微專題11：電路中的能量轉(zhuǎn)化【理論基礎】1．電功和電功率：W＝是電功的計算式，P＝是電功率的計算式，適用于任何電路．k|xx|k]2．電熱和熱功率：Q＝是電熱的計算式，P熱＝是熱功率的計算式，可以計算任何電路產(chǎn)生的電熱和熱功率．3．純電阻電路和非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動機、電解槽能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系W＝Q即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他電功率和熱功率的關(guān)系P＝P熱，即IU＝I2RP＝P熱＋P其他即IU＝I2R＋P其他歐姆定律是否成立U＝IR，I＝eq\f(U,R)成立U＞IR，I＜eq\f(U,R)不成立實例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動機等工作中的電動機、電解槽、日光燈等說明W＝UIt、P電＝UI適用于任何電路計算電功和電功率Q＝I2Rt、P熱＝I2R適用于任意電路計算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足W＝Q，P電＝P熱；非純電阻電路W>Q，P電>P熱4.電動機的三個功率及關(guān)系輸入功率電動機的總功率P總＝P入＝UI輸出功率電動機做有用功的功率，也叫機械功率熱功率電動機的線圈有電阻，電流通過線圈時會發(fā)熱，熱功率P熱＝I2r三者關(guān)系P總＝P出＋P熱效率η＝eq\f(P出,P入)×100%＝eq\f(P出,P總)×100%特別說明①正常工作的電動機是非純電阻元件②電動機因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動時，相當于一個純電阻元件【基礎題組】1．家電待機耗電問題常常被市民所忽視。技術(shù)人員研究發(fā)現(xiàn)每臺電視機待機功耗約為1W．據(jù)統(tǒng)計，湖州市的常住人口約300萬人，平均每戶家庭有2臺電視機。假設所有家庭都忽視待機功耗，則湖州地區(qū)每年因電視機待機而浪費的電能約為（）A．1×105度 B．1×107度 C．1×109度 D．1×1011度2．一車載加熱器（額定電壓為24V）發(fā)熱部分的電路如圖所示，a、b、c是三個接線端點，設ab、ac、bc間的功率分別為Pab、Pac、Pbc，則（）A．Pab＞Pbc B．Pab＝Pac C．Pac＝Pbc D．Pab＜Pac3．如圖所示，R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω，左右兩端接入電路后，關(guān)于這三只電阻的判斷正確的是（）A．電流之比是I1：I2：I3＝4：3：6 B．電壓之比是U1：U2：U3＝1：1：2 C．功率之比是P1：P2：P3＝4：3：6 D．相同時間內(nèi)產(chǎn)生熱量之比Q1：Q2：Q3＝6：3：44．某實物投影機有10個相同的強光燈L1～L10（24V/200W）和10個相同的指示燈X1～X10（24V/2W），如圖連接在220V交流電源上，若工作一段時間后，L2燈絲燒斷，則（）A．X1功率減小，L1功率增大 B．X1功率增大，L1功率增大 C．X2功率增大，其它指示燈的功率減小 D．X2功率減小，其它指示燈的功率增大5.現(xiàn)有規(guī)格為“220V,36W”的排氣扇,如圖所示,排氣扇電動機的線圈電阻為40Ω。當正常工作時,排氣扇的()A.通電電流計算式為I=22040B.輸出功率計算式為P出=(36220C.發(fā)熱功率計算式為P熱=(36220)2D.電功率大于36W6.如圖所示,電源內(nèi)阻不可忽略,電路中接有一小燈泡和一電動機。小燈泡L上標有“6V12W”字樣,電動機的線圈電阻RM=0.50Ω。若燈泡正常發(fā)光時,電源的輸出電壓為12V,此時()A.整個電路消耗的電功率為24WB.電動機的熱功率為12WC.電動機的輸出功率為12WD.電動機的輸入功率為12W7．如圖所示為一種環(huán)保燈﹣重力燈，重力燈是利用重力做功發(fā)電的裝置。重物下落時拉動燈中心的繩子，從而帶動發(fā)電機供電。讓質(zhì)量為10kg的物體緩慢下落2m，則燈亮度相當于12W日光燈的亮度。若每過40min重置一次重物，就能持續(xù)發(fā)光。重力加速度g取10m/s2，則以下說法正確的是（）A．重力燈實際功率可能為0.068W B．每個40min內(nèi)產(chǎn)生的電能為28800J C．