2.8 焦耳定律 电路中的能量转化（同步练习.含解析）2025-2026学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

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2.8 焦耳定律 电路中的能量转化
一．选择题（共6小题）
1．如图甲所示的电路中，电源电动势E＝9V，内阻r＝2Ω，定值电阻R＝7Ω，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，测得滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值Rp的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．图乙中滑动变阻器的最大功率P2＝10.125W
B．调整滑动变阻器接入电路的阻值，可以使电源的输出电流达到2A
C．滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R消耗的功率也最大
D．图乙中R1＝9Ω，R2＝27Ω
2．电源、开关、电阻、电动机、平行板电容器、二极管D组成电路如图所示，电源电动势为12V，内阻为1Ω，电阻R为5Ω，开关闭合后，电动机恰好正常工作，平行板电容器内的一带电液滴恰能处于静止状态。已知电动机额定电压U为6V，线圈电阻RM为0.5Ω。下列说法正确的是（　　）
A．正常工作时，电动机输出的机械功率为6W
B．若电动机因故障卡住，电动机的发热功率为12W
C．若电动机因故障卡住，电源的总功率保持不变
D．若电动机因故障卡住，带电液滴仍保持静止状态
3．在如图所示的U﹣I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线Ⅱ为某一小灯泡L的U﹣I关系图像，曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为（1.5A，0.75V），曲线Ⅱ在该点的切线与横轴的交点坐标为（1.0A，0），用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路，由图像可知（　　）
A．电源电动势为2.0V
B．小灯泡L接入电源时的电阻为1.5Ω
C．小灯泡L实际消耗的电功率为1.125W
D．电源效率为50%
4．据报道，我国合肥工业大学科研团队成功研制出兼具自修复性、高导电性等优点的弹性导体材料，其阻值会随着机械形变而发生变化。如图所示，电压表和电流表是理想电表，a、b两点之间连接一弹性导体。在中间悬挂重物后，下列说法正确的是（　　）
A．弹性导体的电阻变小
B．定值电阻R的功率变小
C．电压表的示数变小
D．弹性导体消耗的功率一定变大
5．如图所示，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，电动机内阻r0＝0.5Ω，闭合开关S，小灯泡L恰好正常发光，电动机正常工作，此时理想电压表示数为8.0V，理想电流表示数为1A，下列说法正确的是（　　）
A．小灯泡额定功率为8W
B．电动机正常工作时发热功率为0.25W
C．电源的输出功率为18W
D．电动机正常工作时其输出的机械功率为8W
6．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。如图所示为某品牌扫地机器人，已知其额定工作电压为20V，额定功率为50W，电池容量为2000mA h，下列说法正确的是（　　）
A．“mA h”是能量的单位
B．扫地机器人的电机总电阻为8Ω
C．扫地机器人正常工作时电流为2.5A
D．扫地机器人充满电后一次正常工作时间为36min
二．多选题（共3小题）
（多选）7．在如图所示的U﹣I图中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系；现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图可知（　　）
A．该电阻的阻值为4.0Ω
B．该电源的电动势为6.0V，内阻为0.5Ω
C．该电源的路端电压为4.0V，输出功率为4.0W
D．用比R电阻大的电阻与该电源组成闭合回路，电源的输出功率可能增大
