高中物理專項復(fù)習：電路中的能量轉(zhuǎn)化（知識解讀+練習）原卷版

12.1電路中的能量轉(zhuǎn)化(知識解讀+練習)(原卷版)

知識導航

?知識點1電功和電功率

?知識點2焦耳定律

?知識點3電路中的能量轉(zhuǎn)化

?作業(yè)鞏固訓練

知識點1電功和電功率

知識點講解

1、電功

(1)電流做功的實質(zhì)是，導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式

的能，是通過電流做功來實現(xiàn)的。

(2)電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流、通電時間三者的乘

積。

(3)電功的計算公式：W=Ulto

單位：焦且，符號為J。

常用的單位：千瓦時(kW?h),也稱“度”，1kW?h=3.6X106Jo

2,電功率

(1)定義：電流在一段電路中所做的功與通電時間之比。

(2)公式：P=：=UI。

t-

(3)單位：瓦特，符號為明

(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢。

※特別提醒

UL)2

(1)純電阻電路的電功率計算表達式：由于W=Q,l=",所以有P=UI=/R=m。

(2)非純電阻的電功率計算表達式：P=UI。

3、串并聯(lián)電功率計算

電路連接方式串聯(lián)并聯(lián)

特點各部分電路電流1相同各支路電壓U相同

2

功率分配根據(jù)P=I2R,各電阻上的電功率U

根據(jù)P=F,各支路電阻上的電功率與

PlP2員

與電阻成正比,即而=西=i=H電阻成反比,即PlRl=P2R2="-=PnRn=U

2

=|2O

總功率P總=UI=(Ui+U2+-+Un)l=PP總=UI=U(l,+l2+-+l?)=P,+P2

l+P2H-----FPno+-+P?o

說明無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于各負載消耗的功率

之和。

4、功率求解方法

①在純電阻電路中，比較用電器的電功率時，要根據(jù)已知條件靈活選用公式，如用電器電流

II2

相同時,用P=「R比較，若用電器電壓相同時,用P=d比較，若用電器電阻相同時,可根據(jù)

I或U的關(guān)系比較。

②求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題,比例法求解會使問題簡化,但一定要明確是正比還

是反比關(guān)系。

③當求解用電器的功率時，要明確求解的是什么功率，實際功率與額定功率不一定相等。

’典例分析題型分類舉一反三

X___________z

【典例1-1】VR（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）是近年來火熱的新興技術(shù)，其應(yīng)用場景之一是進行虛擬實

驗。如圖所示是一款VR眼鏡及其相關(guān)參數(shù)，關(guān)于該VR眼鏡。說法正確的是（）

電池容量4000mAh

工作電壓DC10V

額定功率20W

充電接頭tpyc-c

機身重量400g

A.mAh是能量單位B.理論上該眼鏡充滿電后只能連續(xù)工作1小時

C.該眼鏡的額定電流為2AD.該眼鏡充滿電所儲存的能量為1X106J

【典例1-2】（多選）某抽油煙機的主要部件是照明燈L和抽氣扇M（電動機），抽氣扇有“強

吸"和"弱吸"兩個檔位，內(nèi)部電路如圖所示。抽氣扇額定電壓為220V,額定功率為220W,

線圈內(nèi)阻為20Q,則（）

A.保持Si、S2閉合，斷開S3,抽油煙機處于"弱吸"檔

B.保持Si、S2閉合，斷開S2,抽油煙機處于"弱吸”檔

C.閉合S1、S2,抽氣扇的輸出功率為200W

D.閉合Si、S2,若電動機被卡住，則抽氣扇消耗的功率小于220W

【典例1-3］如圖所示，電源電動勢E=3V,內(nèi)阻r=IQ,小燈泡由于銘牌磨損，只能看到額定

電壓為2V。先將開關(guān)S接1,當滑動變阻器調(diào)到4Q時，小燈泡L恰能以額定功率發(fā)光；再

將開關(guān)S接2,小燈泡L和電動機M均以額定功率正常工作，已知電動機的內(nèi)阻為&=1。。

求:

（1）小燈泡L的額定功率；

（2）電動機以額定功率工作時的輸出功率;

【變式1-1】某手機電池板上標有"3.8V,3900mAh（14.8Wh）”字樣，則（）

A.該手機的額定功率為14.8W

B.該手機工作一小時通過電池的電量為3.9C

C.經(jīng)過電池每1C的電量，非靜電力做3.8J的功

D.該電池最多儲存的電能為3900mAh

【變式1-2］（多選）如圖甲所示的電路，電源電壓保持9V不變，小燈泡標有"6V,6W”

