高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第一节 磁现象与磁场复习练习题

第五章　电能与能源的可持续发展

第一节　电路中的能量

基础过关练

题组一　电功和电功率

1.一电动机正常工作时的发热功率是0.1 kW,转化为机械能的功率是6 kW,该电动机正常工作时              (深度解析)

A.每秒钟消耗的电能为0.1 kJ

B.每秒钟消耗的电能为6 kJ

C.每秒钟做的机械功为0.1 kJ

D.每秒钟做的机械功为6 kJ

2.如表所示为某电饭锅铭牌上的一部分内容,根据表中信息,可计算出电饭锅正常工作时的电流约为              (　　)

A.3.2 A　　　　B.4.6 A

C.5.5 A　　　　D.6.2 A

3.(2021甘肃会宁高二上期中)当电阻两端加上某一稳定电压时,一定时间内通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是              (　　)

A.3 V,1.8 J　　　　B.3 V,3.6 J

C.6 V,1.8 J　　　　D.6 V,3.6 J

4.把四个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节电阻箱使小灯泡正常发光,甲、乙两电路消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是              (　　)

A.P甲=P乙　　　　B.2P甲=P乙

C.P甲=2P乙　　　　D.P甲<2P乙

5.(2020河南豫北名校高二上联考)白炽灯的灯丝由钨丝制成,当灯丝烧断后脱落一段,剩余灯丝刚好能搭接上使用。若灯泡功率原来为45 W,搭接起来的灯丝长度大约为原来的,则现在灯泡的功率为              (　　)

A.30 W　　　　B.45 W

C.60 W　　　　D.80 W

题组二　焦耳定律

6.(2021江苏响水中学高二上期中)一个电热器电阻为R,当通过它的电流为I、通电时间为t时,产生的热量为Q。若要使它产生的热量为4Q,下列方法正确的是              (　　)

A.电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变

B.电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变

C.电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍

D.电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变

7.两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量均为Q,第一次用时t串,第二次用时t并,则t串∶t并为              (　　)

A.1∶1　　　　B.2∶1

C.4∶1　　　　D.1∶4

8.(2019山东德州模拟)一台电动机的额定电压是220 V,额定电流为5 A,电动机线圈的电阻是0.4 Ω。当该电动机正常工作时,每秒产生的热量是              (　　)

A.1 100 J　　　　B.110 J

C.1 210 J　　　　D.10 J

题组三　闭合电路中的能量

9.(2021山东临沂高二上月考)(多选)下列用电器在正常使用时,电流做功W不等于产生的热量Q的是              (　　)

A.电风扇和电吹风　　　　B.白炽灯和电炉

C.洗衣机和电冰箱　　　　D.电动机和电解槽

10.(2021江苏盐城五校高二上期中联考)如图所示,电源电动势E=12 V,内阻r=1 Ω,限流电阻R'=3 Ω,M为直流电动机,其线圈电阻R=2 Ω。当电动机正常工作时,理想电流表示数为1 A,此时电动机的输出功率是              (　　)

A.6 W　　　　B.8 W

C.2 W　　　　D.7 W

能力提升练

题组一　纯电阻电路和非纯电阻电路

1.()(多选)一个纯电阻接到某电路后,消耗的功率为110 W,通过3 C的电荷量时,有330 J的电能转化为内能,则下列结论中正确的是              (　　)

A.电阻上所加的电压为110 V

B.通过电阻的电流为2 A

C.电阻通过3 C电荷量的通电时间为3 s

D.这个电阻的阻值为55 Ω

2.(2021江苏阜宁中学高二上期中,)电饭锅工作时有两个状态:一个是锅内的水烧干以前的加热状态,另一个是水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅电路的简化图,R1是一辅助电阻,R2是加热用的电热丝,已知R1=2R2。则              (　　)

A.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍

B.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍

C.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍

D.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍

3.(2021山东邹城高二上期中,)如图所示,用输出电压为1.4 V、输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍—氢电池充电。下列说法不正确的是              (易错)