（多选）8．如图甲所示的电路中定值电阻R＝60Ω，电源电动势 E＝100V，内阻r＝10Ω。图乙所示曲线为灯泡L的伏安特性曲线，直线为电源的路端电压与电流的关系图线，以下说法正确的是（　　）
A．开关S断开时电源的效率为60%
B．开关S闭合后电源的总功率会变大
C．开关S闭合后灯泡的亮度增强
D．开关S断开时小灯泡消耗的功率为240W
（多选）9．在如图甲所示的电路中，已知电源电动势E＝6V，内阻r＝2Ω，定值电阻R＝4Ω，滑动变阻器最大值为20Ω，图乙是滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值Rp的关系图像，通过以上条件，求出下列各物理量正确的是（　　）
A．图乙中滑动变阻器的最大功率P2＝1.5W
B．图乙中电阻R2＝12Ω
C．电源内阻的最大发热功率Pr＝1W
D．电源的最大效率η＝77%
三．填空题（共4小题）
10．某型号饮水设备的铭牌上部分参数如表中所示。该饮水设备工作时应　 　 （选填“串联”或“并联”）在电路中。正常工作时的电额定电压为　 　 V，功率为　 　 W。
型号 K﹣3PO
额定电压 220V
额定电流 12A
11．手持小风扇因便于携带而深受学生喜欢，某款小风扇的电动机额定电压5V，内阻0.5Ω，正常工作时，通过该电动机的电流为1A，则该电动机正常工作时的消耗的功率为　 　 W，输出的机械功率为　 　 W。
12．一台电动机额定电压是220V，线圈电阻为0.5Ω，电动机在正常工作时通过的电流为32A，则电动机在运转20min的过程中，消耗的电能为 　 　 J，其中有 　 　 J电能转化为热能浪费掉了（保留三位有效数字）。
13．如图所示，抛物线C1、C2分别是一纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知电源输出的最大功率为 　 　 W，电源的电动势为 　 　 V，电源的内电阻为 　 　 Ω。
四．解答题（共2小题）
14．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，倾斜虚线是过a、b交点的切线。在该光照强度下将它们连成闭合回路时，求：
（1）此时硅光电池的内阻和电动势；
（2）此时硅光电池的总功率和效率。
15．直流电动机是一个把电能转化为机械能的装置。如图所示，电源的电动势E＝6V，内阻r＝0.5Ω，电动机M的线圈电阻为R＝0.5Ω，限流电阻R0＝0.5Ω，电键S闭合，电动机处于正常工作状态，理想电压表的示数为4.5V，求：
（1）通过电动机的电流；
（2）电动机输出的机械功率；
（3）如果电动机突然卡住，则电动机的热功率是多少（电动机未被烧坏）。
2.8 焦耳定律 电路中的能量转化
参考答案与试题解析
一．选择题（共6小题）
1．如图甲所示的电路中，电源电动势E＝9V，内阻r＝2Ω，定值电阻R＝7Ω，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，测得滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值Rp的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．图乙中滑动变阻器的最大功率P2＝10.125W
B．调整滑动变阻器接入电路的阻值，可以使电源的输出电流达到2A
C．滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R消耗的功率也最大
D．图乙中R1＝9Ω，R2＝27Ω
【考点】电源的总功率、输出功率和效率；用闭合电路的欧姆定律计算电路中的电压、电流或电阻．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】D
【分析】当滑动变阻器接入电路中的电阻R1＝R+r时，变阻器消耗的功率最大，据此计算；当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，根据闭合电路的欧姆定律计算出最大电流比较；通过定值电阻的电流越大，定值电阻的功率越大；根据功率公式计算即可。
【解答】解：A、当滑动变阻器接入电路中的电阻R1＝r+R＝2Ω+7Ω＝9Ω时，变阻器的功率最大，且最大功率为2.25W，故A错误；
B、当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大为2A，所以电路中的电流不可能达到2A，故B错误；
