6 焦耳定律 电路中的能量转化
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列关于电功的说法中错误的是( ) A．导体内电场力移送电荷所做的功叫做电功
B．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式能的过程 C．电流做功消耗的能量，由电源供给 D．电功就是电能
【解析】 根据电功的定义及特点，可以判断A、B、C均正确．电功是电能转化为其他形式的能的量度，功和能是两种不同的概念，D错误．
【答案】 D
U2
2．(多选)关于计算电功率的三个公式P＝UI、P＝IR、P＝的适用范围，以下说法中R2
正确的是( )
A．这三个公式的适用范围相同
B．第一个公式普遍适用，后两个公式只适用于纯电阻电路
C．第一个公式适用于无电阻的电路，后两个公式适用于有电阻的电路 D．三个公式的适用范围与电路串、并联的方式无关 【答案】 BD
3．有一只电风扇，标有“220 V 50 W”字样，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中，正确的是( ) 【导学号：33410093】
U2
A．Q＝t
RC．Q＝??Rt
B．Q＝Pt
D．以上三种方法均正确
?P?2?U?
【解析】 由于电风扇是非纯电阻电路，故A、B错；由P＝UI得I＝，再由Q＝IRt知C正确．
【答案】 C
4．(多选)一台电动机的线圈的电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( )
A．电炉放热与电动机放热相等 B．电炉两端电压小于电动机两端电压 C．电炉两端电压等于电动机两端电压
1
PU2
D．电动机消耗的功率大于电炉的功率
【解析】 电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻，对于电炉有：U＝IR，放热Q＝IRt，消耗功率P＝IR，对于电动机有：U>IR，放热Q＝IRt，消耗功率P＝UI>IR.
【答案】 ABD
5．R1和R2分别标有“2 Ω 1.0 A”和“4 Ω 0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图2-6-6所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( )
图2-6-6
A．1.5 W C．5.0 W
B．3.0 W D．6.0 W
2
2
2
2
【解析】 R1和R2串联后的总电阻为R＝R1＋R2＝6 Ω，电路中的电流不能超过R2的额定电流，即0.5 A．根据P＝IU和I＝得P＝IR＝1.5 W，故A正确．
【答案】 A
6．加在某电动机上的电压是U(V)，电动机消耗的电功率为P(W)，电动机线圈的电阻为
UR2
r(Ω)，则电动机线圈上消耗的电热功率为( ) 【导学号：33410094】
A．P
U2B. rP2rD．P－2 UPUPU2
P2rC.2 U【解析】 因为P＝IU，I＝，所以P热＝()r，故C正确． 【答案】 C
7．(2016·山东师大附中月考)如图2-6-7所示，直线A为电源的路端电压与总电流关系的图线，直线B为电阻R两端电压与通过该电阻电流关系的图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是( )
图2-6-7
A．2瓦，66.7% B．2瓦，33.3% C．4瓦，33.3% D．4瓦，66.7%
2
【解析】 由图可知，E＝3 V，r＝1 Ω，R＝2 Ω，故可得：P出＝(W＝2 W，η＝
322
)·R＝()·2 R＋r2＋1
ERR＋r＝66.7 %，故A正确．
【答案】 A
8．在研究微型电动机的性能时，可采用如图2-6-8所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．
图2-6-8
【解析】 当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时，电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝
U11.0
Ω＝2 Ω.
I10.5
当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W，线圈电阻的热功率P热＝I2r＝2.0×2 W＝8.0 W，所以P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W.
【答案】 22.0 W 2 Ω
[能力提升]
9．电动势为E、内阻为r的电池与固定电阻R0、变阻器R串联，如图2-6-9所示，设
2
2
R0＝r，Rab＝2r，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是( )
【导学号：33410096】
图2-6-9
A．电池的输出功率 B．变阻器消耗的功率 C．固定电阻R0消耗的功率 D．电池内阻消耗的功率
【解析】 滑片自a向b滑动，R减小，R总减小，故总电流I变大，所以固定电阻R0
3
消耗功率及电池内阻消耗的功率均增大，故C、D错；滑动过程中，R外由3r减为r，始终大于内阻r，由P输出与R外关系图像可知，电池输出功率逐渐增大，故A错．将R0等效为内阻一部分，则总内阻为2r，在R由2r减小到0的过程中，等效电源输出功率即变阻器消耗的功率逐渐减小，故B正确．
【答案】 B
10．给定两只标有“110 V 40 W”的灯泡L1和标有“110 V 100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在如图所示的几种接
法中，最合理的是
A B
C D
U2
【解析】 L1(110 V 40 W)和L2(110 V 100 W)的额定电压相同，由P＝可知R1>R2，
R由串、并联电路电流、电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光，虽然B、C能使L1、L2同时正常发光，但B中P总＝2(P1＋P2)，C中P总＝2P2，故C正确．
【答案】 C
11．如图2-6-10为甲、乙两灯泡的I－U图像，根据图像计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中，实际发光的功率约为( )
图2-6-10
A．15 W 30 W C．40 W 60 W
B．30 W 40 W D．60 W 100 W
【解析】 从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲
＝0.18 A，I乙＝0.28 A，则P甲＝U·I甲≈40 W，P乙＝U·I乙≈60 W，即C项正确．
【答案】 C
4
12．在如图2-6-11所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1
＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问： 【导学号：33410097】
图2-6-11
(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？ (2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？ (3)电源的最大输出功率为多少？此时电源的效率为多少？
【解析】 (1)把R1视为内电路的一部分，则当R＝R1＋r＝3 Ω时，R消耗的功率最大，其最大值为：
E2
Pmax＝＝0.75 W.
4R(2)对固定电阻R1，当电路的电流最大时其消耗的功率最大，此时R＝0，所以P1＝IR1
＝?
2
?E?2R＝2 W.
?1
?R1＋r?
(3)由P输出和R的变化关系图像可知R外>r时，R外越大，P出越小，故R＝0时电源输出
功率最大．
Pmax＝I2R1＝?
此时η＝
?E?2R＝?3?2×2 W＝2 W
?1?1＋2??r＋R1???
R1
2
×100%＝×100%＝66.7%. R1＋r2＋1
【答案】 (1)3 Ω 0.75 W (2)0 2 W (3)2 W 66.7%
5
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