高考物理一轮复习课时作业23电流电阻电功及电功率含答案

电流　电阻　电功及电功率

(建议用时40分钟)

1.某兴趣小组调查一条河流的水质情况,通过计算结果表明,被污染的河里一分钟内有相当于6 C的正离子和9 C的负离子向下游流去,则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是              (　　)

A.0.25 A　顺流而下　　  B.0.05 A　顺流而下

C.0.25 A　逆流而上   D.0.05 A　逆流而上

【解析】选D。若正负离子移动方向相反,则通过横截面的总电荷量是两种离子电荷量绝对值之和,若正负离子向着同一个方向流动,则通过横截面的总电荷量等于正负离子的电荷量的代数和,所以在1 min内通过横截面的总电荷量应为q=6 C-9 C=-3 C,所以电流I==0.05 A,方向与河水的流动方向相反,即电流的方向为逆流而上,D正确,A、B、C错误。

2.如图所示,有两个同种材料制成的导体,两导体是横截面为正方形的柱体,柱体高均为h,大柱体截面边长为a,小柱体截面边长为b,则              (　　)

A.从图示电流方向看,大、小柱体电阻比为a∶b

B.从图示电流方向看,大、小柱体电阻比为1∶1

C.若电流方向竖直向下,大、小柱体电阻比为a∶b

D.若电流方向竖直向下,大、小柱体电阻比为a2∶b2

【解析】选B。由电阻定律得R=ρ,所以a的电阻为,b的电阻为,所以a、b的电阻之比为1∶1,A错误,B正确;若电流方向竖直向下,a、b的电阻之比为b2∶a2,C、D错误。

3.(2021·日照模拟)发光二极管简称为LED,它被称为第四代照明光源(如图甲)或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,广泛应用于指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。如图乙为某LED的伏安特性曲线,根据此伏安特性曲线,下列说法错误的是(　　)

A.当LED两端电压在2 V以下时,通过LED的电流几乎为零

B.当LED两端电压为3.0 V时,它消耗功率约为0.15 W

C.如果把电压3～3.5 V段近似看作直线,那么这一电压范围内,电阻几乎保持不变,其电阻约为2.5 Ω

D.在电压3～3.5 V范围内,LED的电阻随接入两端电压的增大而减小

【解析】选C。由图象可知,当LED两端电压在2 V 以下时,通过LED的电流几乎为零,选项A正确;当LED两端电压为3.0 V时,电流为50 mA,则它消耗功率为P=UI=3×0.05 W=0.15 W,选项B正确;根据R=,由图象可知,在电压3～3.5 V范围内,LED的电阻随接入两端电压的增大而减小,选项C错误,D正确。

4. (2021·梧州模拟)智能手机耗电量大,移动充电宝应运而生,它是能直接为移动设备充电的储能装置。充电宝的转换率是指充电宝放电总量占充电宝容量的比值,一般在0.6～0.7。如图为某一款移动充电宝,其参数如表所示。下列说法正确的是              (　　)

A.充电宝充电时将电能转化为内能

B.该充电宝最多能储存的能量为3.6×106 J

C.该充电宝电荷量从零到完全充满所用时间约为2 h

D.用该充满电的充电宝给电荷量为零、容量为3 000 mA·h的手机充电,理论上能充满4次

【解析】选D。充电宝充电时将电能转化为化学能,故A错误;该充电宝的容量为q=20 000 mA·h=20 000×10-3×3 600 C=7.2×104 C,电压为5 V,所以充电宝最多能储存的能量E=qU=7.2×104×5 J=3.6×105 J,故B错误;以2 A的电流充电,充电宝电荷量从零到完全充满所用时间t== s=3.6×104 s=10 h,故C错误;由于充电宝的转换率是0.60,所以放电总量为20 000 mA·h×0.60=12 000 mA·h,给电荷量为零、容量为3 000 mA·h的手机充电的次数n=次=4次,故D正确。

　　　【加固训练】

(多选)电阻R和电动机M相串联接到电路中,如图所示,已知电阻R与电动机线圈的电阻相等,电源键接通后,电动机正常工作,设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过电阻R做功W1,产生的电热Q1,电流通过电动机M做功W2,产生的电热Q2,则有              (　　)

