高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化达标测试

电路中的能量转化

　 (15分钟·30分)

一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)

1.关于三个公式P=UI、P=I2R、P=的适用范围,以下说法正确的是 (　　)

A.第一个公式普遍适用于求电功率,后两式普遍适用于求电热功率

B.在纯电阻电路中,三个公式既可适用于求电功率,又可适用于求电热功率

C.在非纯电阻电路中,第一个公式可适用于求电功率,第二个和第三个公式可用于求电热功率

D.由U=IR可知,三个公式没有任何区别,它们表达相同的意义

【解析】选B。首先,U=IR只适用于纯电阻电路,因此三个公式在纯电阻电路中没有区别,但在非纯电阻电路中它们互不相同,故A项错误,B项正确;在非纯电阻电路中,P=UI仅表示电功率,而P=I2R仅表示电热功率,P=无意义,故C、D项错误。

2.电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个电灯串联使用,电灯还和一只开关并联,然后再接到220 V的电源上(如图所示)。下列说法中正确的是              (　　)

A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大

B.开关接通时,电灯熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小

C.开关断开时,电灯发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热功率较小

D.开关断开时,电灯发光,可供在焊接时照明使用,消耗总功率不变

【解析】选A。开关接通将灯短路,电灯熄灭,电路中总阻值减小,由P=知,电路的总电功率增大,故A项正确,B项错误;开关断开时,电灯发光,电路中总阻值较大,由P=知,电路的总电功率较小,电烙铁发热功率较小,故C、D项错误。

3.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的电源上(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

【解析】选C。由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1==44 Ω,洗衣机为非纯电阻元件,不满足欧姆定律所以电阻不等于440 Ω,故A项错误;对电饭煲P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J,洗衣机P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,故B项错误,C项正确。洗衣机电动机发热功率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,故D项错误。

4.粗细均匀的金属环上A、B、C、D四点把其周长分成四等份,如图所示,当A、B两点接入电路中时,圆环消耗的电功率为P;当A、D两点接入电路中时,圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)              (　　)

A.3P  B.P  C.P  D.P

【解析】选B。设金属环的总电阻为4R,则当A、B两点接入电路中时,等效电阻为R,圆环消耗的电功率为P=;当A、D两点接入电路中时,等效电阻为R1==,圆环消耗的电功率P1==P,故B项正确。

二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)

5.如图所示是一直流电动机工作时的电路图。电动机内阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,电压表示数UV=110 V。试求:

(1)通过电动机的电流;

(2)输入电动机的总功率;

(3)电动机输出的机械功率。

【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压

UR=U-UV=(160-110) V=50 V

通过电阻R的电流IR== A=5 A

即通过电动机的电流IM=IR=5 A。

(2)电动机的分压UM=UV=110 V

输入电动机的总功率P总=IM·UM=550 W。

(3)电动机的热功率P热=r=20 W

电动机输出的机械功率P出=P总-P热=530 W。

答案:(1)5 A　(2)550 W　(3)530 W

【加固训练】

　　1.有一内阻为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              (　　)

A.电解槽消耗的电功率为120 W

B.电解槽消耗的电功率为60 W

C.电解槽的发热功率为60 W

D.电路消耗的总功率为60 W

【解析】选B。灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110 V电压,且流过电解槽的电流I=I灯== A= A,则电解槽消耗的电功率P=IU=P灯=60 W,选项A错误,选项B正确;电解槽的发热功率P热=I2r ≈1.3 W,选项C错误;电路消耗的总功率P总=IU总=×220 W=120 W,选项D错误。

2.如图所示,一台直流电动机所加电压为110 V,通过的电流为5 A。该电动机在10 s内把一个质量为50 kg的物体匀速提高了9 m,求电动机的电功率和电动机线圈的电阻(不计摩擦,g取10 m/s2)。

【解析】电功率:P=UI=110×5 W=550 W

电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程。

机械能:E=mgh=50×10×9 J=4 500 J

内能:

Q=W-E=Pt-E=(550×10-4 500) J=1 000 J,

由焦耳定律Q=I2Rt,得:R== Ω=4 Ω。

答案:550 W　4 Ω

　 (10分钟·20分)

6. (20分)如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个控温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103 ℃)时,会自动断开。S2是一个自动控温开关,当温度低于70 ℃时,会自动闭合;温度高于80 ℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯,定值电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯电阻不计。

(1) 分析电饭煲的工作原理。

(2) 简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?

(3) 计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。

【解析】(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯被短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,温度升高到103 ℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态;由于散热,待温度降至70 ℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80 ℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态。

(2)如果不闭合开关S1,则不能将饭煮熟,因为只能加热到80 ℃。

(3)加热时电饭煲消耗的电功率P1=,

保温时电饭煲消耗的电功率P2=,

两式中R并== Ω= Ω

从而有

P1∶P2===12∶1。

答案:(1)见解析　(2)不能　(3)12∶1