12.1 电路中的能量转化 同步巩固练 2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第三册

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12.1 电路中的能量转化 同步巩固练
2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第三册
一、单选题
1．关于电功、电功率和焦耳定律，下列说法中不正确的是（　　）
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，而只适用于纯电阻的电路
C．在非纯电阻电路中，
D．焦耳热适用于任何电路
2．电阻和电动机串联接到电路中，如图所示，已知电阻跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻和电动机两端的电压分别为和，经过时间，电流通过做功为，产生的热量为，电流通过电动机做功为，产生的热量为，则有（　　）
A．， B．，
C．， D．，
3．用充电宝给手机充电时，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的。设手机电池的内阻为r，则（　　）
A．充电宝的发热功率为I2r
B．充电宝输出的电功率为UI－I2r
C．在时间t内，手机电池增加的化学能为UIt－I2rt
D．手机电池的发热功率为
4．两个小灯泡，分别标有“1A 4W”和“2A 1W”的字样，不考虑阻值随温度的变化，以下说法中正确的是（　　）
A．两小灯泡的电阻阻值之比为2∶1
B．它们串联使用时，能达到的最大功率为5W
C．它们并联使用时，能达到的最大功率为5W
D．它们串联使用时能达到最大功率比并联使用时能达到的最大功率大
5．如图甲所示的U-Ⅰ图像为某电源的路端电压与电流的关系图线。将此电源与一个线圈电阻为0.4Ω的电动机和“4V，2W”的灯泡串联接入电路，如图乙所示。电动机正常工作，灯泡也正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．电源电动势为9V，内阻为2.25Ω B．电路中的电流为1A
C．电动机的工作效率约为96% D．电源效率约为80%
6．如图1所示，有一种电吹风由线圈电阻为r的小型电动机与电阻为R的电热丝串联组成，电路如图2所示，将电吹风接在电路中，电吹风两端的电压为U，电吹风正常工作，此时电热丝两端的电压为，则下列判断正确的是（　　）
A．电热丝中的电流大小为 B．电动机线圈的发热功率为
C．电动机消耗的功率为 D．电吹风消耗的功率为
7．某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　）
①是壶底温控开关，是壶壁温控开关
②的阻值为48.4Ω
③电热水瓶保温功率270W
④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是
A．① B．①② C．②③ D．③④
8．有三个电阻的阻值及额定功率分别为、、、、、，它们组成的电路如图甲、乙、丙所示，关于各图的说法正确的是（　　）
A．图甲两端允许加的最大电压为 B．图乙干路允许流过的最大电流为
C．图丙两端允许加的最大电压为 D．图丙允许消耗的最大电功率为
二、多选题
9．关于功率的三个公式P＝UI，P＝I2R，P＝的适用范围，以下说法正确的是（　　）
A．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率
B．在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率
C．在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义
D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，所以P既是电功率，也是热功率
10．如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等．则这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系，正确的是( )
A．U甲>2U乙 B．U甲＝2U乙
C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙
11．为了减少碳排放，我国大力推动清洁能源上下游产业发展，近年来电动汽车、氢能源汽车发展迅猛。科技活动小组对某新型电动汽车进行调研，发现其电池储能为60kW·h，充电电压为400V，充电电流为35A，充电效率为95％；该电动汽车以108km/h的速度匀速行驶时，机械能转化效率为90％，可匀速行驶388.8km，则该电动汽车（　　）
A．完成一次充电所需时间约为6h
B．匀速行驶时输出的功率为15kW
C．匀速行驶时所受的阻力大小为500N