A.U1<U2,Q1=Q2

B.W1=W2,Q1=Q2

C.W1<W2,Q1<Q2

D.W1<W2,Q1=Q2

【解析】选A、D。设开关接通后,电路中电流为I。对于电阻R,由欧姆定律得U1=IR,对于电动机,由于U2>IR,故U1<U2。根据W=UI可知,W1<W2,根据焦耳定律得Q1=I2Rt,Q2=I2Rt,则Q1=Q2。故A、D正确,B、C错误。

5.如图所示为某饭店的机器人服务员,其额定功率为48 W,额定工作电压为24 V。机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人              (　　)

A.额定工作电流为20 A

B.充满电后最长工作时间为2 h

C.电池充满电后总电荷量为7.2×104 C

D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J

【解析】选C。根据P=UI可知,额定电流应为:I===2 A,故A错误;机器人的锂电池容量为20 A·h,即当在额定电流2 A下工作时,能够工作最长时间为10 h,故B错误;电源充满电后的总电荷量为q=It=20×3 600 C=7.2×104 C,故C正确;额定电流下,机器人功率P==48 W,即每秒消耗48 J电能,故D错误。

　　　【加固训练】

　　(能力拔高题)如图为近日曝光的摩拜共享电动单车,与普通电动车不同的是,摩拜共享电动自行车采用“共享充电宝+自行车的方式”,其电池与普通充电宝类似,只有20 000 mAh,输入、输出电压均为10 V,输入电流为8 A,输出电流为15 A,可以支持驱动人和单车行驶10 km左右。已知成人在平路上骑单车所受阻力约为20 N,则              (　　)

A.该单车电池最多储存电能7.2×104 J

B.该单车电池充电时,从零电量充至满电量大约需要5 h

C.该单车电池电能的有效利用率约为27.8%

D.成人在平路上骑单车时,每秒钟平均消耗的电能约20 J

【解析】选C。此单车电池最大存储电能为:E=UIt=Uq=10 V×20 000 mA·h=10 V×20×3 600 C=7.2×105 J,故A错误;此单车电池充电时间:t====2.5 h,故B错误;此单车行驶的过程中受到的阻力为20 N,则消耗的电能:W=fs=20×10×103 J=2.0×105 J,单车电池电能的有效利用率约为:η=×100%=×100%≈27.8%,故C正确;由题知,输出电压为10 V,输出电流为15 A,则成人在平路上骑单车时,P=UI=10×15 W=150 W,每秒平均消耗电能约为150 J左右。故D错误。

6.(2021·遵义模拟)用两个相同的小量程电流表,分别改装成了两个量程不同的大量程电流表A1、A2,若把A1、A2分别采用并联或串联的方式接入电路,如图所示,则闭合开关后,下列有关电流表的示数和电流表指针偏转角度的说法正确的是              (　　)

A.图甲中的A1、A2的示数相同

B.图甲中的A1、A2的指针偏角相同

C.图乙中的A1、A2的示数和指针偏转角都不同

D.图乙中的A1、A2的指针偏角相同

【解析】选B。题图甲中的A1、A2并联,表头的电压相等,电流相等,指针偏转的角度相同,量程不同的电流表示数不同,故A错误,B正确;题图乙中的A1、A2串联,A1、A2的示数相同,由于量程不同,内阻不同,两电流表两端的电压不同,流过表头的电流不同,指针偏转的角度不同,故C、D错误。

7.(创新题)如图甲,工人正在“电测井”,它是用钻头在地上钻孔,通过在钻孔中进行电特性测量,可以反映地下的有关情况。如图乙所示为一钻孔,其形状为圆柱体,半径为10 cm,设里面充满浓度均匀的盐水,其电阻率ρ=0.314 Ω·m,现在在钻孔的上表面和底部加上电压,测得U=100 V,I=100 mA。

求:(1)该钻孔的深度。

(2)若截取一段含盐水的圆柱体与某一电源(电动势200 V,内阻100 Ω)相连,通电10分钟,当截取圆柱体的长度为多少时,盐水产生的热量最多,最多为多少?

