2020-2021学年1 电路中的能量转化随堂练习题

第十二章 电能 能量守恒定律

课时12.1  电路中的能量转化

1.理解电功、电功率的概念和物理意义，掌握电功和电功率的计算公式。

2.理解焦耳定律，能利用焦耳定律进行有关的分析和计算。

3.了解电路中的能量转化。

一、电功和电功率

1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。

2．电功

(1)定义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。

(2)公式：W＝UIt。

(3)单位：国际单位是焦耳，符号是J。

3．电功率

(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。

(2)公式：P＝＝UI。

(3)单位：国际单位是瓦特，符号是W。

二、焦耳定律

1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。

2．表达式：Q＝I2Rt。

3．热功率

三、电路中的能量转化

1．电动机工作时的能量转化

(1)能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。

(2)功率关系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即：P电＝P机＋P损，P电＝UI，P损＝I2R。

2．电池充电时的能量转化

电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。

基础过关练

题组一　电功和电功率

1.电功率的计算公式P=中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于　 (　　)　　　　　 　　　　　 　　　　　

A.计算电冰箱的功率

B.计算电风扇的功率

C.计算电烙铁的功率

D.计算洗衣机的功率

2.电阻R1、R2的I-U图线如图所示，则下列说法正确的是　 (　　)

A.R1∶R2=3∶1

B.将R1与R2串联后接于电源上，则电压比U1∶U2=1∶3

C.将R1与R2并联后接于电源上，则电流比I1∶I2=1∶3

D.将R1与R2并联后接于电源上，则功率比P1∶P2=1∶3

3.当纯电阻R两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是 (　　)

A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J

C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J

4.如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3是 (　　)

A.1∶1∶1 B.4∶1∶1

C.1∶4∶4 D.1∶2∶2

题组二　焦耳定律

5.两个精制电阻，用锰铜电阻丝绕制而成，两电阻上分别标有“100 Ω　10 W”和“20 Ω　40 W”，则它们的额定电流之比为 (　　)

A.∶5 B.∶20

C.∶10 D.1∶2 000

6.一台电动机的额定电压是220 V，额定电流为5 A，电动机线圈的电阻是0.4 Ω。当该电动机正常工作时，每秒产生的热量是 (　　)

A.1 100 J B.110 J

C.1 210 J D.10 J

7.一台电动机，额定电压是220 V，线圈电阻是1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为 (　　)

A.48 400 W B.1 100 W

C.220 W D.25 W

8.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2R，电流为，则在t时间内产生的热量为 (　　)

A.4Q B.2Q C. D.

题组三　电路中的能量转化

9.有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的铭牌均标有“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.日光灯最多 B.电烙铁最多

C.电风扇最多 D.一样多

10.(多选)电动机的线圈电阻为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作的时间为t，则下列说法中正确的是 (　　)

A.电动机消耗的电能为UIt

B.电动机消耗的电能为I2Rt

C.电动机线圈产生的热量为I2Rt

D.电动机线圈产生的热量为t

能力提升练

题组一　电功和电功率

1.()(多选)如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等，则关于这两个电路中的U甲、U乙和R甲、R乙之间的关系，正确的是 (　　)

A.U甲>2U乙 B.U甲=2U乙

C.R甲=4R乙 D.R甲=2R乙

2.()一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U变化的关系图像如图甲所示，若将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端，3个用电器消耗的电功率均为P。现将它们连接成如图乙所示的电路，接在电压为U的电源两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2，它们之间的关系为 (　　)

A.P1=4P2 B.PD=

C.PD=P2 D.P1<4P2

题组二　焦耳定律

3.()电热水壶已进入千家万户，极大地方便了我们的生活。如果将一电热水壶接在220 V的电源两端，经时间t0电热水壶的开关自动切断，假设热量的损失不计、电热丝的阻值不受温度的影响。则 (　　)

A.如果将电热水壶接在110 V的电源两端，需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断

B.如果将电热水壶接在110 V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

C.如果将电热水壶接在55 V的电源两端，需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断

D.如果将电热水壶接在55 V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

4.()如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识，结合从该铭牌上获取的信息，得出该电热水壶 (　　)

A.只能在220 V电压下工作

B.正常工作5 min耗电约0.5 kW·h

C.正常工作时的电流约为6.8 A

D.在非工作状态下电阻丝的电阻值约为32 Ω

题组三　电路中的能量转化

5.()一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是 (　　)

A.电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω

B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W

C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J

D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

6.()国庆期间群众游行队伍中的国徽彩车，不仅气势磅礴，而且还是一辆电动车，充一次电可以行驶100千米左右。假设这辆电动彩车的总质量为6.75×103 kg，它匀速通过天安门前500 m的检阅区域用时250 s，驱动电机的输入电流I=10 A，电压为300 V，电动彩车行驶时所受阻力为车重的。g取10 m/s2，其他摩擦不计，只考虑驱动电机的线圈发热损耗的能量，求：