A.电能转化为化学能的功率为0.12 W

B.充电器输出的电功率为0.14 W

C.充电时,电池消耗的热功率为0.02 W

D.充电时,在1 s的时间内有0.14 J的电能转化为化学能

题组二　含电动机电路的分析方法

4.(2021山东聊城高二上期中,)在研究微型电动机的性能时,调节滑动变阻器R使电动机停止转动,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和2.0 V。重新调节R使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V。则这台电动机正常运转时输出功率为              (　　)

A.47 W　　　　B.44 W　　　　C.32 W　　　　D.18 W

5.(2021重庆高二上期中,)如图所示,电源电动势E=6 V,小灯泡L标有“3 V,0.9 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则              (　　)

A.电源的内阻为10 Ω

B.电动机的内阻为4 Ω

C.电动机正常工作的电压为1.8 V

D.电源的效率为70%

6.(2021湖南长郡中学高二上期中,)利用电动机通过如图所示的电路提升重物,已知电源电动势E=6 V,电源内阻r=1 Ω,电阻R=3 Ω,重物质量m=0.20 kg。当将重物固定时,电压表的示数为5 V。当重物不固定,且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时,电压表的示数为5.5 V。不计摩擦,g取10 m/s2。下列说法正确的是              (　　)

A.电动机内部线圈的电阻为1 Ω

B.稳定匀速提升重物时,流过电动机的电流为1 A

C.重物匀速上升时的速度为0.75 m/s

D.匀速提升重物时电动机输出的机械功率是2 W

7.(2021甘肃张掖高二上期中,)有一个直流电动机,给它接0.2 V电压,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.5 A;若给电动机接2 V的电压,电动机正常工作,工作电流是1.0 A。则:

(1)电动机正常工作时的输出功率为多大?

(2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?易错

答案全解全析

基础过关练

1.D　电动机每秒钟消耗的电能为W=Pt=(0.1+6)×1 kJ=6.1 kJ,选项A、B错误;每秒钟做的机械功为W'=P't=6×1 kJ=6 kJ,选项C错误,D正确。

知识拓展

　　对电功的理解

(1)从力的角度,电流做功的实质是电场力对电荷做功。

(2)从能量的角度,电流做功是电能转化为其他形式能的过程,用电功的大小量度电能的转化。

2.A　根据P=IU可知,电饭锅正常工作时的电流约为I== A≈3.2 A,选项A正确。

3.D　由q=It可知,相同时间内通过电阻的电荷量为原来的2倍,则电流为原来的2倍,由U=IR可知电阻两端的电压为原来的2倍;由W=qU可知原来电阻两端的电压为3 V,故现在电阻两端所加电压为6 V。由于电压变为原来的2倍,电荷量也变为原来的2倍,由W=qU可知,消耗的电能为原来的4倍,即消耗3.6 J的电能,选项D正确。

4.C　设电路两端电压为U,灯泡的额定电流为I0,甲、乙两电路消耗的功率分别为P甲=U·2I0,P乙=UI0,则P甲=2P乙,选项C正确,A、B、D错误。

5.C　由电阻定律知,灯丝长度减为原来的,电阻变为原来的,照明电路中电压为220 V不变,则由电功率的公式P=知功率变为原来的倍,现在灯泡的功率为P'=P=60 W,选项C正确。

6.A　电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=(2I)2Rt=4I2Rt=4Q,选项A正确;电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=(2I)2t=2I2Rt=2Q,选项B错误;电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍,则产生的热量为Q'=I2R·2t=2I2Rt=2Q,选项C错误;电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=I2·2R·t=2I2Rt=2Q,选项D错误。

7.C　设一根电阻丝的电阻为R,则R串=2R,R并=,由Q=t得t串∶t并=R串∶R并=4∶1,选项A、B、D错误,C正确。

8.D　额定电流是5 A,线圈电阻是0.4 Ω,则电动机每秒产生的热量Q=I2Rt=52×0.4×1 J=10 J,故选D。

9.ACD　电风扇、电吹风、电动机、电解槽、洗衣机、电冰箱工作时将电能转化为内能和其他形式的能,白炽灯和电炉工作时将电能转化为内能,选项A、C、D正确。

10.A　电动机两端电压为U=E-I(R'+r)=8 V,电动机的输出功率为P=UI-I2R=6 W,选项A正确,B、C、D错误。

能力提升练

1.AC　电阻上所加的电压为U== V=110 V,选项A正确;通过电阻的电流为I== A=1 A,选项B错误;电阻通过3 C电荷量的通电时间为t== s=3 s,选项C正确;这个电阻的阻值为R== Ω=110 Ω,选项D错误。

