第二章 8　焦耳定律　电路中的能量转化--2026教科版高中物理必修第三册同步练习（有解析）

2026教科版高中物理必修第三册
8　焦耳定律　电路中的能量转化
基础过关练
题组一　　电功、电功率
1.LED灯可将电能高效转化为光能,在日常生活中得到普遍应用。某LED灯的额定电压为5.0 V,额定功率为3.0 W,其照明亮度与25 W的白炽灯相当。该LED灯在额定电压下工作时的电流为(　　)
A.0.25 A　　　　B.0.60 A　　　　
C.1.7 A　　　　D.3.0 A
2.(2025湖南长沙大学附中开学考试)如图所示为两个电阻的U-I图像,则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1'∶P2'分别是(　　)
A.2∶1;2∶1;1∶2　　　　B.2∶1;1∶2;2∶1
C.1∶2;1∶2;2∶1　　　　D.1∶2;2∶1;1∶2
3.如图所示为一台冬天房里取暖用的暖风机,其内部电路可简化为加热电阻丝与电动机串联,电动机带动风叶转动,将加热后的热空气吹出。设电动机的线圈电阻为R1,电阻丝的电阻为R2,将暖风机接到电压为U的电源上,正常工作时,电路中的电流为I,电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为P1、P2、P,则下列关系式正确的是(　　)
A.P1=I2R1　　　　B.P2>I2R2
C.P=UI　　　　D.P=I2(R1+R2)
4.如图所示的电路中,R1、R2、R3均为定值电阻。其中R1=5 Ω,额定功率P1=5 W;R2=5 Ω,额定功率P2=20 W;R3=4 Ω,额定功率P3=49 W,则A、B之间允许消耗的最大功率为(　　)
A.35 W　　　　B.50 W　　　　
C.59 W　　　　D.74 W
题组二　　焦耳定律　热功率
5.一个阻值为1 Ω的电阻,通过它的电流为2 A,则下列说法正确的是(　　)
A.1 s内通过该电阻横截面的电荷量为1 C
B.该电阻1 s内产生的热量为2 J
C.该电阻1 s内产生的热量为4 J
D.该电阻的热功率为2 W
6.(2024江苏扬州丁沟中学阶段测试)两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B并联在电路中,A的长度为L,直径为d;B的长度为2L,直径为2d,那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为(　　)
A.QA∶QB=1∶2
B.QA∶QB=2∶1
C.QA∶QB=1∶1
D.QA∶QB=4∶1
7.(2024山东泰安新泰一中质量检测)电源(电动势为E、内阻为r)、电阻箱、理想电压表与开关连接成如图所示的电路。闭合开关S后,当电阻箱接入电路的阻值R=2.0 Ω时,理想电压表示数为6.0 V。已知电源内阻r=1.0 Ω,求:
(1)电源电动势E的大小;
(2)当通电时间t=20 s时,电阻箱产生的焦耳热Q。
题组三　　电路中的能量转化
8.(2024四川南充高级中学月考)如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻r=1 Ω,灯泡L上标有“6 V,6 W”字样,电动机线圈的电阻RM=1 Ω。闭合开关后,灯泡恰好正常发光,电动机也恰好正常工作,以下判断正确的是(　　)
A.电动机的输入功率为6 W
B.电动机的输出功率为1 W
C.电动机的机械效率为80%
D.电源的总功率为11 W
9.(2024四川达州期末)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0.2 A和1.4 V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2.0 A和30 V,电表均为理想电表,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0.28 W
B.电阻为15 Ω
C.正常运转时的发热功率为28 W
D.正常运转时的输出功率为31.5 W
10.(2025陕西西安期中)如图所示为某款儿童电动汽车的部分参数,则下列说法正确的是(　　)
A.电动机的输入功率等于54 W
B.电源规格中的45 A·h,A·h是电功的单位
C.电动机在正常工作时突然被卡住不转动,此时通过电机的电流会超过2 A
D.电动机线圈的电阻为6 Ω