每次下落過程中發(fā)電機輸出電能200J D．無需消耗其他能量就能獲得源源不斷的電能8．（多選）如圖，有一提升重物用的直流電動機，內(nèi)阻r＝1Ω，R＝10Ω，U＝150V，電壓表的讀數(shù)為100V，則下列說法正確的是（）A．通過電動機的電流為5A B．通過電動機的電流為100A C．在電動機中發(fā)熱的功率為500W D．電動機輸出的機械功功率為475W9．風能是一種環(huán)保型能源，截至2019年底，我國風電裝機容量達209.94GW，自2008年以來一直保持世界第一，占全球累計風電裝機量的32.24%。設每臺風力發(fā)電機葉片總共的有效迎風面積為S（和風速v方向垂直），空氣密度為ρ，平均風速為v，如果吹在葉片上的風能全部轉(zhuǎn)化成電能，葉片受到風的平均作用力為F和發(fā)電機轉(zhuǎn)化成的電功率為P，則下列表示正確的是（）A．F＝ρSv2，P＝ρSv3 B．F＝ρSv2，P＝ρSv3 C．F＝ρSv2，P＝ρSv3 D．F＝ρSv2，P＝ρSv3【能力提升題組】10.如圖所示為電動機提升重物的裝置，電動機線圈的電阻為r＝1Ω，電動機兩端電壓為5V，電路中的電流為1A，物體A重20N。忽略一切摩擦，求：(1)電動機線圈電阻消耗的熱功率為多少？[來源:學+科+網(wǎng)Z+X+X+K](2)電動機輸入功率和輸出功率各是多少？(3)10s內(nèi)電動機可以把重物勻速提升多高？(4)這臺電動機的機械效率是多少？[來源:學11．一個電風扇，內(nèi)阻為20Ω，接上220V電壓后，消耗功率88W．（1）電風扇正常工作時通過電動機的電流是多少？（2）電風扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電動機的效率是多少？（3）如果接上電源后，電動機被卡住，不能轉(zhuǎn)動，這時通過電動機的電流，以及電動機消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？12..如圖所示,是一提升重物用的直流電動機工作時的電路圖。電動機內(nèi)電阻r=0.8Ω,電路中另一電阻R=10Ω,直流電壓U=160V,電壓表示數(shù)UV=110V。試求:(1)通過電動機的電流;(2)輸入電動機的電功率;(3)若電動機以v=1m/s勻速豎直向上提升重物,求該重物的質(zhì)量。(g取10m/s2)13.在如圖所示的電路中,電池的電動勢E=5V,內(nèi)電阻r=10Ω,固定電阻R=90Ω,R0是可變電阻。在R0由0增加到400Ω的過程,求:(1)可變電阻R0上消耗熱功率最大的條件和最大熱功率;(2)電池的內(nèi)電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和。14.在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路．當調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R，使電動機恢復正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．求：(1)這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線圈電阻．(2)電動機正常工作狀態(tài)時勻速提升一個2kg的物體，該物體豎直上升的速度多大？(g取10m/s2)15．太陽能汽車是一種環(huán)保型的“綠色汽車”，人們正致力研究著。有一輛玩具汽車靠太陽能電池供電，該電池的太陽能集光板面積為600cm2，太陽能電池電動勢為30V，內(nèi)阻為3Ω．現(xiàn)使玩具汽車在水平路面上勻速行駛，其太陽能集光板正對太陽，測得電流強度為2A．已知電動機的直流電阻為2Ω，太陽光垂直照射到地面上單位面積的輻射功率為1.6×103W/m2。（1）求玩具汽車勻速行駛時，太陽能集光板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率。（2）這輛玩具汽車的總重為80N，在水平路面上行駛的阻力是車重的0.2倍，這輛玩具車在水平路面上的最大速度是多大？16．如圖所示一輛電動自行車，它的銘牌上給出了如下的技術(shù)參數(shù)表，質(zhì)量為M＝70kg的人騎此電動自行車沿平直公路行駛，所受阻力f恒為車和人總重的k＝0.02倍。取g＝10m/s2，求：規(guī)格車型26″電動自行車整車質(zhì)量30kg最大載重120kg后輪驅(qū)動直流永磁鐵電機額定輸出功率120W額定電壓40V額定電流3.5A（1）此車永磁鐵電機在額定電壓下正常工作時的總功率和效率。