人教版 (2019)必修 第三册电路中的能量转化练习题

这是一份人教版 (2019)必修 第三册电路中的能量转化练习题，共22页。试卷主要包含了0 V，0 W，48 h，64×104 J，电动自行车低碳环保方便出行等内容，欢迎下载使用。
基础过关练
题组一 电功和电功率
1.(2025浙江六校联盟期中联考)一个小型电热水器如图所示,浸入水中的加热元件RL=1.0 Ω,在外部并联的电阻RS=2.0 Ω。在正常工作时,电源给电路提供I=3.0 A的恒定电流。下列说法正确的是( )
A.RL两端的电压为3.0 V
B.流过RL的电流为1.0 A
C.RS上消耗的电功率为2.0 W
D.RL上消耗的电功率为16.0 W
2.(教材习题改编)普通电饭锅工作时有加热和保温两种状态。如图所示为电饭锅的电路图,R1为电阻,R2是加热用的电阻丝,S为开关。若电饭锅在保温状态下的功率是加热状态下功率的一半,则下列描述正确的是( )
A.R1∶R2=1∶1
B.R1∶R2=1∶2
C.开关S闭合时,电饭锅处于保温状态
D.开关S断开时,R1与R2的功率之比为1∶2
3.(2026江苏淮安中学月考)某型号扫地机器人的铭牌信息如表所示。已知扫地机器人剩余电荷量为480 mA·h时,机器人自动停止扫地并返回充电基座充电。该型号扫地机器人( )
A.扫地时额定电流为10 A
B.内部电路的总电阻为2.5 Ω
C.可以连续扫地的时间为0.48 h
D.每次扫地释放的电能最多为8.64×104 J
4.(2026山西太原山西大学附中期中)如图所示,A、B两灯泡的额定电压均为110 V,额定功率PA=100 W、PB=40 W,接在电压恒为220 V的电路中。欲使两灯泡均正常发光,且整个电路消耗的电功率最小,则下面四种电路连接方式中满足要求的是( )


题组二 焦耳定律
5.(2025辽宁葫芦岛协作校联考)取两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量相同,则先后两次所用时间之比为( )
A.1∶2 B.4∶1 C.2∶1 D.1∶4
6.(2026湖北武昌实验中学月考)如图甲所示,横截面都是正方形的三段导体,它们的材料和长度都相同,导体B刚好能嵌入导体A,导体C刚好能嵌入导体B,现将三段导体按图乙所示方式接入电路中,则闭合开关后( )

A.导体A、B、C的电阻之比为3∶2∶1
B.导体A、B、C两端的电压之比为1∶2∶3
C.流过导体A、C的电流之比为1∶3
D.导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1∶1∶4
题组三 电路中的能量转化
7.(2026江苏常州田家炳中学调研)如图1所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r,则时间t内( )

A.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt
B.手机电池产生的焦耳热为U2rt
C.手机电池产生的焦耳热为UIt
D.充电宝输出的电功率为UI+I2r
8.(2026辽宁省实验中学期中)假期期间小明去逛超市,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示电路图。下列说法正确的是( )

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
9.(2026湖北十堰期中)电动自行车低碳环保方便出行。现有一辆电动自行车在水平地面上以5 m/s的速度匀速行驶,车内直流电动机两端的电压为24 V,通过电动机的电流为5 A,此时车和驾驶员(含负载)的总质量为100 kg。设车所受的阻力是车重(含负载)的0.02倍(重力加速度g=10 m/s2),则下列说法中正确的是( )
A.电动自行车受到的阻力为30 N
B.电动机的机械效率为33.3%
C.电动机的内阻为0.8 Ω
D.电动自行车1 min消耗的电能为6 000 J
10.(2026重庆八中月考)农业所用的灌溉喷头如图1所示,水泵从地下表层水面抽水,并以不变的速率沿水平方向喷出,每秒喷出的水的质量m=1 kg。地面与水面的距离H=5 m,喷头离地面的高度h=1 m,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力。水泵由电动机带动,水泵的输入功率等于电动机的输出功率,不计电动机的摩擦损耗。水落点到喷口的水平距离为L。为了调节灌溉范围,某同学重新设计了电路,如图2所示。电路的输入电压U0恒为380 V,当滑动变阻器接入电路的阻值R0=190 Ω时,电动机恰好不转动,理想电流表示数I0=1.9 A。
(1)求电动机的内阻r;
(2)当滑动变阻器接入电路的阻值为80 Ω时,电流表示数为2 A,求电动机的输出功率;
(3)接(2)问,此时L=10h,求水泵的效率。