(1)驱动电机的输入功率；

(2)电动彩车通过天安门前时，牵引电动彩车前进的机械功率；

(3)驱动电机的内阻和机械效率。

答案全解全析

第十二章　电能　能量守恒定律

1　电路中的能量转化

基础过关练

1.C　公式P=是根据电功率公式P=UI和欧姆定律I=推导出来的，只能用于纯电阻电路中，故C正确，A、B、D错误。

2.B　由题图可知，当I=1 A时，U1=1 V，U2=3 V，所以R1==1 Ω，R2==3 Ω，则R1∶R2=1∶3，A错。R1与R2串联时，U1∶U2=R1∶R2=1∶3，B正确。R1与R2并联时，I1∶I2=R2∶R1=3∶1，P1∶P2=R2∶R1=3∶1，C、D均错。

3.D　设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2，通电的时间都为t。由W1=U1q1和W1=t，可得U1=3 V，=0.1 s/Ω。再由W2=U2q2和W2=t，可求出U2=6 V，W2=3.6 J，故选项D正确。

4.C　由于三个电阻消耗的功率一样大，则有=，得R2=R3，所以通过R1的电流是通过R2电流的2倍，则有(2I)2R1=I2R2，得R1=。故R1∶R2∶R3=1∶4∶4，C正确。

5.C　由公式P=I2R得I=，所以I1∶I2=∶10，选项C正确。

6.D　额定电流是5 A，线圈电阻是0.4 Ω，则电动机每秒产生的热量Q=I2Rt=52×0.4×1 J=10 J，故选D。

7.D　电动机因发热损失的功率P=I2R=25×1 W=25 W，故选项D正确。

8.C　根据Q=I2Rt，若电阻变为原来的2倍，电流变为原来的，时间不变，则产生的热量变为原来的，C正确。

9.B　电烙铁是纯电阻用电器，工作时将电能全部转化为内能，而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器，电流通过它们时产生的热量很少，电能主要转化为其他形式的能，B正确。

10.AC　电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作的时间为t，所以电动机消耗的电能为UIt，A正确，B错误。电动机为非纯电阻用电器，其线圈产生的热量为I2Rt，由于U>IR，则I2Rt<t，C正确，D错误。

能力提升练

1.BC　设灯泡正常工作时两端电压为U，通过的电流为I，则有U甲I=U乙×2I，得U甲=2U乙，A错误，B正确；因两电路的总功率相等，又知四个灯泡相同且均正常发光，则它们的实际功率相等，可得两电阻的功率也相等，则有I2R甲=(2I)2R乙，得R甲=4R乙，C正确，D错误。

2.D　由于电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端时，三者功率相同，则此时三者电阻相同。当三者按照题图乙所示电路连接时，电阻器D两端的电压小于U，由题图甲可知，电阻器D的电阻增大，则有RD>R1=R2，而RD与R2并联，两端电压相等，根据P=，可知PD<P2，C错误；按题图乙方式连接后，由欧姆定律可知，电流ID<I2，又I1=I2+ID，故I1<2I2，根据P=I2R，可知P1<4P2，A错误，D正确；由于电阻器D与电阻R2并联的总电阻R并<R1，所以D两端的电压小于，且D阻值变大，则PD<，B错误。

3.D　根据公式Q=t可知，煮沸一壶水所需的热量为Q=t0。当电压变为原来的时，所需热量没变，因此加热时间要变为原来的4倍，即4t0，A、B错误；当电压变为原来的时，加热时间要变为原来的16倍，即16t0，C错误，D正确。

4.C　该电热水壶可以在低于220 V的电压下工作，故A错误；正常工作5 min，电热水壶消耗的电能W=Pt=1.5 kW× h=0.125 kW·h，故B错误；由铭牌信息可知，额定功率为1 500 W，额定电压为220 V，则该电热水壶正常工作时的电流I===6.8 A，故C正确；金属丝的电阻率随温度的升高而增大，所以在非工作状态下电热水壶电热阻丝的电阻比正常工作时小，正常工作时电阻丝的电阻R===32 Ω，故D错误。

5.C　由于电饭煲是纯电阻用电器，所以R1==44 Ω，P1=UI1=1 100 W，其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R2≠，P2=UI2=110 W，其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J，其热功率P热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。综上可知C正确。

6.答案　(1)3 000 W　(2)2 700 W　(3)3 Ω　90%

解析　(1)驱动电机的输入功率P入=UI=300×10 W=3 000 W

(2)电动彩车通过检阅区域时的速度v==2 m/s

电动彩车行驶时所受阻力f=mg=×6.75×103×10 N=1.35×103 N

电动彩车匀速行驶时牵引力F=f，故电动彩车通过天安门前时，牵引电动彩车前进的机械功率P机=Fv=2 700 W

(3)设驱动电机的内阻为R，由能量守恒定律得P入t=P机t+I2Rt

解得R=3 Ω

驱动电机的机械效率η=×100%=90%。