高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第一节 电路中的能量课堂教学课件ppt

课后素养落实(十五)　电路中的能量

(建议用时：40分钟)

◎题组一　电功和电功率　电热和热功率

1．在电源电压不变的前提下，增加电炉的电热丝在相同时间内的发热量，可采取的措施是(　　)

A．增大电热丝的电阻　 B．减小电热丝的电阻

C．在电热丝上并联电阻 D．在电热丝上串联电阻

B　[电炉可以看成是纯电阻用电器，电流产生的热等于电流所做的功，所以有Q＝W＝I2Rt＝t，根据题意知U不变，t相等，故由Q＝t可以看出R越大，发热量越小，要使发热量增加，应减小电热丝电阻，故A错误，B正确；对于C选项，能增加电炉相同时间内的发热量，但不能使原电热丝发热量增加，对于D选项，会减少电炉相同时间内的发热量，故C、D错误。]

2．一根电阻丝，通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J。若在相同的时间内通过4 C的电荷量，则该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　)

A．4 V,16 J B．8 V,16 J

C．4 V,32 J D．8 V,32 J

D　[设电阻丝的电阻为R，开始时所加电压为U1，则W1＝q1U1，即8 J＝2 C×U1，解得U1＝4 V。设后来所加电压为U2，消耗的电能为W2，则I2＝＝，

又I1＝＝，由此得I2＝2I1，

所以U2＝2U1＝8 V，W2＝q2U2＝4×8 J＝32 J，D正确。]

3．美国和日本的三位科学家，在发现新型高效、环境友好型蓝色发光二极管(LED)光源方面做出巨大贡献。若某汽车LED日行灯的工作电压为12 V，工作电流为30 mA，则汽车LED日行灯工作时消耗的功率为(　　)

A．60 W B．3.6 W

C．0.36 W D．150 W

C　[由P＝UI得，日行灯工作时消耗的功率为P＝0.36 W，选项C正确。]

◎题组二　电源的各种功率

4．如图所示电路中，r是电源的内阻，R1和R2是外电路中的电阻，如果用Pr、P1和P2分别表示电阻r、R1、R2上所消耗的功率，当R1＝R2＝r时，Pr∶P1∶P2等于(　　)

A．1∶1∶1 B．2∶1∶1

C．1∶4∶4 D．4∶1∶1

D　[在如图所示电路中，内阻上通过的电流与外电路的总电流相同，内阻与外电阻是串联关系(不能认为内阻与外电阻并联)，但R1与R2是并联的，因R1＝R2，则I1＝I2＝I，Ir＝I1＋I2＝2I，Pr∶P1∶P2＝Ir∶IR1∶IR2＝4∶1∶1，故正确答案为D。]

5．如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.2 Ω，标有“8 V　16 W”的灯泡L恰好正常发光，电动机线圈电阻R0＝0.15 Ω，则电源的输出功率为(　　)

A．16 W B．440 W

C．80 W D．400 W

C　[由E＝U外＋U内，U内＝E－U外＝(10－8)V＝2 V，U内＝Ir，所以I＝10 A，电源的输出功率P出＝IE－I2r＝(10×10－102×0.2)W＝80 W。]

6．如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器。当R3的滑片P向右移动时，下列说法中正确的是(　　)

A．R1的功率P1必然减小

B．R2的功率P2必然变大

C．电源总功率必然增加

D．电源热功率必然减小

D　[P向右移动时，R3增大。因此电路的总电阻R增大，由I＝知，I减小，由U＝E－Ir知路端电压U增大。所以由部分电路欧姆定律知，I1增大，则I2减小，因而可得P1增大，P2减小，则A、B错误；P总＝EI，由于总电流减小，电源的总功率减小，电源内部消耗的热功率减小，故C错误，D正确。]

◎题组三　纯电阻电路和非纯电阻电路

7．关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　)

A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D．W＝UIt在任何电路中成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立

B　[W＝UIt、Q＝I2Rt适用于一切电路，但在纯电阻电路中W＝Q，在非纯电阻电路中W>Q，B正确，A、C、D错误。]

8．(多选)电阻R和电动机一起串联在电路中，如图所示。已知电阻R跟电动机线圈的电阻相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机两端的电压分别为U1、U2，经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1，产生的电热为Q1；电流通过电动机做的功为W2，产生的电热为Q2，则有(　　)