11.(2024四川南充嘉陵第一中学月考)有一个直流电动机,在它两端加0.2 V的电压时,电动机不转,测得流过电动机的电流为0.4 A;若在电动机两端加上2.0 V的电压,电动机正常工作,工作电流为1.0 A。求:
(1)该电动机正常工作时的功率;
(2)该电动机正常工作时,1 min内消耗的电能;
(3)该电动机正常工作时,电动机线圈1 min内产生的热量。
能力提升练
题组一　　部分电路功率的分析与计算
1.(2025江西景德镇期中)有四盏如图所示的电灯连接在电路中,L1和L2都标有“220 V,60 W”字样,L3和L4都标有“220 V,25 W”字样,把电路接通后,四个灯都能发光。最暗的是(　　)
A.L3　　　　B.L2　　　　C.L1　　　　D.L4
2.(多选题)在如图所示的电路中,定值电阻R的阻值为10 Ω,电
动机的线圈阻值为2 Ω,a、b端加有44 V的恒定电压,电压表(不计其电阻对电路的影响)的示数为24 V,由此可知(　　)
A.通过电动机的电流为12 A
B.通过电动机的电流为2 A
C.电动机消耗的总功率为48 W
D.电动机输出的功率为8 W
3.(2023四川绵阳期中)如图所示为电动机提升重物的装置,电动机两端
电压为5 V时,卡住电动机,电路中电流为5 A,正常工作时电路中的电流为1 A,物体A重20 N。忽略一切摩擦,求正常工作的情况下:
(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少;
(2)电动机的输出功率是多少;
(3)电动机匀速提升重物的速度;
(4)电动机工作一小时损失的电能是多少。
题组二　　闭合电路功率的分析与计算
4.(2024四川成都棠湖中学月考)硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示,图线a是该电池在某光照射强度下路端电压U和电流I的关系图(电池电动势不变,内阻不是常量),图线b是某电阻的U-I图像。在该光照强度下将它们组成闭合电路,下列说法正确的是(　　)
A.此时硅光电池的电动势是2 V
B.此时硅光电池的输出功率是0.4 W
C.此时硅光电池的内阻为10 Ω
D.若只把内阻为10 Ω的直流电动机接到该电池上,电动机的输出功率为0.4 W
5.(2025四川泸州期中)纯电动汽车的发展将极大缓解燃油汽车带来的污染问题,有助于改善城市空气质量。如图所示为纯电动汽车的电路示意简图,若该电动汽车电池组的电动势为400 V,能量容量为20 kW·h。当汽车以90 km/h匀速行驶时,受到的阻力约为400 N,此时直流驱动电机的输入电压为300 V,输入功率15 kW,则(　　)
A.当汽车以90 km/h匀速行驶时,电路中的电流为100 A
B.电池组的热功率为5 kW
C.直流驱动电机的内阻约为1 Ω
D.当汽车以90 km/h匀速行驶,最大行驶距离约为90 km
6.(多选题)(2025四川绵阳期中)电动新能源汽车自燃原因很多,包括碰撞、涉水、充电过快,还有一种可能是司机操作不当,导致电动机在正常工作时,转子突然被卡住,电路中电流暴增,在短时间内产生大量热量,进而起火燃烧。现有一小型直流电动机,其线圈电阻为RM,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.电源的效率大于×100%
B.电动机输出的机械功率为UI
C.电源的总功率为EI
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I2RM
7.(多选题)(2025四川巴中期中)如图(a)所示电路,R1为滑动变阻器,R2为定值电阻。从左向右移动滑动变阻器的滑片,根据电表数据得到U-I图像如图(b)所示,电表均为理想电表,则(　　)
A.电流表示数减小,电压表V1、V2、V3示数均增大
B.电源电动势E=4 V,内阻r=1 Ω
C.电源的输出功率先增大后减小
D.R1的最大功率为1 W
8.(2024四川宜宾第四中学期中)如图为一款游乐场电动车的电路原理图。已知电源电动势E=32 V,灯泡L规格为“30 V,15 W”且电阻不变,电动机M的内阻rM=0.5 Ω,当该电动车正常行驶时,灯泡L恰好正常发光,且干路电流I=2.5 A。在该电动车正常行驶状态下,求:
(1)电源的内阻r;
(2)电动机输出功率P出。
答案与分层梯度式解析
8　焦耳定律　电路中的能量转化
基础过关练
1.B 2.A 3.C 4.A 5.C 6.A
8.C 9.C 10.C
1.B　已知LED灯的额定电压为5.0 V,额定功率为3.0 W,则LED灯在额定电压下工作时的电流I== A=0.60 A,B正确。
