物理必修 第三册1 电路中的能量转化习题

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2021-2022学年度高二物理第十二章电能能量守恒定律第一节电路中的能量转化（四）必修第三册（人教版2019）未命名  一、单选题1．室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器，如果进线处有10A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下可以同时使用的是（　　）A．电饭煲和取暖器 B．电视机和空调器C．电饭煲和电视机 D．取暖器和空调器2．如图所示，电动机M的内阻是0.6Ω，电阻R=10Ω，直流电压U=160V，理想电压表示数110V，以下判断错误的是（　　）A．电动机通过的电流为5AB．电动机消耗的电功率为550WC．电动机输出的机械功率为150WD．电动机工作1h所产生的热量为5.4×104J3．下列家用电器主要为了把电能转化为机械能的是（     ）A．吸尘器 B．充电器 C．电水壶 D．电冰箱4．一盏电灯直接接在电压恒定的电源上，其功率为100W，若将这盏灯先接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，在导线上损失的电功率是9W，那么此时电灯实际消耗的电功率将（　　）A．等于91WB．小于91WC．大于91WD．条件不足，无法确定 5．下列描述中，符合事实的是（　　）A．卡文迪许借助扭秤装置总结出了点电荷间相互作用的规律B．洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律C．法拉第发现了电流的磁效应D．欧姆发现了电流通过导体时产生热效应的规律6．在研究微型电动机的性能时,可采用图示的实验电路.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.则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是( )A．电动机的输出功率为8 WB．电动机的输出功率为30 WC．电动机的内电阻为2 ΩD．电动机的内电阻为7.5 Ω7．如图所示的电路中，输入电压恒为，灯泡上标有“”字样，电动机线圈的电阻。若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是（　　）A．电动机的输入功率为B．电动机的输出功率为C．电动机的热功率为D．整个电路消耗的电功率为 二、多选题8．在如图所示的电路中，定值电阻的阻值为，电动机的线圈电阻为，两端加的恒定电压，电动机恰好正常工作，理想电压表的示数，下列说法正确的是A．通过电动机的电流为B．电动机的输入功率为C．电动机线圈在1分钟内产生的焦耳热为D．电动机的输出的功率为9．如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出．已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1000 W．关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)A．电热丝的电阻为55 ΩB．电动机线圈的电阻为ΩC．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为880 JD．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1200 J10．如图所示，，，则（    ）A．在A、B两端加电压U，C、D间电压也为B．在C、D两端加电压U，A、B间电压为C．无论A、C间是否加电压，B、D间电压总为零D．在B、C间加电压U，C、D间电压总是U  三、实验题11．在“观察电容器的充、放电现象”实验中，电路如图（甲）所示(1)将开关S接通1，电容器的__________（填“上”或“下”）极板带正电，再将S接通2，通过电流表的电流方向向__________（填“左”或“右”）。(2)若电源电动势为10V，实验中所使用的电容器如图（乙）所示，充满电后电容器正极板带电量为__________C（结果保留两位有效数字）。(3)下列关于电容器充电时，电流i与时间t的关系；所带电荷量q与两极板间的电压U的关系正确的是__________。12．温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，它通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量，其核心部件是由半导体材料制成的热敏电阻。在某次实验中，为了测量热敏电阻RT在0℃到100℃之间多个温度下的阻值，一实验小组设计了如图甲所示电路。其实验步骤如下：①正确连接电路，在保温容器中加入适量开水；②加入适量的冰水，待温度稳定后，测量不同温度下热敏电阻的阻值；③重复第②步操作若干次，测得多组数据。