答案
第十二章 电能 能量守恒定律
基础过关练
1.C RL、RS的并联电阻值为R并=RLRSRL+RS=23 Ω,则RL、RS两端的电压为U并=R并I=2.0 V,流过RL的电流为IL=U并RL=2.0 A,故A、B错误;流过RS的电流为IS=U并RS=1.0 A,则RS上消耗的电功率为PS=U并IS=2.0 W,RL上消耗的电功率为PL=U并IL=4.0 W,故C正确,D错误。
2.A 加热状态下电路的总功率较大,保温状态下电路的总功率较小,在纯电阻电路中,电路总功率P=U2R;开关闭合时,R1被短路,电路总功率P1=U2R2,开关断开时,R1与R2串联,电路总功率P2=U2R1+R2,可知P1>P2,故开关闭合时,电饭锅处于加热状态,C错误。由于P1>P2,结合“保温状态下的功率是加热状态下功率的一半”,可知P1=2P2,所以R1=R2,故A正确,B错误。开关S断开时,R1与R2串联,根据P=I2R可知,R1与R2的功率之比为1∶1,故D错误。
3.C 根据P=UI可得,扫地机器人扫地时的额定电流I=PU=40W10V=4 A,A错误;若扫地机器人为纯电阻用电器,则电阻R=UI=10V4A=2.5 Ω,但扫地机器人含电机,工作时部分电能转化为机械能,总电阻无法直接通过额定参数计算,B错误;由题意可知,扫地机器人充满电后可用电荷量q=2 400 mA·h-480 mA·h=1 920 mA·h,额定电流I=4 A=4 000 mA,则可以连续扫地的时间为t=qI=19204000 h=0.48 h,C正确;电池充满电储存的电能为W=UQ=10 V×2.4 A·h=24 W·h=86 400 J=8.64×104 J,扫地释放的电能为可用部分,最多为W'=10 V×(2.4-0.48) A·h=19.2 W·h=69 120 J≈6.9×104 J,故D错误。
4.C 根据功率P=U2R可知,灯泡A的电阻RA=U2PA=1102100 Ω=121 Ω,灯泡B的电阻RB=U2PB=110240 Ω=302.5 Ω。A选项中灯泡A和灯泡B串联,接到220 V的电源上,根据串联电路的分压特点可知,灯泡A两端的电压小于110 V,灯泡B两端的电压大于110 V,所以两灯泡均不能正常发光,A错误。B选项中灯泡A和可变电阻R并联后再与灯泡B串联,灯泡要想正常发光,必须满足灯泡A与可变电阻R并联后的总电阻和灯泡B的电阻相等,但并联电路中总电阻小于任何一个分电阻,所以此电路中灯泡A和灯泡B均不能正常发光,故B错误。C选项中灯泡B和可变电阻R并联后再与灯泡A串联,可以满足灯泡B与可变电阻R并联后的总电阻和灯泡A的电阻相等,即可以使灯泡A和灯泡B正常发光,可得整个电路消耗的电功率为P总=2PA=200 W;D选项中灯泡A和灯泡B并联后与可变电阻R串联,可满足灯泡A与灯泡B并联后的总电阻与可变电阻R的阻值相等,故可以使两灯泡均正常发光,此时整个电路消耗的电功率为P总=2(PA+PB)=280 W。综上可知,C选项中两灯泡均正常发光,且整个电路消耗的电功率最小,选C。
5.B 设每根电阻丝的电阻为R,电路两端所加的电压为U,两电阻丝串联时,由焦耳定律可知,产生的总热量为Q1=U22Rt1,两电阻丝并联时,产生的总热量为Q2=U2R2t2,且Q1=Q2,则t1∶t2=4∶1,选B。