C、当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，电路中的电流最大，根据P＝I2R可知，此时定值电阻R消耗的功率最大，故C错误；
D、根据功率公式有，其中R'＝3Ω，解得R2＝27Ω，由A可知R1＝9Ω，故D正确。
故选：D。
【点评】知道当滑动变阻器接入电路中的电阻R1＝R+r时，变阻器消耗的功率最大是解题的关键，掌握功率的计算公式是解题的基础。
2．电源、开关、电阻、电动机、平行板电容器、二极管D组成电路如图所示，电源电动势为12V，内阻为1Ω，电阻R为5Ω，开关闭合后，电动机恰好正常工作，平行板电容器内的一带电液滴恰能处于静止状态。已知电动机额定电压U为6V，线圈电阻RM为0.5Ω。下列说法正确的是（　　）
A．正常工作时，电动机输出的机械功率为6W
B．若电动机因故障卡住，电动机的发热功率为12W
C．若电动机因故障卡住，电源的总功率保持不变
D．若电动机因故障卡住，带电液滴仍保持静止状态
【考点】电源的总功率、输出功率和效率；计算电动机正常工作时输出的机械功或机械功率；用闭合电路的欧姆定律计算电路中的电压、电流或电阻．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】D
【分析】由串联电路的电压规律，可得到定值电阻和内阻总电压，由欧姆定律可计算该电路电流；电动机卡住后，符合欧姆定律，由电动机的发热功率公式，结合电流值，可计算热功率，根据电流变化，判断电源总功率变化；由电动机两端的新电压、二极管的连接特点，可判断电容的电压变化情况，从而判断电场力是否变化，油滴如何运动。
【解答】解：A．开关闭合后，电动机恰好正常工作，电动机额定电压U为6V，则电流为
电动机输出的机械功率为
P＝UI﹣I2RM，解得P＝5.5W，
故A错误；
BC．若电动机因故障卡住，电动机的发热功率
电源的输出功率
P总＝EI
电流变化，电源的总功率变化，故BC错误，
D．电动机因故障卡住，电容器两端电压变小，电容器需要放电，由于二极管的单向导电性，不能放电，电容器Q不变，电压不变，则E不变，则油滴受到的电场力也保持不变，油滴依然静止，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查电容、电动机的相关计算，关键是理解电动机并非纯电阻电路，不适用欧姆定律，但电动机卡住后，适用纯电阻电路。
3．在如图所示的U﹣I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线Ⅱ为某一小灯泡L的U﹣I关系图像，曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为（1.5A，0.75V），曲线Ⅱ在该点的切线与横轴的交点坐标为（1.0A，0），用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路，由图像可知（　　）
A．电源电动势为2.0V
B．小灯泡L接入电源时的电阻为1.5Ω
C．小灯泡L实际消耗的电功率为1.125W
D．电源效率为50%
【考点】电源的U﹣I图像与导体的U﹣I图像相结合的问题；电功和电功率的计算；闭合电路欧姆定律的内容和表达式．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】C
【分析】根据闭合电路欧姆定律列式，由图线I的斜率大小求出电源的内阻，由图线I的纵轴截距求出电源的电动势；两条图像交点的纵坐标等于灯泡L两端的电压，横坐标为流过灯泡的电流，根据欧姆定律求解电阻，根据P＝UI求解灯泡功率；电源的输出功率为P＝EI求解电源总功率，再求电源的效率。
【解答】解：A．设该电源电动势为E，内阻为r，由闭合电路欧姆定律有U＝E﹣Ir
代入题图直线I中数据有0.75V＝E﹣1.5r，0＝E﹣2.0r
解得E＝3.0V，r＝1.5Ω
故A错误；
BC．曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为（1.5A，0.75V），可知当将该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路时，灯泡L两端的电压为UL＝0.75V，流过灯泡的电流为
IL＝1.5A，由欧姆定律可得，小灯泡L接入电源时的电阻为
小灯泡L实际消耗的电功率为P＝ULIL，解得P＝1.125W
故B错误，C正确；
D．电源的效率
故D错误。
故选：C。