（2）該永磁鐵電機線圈的電阻是多少？（3）僅在永磁鐵電機以額定功率提供動力的情況下，人騎車行駛的最大速度。【參考答案】1.B【解答】解：湖州的常住人口約300萬人，平均每戶的人口按3人計算，湖州大約100萬戶家庭，有電視機總數(shù)：n＝2×100×104個＝2×106臺所有電視機待機的總功率：P＝n×1＝2×106W＝2×103kW，湖州地區(qū)待機一年的耗電量為：W＝2×103×365×24kW?h＝1.7×107度，與B最接近，故B正確，ACD錯誤。2．D【解答】解：接ab，則電路的總電阻為：接ac，則電路的總電阻為：接bc，則電路的總電阻為：由題知，不管接那兩個點，電壓不變，為U＝24V，根據(jù)P＝可知Pac＝Pbc＜Pac，故ABC錯誤，D正確。故選：D。【點評】根據(jù)考查電功率的公式的應用，由于不知道具體的電阻值，所以不能求出三種情況下具體的功率，但可以通過比較電阻值的大小關(guān)系，由公式P＝比較電功率的大小關(guān)系。3.B【解析】B、電阻R1與R2并聯(lián)后與R3串聯(lián)；并聯(lián)電阻為：R12＝＝2Ω，并聯(lián)電路電壓相等，串聯(lián)電路電壓比等于電阻比，故有：U并：U3＝R12：R3＝2：4＝1：2，故：U1：U2：U3＝1：1：2，故B正確。A、串聯(lián)電路電流相等，并聯(lián)電路電流比等于電阻的反比，故：＝，I3＝I1+I2，故I1：I2：I3＝1：2：3，故A錯誤。C、根據(jù)電功率公式P＝UI，有：P1：P2：P3＝U1I1：U2I2：U3I3＝1：2：6，故C錯誤。D、相同時間內(nèi)產(chǎn)生熱量之比等于功率之比Q1：Q2：Q3＝1：2：6，故D錯誤。故選：B。4.C【分析】每一個強光燈與對應的指示燈并聯(lián)之后在與其他燈串聯(lián)，L2的燈絲燒斷，電路中電阻增大，電流減小，每一部分分擔的電壓也減小，可求功率的變化。【解答】解：ABCD、由圖可知L1與X1并聯(lián)、L2與X2并聯(lián)?，然后它們再串聯(lián)接在220V交流電源上，L2燈絲燒斷，電路中總電阻變大，電路中電流變小，又L1與X1并聯(lián)的電流分配關(guān)系不變，則L1與X1的電流都減小，電壓也減小，由P＝I2R可知，除L2與X2外，各燈的功率都減小。由于電路電流減小，各并聯(lián)部分的電壓都減小，交流電源總電壓220V不變，則X2上的電壓增大，根據(jù)可知X2的功率變大，故ABD錯誤，C正確。5.C解析：由于排氣扇為非純電阻電器,不滿足歐姆定律R=UI,根據(jù)公式P=UI知,該排氣扇正常工作時的電流I=PU=36220A,A錯誤。發(fā)熱功率P熱=(36220)2×40W,輸出功率P出=P總P熱=[36(6.D解析：小燈泡正常發(fā)光,由I=PUL=2A,得電路中電流為2A,電動機的熱功率Q=I2·RM=2W,B錯誤。電源的輸出功率P出=UI=12×2W=24W,因電源內(nèi)阻不可忽略,故整個電路消耗的電動率大于24W,A錯誤。電動機的輸入功率P入=(UUL7.A【解答】解：A、物體下降的過程中重力做功：W＝mgh＝10×10×2J＝200J，所以重力做功的功率：W≈0.083W由于發(fā)電的過程中，以及電路中都存在一定的損耗，所以該燈的實際功率一定小于0.083W，有可能是0.068W，故A正確；B、由A的分析可知，每個40min內(nèi)產(chǎn)生的電能一定小于200J，故B錯誤；C、由于發(fā)電的過程中存在一定的損耗，所以下落過程中發(fā)電機輸出電能都小于200J，故C錯誤；D、該發(fā)電的過程中重置一次重物時要消耗其他的能量，故D錯誤；【點評】解答該題的過程中要注意燈亮度相當于12W日光燈的亮度，不是燈泡的功率是12W，要結(jié)合重力做功計算燈泡可能的電功率。8.AD【分析】在計算電功率的公式中，總功率用P＝IU來計算，發(fā)熱的功率用P＝I2R來計算，如果是計算純電阻的功率，這兩個公式的計算結(jié)果是一樣的，但對于電動機等非純電阻，第一個計算的是總功率，第二個只是計算發(fā)熱的功率，這兩個的計算結(jié)果是不一樣的。【解答】解：AB、電動機和電阻串聯(lián)，所以電流相等，電阻R兩端電壓U1＝150V﹣100V＝50V，I＝＝5A，所以通過電動機的電流為5A，故A正確，B錯誤。C、電動機的熱功率P熱＝I2r＝52×1W＝25W，故C錯誤。D、電動機的電功率P＝UI＝10×5W＝500W，輸出的機械功功率P'＝P﹣P熱＝475W，故D正確。