2025粤教版高中物理必修第三册同步练习题--第一节电路中的能量

中小学教育资源及组卷应用平台
2025粤教版高中物理必修第三册
第五章　电能与能源的可持续发展
第一节　电路中的能量　　　　　　　　
基础过关练
题组一　电功和电功率
1.(2021甘肃会宁期中)当电阻两端加上某一稳定电压时,一定时间内通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)
A.3 V,1.8 J　　　　　　B.3 V,3.6 J
C.6 V,1.8 J　　　　　　D.6 V,3.6 J
2.白炽灯的灯丝由钨丝制成,当灯丝烧断后脱落一段,剩余灯丝刚好能搭接上使用。若灯泡功率原来为45 W,搭接起来的灯丝长度大约为原来的,则现在灯泡的功率为(　　)
A.30 W　　　　　　B.45 W
C.60 W　　　　　　D.80 W
题组二　焦耳定律
3.(2021江苏响水中学期中)一个电热器电阻为R,当通过它的电流为I、通电时间为t时,产生的热量为Q。若要使它产生的热量为4Q,下列方法正确的是(　　)
A.电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变
B.电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变
C.电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍
D.电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变
4.两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量均为Q,第一次用时t串,第二次用时t并,则t串∶t并为(　　)
A.1∶1　　　　　　B.2∶1
C.4∶1　　　　　　D.1∶4
题组三　闭合电路中的能量
5.(2021山东临沂月考)(多选)下列用电器在正常使用时,电流做功W不等于产生的热量Q的是(　　)
A.电风扇和电吹风　　　　　　B.白炽灯和电炉
C.洗衣机和电冰箱　　　　　　D.电动机和电解槽
6.一台直流电动机的额定电压为U=20 V,电动机线圈电阻R=0.5 Ω,当它正常工作时通过的电流I=10 A,在电动机正常运转t=1 s的时间内,求:
(1)电流所做的功;
(2)线圈上产生的热量;
(3)电动机输出的机械能。
能力提升练
题组一　纯电阻电路和非纯电阻电路
1.(2021江苏阜宁中学期中)电饭锅工作时有两个状态:一个是锅内的水烧干以前的加热状态,另一个是水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅电路的简化图,R1是一辅助电阻,R2是加热用的电热丝,已知R1=2R2。则(　　)
A.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍
B.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍
C.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍
D.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍
2.(2022广东普宁华侨中学期中)如图所示,用输出电压为1.4 V、输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍-氢电池充电。下列说法不正确的是(　　)
A.电能转化为化学能的功率为0.12 W
B.充电器输出的电功率为0.14 W
C.充电时,电池消耗的热功率为0.02 W
D.充电时,在1 s的时间内有0.14 J的电能转化为化学能
题组二　含电动机电路的分析方法
3.(2021重庆期中)如图所示,电源电动势E=6 V,小灯泡L标有“3 V,0.9 W”,
开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则(　　)
A.电源的内阻为10 Ω
B.电动机的内阻为4 Ω
C.电动机正常工作的电压为1.8 V
D.电源的效率为70%
4.(2021湖南长郡中学期中)利用电动机通过如图所示的电路提升重物,已知电源电动势E=6 V,电源内阻r=1 Ω,电阻R=3 Ω,重物质量m=0.20 kg。当将重物固定时,电压表的示数为5 V。当重物不固定,且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时,电压表的示数为5.5 V。不计摩擦,g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　)
A.电动机内部线圈的电阻为1 Ω
B.稳定匀速提升重物时,流过电动机的电流为1 A
C.重物匀速上升时的速度为0.75 m/s
D.匀速提升重物时电动机输出的机械功率是2 W
