物理必修 第三册1 电路中的能量转化评优课课件ppt

12.1 电路中的能量转化

Ⅰ. 基础达标

一、单选题： 

1.小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如下表所示，则这些电器一天消耗的电能约为(　　)

A.6.1×103 W   B．6.1×102 J

C．2.2×104 W   D．2.2×107 J

答案　D

解析　根据题表数据可知，每天消耗的电能为W＝2 kW×1 h＋1.2 kW×3 h＋0.1 kW×2 h＋0.016 kW×4 h＋0.009 kW×24 h＝6.08 kW·h≈2.2×107 J，故D正确．

2.关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　)

A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立

答案　B

解析　W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路W＝Q，在非纯电阻电路中W>Q，B对，A、C、D错．

3.图中的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能为3×106 J．如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h．光电池的光电转换效率为(　　)

A．4.8%   B．9.6%

C．16%   D．44%

答案　C

解析　太阳能电池板每天(6 h)吸收的太阳能：W总＝0.3×3×106×6 J＝5.4×106 J，路灯正常工作，P＝P额＝30 W，路灯正常工作8 h消耗的电能：W有＝Pt＝30 W×8×3 600 s＝8.64×105 J，则光电池的光电转换效率为：η＝×100%＝×100%＝16%.

4.如图所示为甲、乙两灯泡的I－U图象，根据图象，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中，实际发光的功率约为(　　)

A．15 W、30 W           B．30 W、40 W

C．40 W、60 W           D．60 W、100 W

【解析】　由图象的横坐标U＝220 V可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A，则P甲＝I甲U≈40 W，P乙＝I乙U≈60 W，C正确．

【答案】　C

5.电阻R和电动机串联接到电路中，如图所示，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．设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，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．U1＜U2，Q1＝Q2   B．U1＝U2，Q1＝Q2

C．W1＝W2，Q1＞Q2   D．W1＜W2，Q1＜Q2

答案　A

解析　电动机是非纯电阻，其两端电压U2＞IR＝U1，B错；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此，W1＜W2，C错；产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2，A对，D错．

6.额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是(　　)

【解析】　对灯泡有P＝UI＝，可知：RA＜RB，对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110 V，B灯被烧毁，A错误．

对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UB＞U并，B灯被烧毁，B错误．

对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光．

对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光．

比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以C电路消耗电功率最小．

【答案】　C

7.电动玩具汽车的直流电动机电阻一定，当加上0.3 V电压时，通过的电流为0.3 A，此时电动机没有转动．当加上3 V电压时，电流为1 A，这时电动机正常工作．则(　　)

A．电动机的电阻是3 Ω                             B．电动机正常工作时的发热功率是3 W

C．电动机正常工作时消耗的电功率是4 W             D．电动机正常工作时机械功率是2 W

答案　D

解析　电动机不转动时，为纯电阻，电动机电阻为r＝＝1 Ω，A项错误．电动机正常工作时发热功率P热＝Ir＝1 W．电动机的总功率P总＝U2I2＝3 W，所以电动机的机械功率P机＝P总－P热＝2 W，B、C错误，D正确．

8.如图为2017年5月戴森公司发售的360 Eye扫地机器人，360 Eye内置锂电池容量为2 250 mA·h，在一般状况下，充满一次电可供其运行的时间为45 min.已知360 Eye扫地机器人额定功率为54 W，则下列说法正确的是(　　)

A．扫地机器人正常工作时的电流是2.25 A     B．扫地机器人正常工作时额定电压为18 V

C．扫地机器人工作时的内阻为6 Ω          D．扫地机器人电池充满电之后的电能为4.374×105 J

答案　B

解析　根据电流的定义式可得工作电流为：I＝＝ A＝3 A，故A错误；扫地机器人额定功率为54 W，则额定电压：U＝＝ V＝18 V，故B正确；扫地机器人消耗的电功率大部分转化为机械能，电功率大于热功率，UI＞I2r，所以其电阻值r＜＝ Ω＝6 Ω，故C错误；扫地机器人电池充满电之后的电能等于放电过程中消耗的电能：E＝Pt＝54×45×60 J＝1.458×105 J，故D错误．