D．匀速行驶时每秒消耗的电能为1.5×104J
12．如图所示，电路电压U保持不变，滑动变阻器R的总阻值与R2的阻值均为20 Ω，电阻R1的阻值为5 Ω.当滑动变阻器R的滑动端P由a向b滑动过程中( )
A．干路中电流不断增大
B．R1上消耗电功率不断增大
C．R1上消耗电功率不断减小
D．R2上消耗电功率不断减小
13．如图所示的电路中，输入电压U恒为16V，灯泡L标有“6V，6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Ω，若灯泡恰能正常发光，则下列说法中正确的是（ ）
A．电动机的输入功率为16W
B．电动机的输出功率为10W
C．电动机的热功率为1W
D．整个电路消耗的电功率为16W
14．如图甲所示的电路中，当两并联的电阻两端加恒定电压U时，定值电阻、消耗的电功率分别为P、3P。如果将两电阻按图乙的方式连接，并将恒定电压变为原来的4倍。则下列说法正确的是（　　）
A．定值电阻、两端的电压之比为1:3
B．定值电阻消耗的电功率不变
C．通过定值电阻的电流减小
D．定值电阻、消耗的总功率为12P
三、解答题
15．如图所示，电源电压恒为6V，定值电阻R阻值为20Ω，小灯泡L的额定电压为4V；闭合开关后，小灯泡L正常发光，求：
(1)电路的电流；
(2)L的额定功率；
(3)通电30s，L消耗的电能。
16．有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，此时测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。求：
（1）电动机线圈的电阻；
（2）电动机正常工作时的输出功率；
（3）在发动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率。
17．有一个用直流电动机提升重物的装置，重物的质量m=50 kg，电路电压为120 V，当电动机以v=0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=5 A，求：
（1）电动机线圈的电阻R等于多少。
（2）电动机对该重物的最大提升速度是多少。
（3）若因故障电动机不能转动，这时通过电动机的电流是多大，电动机消耗的电功率又为多大。（g取10 m/s2）
18．电饭锅的电路图如图所示。S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到103℃时，会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，定值电阻R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，两灯电阻不计。
（1）分析电饭锅的工作原理；
（2）计算加热和保温两种状态下，电饭锅消耗的电功率之比。
参考答案
1．A
A．电功率时描述电流做功快慢的物理量，但电路中产生的焦耳热与时间有关，A错误；
B．W=UIt适用于任何电路中电功的计算，纯电阻电路满足欧姆定律，则
B正确；
C．在非纯电阻电路中
得
C正确；
D．任意电路均使用求焦耳热，D正确。
本题选择不正确的，故选A。
2．A
设回路电流为I，则对电阻
对电动机
即
故选A。
3．C
A．充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，所以无法确定充电宝的发热功率，故A错误；
B．充电宝的输出电压为U，输出电流为I，则充电宝输出的电功率为
故B错误；
D．U是充电宝的输出电压，不是内电压，所以不能用计算电池的发热功率，电池的发热功率应为
故D错误；
C．由题的已知可得在时间t内，手机电池增加的化学能为
故C正确。
故选C。
4．D
A．根据
可得两个小灯泡的电阻分别为
，
则两小灯泡的电阻阻值之比为
故A错误；
B．串联电路的最大电流取额定电流较小值，故只能取1A，则它们串联使用时，能达到的最大功率为
故B错误；
C．根据
可知两个小灯泡的额定电压分别为
，
并联电路最大电压取额定电压最小值，故取，则它们并联使用时，能达到的最大功率为
故C错误；
D．根据以上分析可知它们串联使用时能达到最大功率比并联使用时能达到的最大功率大，故D正确。
故选D。
5．C
A．根据闭合电路欧姆定律
结合图像的斜率与截距可知
V
故A错误；
B．灯泡正常发光，则有
A
故B错误；
C．电动机的电压为
V
电动机的功率为
W
热功率为
W
电动机的工作效率约为
故C正确；
D．电源的效率为
故D错误；
故选C。
6．C
A．电热丝中的电流大小为
A错误；
B．电动机两端的电压为
通过电动机的电流为
电动机线圈的发热功率为
B错误；
C．电动机消耗的功率为
C正确；
D．电吹风消耗的功率为
D错误。
故选C。
7．A
①壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧，是壶底温控开关，壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开，是壶壁温控开关，闭合后，R1、R2并联加热，电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出，说明S3控制电动机，是电动出水开关，故①正确；
②的阻值为968Ω，则的功率为
的功率为
的阻值为
故②错误；
③当壶壁温控开关S2断开时，只有R2工作，此时为保温，电热水瓶保温功率是50W，故③错误；
④电磁泵的规格为“12V 12W”，则电磁泵支路的电流为
电磁泵支路的总功率为
电磁泵将电能转化为内能与机械能，主要转化为机械能，产生的热量较少，则保温同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是
故④错误。
综上所述，①正确；②③④错误。
故选A。
8．B
由、，得
，
由、，得
，
由、，得
，
A．图甲中三个电阻串联，取最小额定电流，则最大电流为，最大电压为
故A错误；
B．图乙中三个电阻并联，取最小额定电压，则最大电压为，最大电流为
故B正确；
C．图丙中与并联，取最小额定电压，则最大电压为，最大电流为
并联部分与电阻串联，取最小额定电流，则最大电流为，故电阻的电压为
故丙图的最大电压为
故C错误；
D．图丙中与并联，功率为
电阻的功率
电路中的总功率
故D错误。
故选B。
9．BC
对于纯电阻电路，电功率等于热功率，故三个公式P＝UI，P＝I2R，P＝都适应，没有任何区别，它们表达相同的意义；对非纯电阻电阻，电功等于电热加上输出的机械能，故P=UI用于求解电功率，用于求解热功率， P＝没有意义；故BC正确，AD错误；
故选BC。
10．BC
AB．甲乙两电路的总功率相等， 得:,A错B对；
CD．两电路的功率相等则：，即，C对D错．
11．BC
A．充电的功率为
设充电时间为tC
解得
A错误；
B．匀速行驶的时间为
匀速行驶时输出的功率为
B正确；
C．匀速行驶时所受的阻力大小为
C正确；
D．匀速行驶时消耗的电功率为
匀速行驶时每秒消耗的电能为
D错误。
故选BC。
12．ABD
电路的动态分析。
A．当滑动变阻器R的滑动端P由a向b滑动过程中，滑动变阻器阻值减小，总电阻减小，由：
可得，干路中电流增大，A正确；
BC．R1上消耗电功率为：
由于干路中电流增大，可得，R1上消耗电功率不断增大，B正确，C错误；
D．R2上消耗电功率为：
其中，R2上的电压：
干路中电流增大，所以电压减小，可得R2上消耗电功率不断减小，D正确。
故选ABD。
13．CD
电动机两端的电压U1=U-UL=16-6V=10V，整个电路中的电流，所以电动机的输入功率P=U1I=10×1W=10W，故A错误；电动机的热功率P热=I2RM=1×1W=1W，则电动机的输出功率P2=P-I2RM=10-1W=9W，故B错误，C正确；整个电路消耗的功率P总=UI=16×1W=16W，故D正确．所以CD正确，AB错误．
14．BD
BC．如题图甲所示，、并联，两电阻两端的电压均为U，根据，可知功率之比等于电流之比，即
根据并联电路电流和电阻的关系，可知
当、串联，两电阻两端电压变为4U，电路中的电流
故通过的电流不变，电压不变，所以消耗的电功率不变，仍为3P，故B正确，C错误；
A．两端的电压
则
故A错误；
D．由题意可知
两个电阻消耗的总功率
故D正确。
故选BD。
15．(1)0.1A
(2)0.4W
(3)12J
（1）根据串联电路电压关系，定值电阻R两端电压为
则电路的电流为
（2）根据串联电路电流处处相等，可知小灯泡L的额定功率为
（3）通电30s，L消耗的电能为
16．（1）0.5 Ω；（2）1.5 W；（3）8 W
（1）电动机不转时，电动机电路为纯电阻电路，根据欧姆定律可得线圈的电阻为
R==0.5 Ω
（2）电动机正常工作时的输入功率为
P输入=UI=2.0V×1.0 A=2 W
此时线圈的发热功率为
P热=I2R=0.5 W
则电动机的输出功率为
P输出=P输入－P热=2 W－0.5 W=1.5 W
（3）当转子被卡住之后，电动机为纯电阻电路，电动机的发热功率为
P热′== W=8 W
17．（1）6Ω；（2）1.2m/s；（3）20A，2400W
（1）电动机提升重物时，根据能量守恒定律得
即
得到
（2）由于
．
因为电动机线圈电阻，电源电压，均为定值，调节输入电动机线圈的电流I，可有最大值，因此对上式进行配方，有
当时，有最大值．即
时，电动机获得的最大机械功率
由
得重物的最大提升速度
（3）若因故障电动机不能转动，则由欧姆定律得通过电动机线圈的电流
电动机消耗的电功率
18．（1）见解析；（2）12：1
（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合；当温度升高到103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态。
（2）加热时电饭煲消耗的电功率
保温时电饭煲消耗的电功率
联立方程，可得
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