的字樣，小燈泡的電流隨電壓的變化曲線如圖乙所示。以下說法中正確的是（）

A.小燈泡正常發(fā)光時的電阻為60

B.滑動變阻器接入電路的阻值為30時，小燈泡正常發(fā)光

C.滑動變阻器接入電路的阻值為14Q時，小燈泡的電功率為1W

D.當電壓表的示數(shù)為4V時，整個電路在10s內(nèi)消耗的電能是48J

【變式1-3】如圖所示，電源輸出電壓恒定為Uo=2OV,電燈規(guī)格為"2V4W",電動機線圈的

電阻為凡=1Q,當可變電阻R=4Q時，電燈和電動機都正常工作，求：

（1）電動機的額定功率；

（2）電動機輸出的機械功率；

（3）整個電路工作2min消耗的電能；

（4）整個閉合電路工作2min放出的焦耳熱。

知識點2焦耳定律

知識點講解

1、焦耳定律

(1)定義：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻及通電時間成正比。

(2)物理意義：描述電能轉(zhuǎn)化為熱能的多少。

(3)表達式：Q=l2Rto

2,熱功率

(1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量稱為熱功率。

(2)物理意義：表示電流發(fā)熱的快慢。

(3)公式：P熱=11。

3、電功和電熱的比較

項目電功電熱

電功與電熱的電功實質(zhì)是靜電力移動電荷做功，W電熱是由于電流的熱效應(yīng)，電流通過導體發(fā)

2

比較=qU=UIto熱，Q=lRto

純電阻電路(白熾燈、電爐、電熨斗)非純電阻電路(電動機、電解槽)

電功與電熱的R廣、電動機

O----------1|-----------Oo-----(M)-----o

聯(lián)系與區(qū)別

Q

=WQ

電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能W=Q=Ult

電功與電熱的電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量：電

I]2

聯(lián)系與區(qū)別功W=Ult；電熱Q=『Rt,W=Q+W其他

R

II2

電功率與電熱[j2非純電阻電路中UI>/R,F既不能表示電

純電阻電路中，P=UI=I2R=-

功率的關(guān)系K

功，也不能表示電熱。

4、純電阻和非純電阻的比較

電路純電阻電路非純電阻電路

2U2

電功率「電=山=廠區(qū)=豆「電=皿

K

U2

2

熱功率Pa=UI=lR=yP熱=I2R

關(guān)系P電=「熱PQP熱

典例分析題型分類舉一反三

【典例2-1】下列說法錯誤的是（

A.電容器所帶的電荷量為任意極板所帶電荷量的絕對值

B.電流的單位安培是國際單位制中的基本單位

C.電熱Q=I2Rt可以用來計算所有含有電阻的電路中電阻產(chǎn)生的焦耳熱

E

D.由公式可知，電場中某點的電勢跟電勢能成正比，跟電荷量成反比

q

【典例2-2】（多選）下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是（）

A.在非純電阻電路中，UI>I2R

r/2

B.卬=5適用于任何電路，而卬=尸4=只適用于純電阻電路

R

C.電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多

D.焦耳定律。=/此適用于任何電路

【變式2-1】如圖所示，兩段長度和材料相同、各自粗細均勻的金屬導體。、b,單位體積內(nèi)

的自由電子數(shù)相等，橫截面積之比已知5s內(nèi)有5義1。18個自由電子通過導體。

的橫截面，電子的電荷量e=-1.6xl（）T9c。下列說法正確的是（）

（八EaZIOb

A.流經(jīng)導體。、b的電流均為0.32A

B.a、6的電阻之比Rj%=2：1

C.自由電子在導體a、b中的定向移動速率之比%：%=2:1

D.10s內(nèi)導體”6產(chǎn)生的熱量之比&：&=1：2

【典例2-2】（多選）關(guān)于電功和電熱，下面說法正確的是（）

A.任何電路中的電功卬=吸，電熱。;尸咫且有W=Q

B.任何電路中的電功W=5,電熱。=/的但W有時不等于。

C.電功W=電熱Q=〃及在任何電路中都適用

D.電功W="T、電熱。=廠吊只適用于純電阻電路

知識點3電路中的能量轉(zhuǎn)化

知識點講解

1、電動機

(1)電動機消耗的功率P電=近。

(2)電動機線圈電阻上的熱功率P熱=「R。

(3)電動機輸出功率P機=UI—『R。

(4)能量關(guān)系：電動機從電源獲得的能量一部分轉(zhuǎn)化為機械能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

