高中物理沪科版 (2019)必修 第三册第4章 闭合电路欧姆定律4.3 电路中的能量转化与守恒巩固练习

【特供】第3节电路中的能量转化与守恒-1课时练习

一.填空题

1．如图所示为“测定直流电动机效率”的实验装置及电路。

(1)在图中用笔划线完成实物电路图的连线___。

(2)实验中关于滑动变阻器的作用及操作正确的是（_________）

A．通过调节滑动变阻器使重物匀速上升

B．通过调节滑动变阻器使通过电动机线圈的电流减小，从而提高电动机的效率

C．若开关闭合后电动机牵引不起重物，应将滑动变阻器的滑动端向右滑动

D．若开关闭合后重物一直加速上升，应将滑动变阻器的滑动端向右滑动

(3)实验中通过适当调节使重物匀速上升的目的是______________________________。

(4)某次实验中电动机牵引G = 0.5N重物匀速上升，测得重物匀速上升H = 0.70m的时间t = 2.07s，读得电流表示数I = 0.16A，电压表示数U = 2.60V，若电动机线圈电阻r = 5Ω，则此次实验中电动机的机械效率是η = ________%，损失的机械功率是__________W。

2．如图所示的电路中，电源电压为且保持不变，定值电阻的阻值为，滑动变阻器，上标有“ ”字样，所用电流表量程为“”和“”，电压表量程为“”和“”。闭合开关，选择合适的电表量程，移动滑片，使的功率占电路总功率的比值最小，此时的功率为______；在电路安全的前提下，选择合适的电表量程，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表和电压表偏转角度相同，则此时电路总功率的最大值为______。

3．额定电流为5A．电阻为44Ω的电暖器正常工作10min，产生的热量为_________J。

4．如图甲所示的电路中，D为二极管（正向电阻为零，反向电阻为无穷大），R1=R2=4Ω，R3=6Ω当在AB间加上如图乙所示的交流电压时，在0～1×10﹣2s时间内通过R1的电流　   　；1s内电阻R3所消耗的电能　   　．

5．手持小型电风扇的电压为8V，正常工作时的电流为2A，电风扇的电机内阻为0.6Ω，问电风扇正常工作时的电功率为　   　w，热功率为　    　 w．

6．某电容器上标有“220V．300μF”，300μF=______F=______pF；家庭计算用电量时，常用的单位是“度”，1度=______千瓦小时。

7．图中①．②分别为锂离子电池充电过程中充电电流I．电池电压U随时间t变化的图线，此过程中充电功率最大为______W，若图中时间轴上分钟，小时，则在这1小时内，充电电量为______C。

8．如图所示：电压U=90V，R1=200Ω，R2=400Ω，A．V为理想电表，其读数分别为I=________A，U2=_________V．此时R1上的功率P1=_______W．

9．在用直流电动机提升砝码来测量其效率的实验中，当电动机以0.4m/s匀速卷起一个质量为0.5kg的物体B时，从计算机上读出2.8V，，则电动机效率为___________，电动机线圈内阻大小为___________Ω。（g取10m/s2）

10．如图所示，被测物体A的长度为___________cm，电能表的示数为___________kW·h。

11．如图甲是某一电热水壶，若该电热水壶工作时的电流为I．电热丝的电阻为R．通电时间为t过程中产生的热量为Q=    ，图乙在额定电压下是该某一电热水壶的铭牌，由铭牌可知，在30s内将消耗___ __J的电能；如图丙为家用电风扇，当电流通过电动机，电能主要转化为     (选填“内能”．“机械能”．“化学能”)．

12．“220V．5.5kW”的电动机，电阻为0.4Ω，它在正常工作时的电流为　  　A，1s钟内产生的热量是　  　J，1s内有　   　J的电能转化为机械能．

13．如图是一电热水壶的铭牌，由铭牌可知，该电热水壶在额定电压下工作时，所使用的交流电压的最大值为　   　V，交流电的周期为　   　s．

 电器名称：电热水壶

型    号：WK﹣9016B

额定电压：220V

工作频率：50Hz

额定功率：2200W

14．某电热水壶铭牌的部分参数如表中所示，从表中可知，该电热水壶正常工作时电压U=______V，功率P=_____W，电流I=______A。

15．如图所示的电路中，电源的电动势为9 V，内阻为1 Ω，定值电阻的阻值为2 Ω.开关S闭合后，电路中的电流为________A，闭合后10 s内定值电阻上产生的热量为________J.