2.A　根据R=,结合U-I图像可知R1∶R2=6∶3=2∶1;两电阻串联接入电路时,通过它们的电流相等,根据P=I2R可得P1∶P2=R1∶R2=2∶1;两电阻并联接入电路时,它们两端的电压相等,根据P=可得P1'∶P2'=R2∶R1=1∶2,故A正确。
3.C　电动机为非纯电阻用电器,电动机消耗的电功率P1>I2R1,A错误;电阻丝是纯电阻,消耗的电功率为P2=I2R2,B错误;暖风机消耗的电功率P是总功率,大小为P=UI,C正确;因为电动机是非纯电阻用电器,所以暖风机消耗的电功率P>I2(R1+R2),D错误。
4.A　由P=I2R可得R1的额定电流为I1==1 A,R2、R3的额定电流分别为I2=2 A,I3= A;根据并联电路规律可知两支路的电流之比为==,所以要保证电路安全,只能是允许通过R1的电流达到最大值,即为I1=1 A,P1=5 W,R2的实际功率为P2'=R2=5 W,并联电路两端的电压为U=I1(R1+R2)=10 V,R3的实际功率为P3'==25 W,则A、B之间允许消耗的最大功率为P=P1+P2'+P3'=35 W,故A正确。
导师点睛　电路中功率计算的两点注意
(1)串联电路中,功率与电阻成正比;并联电路中,功率与电阻成反比。
(2)无论是串联电路还是并联电路,电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。
5.C　根据电流定义式I=知,1 s内通过该电阻横截面的电荷量为2 C,A错误;该电阻1 s内产生的热量为Q=I2Rt=4 J,B错误,C正确;热功率P热=I2R=4 W,D错误。
6.A　由题意可知,A、B两根电阻丝的长度之比为1∶2,直径之比为1∶2,则横截面积之比为1∶4,根据电阻定律R=ρ知,它们的电阻之比为2∶1;两电阻丝并联在电路中,两端的电压相等,根据Q=t可知相同的时间内产生的热量之比为1∶2,A正确。
7.答案　(1)9.0 V　(2)360 J
解析　(1)由部分电路欧姆定律可得,通过电阻箱的电流大小I== A=3.0 A
由闭合电路欧姆定律可得,电源电动势E=I(R+r)=9.0 V。
(2)由焦耳定律可得,通电时间t=20 s时,电阻箱产生的焦耳热Q=I2Rt=360 J。
8.C　灯泡恰好正常发光,则根据P=UI可得电路中的电流为I== A=1 A,则电源的总功率为P总=EI=12×1 W=12 W,电源内阻消耗的热功率Pr热=I2r=1 W,由此可得电动机的输入功率为P入=P总-P-Pr热=12 W-6 W-1 W=5 W,故A、D错误;电动机的输入功率P入=P出+PR热,PR热=I2R=1 W,可得电动机的输出功率为P出=P入-PR热=5 W-1 W=4 W,故B错误;电动机的效率η=×100%=×100%=80%,故C正确。
9.C　电动机正常运转时的输入功率为P入=U2I2=30×2 W=60 W,故A错误;电动机不转动时,可看作纯电阻,由欧姆定律得电动机的电阻为R== Ω=7 Ω,故B错误;电动机正常运转时的发热功率为P热=R=22×7 W=28 W,故C正确;电动机正常运转时的输出功率P出=P入-P热=60 W-28 W=32 W,故D错误。故选C。
10.C　由图中参数可知电动机正常工作时的电流为2 A,额定电压为12 V,所以电动机的输入功率为P=U额I额=2×12 W=24 W,故A错误;根据q=It可知,A·h是电荷量的单位,故B错误;由题给条件不能计算出电动机线圈的电阻,因为电动机是非纯电阻元件,不能用欧姆定律计算其阻值,故D错误;电动机在正常工作时,通过电动机的电流为2 A,电能转化为机械能和热能,电动机突然被卡住不转动,电能将全部转化为热能,根据Q=I2Rt可知,电动机在正常工作时突然被卡住不转动,此时通过电动机的电流会超过2 A,故C正确。故选C。
11.答案　(1)2 W　(2)120 J　(3)30 J
解析　(1)在电动机两端加上2.0 V的电压,电动机正常工作,工作电流是1.0 A,则该电动机正常工作时的功率P=IU=2 W。
(2)该电动机正常工作时,电动机1 min内消耗的电能为W=Pt=120 J。
(3)在电动机两端加0.2 V的电压时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4 A,则电动机的内阻r==0.5 Ω,电动机正常工作时,电动机线圈1 min内产生的热量为Q=I2rt=30 J。
能力提升练
1.A 2.BC 4.B 5.D 6.AC 7.BD
