高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第五章 电能与能源的可持续发展第一节 电路中的能量课堂检测

第五章　第一节

A组·基础达标

1．一台电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I．已知电动机线圈的电阻为R，则电动机(　　)

A．消耗的功率为I2R B．消耗的功率为

C．发热的功率为I2R D．输出的功率为UI

【答案】C

【解析】电动机消耗的电能为P总＝UI，由于电动机是非纯电阻元件，故不能用P＝I2R和P＝求解消耗的总功率，故A、B错误；电动机线圈产生的热功率P热＝I2R，故C正确；输出功率P出＝UI－I2R，故D错误．

2．如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 V，乙电路两端的电压为16 V．调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2，两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙，则下列关系中正确的是(　　)

A．P甲＜P乙　  B．P甲＞P乙

C．P1＞P2　  D．P1＝P2

【答案】D

【解析】由灯都正常发光可知，R1中电流是R2中电流的二倍，R1两端电压是R2两端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，D正确，A、B、C错误．

3．

如图所示，A、B两点间电压为18 V，R1＝0.2 Ω，电动机M线圈的电阻也是0.2 Ω，电路中的电流是25 A，则此电路中电能转化为机械能的效率是(　　)

A．72%　　  B．28%

C．55.6%　　  D．44.4%

【答案】D

【解析】电路中总的电功率P＝UI＝450 W，电路中的热功率P热＝I2(R1＋r)＝250 W，则电路中电能转化为机械能的效率为η＝×100%≈44.4%，D正确．

4．如图，电阻R和电动机M并联接到电路中，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作．经过一段时间，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有(　　)

A．W1＝W2，Q1＝Q2 B．W1＞W2，Q1＞Q2

C．W1＜W2，Q1＝Q2 D．W1＞W2，Q1＜Q2

【答案】B

【解析】设开关接通后，电路两端电压为U．对于电阻R，由欧姆定律得U＝I1R，对于电动机，U＞I2R，则有I2＜I1．电功W1＝UI1t，W2＝UI2t，则有W1＞W2，根据焦耳定律得Q1＝IRt，Q2＝IRt，则有Q1＞Q2．故B正确，A、C、D错误．

5．两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UA＞UB，则下列说法正确的是(　　)

A．两灯正常发光时，灯泡的电流强度IA＞IB

B．两灯电阻RA＜RB

C．将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PA＜PB

D．将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PA′＜PB′

【答案】D

【解析】由P＝可知RA＞RB，由P＝UI可知额定电流IA＜IB．两灯串联后，由串联电路的功率分配关系可知P∝R，所以PA＞PB；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P∝，所以PA′＜PB′．

6．如图所示，电路中各灯泡额定电压和额定功率分别是：A灯“10 V　10 W”，B灯“60 V　60 W”，C灯“20 V　20 W”，D灯“20 V　20 W”．在a、b两端加上电压后，四个灯泡都能发光．比较各灯泡消耗功率大小，以下说法正确的是(　　)

A．PB＞PD＞PA＞PC B．PB＞PA＞PD＝PC

C．PB＞PD＞PC＞PA D．PA＞PC＞PD＞PB

【答案】B

【解析】由R＝可知，灯的电阻RA＝10 Ω，RB＝60 Ω，RC＝RD＝20 Ω，C、D并联部分的电阻为R并＝10 Ω，电路中RB＞RA＝R并，由串联电路的功率关系知PB＞PA＝P并，而PC＝PD＝，故PB＞PA＞PD＝PC，B正确．

7．功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．假设每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，按全国有4亿户家庭，每户家庭每天亮灯6小时计算，估算出全国一年节省的电能最接近(　　)

A．8×108 kW·h　  B．8×1010 kW·h

C．8×1011 kW·h　  D．8×1013 kW·h

【答案】B

【解析】因每只白炽灯和发光二极管的功率分别为60 W和10 W，则每户家庭每天节省的电能为(60－10)×10－3×2×6 kW·h＝0.6 kW·h，所以全国一年节省的电能为0.6×4×108×365 kW·h＝8.76×1010 kW·h，B正确，A、C、D错误．

8．下面是某电热水壶的参数，由此可知该电热水壶正常加热1 min产生的热量为(　　)