16．千瓦·时是_______的单位，它与国际单位制单位的关系是1千瓦·时=_______.

17．如图所示电路中，闭合开关S后，增大滑动变阻器R的阻值，则电流表A的读数将　  　（填“变大”或“变小”），电阻R0消耗的功率将　    　（填“变大”或“变小”）．

18．叶同学乔迁新居后，观察新家的电表如图所示，为了测试其是否准确，采用了如下方法：打开家中一盏“220V  100W”的电灯，将其它的电器全部关闭且不在待机状态，然后计时5分钟，若电表计电量准确，应该转动    圈．

参考答案与试题解析

1．【答案】    AC    使绳子拉力等于重物重力    40.64%    0.12   

【解析】

(1)[1]电压表需测量电动机两端电压，实物连线图如下图

(2)[2]A．为测定直流电动机效率，需测量出电动机的输出功率，当重物匀速上升时，电动机的输出功率等于重物重力的功率，则应通过调节滑动变阻器使重物匀速上升，故A正确；

B．本实验的目的是测定直流电动机效率，滑动变阻器的作用主要是使重物匀速上升，而不是提高电动机的效率，故B错误；

C．若开关闭合后电动机牵引不起重物，则说明电动机功率过小，故应增大电流来使电动机功率增大，若电流增大，则电路总电阻减小，即应将滑动变阻器的滑动端向右滑动，故C正确；

D．若开关若开关闭合后重物一直加速上升，则说明电动机输出功率过大，故应减小电流来使输出功率减小，所以电路总电阻应增大，即应将滑动变阻器的滑动端向左滑动，故D错误。

故选AC。

(3)[3]实验中通过适当调节使重物匀速上升的目的是为了使电动机的输出功率等于重力的功率，即使绳子拉力等于重物重力。

(4)[4]电动机输出功率为

电动机总功率为

则电动机的机械效率为

[5]损失的机械功率为

2．【答案】    ①. 3    ②. 16.2

【解析】

【分析】

【详解】[1] R2的功率与电路总功率的比值为

由于电源电压不变，则使R2的功率占电路总功率的比值最小时是滑动变阻器两端的电压最小时，根据串联电路的分压特点可知：当滑动变阻器连入电路的电阻最小时滑动变阻器两端的电压最小，此时电路中电流最大，已知滑动变阻器R2上标有“20Ω 1A”字样，电流表量程为“0～0.6A”和“0～3A”，所以，电路中电流最大为1A，则由

可得，电阻R1两端的电压

根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得滑动变阻器两端的电压

所以，R2的功率为

[2] 因滑片在某一位置时，电流表和电压表的偏转角度相同，且整个电路能正常工作，所以，可设两电表指针偏转的格数均为n

①若电流表的量程为0～0.6A．电压表的量程为0～3V

则电流表的示数为0.02A×n，电压表的示数为0.1V×n

此时滑动变阻器接入电路中的电阻

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，此时电路中的电流

故此种情况不可能

②若电流表的量程为0～0.6A．电压表的量程为0～15V

则电流表的示数为0.02A×n，电压表的示数为0.5V×n

此时滑动变阻器接入电路中的电阻

故此种情况不可能

若电流表的量程为0～3A．电压表的量程为0～3V

则电流表的示数为0.1A×n，电压表的示数为0.1V×n

此时滑动变阻器接入电路中的电阻

此时电路中的电流

故此种情况不可能

④若电流表的量程为0～3A．电压表的量程为0～15V

则电流表的示数为0.1A×n，电压表的示数为0.5V×n

此时滑动变阻器接入电路中的电阻

此时电路中的电流

故此种情况可能

则整个电路的总功率

3．【答案】6.6×105

【解析】根据焦耳定律可知电暖气产生的热量为．

4．【答案】0.5A；4.92J

【解析】考点:电功．电功率．

专题:恒定电流专题．

分析:（1）由题意可知，0﹣1×10﹣2 s时间内D处于导通状态，电路结构为R1和R2并联与R3串联，根据串并联电路的额特点及欧姆定律即可求解；

（2）先求出一个周期内R3所消耗的电功率，再乘以时间即可求解

解答:解：0﹣1×10﹣2 s时间内D处于导通状态，则电路总电阻为：R=R3+…①

通过R3的电流为：I=②

由①②式代入数据解得：I=1 A

通过R1的电流为：I1==0.5 A．

（2）在1×10﹣2﹣2×10﹣2 s时间内D处于截止状态，则通过R3的电流为：

I′=

代入数据解得：I′=0.8 A

t=1 s内R3消耗的电能为：E=（I2R3+I′2R3）

代入数据解得：E=4.92 J．

故答案为：0.5A；4.92J

点评:本题考查了二极管的特性．电路结构分析．欧姆定律．串并联电路的特点；认真审题，充分理解题意，知道理想二极管，正向电阻为零，反向电阻为无穷大，分析清楚电路结构是解题的关键．