5.(2021甘肃张掖期中)有一个直流电动机,给它接0.2 V电压,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.5 A;若给电动机接2 V 的电压,电动机正常工作,工作电流是1.0 A。则:
(1)电动机正常工作时的输出功率为多大
(2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大
答案全解全析
基础过关练
1.D　由q=It可知,相同时间内通过电阻的电荷量为原来的2倍,则电流为原来的2倍,由U=IR可知电阻两端的电压为原来的2倍;由W=qU可知原来电阻两端的电压为3 V,故现在电阻两端所加电压为6 V。由于电压变为原来的2倍,电荷量也变为原来的2倍,由W=qU可知,消耗的电能为原来的4倍,即消耗3.6 J的电能,选项D正确。
2.C　由电阻定律知,灯丝长度减为原来的,电阻变为原来的,照明电路中电压为220 V不变,则由电功率的公式P=知功率变为原来的倍,现在灯泡的功率为P'=P=60 W,选项C正确。
3.A　电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=(2I)2Rt=4I2Rt=4Q,选项A正确;电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=(2I)2t=2I2Rt=2Q,选项B错误;电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍,则产生的热量为Q'=I2R·2t=2I2Rt=2Q,选项C错误;电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=I2·2R·t=2I2Rt=2Q,选项D错误。
4.C　设一根电阻丝的电阻为R,则R串=2R,R并=,由Q=t得t串∶t并=R串∶R并=4∶1,选项A、B、D错误,C正确。
5.ACD　电风扇、电吹风、电动机、电解槽、洗衣机、电冰箱工作时将电能转化为内能和其他形式的能,白炽灯和电炉工作时将电能转化为内能,选项A、C、D正确。
6.答案　(1)200 J　(2)50 J　(3)150 J
解析　(1)电流所做的功为W=UIt=20×10×1 J=200 J。
(2)线圈上产生的热量为Q=I2Rt=102×0.5×1 J=50 J。
(3)根据能量守恒定律,电动机输出的机械能E=W-Q=200 J-50 J=150 J。
能力提升练
1.A　在纯电阻电路中,由电功率公式P=可以知道,S闭合时,R1被短路,只有电热丝R2接入电路,电饭锅功率最大,处于加热状态,加热的功率为P1=;S断开时,R1、R2串联,电路电阻最大,电热丝R2上的电压减小,电功率变小,电饭锅处于保温状态,保温功率P2==。选项B、C、D错误,A正确。
2.D　电池充电过程中电能转化为化学能和内能,根据能量守恒定律,有UI=I2r+P化学能,解得P化学能=UI-I2r=1.4×0.1 W-0.12×2 W=0.12 W,故A正确;充电器输出的电功率为P出=UI=1.4×0.1 W=0.14 W,故B正确;充电时,电池消耗的热功率为P热=I2r=0.12×2 W=0.02 W,故C正确;电能转化为化学能的功率为0.12 W,故充电时,在1 s的时间内有0.12 J的电能转化为化学能,故D错误。
易错警示
求电功、电热需要注意的几点:
(1)解答此类问题首先要关注电路中是否含有非纯电阻用电器。
(2)若电路是纯电阻电路,如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路,电流做功全部转化为内能,电功等于电热,有W=Q,即IUt=I2Rt,在计算电热和电功时,可采用公式W=Q=UIt=Pt=t=I2Rt中任一形式进行计算。
(3)若电路是非纯电阻电路,如含有电动机、电解槽、日光灯等的电路,电流做功将除转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q,即IUt>I2Rt,此种情况下,电功只能用公式W=IUt进行计算,电热Q只能用公式Q=I2Rt计算。
3.D　小灯泡的额定电流为I== A=0.3 A,电阻为RL== Ω=10 Ω。当开关S接1时,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=6 Ω,选项A错误;当开关S接2时灯泡正常发光,流过灯泡的电流为I=0.3 A,电源内阻分得的电压为U=Ir=0.3×6 V=1.8 V,故电动机分得的电压为U动=E-UL-U=(6-3-1.8) V=1.2 V,电动机的内阻R<= Ω=4 Ω,选项B、C错误;电源的效率η===70%,选项D正确。