A．1.80×103 J　　  B．1.10×104 J

C．1.32×104 J　  D．1.08×105 J

【答案】D

【解析】由铭牌可知，电热水壶的功率为1 800 W，所以正常加热1分钟产生的热量为Q＝Pt＝1 800×60 J＝1.08×105 J．

B组·能力提升

9．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24 V　200 W)和10个相同的指示灯X1～X10(24 V　2 W)，如图连接在220 V交流电源上，若工作一段时间后，L2灯丝烧断，则(　　)

A．X1功率减小，L1功率增大

B．X1功率增大，L1功率增大

C．X2功率增大，其他指示灯的功率减小

D．X2功率减小，其他指示灯的功率增大

【答案】C

【解析】由图可知L1与X1并联、L2与X2并联…，然后它们再串联接在220 V交流电源上，L2灯丝烧断，电路中总电阻变大，电路中电流变小，又L1与X1并联的电流分配关系不变，则L1与X1的电流都减小，电压也减小，由P＝I2R可知，除L2与X2外，各灯的功率都减小．由于电路电流减小，各并联部分的电压都减小，交流电源总电压220 V不变，则X2上的电压增大，根据P＝可知X2的功率变大，故A、B、D错误，C正确．

10．(多选)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1.3 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

【答案】BC

【解析】灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流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正确；整个电路消耗的功率P总＝220 V×＝120 W，D错误．

11．一台线圈电阻为2 Ω的电动机接在110 V的电路中工作时，通过电动机的电流为10 A，求这台电动机消耗的电功率、发热功率、转化成的机械功率和电动机的效率．

【答案】1 100 W　200 W　900 W　82%

【解析】电动机消耗的电功率即电路输入给电动机的功率

P′＝IU＝10×110 W＝1 100 W，

发热功率P热＝I2R＝102×2 W＝200 W，

转化成的机械功率

P＝P′－P热＝1 100 W－200 W＝900 W，

机械效率η＝×100%＝×100%≈82%．

12．某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.4 m/s的恒定速度向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW．不载人时测得电动机中的电流为5 A，若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度相同，则这台自动扶梯可同时承载的最多人数为多少？(设每个人的平均质量为60 kg，g取10 m/s2)

【答案】25人

【解析】设可同时乘载的最多人数为n，此时电动机处于最大输出功率状态．该状态下，扶梯自身移动所需功率为

P1＝IU＝5×380 W＝1 900 W＝1.9 kW，

n个人以恒定速度v＝0.4 m/s向上移动所需功率为

P2＝P出－P1＝(4.9－1.9) kW＝3.0 kW，

所以n＝＝＝25(人)．

13．一个电风扇两端接恒压电源，电压为U1时能正常工作，此时流过电风扇电流为I1；将风扇的扇叶短时间卡住时测得电风扇电流为I2，此时电扇两端电压仍为U1．已测定各数据如下表所示：

(1)根据图表所给的数据，计算电风扇电动机线圈电阻为多少？

(2)从能量转化与守恒的角度看，电风扇正常工作时，从电源获得能量，将电能转化为哪些其他形式的能？每秒钟转化的各种形式的能量各为多少？

【答案】(1)20 Ω　(2)机械能0.092 J　热能0.008 J

【解析】(1)由题意可知，卡住时，风扇相当于电阻，由欧姆定律可知R＝＝20 Ω，

(2)电风扇正常工作时将电能转化为机械能和热能．

每秒钟电风扇消耗的电能为W＝U1I1t＝0.1 J，

每秒钟转化成的热能为W1＝IRt＝0.008 J，

根据能量守恒，每秒钟转化成的机械能为W1＝W－W1＝0.092 J．

14．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＝12 V，电源内阻r＝2 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝0.30 kg，当将重物固定且电动机不转动时，理想电压表的示数为U1＝8 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，理想电压表的示数为U2＝11 V，不计摩擦，g取10 m/s2，求：

(1)重物固定时流过电源的电流I1为多大？

(2)电动机内部线圈的电阻r0为多大？

(3)重物匀速上升时的速度为多大？

【答案】(1)2 A　(2)1 Ω　(3)1.5 m/s

【解析】(1)因为E＝U1＋I1r，

解得I1＝2 A．

(2)由题意U1＝I1(r0＋R)，

解得r0＝1 Ω．

(3)因为E＝U2＋I2r，

解得I2＝0.5 A．

又U2I2－I(r0＋R)＝mgv，

解得v＝1.5 m/s．