（1）该小组用多用电表“×100”挡测热敏电阻在100℃下的阻值，发现表头指针偏转的角度很大；为了准确地进行测量，应换到________挡（选填“×10”、“×1k”）；如果换挡后就用表笔连接热敏电阻进行读数，那么欠缺的实验步骤是：________，补上该步骤后，表盘的示数如图乙所示，则它的电阻是________Ω。实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图丙的R﹣t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R﹣t关系________；（2）若把该热敏电阻与电源（电动势E=1.5V、内阻不计）、电流表（量程为5mA、内阻Rg=100Ω）、电阻箱R0串联起来，连成如图丁所示的电路，用该电阻作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“热敏电阻测温计”。①电流表刻度较大处对应的温度刻度应该________（填“较大”或“较小”）；②若电阻箱的阻值取R0=220Ω，则电流表3mA处所对应的温度刻度为________℃。 四、解答题13．一台小型电动机在380V电压下正常工作时，能将30kg的货物在30s内匀速提升30m，通过它的电流是1A．除电动机线圈生热，其它能量损失不计，求在此过程中：(1)拉力对货物做功的功率;(2)电动机的输出功率;(3)电动机线圈所产生的热量．14．如图所示的电路中，电源的电动势E=12V，内电阻r＝1Ω，R1=1Ω，R2=6Ω，电动机的线圈电阻RM=1Ω，若开关S闭合后通过电源的电流I=3A，通过R2电流I2=1A  。求∶（1）R1的消耗电功率P1=？（2）电动机发热功率？（3）电动机输出的机械功率P出=？15．如图所示，绝热汽缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量M=200kg，活塞质量m=10kg，活塞面积为S=100cm2，。绝热活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气，此时，缸内气体的温度为27℃，活塞位于汽缸正中，整个装置都静止。在汽缸内部有一个阻值R=3Ω的电阻丝（图中没画出），电阻丝两端的电压U=12V。接通电源10s后断开，活塞恰好静止在缸口AB处。已知大气压恒为P0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2，若电阻丝产生的热量全部被气体吸收。求：(1)活塞恰好静止在汽缸缸口AB处时，缸内气体的温度为多少摄氏度；(2)从接通电源到活塞恰好静止在缸口AB处的过程中理想气体的内能变化量。16．如图所示，把长L=0.25m电阻R=4的导体棒置于磁感应强度B=1.0×10-2T的匀强磁强中，使导体棒和磁场方向垂直，若通过导体棒的电流I=2.0A。求：(1)导体棒所受安培力的大小；(2)1min内在导体棒上产生的热量。
参考答案1．C【分析】当保险丝达到最大电流时电路中的总功率P=UI=220×10W=2200W【详解】A．电饭煲和取暖器同时使用的功率1500W+750W=2250W>2200W不可以同时使用，A错误；B．电视机和空调器同时使用的功率250W+2000W=2250W>2200W不可以同时使用，B错误；C．电饭煲和电视机同时使用的功率1500W+250W=1750W<2200W可以同时使用，C正确；D．取暖器和空调器同时使用的功率750W+2000W=2750W>2200W不可以同时使用，D错误。故选C。2．C【详解】A．直流电压U=160V，理想电压表示数110V，则将在R上的电压为50V，根据欧姆定律可得电路的电流为
 选项A正确；B．电动机消耗的电功率为选项B正确；C．电动机输出的机械功率为选项C错误；D．电动机工作1h所产生的热量为选项D正确。本题选错误的，故选C。3．A【解析】【详解】A、吸尘器是把电能转化为动能，即机械能，故A对；B、充电器是把电能转化为化学能存储起来，故B错；C、电水壶是把电能转化为内能，故C错；D、电冰箱是把电能实现了把热量从低温物体向高温物体的传递，故D错；4．B【详解】如果导线电阻忽略时，灯接在恒定电压的电源上功率是100W；因为导线和灯泡串联，当导线上电阻较大时，即电路中的电阻变大，由可知电路消耗的总功率变小，即小于100W，而导线上消耗的功率为9W，所以灯泡的实际功率只能小于91W.故选B.【点睛】本题考查电功率计算公式的应用，特别注意实际功率与额定功率的区别.5．B【详解】A．库仑借助扭秤装置总结出了点电荷间相互作用的规律，故A错误；B．洛仑兹发现了磁场对运动电荷的作用规律，即洛伦兹力的特点，故B正确；C．奥斯特发现了电流的磁效应，故C错误；D．焦耳发现了电流通过导体时产生热效应的规律，故D错误。故选B。6．C【解析】本题考查的是非纯电阻中机械能与内能之间的关系.当电流表和电压表示数为0.5 A和1.0 V时电动机停止工作,电路只有电动机的内阻消耗电能,其阻值Ω,选项D错误,选项C正确.当电动机正常工作时电流表和电压表示数分别为2.0 A和15.0 V,此时电动机消耗的总功率P总=U2×I2="15.0×2.0=30.0" W,其中内阻消耗功率P内=I^2_2r=2.02×2="8.0" W,则输出功率为22 W,选项A､B错误.7．A【详解】A．