【点评】本题抓住伏安特性曲线的斜率、截距和交点的数学意义来理解其物理意义，知道两个图线的交点表示该电源与电阻R相连组成闭合电路时电路中的电流和路端电压。
4．据报道，我国合肥工业大学科研团队成功研制出兼具自修复性、高导电性等优点的弹性导体材料，其阻值会随着机械形变而发生变化。如图所示，电压表和电流表是理想电表，a、b两点之间连接一弹性导体。在中间悬挂重物后，下列说法正确的是（　　）
A．弹性导体的电阻变小
B．定值电阻R的功率变小
C．电压表的示数变小
D．弹性导体消耗的功率一定变大
【考点】电源的最大输出功率和条件；闭合电路欧姆定律的内容和表达式．
【专题】定量思想；推理法；电学图象专题；推理论证能力．
【答案】B
【分析】弹性导体在悬挂重物后发生形变，长度增加且截面积减小，导致其电阻增大。电路总电阻增大引起总电流减小，定值电阻的功率随之减小。由于总电流减小，电源内阻和定值电阻上的电压降减小，弹性导体两端的电压增大，电压表示数变大。弹性导体消耗的功率变化取决于其电阻与等效内阻的关系，无法确定一定增大。
【解答】解：A、弹性导体在拉力作用下长度增加、截面积减小，由电阻公式可得电阻增大，故A错误；
B、电路总电阻增大导致电流减小，根据功率公式P＝I2R可知定值电阻R的功率减小，故B正确；
C、总电流减小使电源内阻和定值电阻R的压降减小，由电压关系U'＝E﹣Ur﹣UR，可得弹性导体两端电压增大，即电压表示数增大，故C错误；
D、将定值电阻R等效为电源内阻时，由于弹性导体电阻与等效内阻的相对大小不确定，故其消耗的功率不一定增大，故D错误。
故选：B。
【点评】这道题目考查闭合电路欧姆定律、电阻定律和电功率的综合应用，属于中等难度题目。题目通过弹性导体这一新颖材料创设情境，要求学生分析机械形变对电路参数的影响，体现了物理知识与实际应用的结合。解题时需要运用电阻公式推导形变导致的电阻变化，再结合串并联电路特点分析电流、电压和功率的变化。题目计算量适中，但需要学生准确理解电阻率公式中各物理量的关系，并掌握动态电路的分析方法。选项D的设置具有一定迷惑性，考查了学生对功率极值条件的理解，体现了对思维严谨性的要求。
5．如图所示，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，电动机内阻r0＝0.5Ω，闭合开关S，小灯泡L恰好正常发光，电动机正常工作，此时理想电压表示数为8.0V，理想电流表示数为1A，下列说法正确的是（　　）
A．小灯泡额定功率为8W
B．电动机正常工作时发热功率为0.25W
C．电源的输出功率为18W
D．电动机正常工作时其输出的机械功率为8W
【考点】电源的总功率、输出功率和效率；计算电动机正常工作时输出的机械功或机械功率；用闭合电路的欧姆定律计算电路中的电压、电流或电阻．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】A
【分析】根据闭合电路欧姆定律结合电功率公式求解电功率；根据热功率公式求解发热功率；电源的输出功率等于路端电压乘以总电流，机械功率等于电功率减去热功率。
【解答】解：A．根据闭合电路欧姆定律有E＝U+I′r
小灯泡的电流为IL＝I′﹣I
小灯泡额定功率为P＝UIL
代入数据解得P＝8W
故A正确；
B．电动机正常工作时发热功率为W
故B错误；
C．电源的输出功率为P′＝UI′，代入数据解得P′＝16W
故C错误；
D．电动机正常工作时其输出的机械功率为P″＝UI﹣Pr0，代入数据解得P″＝7.5W
故D错误；
故选：A。
【点评】本题考查闭合电路欧姆定律和功率的求解，解题关键是区分纯电阻电路和非纯电阻电流，知道非纯电阻电路不能用U＝IR求解，结合闭合电路欧姆定律和功率公式列式求解即可。
6．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。如图所示为某品牌扫地机器人，已知其额定工作电压为20V，额定功率为50W，电池容量为2000mA h，下列说法正确的是（　　）
A．“mA h”是能量的单位
B．扫地机器人的电机总电阻为8Ω
C．扫地机器人正常工作时电流为2.5A
D．扫地机器人充满电后一次正常工作时间为36min
【考点】电功和电功率的计算；用定义式计算电流大小及电荷量．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；理解能力．
【答案】C
【分析】题中mA h是电荷量的单位。
扫地机器人是非纯电阻用电器，根据题意不能求出机器人的电阻。