(5)功率關(guān)系：電動機消耗的功率P電等于電動機的輸出功率P機與電動機損失的功率P損

2

之和，即：P電=P機+P損，Pf6=UI,Pffl=lRo

2、電池

充電時的能量轉(zhuǎn)化：電池從電源獲得的能量一部分轉(zhuǎn)化為化學能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

3、電路中的能量轉(zhuǎn)化

電功計算：W=Ulto

W

電功率計算：P=；=UI。

電路中____________一七一_____________________________________________________

的能量焦耳定律：Q=|2律。

轉(zhuǎn)化熱功率：P-I2R°

能量轉(zhuǎn)化：純電阻電路電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱;非純電阻電路電流做功一部分轉(zhuǎn)

__________化為熱，一部分轉(zhuǎn)化為其它。

’典例分析題型分類舉一反三

X___________Z

【典例3-1】圖為小沈同學家新買的地機器人，他從使用說明書上得到了信息：電機的額定

功率35W,內(nèi)阻為10(不考慮其他電阻)，由規(guī)格為DC14V/2200mA-h的鋰電池供電(不計

內(nèi)阻)，當鋰電池剩余電量為總?cè)萘康?0%時，掃地機器人就自動回座機充電。結(jié)合上述信

息，下列說法正確的是()

A.DC14V/2200mA-h表示該電池輸出的是交流電

B.該機器人電機的額定電流約為14A

C.正常工作時機器人電動機每秒鐘輸出約為28.75J動能

D.電池充滿電后機器人正常工作約56min后回座機充電

【典例3-21（多選）無人機已在航拍領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，它利用自身攜帶的小型電機升空

進行航拍，如圖為某牌子的無人機，已知其電池容量為15000mAh,電機額定工作電壓為20V,

無人機正常工作時電機總額定功率為200W,則下列說法正確的是（）

A.無人機正常工作時的電流是15A

B.電池容量15000mAh中"mAh”是電荷量的單位

C.無人機的電機總電阻是2Q

D.無人機充滿電后一次正常工作時間約為1.5h

【典例3-3】如圖所示，為電動機提升重物的裝置，電動機線圈電阻為片1Q,電動機兩端電

壓為5V,電路中的電流為1A,物體A重20N,在電動機的牽引下勻速上升，不計摩擦力，

求：

（1）電動機線圈電阻上消耗的熱功率；

（2）電動機輸入功率和輸出功率；

（3）重物A勻速上升的速度大小。

【變式3-1】一只電飯煲和一臺洗衣機并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上，均正常工

作。用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5QA,通過洗衣機電動機的電流是0.5A,則下

列說法中正確的是（）

A.電飯煲的電阻為44Q,洗衣機電動機線圈的電阻為440Q

B.電飯煲消耗的電功率為1555W,洗衣機電動機消耗的電功率為155.5W

C.lmin內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6xl（）4j,洗衣機電動機消耗的電能為6.6xl（）3j

D.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的1倍

【變式3-2］（多選）如圖所示塔吊利用電動機豎直向上拉升貨物，貨物上升的速度為2m/s,

上升的高度為H=20m。電動機正常工作時，輸入電壓為220V,輸入電流為10A。不計電

動機的摩擦損耗，已知電動機提升貨物體的效率（電功機的輸出功率與輸入功率之比）為

75%,忽略空氣阻力的影響，（gMZ10m/s2）則（）

A.貨物的質(zhì)量為87.5kgB.電動機線圈的電阻為5.50

C.電動機輸入功率為1650WD.電動機消耗的總電能為2.2xlC）4j

【變式3-3］在如圖所示電路中，電源電動勢為12V,內(nèi)阻為1。，電流表的內(nèi)阻不計，指示

燈&的阻值為16C,電動機M線圈電阻為2Q,當開關(guān)S閉合時，該電機以a=4m/s2的加

速度向上提升重物，當物體的速度為v=0.5m/s時，指示燈&的電功率為4W（g=10m/s2）。

（1）電流表的示數(shù)為多大;

