高中物理沪科技版(2020)必修第三册第七节 电功、电功率及焦耳定律精品随堂练习题
展开考点一 电功和电热的理解
1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是( )
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=eq \f(U2,R)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】A
【解析】电功率公式P=eq \f(W,t),表示电功率越大,电流做功越快.对于一段电路,有P=IU,I=eq \f(P,U),焦耳热Q=(eq \f(P,U))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=eq \f(U,R)、W=I2Rt=eq \f(U2,R)t只适用于纯电阻电路,B正确。
在非纯电阻电路中,W=Q+W其他,所以W>Q,故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。
2.室内有几种家庭常用电器:1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器.如果进线处有13 A的保险丝,供电电压为220 V,下列情况下不能同时使用的是( )
A.电饭煲和电冰箱
B.取暖器和空调器
C.电饭煲和空调器
D.电冰箱、电视机和空调器
【答案】C
【解析】电路中允许的最大功率为Pm=UI=2 860 W.用电器的功率之和大于Pm时,用电器就不可以同时使用,故选C。
考点二 纯电阻电路的分析及计算
3.(2021·南京市十二中高二第一次学调)通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q,若电阻为R,电流为2I,则在eq \f(t,2)时间内产生的热量为( )
A.4Q B.2Q C.eq \f(Q,2) D.eq \f(Q,4)
【答案】B
【解析】依题意,有Q=I2Rt,则条件变化时,Q′=(2I)2Req \f(t,2)=2Q,故选B。
4.额定电压均为110 V,额定功率PA=100 W,PB=40 W的A、B两盏灯泡,若接在电压为220 V的电路上,使两盏灯泡均能正常发光,且消耗功率最小的电路是( )
【答案】C
【解析】判断灯泡能否正常发光,就要判断实际电压是不是额定电压或实际电流是不是额定电流,对灯泡有P=UI=eq \f(U2,R),可知RA<RB.对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,UB+UA=220 V,则UB>110 V,B灯被烧毁,UA<110 V,A灯不能正常发光;
对于B电路,由于RB>RA,A灯与滑动变阻器并联,并联电阻小于RB,所以UB>U并,则UB>110 V,B灯被烧毁,A灯不能正常发光;
对于C电路,B灯与滑动变阻器并联,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,若滑动变阻器的有效电阻等于A灯、B灯的并联电阻,则UA=UB=110 V,两灯可以正常发光。
比较C、D两个电路,当灯A、B均正常发光时,由于C电路中滑动变阻器功率为(IA-IB)×110 V,而D电路中滑动变阻器功率为(IA+IB)×110 V,所以C电路消耗电功率最小,综上所述,C正确。
5.(2020·河北黄骅中学高二检测)如图1所示是饮水机的工作电路简化图,S是温控开关,当水温升高到一定温度时,它会自动切换,使饮水机处于保温状态;R0是饮水机加热管电阻,R是与加热管串联的电阻。表格是从其说明书中摘录的一些技术数据.不考虑R0、R的电阻受温度变化的影响,表中的功率均指加热管的功率。当S闭合时,饮水机的工作状态和R0的阻值是( )
图1
A.加热,88 Ω B.加热,220 Ω
C.保温,88 Ω D.保温,220 Ω
【答案】A
【解析】由电功率公式P=eq \f(U2,R)可知,电压不变的条件下,电阻越小功率越大。电源电压不变,当S闭合时,电阻R被短路,只有R0接在电路中,电路中的电阻变小,总功率变大,因而开关S闭合时是加热状态。由P=eq \f(U2,R)得R0=eq \f(2202,550) Ω=88 Ω,A正确。
考点三 非纯电阻电路的分析与计算
6.(2021·如皋市高一下教学质量调研)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eq \f(U2,R)
C.发热的功率为I2R D.输出的功率为UI
【答案】C
【解析】电动机消耗的功率为IU,发热的功率为I2R,输出的功率为IU-I2R,故选C。
7.如图2所示,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( )
图2
A.电解槽消耗的电功率为120 W
B.电解槽的发热功率为60 W
C.电解槽消耗的电功率为60 W
D.整个电路消耗的总功率为60 W
【答案】C
【解析】灯泡正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110 V电压,且由于电解槽和灯泡串联,它们的电流相等,所以有I=I灯=eq \f(6,11) A,则电解槽消耗的电功率P=P灯=60 W,A错误,C正确;电解槽的发热功率P热=I2R内≈1.3 W,B错误;整个电路消耗的总功率P总=220×eq \f(6,11) W=120 W,D错误。
8.(2020·吉林榆树一中期中)在如图3所示的电路中,输入电压U恒为8 V,灯泡L标有“3 V 6 W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.5 Ω。若灯泡恰能正常发光,下列说法正确的是( )
