高中鲁科版 (2019)第3章 恒定电流第3节 电功与电热随堂练习题

第3章　恒定电流

第3节　电功与电热

基础过关练

题组一　电功和电功率

1.(多选)关于三个公式P=UI、P=I2R、P=的适用范围,以下说法正确的是 (　　)

A.第一个公式普遍适用于求电功率,后两式普遍适用于求电热功率

B.在纯电阻电路中,三个公式既可适用于求电功率,又可适用于求电热功率

C.在非纯电阻电路中,第一个公式可用于求电功率,第二个公式可用于求电热功率

D.由U=IR可知,三个公式没有任何区别,它们表达相同的意义,既是电功率,也是电热功率

2.(2021山东师范大学附中月考)国家航天局消息,“嫦娥四号”着陆器于 2019 年 7 月 26 日 19 时 12分成功完成唤醒设置,进入第8月昼工作期。“嫦娥四号”的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的。由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应,在正常照射下,太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势,可获得0.1 A的电流,则每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量大约是              (　　)

A.0.48 J B.0.12 J C.0.26 J D.0.52 J

3.

(2021河北沧州一中月考)如图所示为一种服务型机器人,其额定功率为48 W,额定工作电压为24 V,机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人              (　　)

A.额定工作电流为20 A

B.充满电后最长工作时间为2 h

C.电池充满电后总电荷量为7.2×104 C

D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J

题组二　电功和电热

4.(2021浙江嘉兴第五高级中学月考)如图1所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r,则时间t内              (　　)

A.充电宝输出的电功率为UI+I2r

B.充电宝产生的热功率为I2r

C.手机电池产生的焦耳热为t

D.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt

5.(2021山东济南莱芜第十七中学月考)根据某学校学生宿舍管理条例,严禁学生在宿舍使用功率超过100 W的电吹风,否则将对学生做出没收电吹风和记过处分的双重惩罚。如图所示是一次检查中没收的某大功率电吹风的电路图,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190 W,吹热风时的功率为1 400 W。关于该电吹风,下列说法正确的是              (　　)

A.电热丝的电阻为55 Ω

B.电动机线圈的电阻无法计算

C.当电吹风吹热风时,电热丝每秒钟消耗的电能为1 400 J

D.当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为1 400 J

6.(2021湖南望城第二中学月考)如图所示,A为电解槽,N为电炉,恒定电压U=12 V,电解槽内阻r=2 Ω,当S1闭合、S2断开时,电流表的示数为6 A;当S2闭合、S1断开时,电流表的示数为4 A(电流表内阻不计),求:

(1)电炉的电阻及发热功率各多大?

(2)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少?

7.如图所示为电动机提升重物的装置,电动机线圈电阻为r=1 Ω,电动机两端电压为5 V,电路中的电流为1 A,物体A重20 N,不计摩擦力,问:

(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少?

(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少?

(3)10 s内,可以把重物A匀速提升多高?

(4)这台电动机的机械效率是多少?

答案全解全析

第3节　电功与电热

基础过关练

1.BC　首先要明确,欧姆定律只适用于纯电阻电路,因此三个公式在纯电阻电路中是等效的,但在非纯电阻电路中它们互不相同。其次,P=UI表示电功率,而P=I2R表示电热功率。因此,在纯电阻电路中,UIt=I2Rt,消耗的电能全部转化为内能;而在非纯电阻电路中,UIt>I2Rt,即消耗的电能只有部分转化为内能。故选项B、C正确。

2.C　太阳能电池每秒产生的电能为W=UIt=0.6×0.1×1 J=0.06 J,则每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量大约是W'==≈0.26 J,故选C。

3.C　由P=UI可知,额定工作电流为I== A=2 A,故A错误;充满电后最长工作时间为t===10 h,故B错误;电池充满电后总电荷量为Q=20 A·h=20×3 600 C=7.2×104 C,故C正确;以额定电流工作时每秒消耗能量为W=Pt=48×1 J=48 J,故D错误。

4.D　充电宝的输出电压为U,输出电流为I,所以充电宝输出的电功率为P=UI,A错误;手机电池充电电流为I,内阻为r,所以手机电池产生的热功率为Pr=I2r,t时间内产生的焦耳热为Qr=I2rt≠t,而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率,根据题目信息无法求解,B、C错误;充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能,另一部分转化为电池的内能,可知手机电池储存的化学能为W=UIt-I2rt,D正确。

5.B　电动机和电热丝并联,当吹热风时,电热丝消耗的功率为P=P热-P冷=1 400 W-190 W=1 210 W,根据P=可得电热丝的电阻为R== Ω=40 Ω,选项A错误;电动机为非纯电阻用电器,所以不能计算其电阻,选项B正确;当电吹风吹热风时,电热丝每秒钟消耗的电能为Q=Pt=1 210×1 J=1 210 J,选项C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190 W,所以每秒钟消耗的电能为Q=P冷t=190×1 J=190 J,选项D错误。

6.答案　(1)2 Ω　72 W　(2)16 W

解析　(1)电炉为纯电阻用电器,由欧姆定律I=,得R== Ω=2 Ω,其发热功率为PR=UI1=12×6 W=72 W。

(2)电解槽为非纯电阻用电器,电能转化为内能和化学能,其中P热=r=42×2 W=32 W,P总=UI2=12×4 W=48 W,P化=P总-P热=16 W。

7.答案　(1)1 W　(2)5 W　4 W　(3)2 m　(4)80%

解析　(1)根据焦耳定律,热功率为:P热=I2r=12×1 W=1 W

(2)输入功率为:P入=IU=1×5 W=5 W

输出功率为:P出=P入-P热=5 W-1 W=4 W

(3)电动机的输出功率用来提升重物,在10 s内,有

P出t=Gh

h== m=2 m

(4)机械效率为:η=×100%=×100%=80%