扫地机器人正常工作时的电流等于额定功率与额定电压的比值。
扫地机器人充满电后工作的时间等于电池容量与额定电流的比值。
【解答】解：A、根据q＝It可知，“mA h”是电荷量的单位，故A错误；
BC、正常工作时电流为，设电机总电阻为r，由于其输入功率大于热功率，则有UI＞I2r，可得，故B错误，C正确；
D、扫地机器人充满电后一次正常工作时间为，故D错误。
故选：C。
【点评】明确电压、电流、电功率之间的关系，合理运用公式解题是解决本题的关键。
二．多选题（共3小题）
（多选）7．在如图所示的U﹣I图中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系；现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图可知（　　）
A．该电阻的阻值为4.0Ω
B．该电源的电动势为6.0V，内阻为0.5Ω
C．该电源的路端电压为4.0V，输出功率为4.0W
D．用比R电阻大的电阻与该电源组成闭合回路，电源的输出功率可能增大
【考点】电源的总功率、输出功率和效率；利用电源的外特性曲线得出电源的电动势和内阻；电源的U﹣I图像与导体的U﹣I图像相结合的问题．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】AC
【分析】根据电源和电阻的伏安特性曲线结合交点的信息，电源有最大输出功率满足的条件进行分析解答。
【解答】解：A.由图像b可知，外电阻为，故A正确；
B.由图像a可知，电源电动势E＝6.0V，短路电流为I短＝3.0A，则电源内阻为，故B错误；
C.由两图像的交点坐标，可知，路端电压为4.0V，干路电流为1.0A，故电源输出功率为P＝U端I干＝4.0×1.0W＝4.0W，故C正确；
D.电源的内阻为2.0Ω，外电路电阻R为4.0Ω，由电源输出功率随外电阻的变化图像
可知，外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，则用比R电阻大的电阻与该电源组成闭合回路，电源的输出功率一定减小，故D错误。
故选：AC。
【点评】考查电源和电阻的伏安特性曲线结合交点的信息，电源有最大输出功率满足的条件，会根据题意进行准确分析解答。
（多选）8．如图甲所示的电路中定值电阻R＝60Ω，电源电动势 E＝100V，内阻r＝10Ω。图乙所示曲线为灯泡L的伏安特性曲线，直线为电源的路端电压与电流的关系图线，以下说法正确的是（　　）
A．开关S断开时电源的效率为60%
B．开关S闭合后电源的总功率会变大
C．开关S闭合后灯泡的亮度增强
D．开关S断开时小灯泡消耗的功率为240W
【考点】电源的总功率、输出功率和效率；利用U﹣I图像交点的物理意义求解导体的实际功率．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】BD
【分析】根据P＝UI计算小灯泡的功率；根据效率公式计算；当开关S闭合后，根据闭合电路的欧姆定律分析电路中的电流变化，根据P＝EI分析电源的总功率，根据闭合电路的欧姆定律分析路端电压的变化，进而判断灯泡亮度的变化。
【解答】解：AD、开关S断开后，电路中只有灯泡被接入电路，此时电源的输出电压U＝40V，电路中的电流为I＝6.0A，小灯泡的功率为P＝UI＝40×6.0W＝240W，所以电源的效率为，故A错误，D正确；
BC、当开关S闭合后，电阻R又被并联接入电路，则电路中的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总电流增大，根据P＝EI可知，电源的总功率变大，根据U＝E﹣Ir可知，路端电压减小，所以灯泡两端的电压减小，则灯泡的功率减小，灯泡变暗，故B正确，C错误。
故选：BD。
【点评】掌握I﹣U图像的物理意义，掌握功率公式和效率公式的应用。
（多选）9．在如图甲所示的电路中，已知电源电动势E＝6V，内阻r＝2Ω，定值电阻R＝4Ω，滑动变阻器最大值为20Ω，图乙是滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值Rp的关系图像，通过以上条件，求出下列各物理量正确的是（　　）
A．图乙中滑动变阻器的最大功率P2＝1.5W
B．图乙中电阻R2＝12Ω
C．电源内阻的最大发热功率Pr＝1W
D．电源的最大效率η＝77%
【考点】电源的总功率、输出功率和效率；电功和电功率的计算；闭合电路欧姆定律的内容和表达式．