（2）重物的質(zhì)量為多少。

鞏固訓練

1.下列數(shù)據(jù)中，最接近生活實際的是（）

A.空調(diào)的電功率約為1WB.人體的安全電壓約為36V

C.電熱水壺正常工作時的電流約為6AD.家用吊扇運轉(zhuǎn)1分鐘約耗電1度

2.如圖所示，額定電壓為36V的電動機與定值電阻并聯(lián)后接在輸出電壓恒為36V的電源

上，當亂閉合，S2斷開時，電流表示數(shù)為3A；當&閉合，5/斷開時，電流表示數(shù)為4A,

電流表為理想電表，則（）

A.電動機的線圈電阻為9Q

B.定值電阻的阻值為9Q

C.電動機的機械功率為144W

D.8閉合，不論S/是否閉合，電動機的熱功率相同

3.下表為某電飯鍋銘牌上的一部分內(nèi)容，根據(jù)表中的信息，可計算出電飯鍋正常工作時的

電流約為（）

額定功率700W額定頻率50HZ

額定電壓220V額定容量4.0L

A.6.2AB.4.6A

C.3.2AD.5.5A

4.某物理興趣研究小組用如圖所示的實驗電路研究微型電動機的性能。調(diào)節(jié)滑動變阻器R,

當電流表和電壓表的示數(shù)分別為Q3A和L8V時，電動機不轉(zhuǎn)動，重新調(diào)節(jié)R,當電動機正

常轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.5A和30V,則這臺電動機（不計溫度對電阻的影

響）（）

A.電阻為20Q

B.正常運轉(zhuǎn)時的輸入功率為0.54W

C.正常運轉(zhuǎn)時的發(fā)熱功率為45W

D.正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率為31.5W

5.如圖所示，將一盞標有“20V、20W”的燈泡和一電阻為4Q的電解槽串聯(lián)后，接在電壓恒

為60V的直流電源兩端，燈泡正常發(fā)光，則（）

A.電路消耗的總功率為150WB.電解槽消耗的電功率為400W

C.電解槽的發(fā)熱功率為40WD.電解槽的輸出電功率為36W

6.如圖所示為網(wǎng)絡(luò)電路中的部分電路圖,〃、b、c是三個接線端口，電阻R、R已知。若

在c間加上一電壓，4的功率為尸；若在b、c間加上同一電壓，段的功率為0.25P。則

段等于（）

---------1I--------1----°b

R1

R,L

&

ac----------------1|---------1-----oc

A.R'B.RC.R+R'D.R-R'

7.華為在2023年10月發(fā)布了一款據(jù)稱可實現(xiàn)“一秒一公里"的全液冷超級充電樁，其最大

輸出電流為600A,充電電壓范圍為200V至1000V,并且該充電樁能根據(jù)很多電動汽車車

型的充電需求智能分配所需充電功率。某天，小振開著自己的某款電動汽車來這種充電站體

驗，其車總質(zhì)量為L6t,所用電池組規(guī)格為“360V,150A力”（內(nèi)阻不能忽略），車上顯示

屏顯示此次充電電量由30%充到80%用時10分鐘，本次充電共消費60元（充電樁計費規(guī)則

為每度電2元）。則（）

華為全液冷超充?一秒一公里”

A.充電樁上標識的"600kW”表示給各車充電時的平均功率

B.小振本次充電時充電樁的平均輸出功率為162kW

C.小振本次充電的充電效率約為90%

D.小振本次充電的平均電流為15A

8.如圖所示，電路A、8兩端電壓U=10V,Ri=2Q,&=4Q,Rj=6Q,兩電流表為理想電表,

25

B.電流表Ai示數(shù)為

D.A2間電功率為早W

C.電流表A2示數(shù)為7.5A

9.（多選）下列家用電器工作時，把電能主要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是（）

10.（多選）如圖所示，”6分別表示由相同材料制成的兩條長度相同、粗細均勻電阻絲的

伏安特性曲線，下列判斷中正確的是（）

A.。代表的電阻絲較粗

B.6代表的電阻絲較粗

C.將兩條電阻絲串聯(lián)后接入電路，。的熱功率比。的大

D.將兩條電阻絲并聯(lián)后，其/-。圖線位于。、。之間

11.（多選）我國新能源汽車發(fā)展迅速，部分新能源汽車使用磷酸鐵鋰電池供電。某磷酸鐵

鋰電池的電池容量為30Ah,平均工作電壓3.8V,