高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化随堂练习题

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1．有三个用电器，分别为笔记本电脑、电饭煲和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“220 V,60 W”。现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量( )
A．笔记本电脑最多 B．电饭煲最多
C．电风扇最多 D．一样多
解析：选B 笔记本电脑在工作时是电能转化为光能、内能和机械能等，电饭煲在工作时是电能只转化为内能，电风扇在工作时是电能转化为机械能和内能，所以在额定电压下工作相同时间，消耗的电能相同，电饭煲转化的内能最多，产生的热量最多，B正确，A、C、D错误。
2.R1和R2分别标有“2 Ω 1.0 A”和“4 Ω 0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( )
A．1.5 W B．3.0 W
C．5.0 W D．6.0 W
解析：选A 串联电路中各用电器电流相同，最大允许电流应等于0.5 A，由P＝I2R，可知R1和R2在最大允许电流时的功率分别为0.5 W、1 W，故A项正确。
3．(2022·广东1月学考)一台电动机的额定电压是220 V，额定电流是5 A，线圈电阻为0.5 Ω，则此电动机正常工作时每秒产生的热量为( )
A．25 J B．12.5 J
C．110 J D．1 100 J
解析：选B 电动机正常工作时线圈电阻生热Q＝I2r线t＝52×0.5×1 J＝12.5 J，所以每秒产生的热量为12.5 J，A、C、D错误，B正确。
4．HWCP60型无线充电器的输出额定电压为5 V，输出额定电流为2 A，某款手机的电池容量为4 200 mA·h，输入额定电压为3.82 V，则( )
A．无线充电器的内阻为2.5 Ω
B．无线充电器以额定电流工作时，发热功率为10 W
C．手机电池充满电时，储存的化学能约为5.8×104 J
D．将手机电池从零电量充至满电量时，消耗的总电能约为5.8×104 J
解析：选C 充电器的线圈电阻和充电器发热功率无法用题中信息求出，A、B错误；根据公式E化＝qU，代入数据解得E化＝4.2×60×60×3.82 J＝5.8×104 J，C正确；充电过程还有额外的电池发热、充电器发热等，所以消耗的电能大于5.8×104 J，D错误。
5．一块手机电池的背面印有如图所示的一些符号，另外在手机使用说明书上还写有“通话时间3 h，待机时间100 h”，则该手机通话和待机时消耗的功率分别约为( )
A．1.8 W,5.4×10－2 W B．3.6 W,0.108 W
C．0.6 W,1.8×10－2 W D．6.48 W,1.94 W
解析：选C 由题图知U＝3.6 V，q＝500 mA·h，通话时间t＝3 h，由W＝Uq，P＝eq \f(W,t)得P＝0.6 W；同理待机时间t′＝100 h，P′＝1.8×10－2 W，C对。
6．由于锂离子电池的材料特性，在电池短路、过高或过低温度、过度充电或放电等情况下都有可能引起电池漏液、起火或爆炸。为安全起见，中国民航总局做出了如表相关规定。某款移动电池(锂离子电池)的参数如图和下表所示，下列说法正确的是( )
A．25 000 mA·h中的mA·h是能量的单位
B．这款移动电池充满电后所储存的总化学能为92 500 W·h
C．乘飞机出行时，这款移动电池可以直接随身携带
D．这款移动电池理论上能给3 200 mA·h的手机最多充电7次
解析：选C 根据q＝It可知，mA·h是电量的单位，故A错误；这款移动电池充满电后所储存的总化学能为W＝UIt＝Uq＝25 A·h×3.7 V＝92.5 W·h，故B错误；根据B项分析可知，乘飞机出行时，这款移动电池可以直接随身携带，故C正确；这款移动电池理论上能给3 200 mA·h的手机最多充电N＝eq \f(25 000 mA·h×85%,3 200 mA·h)≈6.6，故最多充电6次，故D错误。
7．电动平衡车因其便利性被年轻人所喜欢，变成了日常通勤的交通工具。平衡车依靠人体重心的改变，来实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。下表所示为某款电动平衡车的部分参数，若平衡车以最大速度行驶时，电机恰好达到额定功率，则下列说法中正确的是( )
A.电池最多输出的电能约为1 800 J
B．充满电的平衡车以额定功率行驶的最长时间约为2 h
C．该平衡车以最大速度行驶时牵引力约为60 N
D．该平衡车在标准情况下能行驶的最大里程约为3 km
解析：选B 电池最多输出的电能为W＝qU＝50 000×10－3×3 600×36 J＝6.48×106 J，故A错误；由储存的电能除以额定功率可求得时间为t＝eq \f(6.48×106,900) s＝7 200 s＝2 h，故B正确；根据功率公式，则有F＝eq \f(P,v)＝eq \f(900,4.17) N＝216 N，故C错误；由电池总电量除以百公里标准耗电量即可求得行驶里程x＝eq \f(36×50 000×10－3×10－3,6)×100 km＝30 km，故D错误。
B组—重应用·体现创新
8.(多选)电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后保温状态。如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是( )
A．其中R2是供加热用的电阻丝
B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，则R1∶R2＝2∶1
