人教版（2019）物理必修三同步学习笔记：12.1　电路中的能量转化（有解析）

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人教版（2019）物理必修三同步学习笔记：12.1　电路中的能量转化
一、电功和电热的理解
1．电功和电功率
W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路．
2．电热和热功率
Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．
3．电功和电热的关系
(1)在纯电阻电路中：
①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt；
②电功率和热功率相等，P电＝P热＝UI＝I2R＝；
③欧姆定律成立，由UIt＝I2Rt得：I＝.
(2)在非纯电阻电路中：
①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算；
②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；
③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.
二、纯电阻电路中功率的分配与计算
1．在纯电阻电路中，由于W＝Q，I＝，所以有P＝UI＝I2R＝.
2．串、并联电路中的功率关系
串联电路 并联电路
功率分配 ＝ ＝
总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn
3.额定功率和实际功率
(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率．当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率．
(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率．
三、非纯电阻电路功率的分析与计算
1．电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI.
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R.
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机．
三者关系为：P电＝P热＋P机
(4)电动机的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%.
2．串、并联电路的总功率
(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn
(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn
从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和．
考点一　电功和电热的理解
1.对如图所示的一块手机电板的下列描述错误的是（　　）
A．电板的容量为3800mAh B．电板的输出电压为3.7V
C．电板的充电电压不得大于4.2V D．电板的额定功率为14.06Wh
【详解】A．从面板上可以看到，电板的容量为3800mAh，故A正确，不符合题意；
BC．电板的输出电压为3.7V，电板的充电电压不得大于4.2V，故BC正确，不符合题意；D．根据 ，14.06Wh是电板正常工作时释放的的总能量，故D错误，符合题意。
故选D。
考点二　纯电阻电路的分析与计算
2.如图所示，R1=6，R2=3，R3=4，左右两端接入电路后，关于这三只电阻的判断正确的是（　　）
A．电流之比是I1：I2：I3=4：3：6
B．电压之比是U1：U2：U3=1：1：2
C．功率之比是P1：P2：P3=4：3：6
D．相同时间内产生热量之比Q1：Q2：Q3=6：3：4
【详解】电阻R1与R2并联后与R3串联，并联电阻为
R12==2Ω
A．串联电路电流相等，并联电路电流比等于电阻的反比，故
I3=I1+I2
则有
I1：I2：I3=1：2：3
故A错误；
B．并联电路电压相等，串联电路电压比等于电阻比，故有
U并：U3=R12：R3=1：2
则有
U1：U2：U3=1：1：2
故B正确；
C．根据电功率公式P=UI，有
P1：P2：P3=U1I1：U2I2：U3I3=1：2：6
故C错误；
D．相同时间内产生热量之比等于功率之比，即
Q1：Q2：Q3=1：2：6
故D错误。
故选B。
考点三　非纯电阻电路的分析与计算
3.在如图所示的电路中，电源电动势为E=6V，内阻为r=1Ω，定值电阻R的阻值为3Ω，电动机M的线圈阻值为0.5Ω。闭合开关S后，理想电压表的示数为4V。下列说法正确的是（　　）
A．通过定值电阻R的电流为 B．电源的输出功率为
C．电动机M的输出功率为2W D．电动机M的线圈在1分钟内产生的热量为7.5J
【详解】A．根据闭合电路欧姆定律有
故A错误；
B．电源的输出功率
故B错误；
C．电动机M的输出功率
故C错误；
D．电动机M的线圈在1分钟内产生的热量
故D正确。
故选D。
4．下列家用电器的额定功率如图所示，正常工作电压均为220V，则通过电流最大的是（ ）
A． 800W B． 120W
C． 80W D． 1500W
5．下列关于电功的说法中错误的是（　　）
A．导体内静电力移动电荷所做的功叫作电功
B．电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程
C．电流做功消耗的能量由电源提供
D．电功就是电能
6．把六个相同小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡均正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用和表示，则下列结论中正确的是（　　）
A． B． C． D．
7．四盏灯泡接成图中所示的电路。a、c 灯泡的规格为“220 V 40 W”，b、d 灯泡的规格为“220 V 100 W”，各个灯泡的实际功率都没有超过它的额定功率。电路中它们的实际功率大小关系正确的是（　　）
A． B．
C． D．
8．有两个电路元件A和B，流过元件的电流与其两端电压的关系如图甲所示，把它们串联在电路中，如图乙所示。闭合开关S，这时电流表的示数为0.4 A，则电源电压和元件B的电功率分别是（　　）