图3
A.电动机的输入电压是8 V
B.流过电动机的电流是10 A
C.电动机的效率是80%
D.整个电路消耗的电功率是10 W
【答案】C
【解析】电动机的输入电压U1=U-UL=8 V-3 V=5 V,故A错误;整个电路中的电流I=eq \f(PL,UL)=eq \f(6 W,3 V)=2 A,所以电动机消耗的电功率P电=U1I=5×2 W=10 W,电动机发热的功率P热=I2RM=4×0.5 W=2 W,则电动机输出的功率P出=P电-P热=10 W-2 W=8 W,η=eq \f(P出,P电)×100%=eq \f(8,10)×100%=80%,故B错误,C正确;整个电路消耗的电功率P总=UI=8×2 W=16 W,故D错误。
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9.(2021·青岛高二第一次学调)A、B为“220 V 100 W”的两盏相同的灯泡,C、D为“220 V 40 W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图4所示的电路,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD。则实际功率的大小关系为( )
图4
A.PA=PB,PC=PD B.PA=PD>PB=PC
C.PD>PA>PB>PC D.PB>PC>PD>PA
【答案】C
【解析】根据R=eq \f(U\\al(额2),P额)得:RA=RB=eq \f(2202,100) Ω=484 Ω,RC=RD=eq \f(2202,40) Ω=1 210 Ω;由电路图可知,B、C并联,所以电压相等,根据P=eq \f(U2,R)可知:PB>PC;A、D串联,电流相等,根据P=I2R可知,PD>PA;A、D的电流大于B、C的电流,根据P=I2R可知:PA>PB,PD>PC,所以PD>PA>PB>PC,故选C。
10.(2020·广西高二期末)国庆期间小明去逛超市,遇促销打折买了一个电吹风,电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图5所示电路图。下列说法正确的是( )
图5
A.该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 Ω
B.该电吹风电动机M的内阻为193.6 Ω
C.当开关S1断开、S2闭合时,电吹风吹热风
D.当开关S1、S2均闭合时,电动机每秒消耗的电能为1 000 J
【答案】A
【解析】由表格可知发热电阻的功率PR=P-PM=1 000 W-250 W=750 W,所以该电吹风发热电阻R=eq \f(U2,PR)=eq \f(2202,750) Ω≈64.5 Ω,故A正确;电动机正常工作过程为非纯电阻用电器,不能使用公式R=eq \f(U2,PM)计算电动机内阻,故B错误;由题图可知当开关S1断开、S2闭合时,发热电阻断路,电吹风吹冷风,故C错误;当开关S1、S2均闭合时,电动机正常工作,功率仍然为250 W,故电动机每秒消耗的电能为W=PMt=250×1 J=250 J,故D错误。
11.(2021·上海金山高二自主调研)如图6所示的电路中,电源电压U=12 V,电动机的电阻R0=1.0 Ω,电阻R1=2.0 Ω。电动机正常工作时,理想电压表的示数U1=4.0 V,求:
图6
(1)电源的功率;
(2)电动机的输入功率和转化为机械能的功率;
(3)若电动机被卡住不转了,它消耗的功率又是多少?
【答案】(1)24 W (2)16 W 12 W (3)16 W
【解析】(1)由欧姆定律有
电阻R1的电流为I=eq \f(U1,R1)=eq \f(4.0,2.0) A=2 A
电源的功率为P=UI=12×2 W=24 W.
(2)电动机的电压为U电=U-U1=12 V-4.0 V=8.0 V
电动机的输入功率P电=U电I=8.0×2 W=16 W
电动机转化为机械能的功率为P机=P电-I2R0=16 W-22×1.0 W=12 W
(3)电动机被卡住不转时,电动机可看成纯电阻用电器,则有电路电流为I′=eq \f(U,R0+R1)=eq \f(12,1.0+2.0) A=4 A
电动机消耗的功率为P消=I′2R0=42×1.0 W=16 W。
12.(2020·浙江师大附属实验学校期中)如图7所示是利用电动机提升重物的示意图,其中D是直流电动机,P是一个质量为m的重物,它用细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S,重物P以速度v匀速上升,这时理想电流表和理想电压表的示数分别是I=5 A和U=110 V,重物P上升的速度v=0.7 m/s。已知重物的质量m=45 kg,g取10 m/s2。求:
图7
(1)电动机消耗的电功率P电;
(2)细绳对重物做功的机械功率P机;
(3)电动机线圈的电阻R。
【答案】(1)550 W (2)315 W (3)9.4 Ω
【解析】(1)根据电功率表达式可知,电动机消耗的电功率为P电=UI=110×5 W=550 W.
(2)以重物为研究对象,由于重物匀速上升,有F-mg=0,P机=Fv
联立并代入数据得P机=315 W
(3)P电=P机+P热,P热=I2R
联立并代入数据得R=9.4 Ω。
稳定电压
220 V
频率
50 Hz
加热功率
550 W
保温功率
22 W
电吹风铭牌参数
额定电压
220 V 50 Hz
额定功率
热风
1 000 W
冷风
250 W
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