【解析】(1)盐水电阻R==1 000 Ω

由电阻定律R=,S=πr2=3.14×10-2 m2

解得h=100 m。

(2)当圆柱体的电阻与电源的内电阻相等时,电源的输出功率最大,盐水产生的热量最多,电源内电阻R=100 Ω,则截取圆柱体的电阻也应该有R′=100 Ω;此时截取圆柱体长度:l== m=10 m

则圆柱体与电源所组成的电路的电流为

I′== A=1 A

热量最多为Q=I′2R′T=12×100×10×60 J=6×104 J

答案:(1)100 m　(2)当截取圆柱体的长度为10 m时,盐水产生的热量最多,最多为6×104 J

　　　【加固训练】

在如图所示的电路中,小量程电流表G的内阻Rg=100 Ω,满偏电流

Ig=1 mA,R1=900 Ω,R2= Ω。

(1)当S1和S2均断开时,改装成的表是什么表?量程为多大?

(2)当S1和S2均闭合时,改装成的表是什么表?量程为多大?

【解析】(1)S1和S2均断开时,电阻R1与小量程电流表G串联,可组成较大量程的电压表,电压表的内阻RV=Rg+R1=1 000 Ω。

所以电压表两端的电压最高为U=IgRV=0.001×1 000 V=1 V,即改装成的电压表的量程为1 V。

(2)S1和S2均闭合时,电阻R1被短路,电阻R2与小量程电流表G并联,组成较大量程的电流表,当小量程电流表G满偏时,通过R2的电流为

== A=0.999 A。

故改装成的电流表的量程为

I=+Ig=0.999 A+0.001 A=1 A。

答案:(1)电压表　1 V　(2)电流表　1 A

8.(多选)机场规定“严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机”,下列说法正确的是 (　　)

A.机场规定的是充电宝的额定能量不能超过5.76×105 J

B.160 W·h相当于160 kg的重物由静止下落1 m 时所具有的动能

C.乘飞机时可以携带标注容量为30 000 mA·h、输出电压为5 V的充电宝

D.容量为1 200 mA·h的充电宝,如果对外供电的电流为50 mA,那么充满电的该充电宝可对外供电时间大约为24 h

【解析】选A、C、D。机场规定的是充电宝的额定能量不能超过160 W·h=160×3 600 J=5.76×105 J,选项A正确;160 kg的重物由静止下落1 m时所具有的动能近似为mgh=160×10×1 J=1 600 J,则160 W·h比160 kg的重物由静止下落1 m时所具有的动能大,选项B错误;容量为30 000 mA·h、输出电压为5 V的充电宝储存的电能为30 000 mA·h×5 V=30×3 600×5 J=5.4×105 J<5.76×105 J,则乘飞机时可以携带此充电宝,选项C正确;容量为1 200 mA·h的充电宝,如果对外供电的电流为50 mA,那么充满电的该充电宝可对外供电时间大约为=24 h,选项D正确。

9.如图所示,a、b、c为不同材料做成的电阻,b与a的长度相等,b的横截面积是a的两倍;c与a的横截面积相等,c的长度是a的两倍。当开关闭合后,三个理想电压表的示数关系是U1∶U2∶U3=1∶1∶2。关于这三种材料的电阻率ρa、ρb、ρc,下列说法正确的是(　　)

A.ρa是ρb的2倍　　　　 B.ρa是ρc的2倍

C.ρb是ρc的2倍    D.ρc是ρa的2倍

【解析】选C。设a的长度为L,横截面积为S,因为R=,而R=ρ,a、b串联,所以==1,即=1,即ρb=2ρa;同理==,所以=,故ρa=ρc,由上述可知ρb=2ρc,则C正确,A、B、D错误。

10.(创新题)(多选)额定电压均为220 V的白炽灯L1和L2的U-I特性曲线如图甲所示,现将和L2完全相同的L3与L1和L2一起按如图乙所示电路接入220 V电路中。则下列说法正确的是(　　)

