物理1 电路中的能量转化同步测试题

第十二章　电能　能量守恒定律

1　电路中的能量转化

基础过关练

题组一　电功和电功率

1.(2022江苏淮安涟水一中月考)LED灯可将电能高效转化为光能,在日常生活中得到普遍应用。某LED灯的额定电压为5.0 V,额定功率为3.0 W,其照明亮度与25 W的白炽灯相当。该LED灯在额定电压下工作时的电流为(　　)

A.0.25 A　　　B.0.60 A　　　

C.1.7 A　　　D.3.0 A

2.一台1.5匹变频空调预设为16 ℃时平均功率为1 100 W,预设26 ℃时平均功率为600 W。学校寝室每晚有200台该型号的空调工作,设定温度都由原来的16 ℃改为26 ℃,则一个月内学校夜间节约的电能最接近下列哪个数据(　　)

A.20 kW·h　　　B.3×102 kW·h

C.2×104 kW·h　　　D.3×106 kW·h

3.(2021广西柳江中学期中)当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,在某段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。在相同时间内使0.6 C的电荷通过该电阻,则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.甲、乙两灯分别标有“6 V　3 W”和“6 V　6 W”字样,先将两灯串联后接在电压为U的电路中,甲灯的功率为P1;再将两灯并联后接在同一电压下,乙灯的功率为P2。两次灯泡均安全,忽略温度对灯丝电阻的影响,则P1∶P2为(　　)

A.9∶2　　　B.2∶9

C.4∶9　　　D.1∶9

5.(2020江西南昌中学模拟)如图所示,电路两端的电压U保持不变,电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则电阻之比R1∶R2∶R3是(　　)

A.1∶1∶1　　　B.4∶1∶1

C.1∶4∶4　　　D.1∶2∶2

6.A、B两灯的额定电压都是110 V,A灯的额定功率PA=100 W,B灯的额定功率PB=40 W,若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路上,且使两灯均能正常发光,同学们设计了如图所示的甲、乙两种电路,则甲、乙两电路消耗的电功率之比为(　　)

A.2∶7　　　B.2∶5

C.5∶7　　　D.3∶7

题组二　焦耳定律

7.有一台电风扇额定电压为U,额定功率为P,额定电流为I,线圈电阻为R,将电风扇接入电压为U的电路中,则t时间内电风扇产生的热量为(　　)

A.Q=Pt　　　B.Q=I2Rt

C.Q=UIt　　　D.Q=t

8.如图所示为家用电阻丝电炉,现将甲、乙两电阻丝电炉分别接入电路中,正常工作时,它们的电阻分别为R甲、R乙,R甲=R乙,通过它们的电流分别为I甲、I乙,I甲=I乙,则在相等的时间内,甲、乙两电阻丝电炉产生的热量之比为(　　)

A.25∶16　　　B.16∶25

C.5∶4　　　D.4∶5

9.(2020福建漳州八校联考)通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q。若电阻为2R,电流为,则在t时间内产生的热量为(　　)

A.4Q　　　B.2Q　　　

C.　　　D.

题组三　电路中的能量转化

10.(2020湖北武汉武昌四校联考)(多选)电动机线圈的电阻为R,电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,若工作的时间为t,则下列说法中正确的是(　　)

A.电动机消耗的电能为UIt

B.电动机消耗的电能为I2Rt

C.电动机线圈产生的热量为I2Rt

D.电动机线圈产生的热量为t

11.(2022北京海淀期中)(多选)现有一台排风扇,如图所示,排风扇电动机的线圈电阻为 0.2 Ω,当它两端电压为110 V时,通过的电流为5 A。则这台排风扇(　　)

A.每分钟消耗的电能是33 000 J

B.每分钟产生的热量为300 J

C.输出功率是545 W

D.工作效率是82.5%

12.(2022江苏苏州木渎高级中学月考)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,不考虑充电过程中手机待机时的耗电,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

能力提升练

题组一　非纯电阻电路功率的计算

1.(2020甘肃兰州一中期中)如图所示,有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端,灯泡正常发光,则(　　)

A.电解槽消耗的电功率为120 W

B.电解槽的发热功率为60 W

C.电解槽消耗的电功率为60 W

D.电路消耗的总功率为60 W

2.(2022湖北武汉钢城四中期中)如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,电流表为理想电流表,恒定电压U=24 V,电解槽内阻rA=2 Ω,S1闭合,S2、S3断开时,电流表示数为6 A;S2闭合,S1、S3断开时,电流表示数为5 A,且电动机输出功率为95 W;S1、S2、S3都闭合时,电流表示数为16 A。求:

(1)电炉子的电阻及发热功率;

(2)电动机的内阻;

(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率。

题组二　含电动机电路的分析

3.(2022黑龙江大庆铁人中学月考)(多选)在如图所示的电路中,定值电阻R的阻值为10 Ω,电动机的线圈阻值为2 Ω,a、b端加有44 V的恒定电压,电压表(不计其电阻对电路的影响)的示数为24 V,由此可知(　　)

A.通过电动机的电流为12 A

B.通过电动机的电流为2 A

C.电动机消耗的总功率为48 W

D.电动机输出的功率为8 W

4.(2022山东师范大学附中月考)如图是利用电动机提升重物的示意图,其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物,它被细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S,重物P以速度v匀速上升,这时电流表和电压表的示数分别是5.0 A和100 V。已知v=0.7 m/s,m=50 kg,不计空气阻力,不计电动机内各部件间的摩擦,g取10 m/s2。求:

(1)绳对重物做功的机械功率P机;

(2)电动机的机械效率;

(3)电动机线圈的电阻R。

答案全解全析

第十二章　电能　能量守恒定律

1　电路中的能量转化

基础过关练

1.B　已知LED灯的额定电压为5.0 V,额定功率为3.0 W,则LED灯在额定电压下工作时的电流I== A=0.60 A,选项B正确。

2.C　由题意知,200台该型号的空调在t0=1 h的时间内节约的电能为E0=0.5×200 kW·h=100 kW·h,一个月内学校夜间使用空调时间约为t=7×30 h=210 h,所以一个月内学校夜间节约的电能E=E0×=100×210 kW·h=2.1×104 kW·h。与C项的数据接近,故选C。

3.D　设两次加在电阻R两端的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t。由W1=U1q1和W1=t,可得U1=3 V,=0.1 s/Ω。再由W2=U2q2和W2=t,可求出U2=6 V,W2=3.6 J,选项D正确。

4.B　由题可知,甲、乙两灯的额定电压相同,额定功率之比为1∶2,由P=可得两灯的电阻之比为2∶1,串联电路中电流处处相等,所以两灯两端电压之比是2∶1,由串联电路电压特点知U甲=U,由并联电路电压特点知U乙=U,由P=可得P1∶P2=2∶9,故B正确。

5.C　三个电阻消耗的功率一样大,则有=,得R2=R3,所以通过R1的电流是通过R2电流的2倍,则有(2I)2R1=I2R2,得R1=。故R1∶R2∶R3=1∶4∶4,C正确。

6.C　A灯泡的额定电流为IA== A,B灯泡的额定电流为IB== A,甲图电路的功率为P甲=IAU=200 W,乙图电路的功率为P乙=(I甲+I乙)U=280 W,甲、乙两电路消耗的电功率之比P甲∶P乙=5∶7,故C正确。

7.B　电风扇正常工作时产生的热量是由电阻发热产生的,所以t时间内产生的热量为Q=I2Rt,B正确。由于是非纯电阻电路,欧姆定律不适用,故A、C、D错误。

8.C　根据Q=I2Rt可得==×=,选项C正确。

9.C　根据Q=I2Rt,若电阻变为原来的2倍,电流变为原来的,时间不变,则产生的热量变为原来的,C正确。

10.AC　电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,所以电动机消耗的电能为UIt,A正确。电动机为非纯电阻用电器,其线圈产生的热量为I2Rt,由于U>IR,则UIt>I2Rt,且I2Rt<t,C正确,B、D错误。

11.ABC　排风扇的电功率P=UI=110×5 W=550 W,每分钟消耗的电能E=Pt=550×60 J=33 000 J,选项A正确;每分钟产生的热量为Q=I2rt=52×0.2×60 J=300 J,选项B正确;排风扇的输出功率P出=UI-I2r=545 W,选项C正确;排风扇的工作效率是η=×100%=99%,选项D错误。

12.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UI,选项A错误;充电宝内的电流也是I,但其内阻未知,所以无法判断充电宝产生的热功率,选项B错误;充电宝给手机电池充电时,充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能,一部分转化为手机电池产生的焦耳热,手机电池产生的焦耳热应为I2rt,不是t,根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为UIt-I2rt,选项D正确。

能力提升练

1.C　灯泡正常发光,说明电解槽和灯泡两端电压均为110 V,且电流I=I灯==,则电解槽消耗的功率P=P灯=60 W,C正确,A错误;电解槽的发热功率P热=I2R=1.3 W,B错误;整个电路消耗的功率P总=220 V×=120 W,D错误。

易错警示　求电功、电热需要注意:

(1)所求的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,即W=Q或IUt=I2Rt,在计算电热和电功时,可采用公式W=Q=UIt=Pt=I2Rt=t中任一形式进行计算。

(3)若电路是非纯电阻电路,如电路中含有电动机、电解槽、日光灯等,或给蓄电池充电的电路,电流做功除转化为内能外,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,电热只能用公式Q=I2Rt计算。

2.答案　(1)4 Ω　144 W　(2)1 Ω　(3)70 W

解析　(1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律得

RN== Ω=4 Ω

其发热功率为PN=UIN=24×6 W=144 W

(2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得

UIM=rM+P输出

代入数据解得rM=1 Ω

(3)当S1、S2、S3都闭合时,三个用电器的电压都为24 V,故流过N的电流为6 A,流过电动机M的电流为5 A,设流过电解槽A的电流为IA,则

IA=16 A-6 A-5 A=5 A

故在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为

P化=UIA-rA=70 W

3.BC　电动机和定值电阻串联,可得IR=U-UM,代入数据可得I=2 A,选项A错误,B正确;电动机消耗的总功率为P总=UMI=48 W,C正确;电动机输出功率为P输出=P总-I2r=40 W,D错误。

4.答案　(1)350 W　(2)70%　(3)6 Ω

解析　(1)由于重物P以速度v匀速上升,则绳对重物的拉力等于重物所受重力,绳对重物做功的机械功率P机=mgv=50×10×0.7 W=350 W

(2)电动机的总功率为

P电=UI=100×5.0 W=500 W

故电动机的机械效率为η=×100%=70%

(3)根据能量守恒定律得P电=P机+P热

P热=I2R

联立解得R=6 Ω