新高考物理三轮复习大题精练6 电功 电功率（含解析）

例1．如图甲所示是一种家用电熨斗的原理图（额定电压为220 V），R0是定值电阻，R是可变电阻（调温开关），其电阻值均不受温度影响；

(1)该电熨斗温度最低时的耗电功率为121 W，温度最高时的耗电功率为484 W，求R0的阻值及R的阻值变化范围；

(2)假定电熨斗每秒钟散发的热量q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如图乙所示，现在温度为20 ℃的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求熨斗表面温度为220 ℃，且保持不变，问应将R的阻值调为多大？

【解析】(1)温度最低档，即

温度最高档，即

解得：R0＝100 Ω，Rmax＝300 Ω

所以变阻器阻值范围是0到300 Ω。

(2)此时电熨斗表面温度与环境温度之差Δt＝220 ℃－20 ℃＝200 ℃

由图像知电熨斗每秒钟散发的热量q＝440 J，要保持电熨斗的表面温度不变，则电熨斗的电功率P＝440 W

由

解得R＝10 Ω

所以应将R调至10 Ω。

例2．电动轿车是未来小轿车发展的趋势，某轻型电动轿车，质量(含载重) m＝200 kg，蓄电池组电动势E＝200 V，内阻r＝0.05 Ω，直接对超导电动机(线圈为超导材料，电阻为零)供电，供电电流I＝100 A，电动机通过传动效率η＝90％的传动装置带动车轮转动。保持电动机功率不变，假设轿车在运动过程中所受摩擦及空气阻力大小之和恒为f＝653 N，g＝10 m/s2。

(1)若轿车在6 s内由静止在水平路面上加速到v＝72 km/h，则这6 s内轿车的位移大小为多少？

(2)已知某斜坡路面的倾角为θ，轿车所受摩擦及空气阻力大小不变，则轿车在上坡过程中能达到的最大速度为多少？(sin θ＝0.2585)

【解析】(1)电源输出电压：

电动机功率：

由动能定理：

解得：。

(2)当轿车加速度a＝0时，速度达到最大，此时轿车牵引力：

又

解得：。

1．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求：

(1)通过电动机的电流；

(2)输入电动机的电功率；

(3)若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。(g取10 m/s2)

【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V

流过电阻R的电流IR＝＝A＝5A

即通过电动机的电流，IM＝IR＝5A。

(2)电动机的分压UM＝UV＝110V

输入电动机的功率P电＝IMUM＝550W。

(3)电动机的发热功率P热＝Ir＝20W

电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝530W

又因P出＝mgv，所以m＝＝53kg。

2．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＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝0.10 kg，当将重物固定时，理想电压表的示数为5 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，电压表的示数为5.5 V，求：(不计摩擦，g取10 m/s2)

(1)串联入电路的电动机内阻；

(2)重物匀速上升时的速度大小；

(3)匀速提升重物3 m需要消耗的电能。

【解析】(1)当将重物固定时，电压表的示数为5V，则根据闭合电路欧姆定律得

电路中电流为

电动机的电阻。

(2)当重物匀速上升时，电压表的示数为，电路中电流为

电动机两端的电压为

故电动机的输入功率

根据能量转化和守恒定律得

代入解得，。

(3)匀速提升重物3m所需要的时间

则消耗的电能。

3．如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机的内阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A。求：

(1)电炉子的电阻及发热功率；

(2)电动机的机械效率；

(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。

【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：

其发热功率：WW

(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律：输出

所以：

(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律：化学

所以：化学WW。

4．用一个标有“12 V  24 W”的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图所示。

(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？

(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300 K，求正常发光条件下灯丝的温度。

(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20 V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？

(4)当合上开关后，需要0.5 s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计算电流的最大值。

【解析】(1)由题图知，正常发光时R＝8Ω，故电功率为：

(2)由题图知，室温时电阻R′＝1Ω，由 得：

(3)电阻的电压为：U′＝20－12＝8V

电阻的电流为：

串联电路电阻为：Rx＝；

(4)闭合开关后，灯丝温度升高，电阻增大，电压不变，因此电流减小；

由图示可知，最小电阻为1欧姆，最大电流：。

5．有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。则电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？

【解析】当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电阻电路，欧姆定律成立。当电动机转动时，一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻，故又在线圈上产生内能，输入的电功率P电＝P热＋P机。

接U＝0.2 V电压时，电动机不转，电流I＝0.4 A，根据欧姆定律，线圈电阻R＝＝＝0.5 Ω

当接U′＝2.0 V电压时，电流I′＝1.0 A，故

输入电功率P电＝U′I′＝2.0×1.0 W＝2.0 W

消耗热功率P热＝I′2R＝1.02×0.5 W＝0.5 W

故输出功率即机械功率

P机＝P电－P热＝(2.0－0.5) W＝1.5 W。

如果正常工作时转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P热′＝＝ W＝8 W

6．如图所示电路中，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，R3＝1.5 Ω，C＝20 μF，当开关S1闭合、S2断开电路稳定时，电源消耗的总功率P1＝2 W；当开关S1、S2都闭合电路稳定时，电源消耗的总功率P2＝4 W。求：

(1)电源电动势E和内阻r；

(2)当S1闭合，S2断开，电路稳定后，电容器所带的电量；

(3)当S1、S2都闭合电路稳定时，电源的输出功率及电容器所带的电量。

【解析】(1)S1闭合、S2断开电路稳定时，电源消耗的总功率

S1、S2都闭合电路稳定时，R1、R2并联，

电源消耗的总功率

联立解得：E＝4 V，r＝0.5 Ω。

(2)当S1闭合，S2断开，电路稳定后，外部总电阻

干路上总电流

电容器两端电压和电阻R2两端电压相同，

电容器所带的电荷量。

(3)当S1、S2闭合时，外部总电阻

干路上总电流

电源的输出功率。