9.A【分析】研究極短時間內(nèi)吹在葉片上的空氣，根據(jù)動量定理求空氣受到的平均作用力，從而根據(jù)牛頓第三定律得到葉片受到風的平均作用力F。根據(jù)每秒吹在葉片上的空氣的動能來求發(fā)電機轉(zhuǎn)化成的電功率P。【解答】解：取極短時間△t內(nèi)吹在葉片上的空氣為研究對象，根據(jù)動量定理得：﹣F′△t＝0﹣mv又m＝ρ（Sv△t）聯(lián)立解得：F′＝ρSv2根據(jù)牛頓第三定律可知，葉片受到風的平均作用力為：F＝F′＝ρSv2每秒吹在葉片上的空氣的動能為：Ek＝ρ（Sv?1）v2＝ρSv3因吹在葉片上的風能全部轉(zhuǎn)化成電能，則發(fā)電機轉(zhuǎn)化成的電功率為：P＝Ek＝ρSv3，故A正確，BCD錯誤。10.答案:(1)1W(2)5W，4W(3)2m(4)80%.解析:本題考查的是電動機電路問題,關(guān)鍵是區(qū)分電動機的各種功率,注意它們之間的聯(lián)系.(1)根據(jù)焦耳定律,熱功率.(2分)(2)電功率等于輸入電流與電動機兩端電壓的乘積.(2分)輸出功率等于輸入功率減去發(fā)熱消耗的功率

(2分)⑶電動機輸出的功率用來提升重物轉(zhuǎn)化為機械功率,在10s內(nèi)

(1分)解得.(1分)⑷機械效率%.(2分)11.【分析】（1）根據(jù)功率P＝UI可以求得電動機的電流的大小；（2）根據(jù)PQ＝I2r可以求得轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率的大小，再由P機＝P﹣PQ可以求得轉(zhuǎn)化為機械能的功率；（3）當扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動時，此時可以看做是純電阻，總的功率即為發(fā)熱的功率．【解答】解：（1）由P＝UI可得電流為：I＝＝＝0.4A；（2）線圈電阻發(fā)熱功率：PQ＝I2r＝0.42×20＝3.2W；機械功率：P機＝P﹣PQ＝88﹣3.2＝84.8W；電動機的效率：η＝100%＝96.4%（3）當葉片不轉(zhuǎn)動時，作純電阻，根據(jù)歐姆定律，有：I＝＝＝11A；P＝UI＝I2r＝112×20＝2420W．此時電動機的發(fā)熱的功率等于電動機消耗的電功率，也是2420W．答：（1）電風扇正常工作時通過電動機的電流是0.4A；（2）電風扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機械能的功率是84.8W，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是3.2W，電動機的效率是96.4%；（3）如果接上電源后，電動機被卡住，不能轉(zhuǎn)動，這時通過電動機的電流是11A，電動機消耗的電功率和發(fā)熱功率都是2420W．12.答案：(1)5A(2)550W(3)53kg解析(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R兩端電壓UR=UUV=(160110)V=50V流過電阻R的電流IR=URR=則通過電動機的電流IM=IR=5A(2)電動機兩端電壓UM=UV=110V輸入電動機的電功率P電=IMUM=550W(3)電動機的發(fā)熱功率P熱=IM電動機輸出的機械功率P機=P電P熱=530W又因P機=mgv,所以m=P機13.答案：見解析解析(1)可變電阻R0上消耗的熱功率P1=I2R0=ER+R0=25由上式可得:當R0=100Ω時,P1有最大值P1m=25400W=1(2)r與R上消耗的熱功率之和P2=I2(R+r)=25(由上式可知,R0最大時,P2最小,即當R0=400Ω時,P2有最小值P2min=25(14.答案：(1)22.0W2Ω(2)1.1m/s解析：(1)當電流表和電壓表的示數(shù)為0.5A和1.0V時電動機停止工作，電路中只有電動機的內(nèi)阻消耗電能，其阻值r＝＝＝2Ω.當電動機正常工作時，電流表、電壓表示數(shù)分別為2.0A和15.0V，則電動機的總功率P總＝U2I2＝15.0×2.0W＝30.0W，線圈電阻的熱功率P熱＝＝2.02×2W＝8.0W，所以P輸出＝P總－P熱＝30.0W－8.0W＝22.0W.(2)由P出＝mgv得v＝＝m/s＝1.1m/s.15.【分析】玩具汽車勻速行駛時太陽能電池的總功率（電功率）比上太陽能集光板的接收功率就是太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率；最大速度時玩具汽車勻速行駛，牽引力等于阻力，利用輸出電功率等于牽引功率，可求最大速度。【解答】解：（1）玩具汽車勻速行駛時太陽能電池的