2.A　在纯电阻电路中,由电功率公式P=可以知道,S闭合时,R1被短路,只有电热丝R2接入电路,电饭锅功率最大,处于加热状态,加热的功率为P1=;S断开时,R1、R2串联,电路电阻最大,电热丝R2上的电压减小,电功率变小,电饭锅处于保温状态,保温功率P2==。选项B、C、D错误,A正确。

3.D　电池充电过程中电能转化为化学能和热能,根据能量守恒定律,有UI=I2R+P化学能,则电能转化为化学能的功率P化学能=UI-I2R=(1.4×0.1-0.12×2) W=0.12 W,选项A正确;充电器输出的电功率为P总=UI=1.4×0.1 W=0.14 W,选项B正确;充电时,电池消耗的热功率为P热=I2R=0.12×2 W=0.02 W,选项C正确;电能转化为化学能的功率为0.12 W,故充电时,在1 s的时间内有0.12 J的电能转化为化学能,选项D错误。

易错警示

　　求电功、电热需要注意的几点:

(1)解答此类问题首先要关注电路中是否含有非纯电阻用电器。

(2)若电路是纯电阻电路,如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路,电流做功全部转化为内能,电功等于电热,有W=Q,即IUt=I2Rt,在计算电热和电功时,可采用公式W=Q=UIt=Pt=t=I2Rt中任一形式进行计算。

(3)若电路是非纯电阻电路,如含有电动机、电解槽、日光灯等的电路,电流做功将除转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q,即IUt>I2Rt,此种情况下,电功只能用公式W=IUt进行计算,电热Q只能用公式Q=I2Rt计算。

4.C　电动机内阻为r== Ω=4 Ω,电动机正常运转时U2I2=I2r+P出,解得P出=32 W,选项C正确,A、B、D错误。

5.D　小灯泡的额定电流为I== A=0.3 A,电阻为RL== Ω=10 Ω。当开关S接1时,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=6 Ω,选项A错误;当开关S接2时灯泡正常发光,流过灯泡的电流为I=0.3 A,电源内阻分得的电压为U=Ir=0.3×6 V=1.8 V,故电动机分得的电压为U动=E-UL-U=(6-3-1.8) V=1.2 V,电动机的内阻R<= Ω=4 Ω,选项B、C错误;电源的效率η===70%,选项D正确。

6.C　当将重物固定时,电动机没有机械能输出,整个电路是纯电阻电路,根据闭合电路欧姆定律可知电源内电压为U内=E-U1=6 V-5 V=1 V,则电路中的电流为I== A=1 A,设电动机线圈电阻为rM,又I=,代入数据解得rM=2 Ω,选项A错误;当电动机匀速提升重物时,电源的内电压为U'内=E-U'=6 V-5.5 V=0.5 V,则电路中的电流为I'== A=0.5 A,所以稳定匀速提升重物时,通过电动机的电流为0.5 A,选项B错误;重物匀速上升时,电动机两端的电压为UM=U'-I'R=5.5 V-0.5×3 V=4 V,电动机的机械功率为P机=UMI'-I'2rM=4×0.5 W-0.52×2 W=1.5 W,当重物匀速上升时,电动机的牵引力等于重物的重力,即F=mg=2 N,由P机=Fv得重物匀速上升的速度为v== m/s=0.75 m/s,选项C正确,D错误。

7.答案　(1)1.6 W　(2)10 W

解析　(1)当电动机不转时,电动机的内阻为r== Ω=0.4 Ω

电动机正常工作时输出功率为P出=U2I2-r=1.6 W

(2)卡住后热功率P热== W=10 W。

易错警示

　　并不是含电动机的电路一定是非纯电阻电路,如果电动机没有转动,它消耗的电能全部转化为内能,此时的电路属于纯电阻电路。