A．2.0V 0.8W B．2.5V 1.0W C．4.5V 1.0W D．4.5V 1.8W
9．如图所示电路，电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，当开关S闭合后，电动机M和指示灯L都恰能正常工作，则下列说法中正确的是（　　）
A．电动机的额定电压为
B．电源的输出功率为
C．电动机的输出功率为
D．整个电路的热功率为
10．在如图所示电路中，电源电动势为12V，内阻为2Ω，指示灯R的阻值为16Ω，电动机M线圈电阻为2Ω。当开关S闭合时，指示灯R的电功率为4W。电流表为理想电表，那么下列说法中正确的是（ ）
A．流过电动机M的电流为4A
B．流过电流表的电流为4.5A
C．电动机M的电功率为12W
D．电源的输出功率为24W
11．把标有“220V，100W”的A灯泡和“220V，200W”的B灯泡串联后接入220V的电路中，如果导体电阻忽略不计，不考虑温度对电阻的影响，则有（　　）
A．A、B两灯泡的电阻之比为RA:RB=1:2
B．A、B两灯泡在串联电路中的电压之比为UA:UB=2:1
C．A、B两灯泡在串联电路中消耗的功率之比为PA:PB=2:1
D．A、B两灯泡在串联电路中产生的热量之比为QA:QB=1:2
12．如图为保温电饭锅的电路图，，为电热丝，S为温控开关，接在家庭电路上（稳恒电源），，加热时的功率为1000W，则（　　）
A．S断开时，电饭锅处于加热状态
B．S闭合时，电饭锅处于加热状态
C．保温状态时电源的输出功率为100W
D．保温状态时电源的输出功率为
13．小军同学根据他在电学实验课上获得的实验数据，画出如图所示的图像。其中图线①表示电阻，图线②表示电阻。根据图像信息可判断（　　）
A．当和串联时，两个电阻的阻值不可能相等
B．当两端的电压为12V时，通过它的电流为1.2A
C．当通过的电流为0.2A时，在1min内电阻产生的热量为24J
D．当和并联在电压为4V电路中，电路中总功率为3.6W
14．如图所示的电路中，电源电动势为12V，电源内阻为，电路中的电阻，小型直流电动机M的内阻为。闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A。则以下判断错误的是（　　）
A．电源输出的功率为24W B．电动机两端的电压为1.0V
C．电动机产生的热功率为4.0W D．电动机消耗的电功率为14W
15．在如图甲、乙所示的电路中，电源电动势均为、内电阻均为，R是定值电阻，开关S闭合，规格为“4V，0.8W”的小灯泡L均正常发光，电动机M正常工作。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中电源效率为90%
B．甲图中定值电阻为5Ω
C．乙图中电动机的内阻为7Ω
D．乙图中电动机正常工作电压为1.4V
4．D
【详解】根据
解得
当正常工作电压相同，均为220V时，额定功率越大，通过电流越大。
故选D。
5．D
【详解】A．导体内静电力移动电荷所做的功即为电功，故A正确；
B．电流做功的过程是将电能转化为其他形式能的过程，故B正确；
C．电源是把其他形式的能转化为电能的装置，所以电流做功消耗的能量由电源提供，故C正确；
D．电功是过程量，电能是状态量；在纯电阻电路中，虽然电功的数值等于消耗的电能，但电功不是电能，故D错误。
故选D。
6．D
【详解】由图知甲乙电路总电压U相等，设小灯泡正常工作时的电流为I，则甲电路消耗的功率为
乙电路消耗的功率为
所以有
故选D。
7．B
【详解】a、c灯泡的电阻
b、d灯泡的电阻
根据并联电路的特点知b、d并联后的总电阻R并Pca、d灯串联，电流相等，根据P=I2R知则P与R成正比，则Pa>Pd，故有
故选B。
8．C
【详解】由图像可得，当电流表的示数为0.4 A时，电路元件A和B的电压分别为2.0V，2.5V，所以电源电压为
元件B的电功率为
故选C。
9．D
【详解】A．由于电动机是非纯电阻，不适用欧姆定律求解电动机的相关物理量，本题中电动机正常工作，计算其额定电压只能用串联电路分压特点，通过灯泡来求解，即电动机的额定电压应为
A错误；
B．电源的输出功率应为
B错误；
C．电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率值，应为
C错误；
D．整个电路的热功率电源内阻、灯泡电阻、电动机电阻三者的热功率之和，即为
D正确。
故选D。
10．C
【详解】AB．根据功率的计算公式
代入数据解得
，
根据闭合电路欧姆定律
解得流过电流表的电流为
所以流过电动机的电流为
故AB错误；
C．电动机的电功率为
故C正确；
D．电源的输出功率为
故D错误。
故选C。
11．BC
【详解】A．根据功率公式得
有A、B两灯泡的电阻之比为RA:RB=2:1，A错误；
B．串联电流相等，根据欧姆定律得
有A、B两灯泡在串联电路中的电压之比为UA:UB=2:1，B正确；
C．串联电流相等，根据功率得
有A、B两灯泡在串联电路中消耗的功率之比为PA:PB=2:1，C正确；
D．串联电流相等，根据焦耳定律得
有A、B两灯泡在串联电路中产生的热量之比为QA:QB=2:1，D错误。
故选BC。
12．BC
【详解】AB．根据功率公式，电压不变时，电阻越小电功率越大，所以S闭合时，电饭锅处于加热状态，则A错误；B正确；
CD．根据功率公式，电压不变时，电功率与电阻成反比，保温时电阻与加热时电阻比为
所以保温时电阻与加热时电功率比为1:10则保温状态时电源的输出功率为
所以C正确；D错误；
故选BC。
13．BCD
【详解】由图像知
随电压的增大而增大
A．当和串联时，流过二者的电流相等，根据图像有交点处，如果电压和电流怡好为两图线交点的数据，则阻值可能相等，A错误；
B．当两端的电正为12V时，通过它的电流
B正确；
C．当通过的电流为0.2A时，在1min内电阻产生的热量
C正确；
D．当和并联在电压为4V电路中，电路中总功率
D正确。
故选BCD。
14．ABC
【详解】A．电源输出的功率为
所以A错误；
B．电动机两端的电压为
所以B错误；
C．电动机产生的热功率为
所以C错误；
D．电动机消耗的电功率为
所以D正确；
本题选错误的，故选ABC。
15．AD
【详解】A．由于灯泡正常工作，则甲乙电路中的干路电流均为
则甲图中电源效率为
A正确；
B．根据欧姆定律，甲图中定值电阻
B错误；
D．乙图中电动机正常工作电压为
D正确；
C．对电动机有
解得
C错误。
故选AD。
知识梳理
考点归纳
巩固练习
参考答案
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