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，则R1∶R2＝(eq \r(2)－1)∶1
解析：选ABD 由P＝eq \f(U2,R)得：当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态。由上可知，R2是供加热用的电阻丝，故A、B正确；要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比为1∶eq \r(2) ，所以(R1＋R2)∶R2＝eq \r(2)∶1。则R1∶R2＝(eq \r(2)－1)∶1，故C错误，D正确。
9．如图所示，电路中8个电阻的阻值r相同，r＝1 Ω，另3个电阻阻值均为R＝4 Ω，还有一个电阻阻值R0＝2 Ω，将a、b与电源相连，电路中总电流为2 A，则电路消耗的总功率为P，其中R0上消耗的功率为P0，则( )
A．P＝24 W，P0＝eq \f(1,8) W
B．P＝12 W，P0＝eq \f(1,4) W
C．P＝16 W，P0＝eq \f(1,8) W
D．P＝16 W，P0＝eq \f(1,4) W
解析：选C 2r与R0串联的总电阻为4 Ω，再与R并联的电阻为2 Ω，等于R0的电阻值，依此类推，ab间的总电阻为R总＝2r＋R0＝2R0＝4 Ω，根据P＝I2R知电路消耗的总功率为P＝I总2R总＝22×4 W＝16 W；R0的电流与总电流的关系为eq \f(I0,I总)＝eq \f(1,2)×eq \f(1,2)×eq \f(1,2)＝eq \f(1,8)，则得I0＝eq \f(1,8)I总＝eq \f(1,8)×2 A＝eq \f(1,4) A，R0上消耗的功率为P0＝I02R0＝eq \f(1,42)×2 W＝eq \f(1,8)W，故选C。
10.(多选)如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W。则( )
A．当S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风
B．电热丝的电阻为50 Ω
C．无论吹冷风还是吹热风，流经电动机的电流均为eq \f(6,11) A
D．电吹风吹热风5分钟后，约耗电0.5 kW·h
解析：选AC 当S1断开、S2闭合时，电动机正常工作，电热丝处于断路状态，则电吹风吹冷风，故A正确；根据题目条件可知，电热丝的功率为P＝1 000 W－120 W＝880 W，因此电热丝的电阻为R＝eq \f(U2,P)＝eq \f(2202,880) Ω＝55 Ω，故B错误；依题意，知无论吹冷风还是吹热风，电动机M的功率均为120 W，根据功率的计算公式P＝UI得，流过电动机的电流为I＝eq \f(P1,U)＝eq \f(120,220) A＝eq \f(6,11) A，故C正确；电吹风吹热风5分钟后，消耗的电能为W＝P2t＝1 000 W×eq \f(5,60) h＝eq \f(1,12) kW·h，故D错误。
11．有一小型直流电动机，把它接入U1＝0.3 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流为I1＝0.6 A；若把电动机接入U2＝3.0 V的电路中时，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A，求：
(1)电动机正常工作时的输出功率是多少；
(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大。
解析：(1)当U1＝0.3 V，I1＝0.6 A时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机的内电阻为r＝eq \f(U1,I1)＝0.5 Ω，当U2＝3.0 V，I2＝1.0 A时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，则电动机的输出功率为P出＝U2I2－I22r＝2.5 W。
(2)当电动机正常工作被卡住时，电动机又为纯电阻，其热功率为P热＝eq \f(U22,r)＝18 W。
答案：(1)2.5 W (2)18 W
12．太阳能汽车是一种环保型的“绿色汽车”，人们正致力研究着。有一辆玩具汽车靠太阳能电池供电，该电池的太阳能集光板面积为600 cm2，太阳能电池电动势为30 V，内阻为3 Ω。现使玩具汽车在水平路面上匀速行驶，其太阳能集光板正对太阳，测得电流强度为2 A。已知电动机的直流电阻为2 Ω，太阳光垂直照射到地面上单位面积的辐射功率为1.6×103 W/m2。
(1)求玩具汽车匀速行驶时，太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率；
(2)这辆玩具汽车的总重为80 N，在水平路面上行驶的阻力是车重的eq \f(1,5)，这辆玩具车在水平路面上的最大速度是多大？
解析：(1)玩具汽车匀速行驶时太阳能电池的总功率
P1＝EI＝30×2 W＝60 W
太阳能集光板的接收功率
P2＝600×10－4×1.6×103 W＝96 W
太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率为
η＝eq \f(P1,P2)×100 %＝62.5 %。
(2)玩具汽车以最大速度匀速行驶时，f＝F＝0.2G，
电动机的输出功率为P出＝EI－I2(r＋R)＝Fv，
解得v＝2.5 m/s。
答案：(1)62.5% (2)2.5 m/s
容量
25 000 mA·h
重量
596 g
额定电压
3.7 V
转换率
85%
充电时间
15.5 h
电池输出电压
36 V
电池总容量
50 000 mA·h
电机额定功率
900 W
最大速度
15 km/h
充电时间
2～3小时
百公里标准耗电量
6 kW·h