4.C　当将重物固定时,电动机没有机械能输出,整个电路是纯电阻电路,根据闭合电路欧姆定律可知电源内电压为U内=E-U1=6 V-5 V=1 V,则电路中的电流为I== A=1 A,设电动机线圈电阻为rM,又I=,代入数据解得rM=2 Ω,选项A错误;当电动机匀速提升重物时,电源的内电压为U'内=E-U'=6 V-5.5 V=0.5 V,则电路中的电流为I'== A=0.5 A,所以稳定匀速提升重物时,通过电动机的电流为0.5 A,选项B错误;重物匀速上升时,电动机两端的电压为UM=U'-I'R=5.5 V-0.5×3 V=4 V,电动机的机械功率为P机=UMI'-I'2rM=4×0.5 W-0.52×2 W=1.5 W,当重物匀速上升时,电动机的牵引力等于重物的重力,即F=mg=2 N,由P机=Fv得重物匀速上升的速度为v== m/s=0.75 m/s,选项C正确,D错误。
5.答案　(1)1.6 W　(2)10 W
解析　(1)当电动机不转时,电动机的内阻为r== Ω=0.4 Ω
电动机正常工作时输出功率为P出=U2I2-r=1.6 W
(2)卡住后热功率P热== W=10 W。
专题强化练5　闭合电路中的功率、效率问题
1.(2022广东深圳月考)如图所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联,已知R0=r,滑动变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法中正确的是(　　)
A.滑动变阻器两端的电压变大
B.电源的输出功率先变大后变小
C.滑动变阻器消耗的功率变小
D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小
2.(2021甘肃天水期中)如图所示,U-I图线上,a、b、c各点分别表示该电路中一个确定的工作状态,b点时α=β,则关于a、b、c三点,下列说法中正确的是(　　)
A.在c点时,电源有最大输出功率
B.在b点时,电源的总功率最大
C.从a到b时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将增大
D.从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小
3.(2021黑龙江鹤岗一中期中)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源的发热功率Pr随电流变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示。下列判断正确的是(　　)
A.直线a表示电源的输出功率
B.曲线b表示电源的输出功率
C.电源的最大输出功率Pm=2.25 W
D.电源的电动势E=9 V,内电阻r=1 Ω
4.(2021湖南长郡中学月考)如图甲所示,电阻R1的阻值为0.25R0,灯泡L的电阻值恒为1.5R0,R2是热敏电阻,其阻值随温度变化的关系如图乙所示。已知电流表为理想电表,电源的内阻r=R0。则下列说法中正确的是(　　)
甲
乙
A.当温度升高时,电流表的示数减小,R1两端的电压减小
B.当温度降低时,灯泡L的亮度变暗
C.在0~60 ℃范围内,当温度为0 ℃时,灯泡L和R2的总功率最大
D.在0~60 ℃范围内,当温度为60 ℃时,电源的输出功率最大
5.(2021天津月考)(多选)在如图所示的电路中,电阻箱的阻值为R2,定值电阻、电源的内阻分别为R1、r。则下列说法正确的是(　　)
A.如果R2=R1+r,则电阻箱消耗的功率最大
B.如果R2=R1+r,则定值电阻消耗的功率最大
C.当电阻箱的阻值调为零时,定值电阻消耗的功率最大
D.当电阻箱的阻值调为零时,电源的输出功率最大
6.(2022海南华中师大月考)(多选)在如图所示的电路中,滑动变阻器的滑片向b端移动时(　　)
A.电压表V的读数增大,电流表A的读数减小
B.电压表V和电流表A的读数都增大
C.电源的输出功率一定增大
D.电阻R2的功率一定增大
7.(2021山东新高考联盟联考)(多选)2020年7月31日,习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成,北斗迈进全球服务新时代。人造地球卫星用太阳能电池板供电,展开的太阳能电池板在有光照时,可以将光能转化为电能。取一片太阳能电池板作为电源,其路端电压与干路电流的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该电池板的电动势为3.0 V
B.随着外电路电阻增大,其内阻逐渐增大
C.外电路电阻为1 kΩ时,电源输出功率约为4 W
D.外电路电阻为1 kΩ时,电源效率约为66.7%
8.(2021河南天一期中联考)如图所示将电源、电阻箱、理想电压表和理想电流表组成电路,改变电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R、电压表的示数U和电流表的示数I。当电阻箱阻值为2 Ω和8 Ω时,U和I乘积相等,且均为2 W。求:
(1)电源电动势E和内阻r;
(2)电阻箱阻值分别为2 Ω和8 Ω时,电源的效率之比。
答案全解全析