【专题】定量思想；方程法；恒定电流专题；分析综合能力．
【答案】AB
【分析】根据闭合电路欧姆定律和功率公式相结合得到滑动变阻器的功率与阻值Rp的关系式，结合数学知识求解滑动变阻器的最大功率；由图乙知，滑动变阻器的阻值为RP＝3Ω时与阻值为R2时消耗的功率相等，根据功率公式求出R2；当滑动变阻器接入电阻阻值为0时，电路中电流最大，电源内阻的发热功率最大；推导出电源效率与外电阻的关系，再求电源的最大效率。
【解答】解：A、滑动变阻器的功率为P＝（）2Rp
根据数学知识可知，当滑动变阻器接入电路的阻值RP＝r+R＝2Ω+4Ω＝6Ω
滑动变阻器的功率最大，则滑动变阻器的最大功率，故A正确；
B、由图乙可知，滑动变阻器接入电路的阻值为RP＝3Ω时与R2时消耗的功率相等，则有
解得R2＝12Ω，故B正确；
C、电源内阻是定值电阻，则当滑动变阻器接入电阻的阻值为0时，电路中电流最大，电源内阻的发热功率最大，则电源内阻的最大发热功率为，故C错误；
D、电源的效率为
可知外电阻R外越大，电源的效率越高，故当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电源的效率最大，则电源的最大效率为，故D错误。
故选：AB。
【点评】本题考查电功率的计算，滑动变阻器功率最值与定值电阻功率最值的计算，计算方法不同，需注意区分。
三．填空题（共4小题）
10．某型号饮水设备的铭牌上部分参数如表中所示。该饮水设备工作时应　并联　 （选填“串联”或“并联”）在电路中。正常工作时的电额定电压为　220　 V，功率为　2640　 W。
型号 K﹣3PO
额定电压 220V
额定电流 12A
【考点】电功和电功率的计算；并联电路的特点及应用．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】并联；220；2640
【分析】根据饮水机的额定电压和家庭电路电压比较确定饮水机的连接方式，根据表中数据得到额定电压，根据P＝UI计算功率。
【解答】解：因为家庭电路电压为220V，而饮水机的额定电压为220V，所以饮水机应该并联在电路中；由表中数据可知该饮水设备正常工作时的电压为220V；该饮水设备正常工作时的功率为P＝UI，解得P＝2640W
故答案为：并联；220；2640
【点评】本题考查了电路的连接方式以及功率的计算公式，容易题。
11．手持小风扇因便于携带而深受学生喜欢，某款小风扇的电动机额定电压5V，内阻0.5Ω，正常工作时，通过该电动机的电流为1A，则该电动机正常工作时的消耗的功率为　5　 W，输出的机械功率为　4.5　 W。
【考点】计算电动机正常工作时输出的机械功或机械功率；电功和电功率的计算．
【专题】定量思想；方程法；功的计算专题；功率的计算专题；理解能力．
【答案】5；4.5。
【分析】要计算电动机正常工作时消耗的功率和输出的机械功率，电动机消耗的总功率由电压和电流决定；由于电动机存在内阻，电流通过内阻会产生热功率，输出的机械功率等于总功率减去热功率。
【解答】解：根据题意分析可知，该电动机正常工作时的消耗的功率为P＝IU＝1×5W＝5W
输出的机械功率为
故答案为：5；4.5。
【点评】本题考查非纯电阻电路的功率计算，关键是区分总功率、热功率和机械功率。电动机属于非纯电阻元件，电能并非全部转化为内能，因此不能直接用P＝I2R 计算总功率，需结合电压与电流的关系求解。
12．一台电动机额定电压是220V，线圈电阻为0.5Ω，电动机在正常工作时通过的电流为32A，则电动机在运转20min的过程中，消耗的电能为 　8.45×106 J，其中有 　6.14×105 J电能转化为热能浪费掉了（保留三位有效数字）。
【考点】电动机中的能量转化与计算．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】8.45×106；6.14×105
【分析】电动机正常工作时的电压和额定电压相等，根据W＝UIt求出电动机消耗的电能；根据Q＝I2rt求出线圈上产生的热量。
【解答】解：题干要求保留三位有效数字，消耗的电能为E＝UIt＝220×32×1200J＝8.45×106J
线圈电阻产生的热量为Q＝I2Rt＝322×0.5×1200J＝6.14×105J
故答案为：8.45×106；6.14×105
【点评】本题关键明确电动机正常工作时是非纯电阻电路，根据W＝UIt求电功，根据Q＝I2Rt求解电热。