6.D 根据题意可得,导体A的横截面积为SA=(3L)2-(2L)2=L2,导体B的横截面积为SB=(2L)2-L2=L2,导体C的横截面积为SC=L2,故A、B、C的横截面积相等,又因为它们的材料和长度都相同,由R=ρLS可知A、B、C的电阻相等;由串、并联电路的特点和欧姆定律可知,导体A、B、C两端的电压之比为1∶1∶2,流过导体A、B、C的电流之比为1∶1∶2,由Q=I2Rt可知,导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1∶1∶4,故A、B、C错误,D正确。
7.A 充电宝为手机电池充电时,充电宝是电源,电池为用电器,电能除了转化为化学能之外,还有一部分转化为内能。
时间t内,充电宝输出的电能为E=UIt,根据能量转化与守恒可知,手机电池储存的化学能为E化=UIt-I2rt,故A正确;手机电池产生的焦耳热为Q=I2rt,由于手机电池是非纯电阻用电器,焦耳热不等于U2rt,且焦耳热小于UIt,故B、C错误;充电宝输出的电功率为P=UI,故D错误。
8.A 分析电路图可知,开关S1、S2均闭合时,电动机、发热电阻均工作,电吹风吹热风,P热=1 000 W;开关S1断开、S2闭合时,只有电动机工作,电吹风吹冷风,P冷=250 W,则只有发热电阻工作时的功率为PR=1 000 W-250 W=750 W,根据P=U2R可得,发热电阻的阻值R=U2PR=2202750 Ω≈64.5 Ω,故A正确,C错误。因为电动机是非纯电阻用电器,只知道电动机工作的总功率250 W和工作电压220 V,无法计算电动机的内阻,故B错误。开关S1、S2均闭合时,电吹风吹的是热风,功率为1 000 W,但电动机的功率是250 W,所以电动机每秒消耗的电能为250 J,D错误。
9.C 车所受的阻力是车重(含负载)的0.02倍,所以f=0.02mg=20 N,A错误;由于电动自行车匀速运动,故牵引力F=f,则电动机的输出功率为P出=Fv=100 W,而电动机的总功率为P=UI=120 W,可得电动机的机械效率为η=P出P×100%≈83.3%,故B错误;根据能量转化与守恒可知,电动机消耗的热功率为P热=P-P出=20 W,又因为P热=I2r,解得电动机的内阻为r=0.8 Ω,故C正确;电动自行车1 min消耗的电能为E=Pt=7 200 J,故D错误。
10.答案 (1)10 Ω (2)400 W (3)77.5%
解析 (1)当滑动变阻器接入电路的阻值R0=190 Ω时,电动机恰好不转动,视作纯电阻用电器,由欧姆定律可得U0=I0(R0+r)
解得r=10 Ω
(2)当滑动变阻器接入电路的阻值为80 Ω时,电动机两端的电压为UM=U0-IR=220 V
电动机的输出功率P=UMI-I2r=400 W
(3)水泵的输入功率P水泵输入=P=400 W
水泵的输出功率在数值上等于单位时间内水的机械能的增量,即
P水泵输出=mg(H+h)+12mv02
水离开喷口后做平抛运动,可得v0t=L=10h,
12gt2=h
解得P水泵输出=310 W
故水泵的效率η=P水泵输出P水泵输入×100%=77.5%额定工作电压
额定功率
电池容量
10 V
40 W
2 400 mA·h
电吹风铭牌参数
额定电压
220 V
额定功率
热风
1 000 W
冷风
250 W