物理兴趣研究小组用如图所示的实验电路研究电动机的性能。调节滑动变阻器R，当电流表和电压表的示数分别为0.2A和1.4V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2.0A和30V，忽略温度对电阻的影响，则这台电动机（）A．正常运转时的输入功率为0.28WB．电阻为15C．正常运转时的发热功率为28WD．正常运转时的输出功率为31.5W27．（23-24高二上·北京朝阳·期末）某学习小组利用如图所示电路研究某手持小风扇的电动机性能。调节滑动变阻器R，测得风扇运转时电压表示数为2.0V，电流表示数为0.20A；扇叶被卡住停止转动时，电压表示数为1.25V，电流表的示数为0.50A。下列说法正确的是（）A．电动机线圈的电阻为10ΩB．风扇运转时输出的机械功率为0.3WC．风扇运转时线圈的发热功率为0.4WD．与扇叶被卡住时相比，风扇运转时电源的总功率更大二、多选题28．（24-25高二上·全国·课后作业）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法，正确的是（）A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路C．在非纯电阻电路中，D．焦耳热适用于任何电路29．（23-24高二上·福建龙岩·期末）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。若机器人直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为r，当它正常工作时，下列说法正确的是（）A．电动机的电流B．电动机消耗的电功率C．电动机输出的机械功率为D．电动机产生的热量30．（23-24高二上·云南大理·期末）如图所示是电热水器工作电路简化图，S是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使热水器处于保温状态；是热水器加热管电阻，R是与加热管串联的电阻。该热水器加热时功率为1100W，保温时功率为44W，不考虑、R的电阻受温度变化的影响，电源电压恒为220V。下列说法正确的是（）A．S断开时为加热状态 B．S接通时为加热状态C． D．31．（23-24高二上·广西·期末）如图所示，直流电动机正常工作时，两端电压为，通过电动机的电流为，能在内把一质量为的重物匀速提高，不计绳重、摩擦与空气阻力，重力加速度取，下列说法正确的是（

）A．电动机的输出功率为B．在提升重物的内重物增加的重力势能为C．在提升重物的内电动机线圈产生的热量为D．电动机线圈的电阻为32．（23-24高二上·广东中山·期末）小明同学在玩会发光的电动玩具汽车时，发现了一个现象：启动电源，电动机正常工作，车轮正常转动。当不小心卡住车轮时，车灯变暗。玩具汽车的简化电路如图所示，电源电动势E=10V，内阻，车轮电动机的额定电压额定功率线圈电阻。忽略灯丝电阻随电压的变化，下列说法正确的是（）

A．电动机正常工作时，机械功率为5WB．电动机正常工作时，电源的效率为60%C．车轮卡住时，电动机的功率为1WD．车轮卡住时，小灯泡的功率为1.5W33．（23-24高二上·福建龙岩·阶段练习）如图所示，a、b两点间的电压为9V，三个电阻的阻值分别为R1=R2=6Ω、R3=3Ω。下列说法正确的是（）A．R1、R2、R3两端的电压之比为1：1：1B．R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2C．在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2：2：1D．在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1：2：2三、解答题34．（24-25高二上·湖北孝感·开学考试）如图所示的电路中，电源电动势E=6.0V，内阻r=0.5Ω，电动机电阻RM=0.5Ω，定值电阻R=1.0Ω，电容器电容C=50μF，开关S闭合后电动机正常工作，此时理想电压表的示数U=3.0V，求：(1)电容器的电荷量；(2)电动机将电能转化为机械能的效率（结果保留一位小数）。35．（24-25高二上·全国·课后作业）如图所示