13．如图所示，抛物线C1、C2分别是一纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知电源输出的最大功率为 　4　 W，电源的电动势为 　4　 V，电源的内电阻为 　1　 Ω。
【考点】电功和电功率的计算．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】4；4；1。
【分析】当电路的内电阻和外电阻相等时，电路的输出的功率最大，根据图象可以求得电源的最大输出功率和电源的内阻的大小。
【解答】解：外电路消耗的电功率为
内电路消耗的电功率为
结合图线可知，C1为外电路消耗的电功率随电流变化的图像，C2为内电路消耗的电功率随电流变化的图像，
根据图像可知，曲线C1、C2的交点表示内外电路消耗的功率相等，
即此时电源的内阻和外电路的电阻大小相等，电源的输出功率最大，所以电源输出功率最大值为4W；
电流为2A时，有
R＝r
联立解得E＝4V，r＝1Ω
故答案为：4；4；1。
【点评】本题考查学生的读图的能力，并且要知道当电路的内电阻和外电阻相等时，电路的输出的功率最大这个结论，并能正确加以应用。
四．解答题（共2小题）
14．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，倾斜虚线是过a、b交点的切线。在该光照强度下将它们连成闭合回路时，求：
（1）此时硅光电池的内阻和电动势；
（2）此时硅光电池的总功率和效率。
【考点】电源的U﹣I图像与导体的U﹣I图像相结合的问题；电源的总功率、输出功率和效率；电功和电功率的计算．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】（1）硅光电池的内阻为15Ω，电动势为8V；
（2）硅光电池的总功率为1.6W，效率为62.5%。
【分析】（1）根据电源的伏安特性曲线和电阻的伏安特性曲线提供信息进行分析解答；
（2）根据电源的总功率和效率的公式列式进行分析解答。
【解答】解：（1）由U＝E﹣Ir可知，电动势E＝8V，两图线交点是此时路端电压和电流，则U＝5V，I＝0.2A，Ω＝40Ω，定值电阻RΩ＝25Ω，可得电源内阻r＝R总﹣R＝40Ω﹣25Ω＝15Ω；
（2）硅光电池的总功率为P总＝EI＝8V×0.2A＝1.6W，P有＝I2R＝0.22×25W＝1W，电源效率为η100%100%＝62.5%。
答：（1）硅光电池的内阻为15Ω，电动势为8V；
（2）硅光电池的总功率为1.6W，效率为62.5%。
【点评】考查电源的伏安特性曲线和电阻的伏安特性曲线应用，明确各种功率的计算，属于中等难度考题。
15．直流电动机是一个把电能转化为机械能的装置。如图所示，电源的电动势E＝6V，内阻r＝0.5Ω，电动机M的线圈电阻为R＝0.5Ω，限流电阻R0＝0.5Ω，电键S闭合，电动机处于正常工作状态，理想电压表的示数为4.5V，求：
（1）通过电动机的电流；
（2）电动机输出的机械功率；
（3）如果电动机突然卡住，则电动机的热功率是多少（电动机未被烧坏）。
【考点】电动机“卡死”情况下的功率计算；计算电动机正常工作时输出的机械功或机械功率．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；推理论证能力．
【答案】（1）通过电动机的电流为1.5A；
（2）电动机输出的机械功率为5.625W；
（3）如果电动机突然卡住，则电动机的热功率是8W。
【分析】（1）根据闭合电路的欧姆定律计算；
（2）根据电动机的输入功率、发热功率和输出功率之间的关系计算；
（3）电动机卡住后，相当于纯电阻元件，先根据闭合电路的欧姆定律计算通过电动机的电流，然后根据P＝I2R公式计算。
【解答】解：（1）根据闭合电路欧姆定律可知，通过电动机的电流为
（2）电动机的输入功率为
P入＝UI＝4.5×1.5W＝6.75W
电动机的热功率为
则电动机的输出功率为
P出＝P入﹣Pr＝6.75W﹣1.125W＝5.625W
（3）电动机卡住后，相当于纯电阻元件，由闭合电路欧姆定律可得
则电动机的热功率为
代入数据解得P'r＝8W
答：（1）通过电动机的电流为1.5A；
（2）电动机输出的机械功率为5.625W；
（3）如果电动机突然卡住，则电动机的热功率是8W。
【点评】知道电动机正常工作时的电功率与热功率和输出功率之间的关系，知道电动机卡住后，相当于纯电阻元件。
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