A．U1＜U2，Q1＝Q2 B．W1＝W2，Q1＝Q2

C．W1＜W2，Q1＜Q2 D．W1＜W2，Q1＝Q2

AD　[设电路中的电流为I，则R两端的电压U1＝IR；对于电动机，欧姆定律不再适用，但电动机线圈上的电压仍有U2′＝IR，而电动机两端的电压U2一定大于U2′，所以，应有U1＜U2。对于R，经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1＝U1It，将电能全部转化为电热Q1，则Q1＝W1＝I2Rt；对于电动机，经过时间t，电流通过电动机做的功为W2＝U2It，所以有W1＜W2，电流通过电动机线圈产生的电热Q2＝I2Rt，故有Q1＝Q2。故选项A、D正确。]

9．有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4 A；若把电动机接入U2＝2.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A，求：

(1)电动机正常工作时的输出功率多大？

(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？

[解析]　(1)U1＝0.2 V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r＝＝ Ω＝0.5 Ω，U2＝2.0 V时，电动机正常工作。此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式，

得P电＝U2I2＝2.0×1.0 W＝2 W。

P热＝Ir＝1.02×0.5 W＝0.5 W。

所以由能量守恒定律可得电动机的输出功率P出＝P电－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W。

(2)此时若电动机转子突然被卡住，则电动机又变为纯电阻，其热功率P热′＝＝ W＝8 W。

[答案]　(1)1.5 W　(2)8 W

10．如图所示为一台冬天取暖用的暖风机。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，将暖风机接到额定电压为U的交流电源上，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)

C　[暖风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小为P＝IU，故C正确；电动机两端的电压为U′＝U－IR2，电动机消耗的电功率为P1＝U′I＝UI－I2R2，故A错误；电阻丝为纯电阻，所以消耗的电功率P2＝I2R2，故B错误；因为电动机是非纯电阻，所以暖风机消耗的电功率P>I2(R1＋R2)，故D错误。]

11．(多选)直流电路如图所示，闭合开关，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的(　　)

A．总功率一定减小

B．效率一定增大

C．内部损耗功率一定减小

D．输出功率一定先增大后减小

ABC　[滑动变阻器的滑片P向右移动时，电路的总电阻变大，根据I＝可知总电流变小，电源的总功率P总＝IE减小，选项A正确；电源的效率η＝＝，又U＝IR，E＝I(R＋r)，所以η＝＝，当R增大时，电源的效率增大，选项B正确；电源内部损耗功率P损＝I2r减小，选项C正确；电源的输出功率P＝IU，经推导可知，当外电路电阻等于电源内阻时输出功率最大，由于电源内阻未知，故不能确定电源输出功率的变化情况，选项D错误。]

12．某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.4 m/s的恒定速度向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW。不载人时测得电动机中的电流为5 A，若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度相同，则这台自动扶梯可同时承载的最多人数为多少？(设每个人的平均质量为60 kg，g取10 m/s2)

[解析]　设可同时乘载的最多人数为n，此时电动机处于最大输出功率状态。该状态下，扶梯自身移动所需功率为：

P1＝IU＝5×380 W＝1 900 W＝1.9 kW

n个人以恒定速度v＝0.4 m/s向上移动所需功率为

P2＝P出－P1＝(4.9－1.9)kW＝3.0 kW，

所以n＝＝＝25(人)。

[答案]　25人

13．如图所示电路中，电阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝1 Ω。求：

(1)当电流表示数为0.4 A时，变阻器R3的阻值是多大？

(2)R3阻值多大时，它消耗的电功率最大？

(3)R3阻值多大时，电源的输出功率最大？

[解析]　(1)由电路图得U并＝I2R2＝0.4×15 V＝6 V

据闭合电路欧姆定律得E＝U并＋I(R1＋r)

所以I＝＝0.6 A

据分流规律得IR3＝I－IR2＝0.6 A－0.4 A＝0.2 A

所以R3＝＝＝30 Ω。

(2)将R1、R2等效为电源内阻，则等效内电阻为

r′＝＝ Ω＝6 Ω

则当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大；故当R3＝6 Ω时，R3消耗的功率最大。

(3)当外电路的总电阻等于电源的内电阻时，电源的输出功率最大，但外电阻R＞r，所以当R最接近r时输出功率最大，故只有当R3＝0时，R＝R1最接近r，此时电源的输出功率最大。

[答案]　(1)30 Ω　(2)6 Ω　(3)0