1.A　根据公式P=可得L1和L2的电阻小于L3和L4的电阻,因为通过L2和L3的电流之和等于通过L1的电流,也等于通过L4的电流,所以通过L1的电流大于通过L2的电流,通过L3的电流小于通过L4的电流,根据公式P=I2R可得P1>P2,P4>P3;因为L2和L3并联,所以电压相等,根据公式P=可得P2>P3,因此P1>P2>P3,P4>P3,所以L3最暗。故选A。
2.BC　电动机和定值电阻串联,可得IR=U-UM,代入数据可得I=2 A,A错误,B正确;电动机消耗的总功率为P总=UMI=48 W,C正确;电动机输出功率为P输出=P总-I2r=40 W,D错误。
3.答案　(1)1 W　(2)4 W　(3)0.2 m/s　(4)3 600 J
解析　(1)电动机两端电压为5 V时,卡住电动机,电路中电流为5 A,可知电动机线圈电阻为r== Ω=1 Ω,
正常工作时电路中的电流为1 A,则电动机线圈电阻消耗的热功率为P热=I'2r=12×1 W=1 W
(2)电动机正常工作时的电功率为
P电=UI'=5×1 W=5 W
电动机的输出功率为P出=P电-P热=5 W-1 W=4 W
(3)根据P出=Gv可知物体匀速运动时的速度为v= m/s=0.2 m/s
(4)电动机正常工作一小时损失的电能为
E损=P热t=1×3 600 J=3 600 J
4.B　由题图可知在该光照强度下,硅光电池的电动势是3.6 V,故A错误;此时硅光电池的输出功率等于图线a、b交点横纵坐标之积,P出=0.2×2 W=0.4 W,故B正确;根据闭合电路欧姆定律可得此时硅光电池的内阻为r== Ω=8 Ω,故C错误;若只把内阻为10 Ω的直流电动机接到该电池上,由于电动机不是纯电阻且不知其工作状态,所以无法根据题给数据计算电动机的输出功率,故D错误。
5.D　当汽车以90 km/h匀速行驶时,电路中的电流为I== A=50 A,选项A错误;电池组的总功率P=IE=20 kW,则电池组的热功率以及汽车用电器消耗的总功率为P1=P-PM=5 kW,可知电池组的热功率小于5 kW,选项B错误;输出功率P机=fv=10 kW,根据PM=P机+I2rM,可得直流驱动电机的内阻约为rM=2 Ω,选项C错误;当汽车以90 km/h匀速行驶时,最大行驶距离约为x=×90 km/h=90 km,选项D正确。
6.AC　电动机将电能转化为内能和机械能,是非纯电阻,则U>IRM,则电源的效率为η=×100%=×100%=×100%>×100%=×100%,故A正确;电动机输入的总功率为P总=UI,损耗的热功率为P热=I2RM,输出功率为P出=P总-P热=UI-I2RM,故B错误;电源的总功率为P电=EI,故C正确;电动机正常工作时,转子突然被卡住,则电动机将电能全部转化为内能,故此时的电流为I'=>I,此时的热功率为P热'=I'2RM>I2RM,故D错误。故选A、C。
7.BD　根据欧姆定律可知=R2,所以图(b)中斜率为正的图线是R2的U-I图像,设电源电动势为E,内阻为r,根据闭合电路欧姆定律有U3=E-Ir,U1=E-I(r+R2),所以=r,=r+R2,所以图(b)中斜率为负的两条图线中,斜率绝对值较大的图线反映了电压表V1示数随I的变化,则r+R2=4 Ω,斜率绝对值较小的图线反映了电压表V3示数随I的变化,则r=1 Ω,E=4 V,故B正确;从左向右移动滑动变阻器的滑片,R1增大,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流减小,则路端电压增大,V3示数增大,R2两端的电压减小,则V2示数减小,根据电压关系可知,V1示数增大,故A错误;电源的输出功率为P=I2(R1+R2)==,从左向右移动滑动变阻器的滑片,R1增大,R1+R2>r,根据数学知识可知,P随R1的增大而减小,故C错误;R1的功率为P1=I2R1==,根据数学知识可知当R1=R2+r时,P1有最大值,为P1max=1 W,故D正确。故选B、D。
8.答案　(1)0.8 Ω　(2)58 W
解析　(1)灯泡L正常发光,故路端电压为U=30 V,由闭合电路欧姆定律E=U+Ir,代入数据解得r=0.8 Ω。
(2)灯泡L的电功率为P1=UI1=15 W,代入数据可得I1=0.5 A,根据并联电路特点可知通过电动机的电流为I2=I-I1=2 A,电动机的输入功率为PM=UI2=60 W,电动机线圈的热功率为P热=rM=2 W,电动机输出功率P出=PM-P热=58 W。
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