高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第3节 电功与电热课时训练

第3节　电功与电热

课后篇素养形成

合格考达标练

1.(2021江苏常州检测)关于电功和电热的计算,下列说法正确的是(　　)

A.如果是纯电阻电路,电功可用公式W=UIt计算,也可用公式W=I2Rt计算

B.如果是纯电阻电路,电热可用公式W=I2Rt计算,但不能用公式W=UIt计算

C.如果不是纯电阻电路,电功只能用公式W=I2Rt计算

D.如果不是纯电阻电路,电热可用公式W=I2Rt计算,也可用公式W=UIt计算

解析纯电阻电路,电功可用公式W=UIt计算,也可用公式W=I2Rt计算,故A正确,B错误;非纯电阻电路,电功用公式W=UIt计算,故C错误;非纯电阻电路,电热用公式W=I2Rt计算,故D错误。

答案A

2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是(　　)

A.电风扇最多 B.电烙铁最多

C.日光灯最多 D.一样多

解析在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项B正确。

答案B

3.(2021福建福安检测)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)

A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多

B.W=UIt=I2Rt=t,对任何电路都适用

C.U=IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用

D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路

解析由电功率公式P=知,电功率越大,表示电流做功越快,对于一段电路,有P=UI,I=,焦耳热Q=2Rt,可见Q与P、t都有关,所以,P越大,Q不一定越大,选项A错误;W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路,而UIt=I2Rt=t只适用于纯电阻电路,选项B错误;U=IR只能用于纯电阻电路中,非纯电阻电路不适用,选项C错误;Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,选项D正确。

答案D

4.室内有几种用电器,1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝,供电电压为220 V,下列情况下不可能同时使用的是(　　)

A.电饭煲和电冰箱

B.取暖器和空调器

C.电饭煲和空调器

D.电冰箱、电视机和空调器

解析电路中允许的最大功率为Pm=UI=2 860 W。用电器的功率之和大于Pm时,用电器就不可能同时使用,故选项C正确。

答案C

5.有一个电风扇,额定电压为U,额定功率为P,电动机线圈的电阻为R,把它接入电压为U的电路中,关于时间t内产生热量,下列计算的方法中正确的是(　　)

A.Q=t

B.Q=Rt

C.Q=Pt

D.Q=Pt-Rt

解析电风扇正常工作时产生的热量是由于内阻发热产生的,所以t时间内产生的热量为Q=I2Rt;由于是非纯电阻电路,故I<,故Q≠t,故A错误;由于I=,Q=I2Rt,故Q=Rt,B正确、D错误;电风扇的功率为P,而电风扇消耗的电能大部分转化为机械能,所以产生的热量:Q<W=Pt,C错误。

答案B

6.(2021广西钦州检测)把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上,若要产生相等的热量,则两种方法所需的时间之比t串∶t并为(　　)

A.1∶1 B.2∶1

C.4∶1 D.1∶4

解析设电热丝的电阻为R0,则R串=2R0,R并=,由Q=W=t得t串:t并=4∶1。

答案C

7.一台小型电动机在380 V电压下正常工作时,能将30 kg的货物在30 s内匀速提升30 m,通过它的电流是1 A。除电动机线圈生热外,其他能量损失不计,求在此过程中:(g取10 m/s2)

(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。

解析(1)货物匀速上升,故牵引力等于重力,

故有F=mg=30×10 N=300 N,

上升的速度为v=1 m/s,

故牵引力的功率为P=Fv=300×1 W=300 W。

(2)电动机的输出功率为300 W。

(3)由能量守恒定律可知

Q=IUt-mgh=(1×380×30-300×30)J=2 400 J。

答案(1)300 W　(2)300 W　(3)2 400 J

等级考提升练

8.一台直流电动机,其线圈的电阻值为0.5 Ω。当电动机两端所加电压为6 V时,电动机正常工作,通过线圈的电流是2 A。由此可知(　　)

A.电动机消耗的电功率为72 W

B.电动机输出的机械功率为12 W

C.电动机线圈的发热功率为2 W

D.电动机的工作效率为50%

解析电动机消耗的电功率为P=IU=12 W,A错误;电动机线圈的发热功率为P热=I2R=22×0.5=2 W,C正确;电动机输出的机械功率为P出=P-P热=10 W,B错误;电动机的工作效率为η=×100%=83.3%,D错误。

答案C

9.如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“6 V,12 W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.50 Ω。若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是(　　)

A.通过电动机的电流为12 A

B.电动机的输入功率为24 W

C.电动机的输出功率为12 W

D.电动机的热功率为2.0 W

解析灯泡与电动机串联,通过的电流相等,则电流I==2 A,A错误;电动机两端的电压为UM=U-UL=6 V,所以电动机的输入功率为P=UMI=12 W,B错误;电动机的发热功率为P热=I2RM=2 W,电动机的输出功率为P出=P-P热=10 W,C错误,D正确。

答案D

10.

(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机线圈的电阻R2=10 Ω。当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　　)

A.I=1.5 A B.I<1.5 A

C.P=15 W D.P<15 W

解析电路两端的电压为U=I1R1=0.5 A×20 Ω=10 V。电动机是非纯电阻用电器,UI2>R2,所以I2<=1 A。电流表的示数I=I1+I2<1.5 A,A错误,B正确。电路总功率为P=U(I1+I2)<15 W,C错误,D正确。

答案BD

11.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是(　　)

A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω

B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W

C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J

D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

解析由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1==44 Ω,P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J,洗衣机为非纯电阻元件,所以R2≠,P2=UI2=110 W,其在1 min 内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。

答案C

12.如图所示的电路中,电炉电阻R=20 Ω,电动机线圈的电阻r=1 Ω,电路两端电压U=10 V,电流表的示数为2.5 A,则:

(1)通过电动机的电流为多少?

(2)通电1 min,电动机做的有用功为多少?

解析(1)电炉电阻R=20 Ω,电压U=10 V,

故电流IR==0.5 A

通过电动机的电流IM=I-IR=2.5 A-0.5 A=2 A。

(2)电动机的总功率P=UIM=10×2 W=20 W

电动机的发热功率P热=r=22×1 W=4 W

故电动机的机械功率是P出=P-P热=20 W-4 W=16 W

做的有用功W=P出t=16×60 J=960 J。

答案(1)2 A　(2)960 J

13.

电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,某种电热式用电器的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:

(1)当开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?

(2)用电器由照明电路供电,U=220 V,设加热时用电器的功率为400 W,保温时用电器的功率为40 W,则R1和R2分别为多大?

解析(1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,用电器消耗的电功率P1=;当S断开时,用电器消耗的电功率P2=,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。

(2)S闭合时,由P1=得R1= Ω=121 Ω;

S断开时,由P2=得R2=-R1= Ω=1 089 Ω。

答案(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态

(2)121 Ω　1 089 Ω