2023版新教材高中物理第二章电路及其应用专项10闭合电路中的能量转化课时作业教科版必修第三册

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 10　闭合电路中的能量转化提能力　1．有四个电动势均为E＝6 V的电源，内阻分别为r1＝1 Ω，r2＝2 Ω，r3＝3 Ω，r4＝4 Ω.使用四个电源分别向R＝2 Ω的电阻供电，若要使电阻R获得的功率最大，从内阻看应选择的电源是(　　)A．r1        B．r2C．r3        D．r42．近年来，机器人逐渐走入我们的生活．如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它与电动势为E、内阻为r的直流电源相连，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是(　　)A．电动机消耗的热功率为UIB．电源的输出功率为I2RC．电源的效率为1－D．电动机消耗的总功率为EI3．将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)A．电源最大输出功率可能大于45 WB．电源的内阻为5 ΩC．电源的电动势为45 VD.电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%4．如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝3 Ω，R0＝1 Ω，直流电动机内阻R′0＝1 Ω，当调节滑动变阻器R1为某值时可使甲电路输出功率最大，调节R2为某值时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0＝2 W)，则R1和R2接入的阻值分别为(　　)A．2 Ω，2 Ω    B．2 Ω，1.5 ΩC．1.5 Ω，1.5 Ω    D．1.5 Ω，2 Ω5．(多选)表中列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗．若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则(　　)自重40 kg额定电压48 V载重75 kg额定电流12 A最大行驶速度20 km/h额定输出功率350 WA.电动机的输入功率为576 WB．电动机的内电阻为4 ΩC．该车获得的牵引力为104 ND．该车受到的阻力为63 N  6.如图所示，R为变阻箱，电压表为理想电压表，电源电动势E＝6 V，当变阻箱阻值R＝4 Ω时，闭合开关后，电压表读数U＝4 V.(1)求电路中的电流I和电源内阻r.(2)求电源的输出功率P和效率η.(3)试推导说明当R为多大时，电源的输出功率最大．       7．某兴趣小组设计了一个可以指示电动机断路故障的电路，如图所示，电源的电动势E＝48 V，故障指示灯(视为定值电阻)的阻值为44 Ω，电动机的内阻R0＝0.5 Ω，开关S始终闭合，当电动机断路时，指示灯将处于高亮度状态，其电功率P1＝44 W；当电动机正常工作时，指示灯将处于低亮度状态，其电功率P2＝11 W.(1)求电源的内阻r；(2)当电动机正常工作时，求电动机两端电压U及电动机输出的机械功率P出．       8．国庆群众游行队伍中的国徽彩车，不仅气势磅礴而且还是一辆电动彩车，充一次电可以走100 km左右．假设这辆电动彩车总质量为6.75×103 kg，当它匀速通过天安门前500 m的检阅区域时用时250 s，驱动电机的输入电流I＝10 A，电压为300 V，电动彩车行驶时所受阻力为车重的0.02倍．g取10 m/s2，不计摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，求：(1)驱动电机的输入功率；(2)电动彩车通过天安门前时牵引电动彩车前进的机械功率；(3)驱动电机的内阻和机械效率．        专项10　闭合电路中的能量转化1．答案：A解析：根据闭合电路的欧姆定律得I＝，电阻R获得的功率P＝I2R＝()2×R，E、R为定值，内阻r越小，功率越大．当r1＝1 Ω时，电阻R获得的功率最大，A正确．2．答案：C解析：电动机消耗的热功率是P热＝I2R，A错误；电源的输出功率等于电动机的输入功率，即电动机消耗的总功率，有P出＝UI，B、D错误；电源的总功率为IE，内部发热的功率为I2r，所以电源的效率为η＝＝1－，C正确．3．答案：B解析：由图可知，电源的输出功率最大为45 W，故A错误；当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由图可知，电源的内阻为5 Ω，故B正确；由Pm＝可知，E＝30 V，故C错误；根据效率公式可得η＝×100%，功率最大时内外电阻相等，所以效率为50%，故D错误．4．答案：B解析：因为题中甲电路是纯电阻电路，当外电阻与电源内阻相等时，电源的输出功率最大，所以R1＝2 Ω；而乙电路是含电动机电路，欧姆定律不适用，电路的输出功率P＝IU＝I(E－Ir)，由数学知识可知，当I＝＝2 A时，输出功率P有最大值，此时电动机的输出功率为P0＝2 W，发热功率为P热＝I2R′0＝4 W，所以电动机的输入功率为P入＝P0＋P热＝6 W，电动机两端的电压为UM＝＝3 V，电阻R2两端的电压为UR2＝E－UM－Ir＝3 V，所以R2＝＝1.5 Ω，选项B正确．5．答案：AD解析：由于U＝48 V，I＝12 A，则P入＝IU＝576 W，故选项A正确；因P入＝P出＋I2r，则r＝＝ Ω＝ Ω，故选项B错误；由P出＝Fv＝fv得，F＝f＝63 N，故选项C错误，D正确．6．答案：(1)1 A　2 Ω　(2)4 W　66.67%　(3)见解析解析：(1)根据欧姆定律可知，电路中的电流I＝＝1 A，根据闭合电路欧姆定律可知，内阻r＝＝2 Ω.(2)电源的输出功率P＝IU＝4 W，效率η＝×100%＝66.67%.(3)对于外电路中只有纯电阻的电路，电源的输出功率P＝I2R＝R＝，根据数学知识可知，当R＝r＝2 Ω时，电源的输出功率最大，Pm＝＝4.5 W．7．答案：(1)4 Ω　(2)22 V　114 W解析：(1)设指示灯电阻为R1，当电动机断路时，电路中通过的电流为I＝，指示灯消耗的功率P1＝I2R1，解得r＝4 Ω.(2)当电动机正常工作时，设路端电压为U，有U＝＝22 V，设此时电源中通过的电流为I′，由闭合电路的欧姆定律有E＝I′r＋U，得I′＝6.5 A．流过指示灯的电流为I1，流过电动机的电流为I2，有I1＝＝0.5 A，又因为I1＋I2＝I′，故I2＝6 A，电动机的输出功率为P出＝UI2－IR0，解得P出＝114 W．8．答案：(1)3 000 W　(2)2 700 W　(3)3 Ω　90%解析：(1)驱动电机的输入功率P入＝UI＝300×10 W＝3 000 W.(2)电动彩车通过天安门前的速度v＝＝2 m/s，电动彩车行驶时所受阻力f＝0.02mg＝0.02×6.75×103×10 N＝1.35×103 N.电动彩车匀速行驶时F＝f，故电动彩车通过天安门前时牵引电动彩车前进的机械功率P机＝Fv＝2 700 W.(3)设驱动电机的内阻为R，由能量守恒定律得P入t＝P机t＋I2Rt，解得驱动电机的内阻R＝3 Ω，驱动电机的机械效率η＝×100%＝90%.