电动机两端的电压整个电路中的电流所以电动机的输入功率A正确；BC．电动机的热功率则电动机的输出功率BC错误；D．整个电路消耗的功率D错误。故选A。8．CD【分析】根据题图可知，考查了非纯电阻电路的电功，电功率的计算；根据电阻和电动机串联，电流相等，对电阻R应用欧姆定律求出电流；根据P＝UI求出电动机的输入功率，即电动机消耗的功率，根据Q＝I2rt求出电动机产生的热量，电动机的输出功率等于输入功率减去电动机内部消耗的功率．【详解】A、通过电动机的电流为：，故A错误；BCD、对电动机，电动机的输入功率，发热功率，输出功率，电动机1分钟内产生的热量，故CD正确．【点睛】解决本题的关键会灵活运用欧姆定律，以及知道电动机的输出功率等于输入功率减去电动机内部消耗的功率．9．AC【解析】【详解】电机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P=P热-P冷=1000-120W=880W，由P=U2/R可知，故A正确；电机为非纯电阻电路故不能用P=U2/R求解，故B错误；当电吹风吹热风时，电动机M和电热丝R并联，电动机的功率为120W，总功率为1000W，电热丝消耗的功率为880W，电热丝每秒钟消耗的电能为880 J，电动机每秒消耗的电能为120J，故C正确，D错误；故选AC。【点睛】本题考查了电吹风的电路结构及电功率的计算问题；对于这类结合生活中的电器考查电路连接情况的题目，要结合串并联电路的电流流向特点进行分析．10．BCD【详解】A．在A、B两端加电压U后，注意到D点与B点是等电势的，又在CD开路状态时，R1上无电压，故C、A两点又是等势的．可知此时C、D间的电压与A、B两端的电压应该是一样的，也为U。故A不符合题意。B．在C、D两端加电压U后，A、B间电压即为电阻R2上的电压．此时可求得A、B间电压为：故B符合题意。C．注意到B、D之间是用无电阻导线连接的，所以，无论A、C间是否加电压，B、D两点始终是等电势的．即B、D间电压总为零。故C符合题意。D．在B、C间加电压U，注意到B、D等电势，故B、C之间的电压就是C、D之间的电压，所以C、D间电压总是U。故D符合题意。故选BCD。11．上    左        A    【详解】(1)[1]开关S接通1，电容器充电，根据电源的正负极可知电容器上极板带正电。[2]开关S接通2，电容器放电，通过电流表的电流向左。(2)[3]充满电后电容器所带电荷量(3)[4]AB．电容器充电过程中，电流逐渐减小，随着两极板电荷量增大，电流减小的越来越慢，电容器充电结束后，电流减为0，A正确，B错误；CD．电容是电容器本身具有的属性，根据电容的定义式可知，电荷量与电压成正比，所以图线应为过原点直线，CD错误。故选A。12．×10    欧姆调零    200        较小    80    【详解】（1）[1][2]用多用表的“×100”倍率的挡位测热敏电阻在室温下的阻值，发现表头指针偏转的角度很大，说明电阻较小，换用小倍率的，所以换用“×10”倍率；换挡后，需重新欧姆调零。[3]电阻的阻值等于20×10Ω=200Ω[4]结合图甲可知热敏电阻阻值与温度关系式为R=t+100（2）①[5]由闭合电路欧姆定律有E=Ig（R+R′+Rg）可见电流越小电阻越大，而电阻越大温度则越高，即电流刻度较大处对应的温度刻度应该较小。
②[6]若电阻箱阻值R′=220Ω时，代入E=Ig（R+R′+Rg）得热敏电阻的阻值为R=180Ω结合图甲可知热敏电阻阻值与温度关系式为R=t+100故此时对应的温度数值为80℃。13．(1) 300W；(2) 300W；(3) 2400J．【详解】(1)货物匀速上升，故牵引力等于重力，故有：F=mg=30×10=300N；上升的速度为：v==1m/s；故牵引力的功率为：P=FV=300×1W=300W；(2)电动机的输出功率为300W(3)由能量守恒定律可知：Q=UIt﹣mgh=380×1×30﹣300×30=2400J；【点睛】本题主要考查了能量守恒定律、非纯电阻电路综合应用．属于容易题．解决这类问题关键要认识到能量转换的关系，例如本题是一部分电能转换成机械能（电动机的输出功率），另一分电能转换为内能（电动机线圈所产生的热量）．14．（1）9W；（2）4W；（3）8W。【详解】（1）根据功率表达式：代入数据得：P1=I2R1=32×1W=9W（2）通过电动机的电流：IM=I-I2=3A-1A=2A电动机内阻发热功率：22×1W=4W（3）根据欧姆定律得：U2=I2R2=6V电动机的总功率：P=IMUM=2×6W=12W  电动机输出的机械功率：P出=P-PM=2×6W-4W=8W15．(1)327℃；(2)180J【详解】(1)由题意可知，气体的体积增大为2倍，气体发生等压变化，由盖吕萨克定律得解得T=2T0=600K缸内气体温度为t2=600−273=327℃(2)对气缸，由平衡条件得Mg+P0S=PS解得P=3.0×105Pa活塞相对气缸缓慢移动到缸口AB处中，气体对气缸做功则有代入数据可得W=−300J电阻丝在10s内产生的热量由热力学第一定律得ΔU=Q+W=480J−300J=180J即气体的内能增大180J16．(1) ；(2)【详解】(1)导体棒受到的安培力(2) 1min内在导体棒上产生的热量