1.C　当滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动时,电路中的总电阻变小,总电流变大,内阻r和定值电阻R0分得的电压变大,滑动变阻器分得的电压变小,故A错误;当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由题意可知,R外≥r,当滑片P由a端向b端滑动时,外电路总电阻从3r减小到r,由于整个过程中,外电阻一直大于电源内阻,随着外电阻阻值的减小,电源的输出功率不断增大,故B错误;把R0与电源组成的整体看成等效电源,电源内电阻变为2r,滑动变阻器消耗的功率可看成电源的输出功率,外电阻从2r减到0的过程中,输出功率减小,故C正确;当滑片P由a端向b端滑动时,电路中总电阻变小,总电流变大,R0不变,根据P=I2R0知,定值电阻R0上消耗的功率变大,故D错误。
2.D　在b点时α=β,所以直线Ob的斜率大小与直线ac的斜率大小相等,此时电源的输出功率最大,选项A错误;电源的总功率为P=EI,因此在电路中电流最大的时候,电源的功率最大,a、b、c三点中,在a点时电流最大,所以此时的总功率最大,选项B错误;在b点时,电源的输出功率最大,在a点时电源的总功率最大,因此从a到b时,β角增大,电源的总功率减小,输出功率增大,从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小,选项C错误,D正确。
3.C　闭合电路中,电源电动势E和内电阻r不变,外电阻的变化引起电路中的电流I变化,电源消耗的总功率PE=IE,E一定时,PE与I成正比,故直线a表示电源的总功率与电流的关系,且a图线的斜率大小为电源电动势,E=3 V,选项A、D错误;电源内电阻消耗的功率Pr=I2r,r一定时,Pr与I2成正比,所以曲线b表示电源内电阻消耗的功率与电流的关系,当I=3 A时,Pr=I2r=9 W,则r=1 Ω,外电阻消耗的功率PR=I2R=IE-I2r,故曲线c表示外电阻消耗的功率与电流的关系,选项B错误;图线b、c的交点也是抛物线c的顶点,该处纵坐标表示外电阻消耗功率的最大值,此时R=r,PR=Pr,PR===2.25 W,选项C正确。
4.C　当温度升高时,R2的阻值减小,总电阻减小,总电流增大,R1两端电压增大,选项A错误;当温度降低时,R2的阻值增大,总电阻增大,总电流减小,电流表的示数减小,路端电压增大,R1两端电压减小,灯泡L两端电压变大,灯泡L变亮,选项B错误;温度为20 ℃时,R2=1.5R0,此时外电路的总电阻为R0,等于电源的内阻,所以电源的输出功率最大,选项D错误;将R1看作等效电源内阻,则r'=1.25R0,而L和R2的并联电阻总小于r',故0 ℃时其并联阻值最大,灯泡L和R2的总功率最大,选项C正确。
5.AC　在讨论电阻箱的功率时,可将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为R1+r的电源(等效电源)连成的闭合电路,当外电阻等于等效电源的内电阻时,电阻箱消耗的功率最大,即R2=R1+r时,电阻箱的功率最大,选项A正确;由P=I2R1可知,因R2=0时,电路中的电流最大,R1获得的功率最大,故选项C正确,B错误;在讨论电源的输出功率时,R1+R2为外电阻,内阻r恒定,当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源的输出功率并不一定最大,选项D错误。
6.AD　滑动变阻器的滑片向b端移动时,R1连入电路的阻值增大,电路中总电阻增大,干路电流减小,由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,路端电压增大,电压表V的读数增大,由欧姆定律可知,流过R2的电流增大,则流过R1的电流减小,电流表A的读数减小,A正确,B错误;由P=可知,电阻R2的功率一定增大,D正确;电源的输出功率随外电阻的变化如图所示,由于不知道内外电阻具体的阻值关系,故无法确定电源的输出功率是否增大,C错误。
7.AD　当电流为0时,路端电压在数值上等于电动势,由图像可知,电动势为3.0 V,选项A正确;电源的U-I图像的斜率绝对值即电源内阻大小,随着外电路电阻增大,电流减小,由图像可知,其内阻逐渐减小,选项B错误;在图像上作出电阻R=1 kΩ的U-I图像,两个图线交点的电压、电流值即电阻与电源连接后电阻两端的电压和流过电阻的电流,如图所示,交点对应的电流和电压分别为2.0 mA和2.0 V,故此时电源的输出功率为P=UI=2.0×2.0×10-3 W=4×10-3 W,电源效率约为η====66.7%,选项C错误,D正确。
8.答案　(1)6 V　4 Ω　(2)
解析　(1)当电阻箱阻值为2 Ω时,由闭合电路欧姆定律得
I1=
电源的输出功率为P1=R1
化简得P1=
当电阻箱阻值为8 Ω时,同理得电源的输出功率为
P2=
由题意可知P1=P2=2 W
联立解得r=4 Ω,E=6 V
(2)当电阻箱阻值为2 Ω时,电源的总功率为P总1=EI1=6 W
当电阻箱阻值为8 Ω时,电源的总功率为P总2=EI2=3 W
两种情况下电源的效率之比为==
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)