A.L2的额定功率约为99 W

B.L2的实际功率约为17 W

C.L2的实际功率比L3的实际功率小17 W

D.L2的实际功率比L3的实际功率小82 W

【解析】选A、B、D。由L2的伏安特性曲线可得,在额定电压220 V 时的电流为0.45 A,则L2的额定功率为P额=U额I额=99 W,A正确;图示电路为L1和L2串联再与L3并联,所以L1和L2串联后两端的总电压为220 V,那么流过L1和L2的电流及两灯的电压满足I1=I2,U1+U2=220 V,由L1和L2的U-I图线可知,I1=I2=0.25 A,U1=152 V,U2=68 V,故灯L2的实际功率P2=I2U2=17 W,B正确;由于L3两端的电压为220 V,故P3=P额=99 W,则P3-P2=82 W,C错误,D正确。

11. (多选)(2021·保山模拟)如图是有两个量程的电流表,当使用a、b两个端点时,量程为1 A,当使用a、c两个端点时,量程为0.1 A。已知表头的内阻Rg为200 Ω,满偏电流Ig为2 mA,则电阻R1、R2的值为              (　　)

A.R1=4.1 Ω    B.R1=0.41 Ω

C.R2=36.7 Ω    D.R2=3.67 Ω

【解析】选B、D。接a、b时,R1起分流作用,I1=Ig+　①,接a、c时,R1+R2起分流作用,I2=Ig+　②,由①②联立,将I1=1 A,I2=0.1 A代入得R1≈0.41 Ω,R2≈3.67 Ω,故选项B、D正确。

12. (2021·嘉兴模拟)燃油车退出已提上日程,不久的将来,新能源车将全面替代燃油车。某景区电动车(如图)载满游客时总质量m=1.75×103 kg,以4 m/s的速度在水平路面匀速行驶,驱动电机的输入电流I=20 A,输入电压U=400 V,电动车行驶时所受阻力为车重的0.1倍,g取10 m/s2,不计电机内部摩擦,只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量,求:

(1)驱动电机的输入功率;

(2)电动车行驶时输出的机械功率;

(3)驱动电机的内阻。

　　　　　 【解题指导】解答本题应注意以下两点:

(1)电动机是非纯电阻电路,P热=P入-P出。

(2)电动车匀速行驶时牵引力等于阻力。

【解析】(1)驱动电动机的输入功率:

P入=UI=400×20 W=8 000 W;

(2)电动车行驶时所受阻力:

f=0.1 mg=1.75×103 N;

电动车匀速行驶时F=f,电动车行驶时输出的机械功率:P出=Fv=1.75×103×4 W=7×103 W;

(3)驱动电机内阻的发热功率:

P热=P入-P出=8 000 W-7 000 W=1 000 W

根据P热=I2r,有:r== Ω=2.5 Ω

答案:(1)8 kW　(2)7 kW　(3)2.5 Ω

　　　【加固训练】

　　(能力拔高题)一辆电动自行车的铭牌上给出的技术参数如表所示。质量M=70 kg的人骑着此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力f恒为车和人总重力的k倍,k=0.02。g取10 m/s2。求:

 (1)此电动自行车的电动机在额定电压下正常工作时的效率。

(2)仅在电动机以额定功率提供动力的情况下,人骑车行驶的最大速率。

(3)仅在电动机以额定功率提供动力的情况下,当车速v=2.0 m/s时,人骑车的加速度大小。

【解析】(1)由题表可知,电动机的额定电压为U0=40 V,额定电流为I0=3.5 A,所以电动机正常工作时的输入功率为

P入=U0I0=140 W

又电动机的输出功率为P出=120 W

所以电动机的效率为

η=×100%=85.7%。

(2)设车的质量为m,则车行驶时所受阻力为

f=k(M+m)g

　当达到最大速度vm时,应有P出=fvm

所以最大速度vm==6.0 m/s。

(3)当车速为v=2.0 m/s时,

牵引力F==60 N,

　设此时车的加速度大小为a,根据牛顿第二定律得F-f=(M+m)a,

解得a=0.4 m/s2。

答案:(1)85.7%　(2)6.0 m/s　(3)0.4 m/s2