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

A. X1的功率减小，L1的功率增大

B. X1的功率增大，L1的功率增大

C. X2功率增大，其它指示灯的功率减小

D. X2功率减小，其它指示灯的功率增大

【解析】　显然L1和X1并联、L2和X2并联…然后他们再串联接在220 V交流电源上，L2 灯丝烧断，则总电阻变大、电路中电流I减小，又L1和X1并联的电流分配关系不变，则X1和L1的电流都减小、功率都减小，同理可知除X2 和L2 外各灯功率都减小，A、B均错；由于I减小，各并联部分的电压都减小，交流电源电压不变，则X2 上电压增大，根据P＝U2/R可知X2 的功率变大，C对、D错．

【答案】　C

二、多选题

10.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适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路

C．在非纯电阻电路中，UI>I2R

D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路

答案　BCD

解析　电功率公式P＝，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝，焦耳热Q＝()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误．W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝只适用于纯电阻电路，B正确．在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正确．Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确．

11.理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有(　　)

A．P＜UI　　　　　　 B．P＝I2(R1＋R2)

C．P＝UI   D．P＞I2(R1＋R2)

【解析】　电动机电路在电机正常转动时，电动机消耗的功率P＝UI，且大于发热功率，选项C、D正确．

【答案】　CD

12.如图所示，理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电路中电流为I，电动机两端电压为U1，消耗的电功率为P1，电热丝两端电压为U2，消耗的电功率为P2，则有(　　)

A．P1＝U1I   B．U1＝IR1

C．P2＝I2R2   D．U2＝IR2

答案　ACD

三、非选择题

13．如图所示，两个不同的工业用电烙铁，其中甲的规格的“220 V,800 W”，乙的规格为“220 V，1 600 W”．则当两电烙铁分别接通，其通过的电流分别为I1＝0.4 A，I2＝0.2 A时，分别工作t1＝10 s，t2＝20 s后释放的热能为多少？

【解析】　由P＝得：R＝，

故R甲＝ Ω＝60.5 Ω

R乙＝ Ω＝30.25 Ω，

由焦耳定律Q＝I2Rt得：

Q甲＝IR甲t1＝(0.4)2×60.5×10 J＝96.8 J，

Q乙＝IR乙t2＝(0.2)2×30.25×20 J＝24.2 J.

【答案】　96.8 J　24.2 J

14．在研究微型电动机的性能时，可采用如图2－5－12所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．

【解析】　当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时，电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝ Ω＝2 Ω.

当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率

P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W，

线圈电阻的热功率P热＝Ir＝2.02×2 W＝8.0 W，

所以P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W.

【答案】　22.0 W　2 Ω

15.如图所示，M为电动机，N为电炉子，电炉子的电阻R＝4 Ω，电动机的内阻r＝1 Ω，恒定电压U＝12 V．当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I2＝5 A．求：

(1)理想电流表的示数I1及电炉子发热功率；

(2)电动机的输出功率．

答案　(1)3 A　36 W　(2)20 W

解析　(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：

I1＝＝ A＝3 A

其发热功率为：PR＝I12R＝32×4 W＝36 W；

(2)当S1、S2同时闭合时，流过电动机的电流为：

I3＝I2－I1＝2 A，

电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：

UI3＝P出＋I32r，

代入数据解得：P出＝20 W.

Ⅱ. 能力提升

16.小型直流电动机其线圈内阻为与规格为“  ”的小灯泡并联，再与阻值为的电阻串联，然后接至的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：

电动机的发热功率？

该电动机正常工作，消耗多少度电？

如果在正常工作时，转子突然被卡住，求此时电动机中的电流？

【答案】解：小灯泡正常发光，则电动机两端电压
通过小灯泡的电流：
两端的电压
总电流
则通过电动机的电流
电动机的发热功率
电动机正常工作消耗的电能
即消耗电
小灯泡电阻
如果在正常工作时，转子突然被卡住，则电动机的功率全部为热功率，变成纯电阻电路，所以此时并联电阻
总电阻
总电流
并联部分电压
所以电动机中的电流