5．【答案】16，2.4

【解析】【考点】电功．电功率

【分析】由功率公式P=UI求出电风扇电流做的功率．由P=I2R可以求热功率．

【解答】解：电流做功功率为：

P=UI=8V×2A=16W；

热功率为：

PQ=I2R=22×0.6=2.4W；

故答案为：16，2.4．

【点评】电风扇主要部件是电动机，电动机是非纯电阻电路，解题时要注意电功率公式的适用条件．

6．【答案】3×10-4    3×108    1   

【解析】【来源】广西钦州市第四中学2020-2021学年高二（上）10月物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]根据单位换算关系可知

300μF=3×10-4F= 3×108pF

[3] 家庭计算用电量时，常用的单位是“度”，1度=1千瓦小时

7．【答案】4.2    3546   

【解析】

[1]t2时刻电流和电压达到最大值，功率最大，最大功率为

[2]充电电量为电流图像的面积

8．【答案】0.15；60；4.5．

【解析】考点:电功．电功率．

分析:分析电路结构，由欧姆定律可求得电流表的示数；再由欧姆定律可求得电压表的示数；由功率公式可求得R1消耗的功率．

解答:解：由图可知，两电阻串联，由欧姆定律可知，电路中电流I===0.15A；

U2的示数U2=IR2=0.15×400=60V；

R1上的功率P1=I2R1=（0.15）2×200=4.5W；

故答案为；0.15；60；4.5．

点评:本题考查欧姆定律及功率公式的应用，要注意正确分析电路结构，根据题意选择正确的物理公式求解．

9．【答案】71.4%    0.8   

【解析】

[1]电动机效率为

[2]对电动机由能量关系

解得

r=0.8Ω

10．【答案】    ①. 2.00    ②. 165.3

【解析】

分析】

【详解】[1]由图可知，被测物体A的长度为2.00；

[2]由图可知，电能表的示数为165.3 kW·h。

11．【答案】I2Rt．45000；机械能

【解析】

试题分析：根据焦耳定律可得产生的热量，跟根据公式可得，当电流通过电动机，电能主要转化为机械能

考点：考查了电工的计算，焦耳定律

12．【答案】25；250；5250

【解析】

考点： 电功．电功率．

专题： 恒定电流专题．

分析： 由电动机铭牌可知，其额定电压是220V，额定功率是5.5kW，由P=UI的变形公式可以求出正常工作时的电流；由焦耳定律可以求出1s产生的热量；电动机消耗的总电能与产生的热量之差转化为机械能．

解答： 解：∵P=UI，

∴正常工作时的电流：

I===25A，

t=1s内，电动机消耗的电能：

W=Pt=5.5×103W×1s=5.5×103J，

1s产生的热量Q=I2Rt=（25A）2×0.4Ω×1s=250J，

1s内获得的机械能W机=W﹣Q=5.5×103W﹣250J=5250J；

故答案为：25；250；5250

点评： 由铭牌求出额定电压与额定功率．应用电功率的变形公式．电功公式即可正确解题；要注意电动机是非纯电阻电路，电动机消耗的总电能一部分转化为内能，一部分转化为机械能．

13．【答案】220，0.02

【解析】

考点： 电功．电功率．

专题： 恒定电流专题．

分析： 由表中数据可以得到额定电压．额定功率，工作频率，根据有效值与最大值的关系求出交流电压的最大值，根据T=求出周期．

解答： 解：由图知电水壶的额定电压为220V，频率为50Hz，则所使用的交流电压的最大值，

周期T===0.02s；

故答案为：220，0.02

点评： 用电器铭牌上都会有额定电压和功率，频率，有了这些个信息我们可以求出其他几个量，如额定电流．电阻．用电量等，做题时要注意总结．

14．【答案】220    1100    5   

【解析】【来源】2019年福建省普通高中学业水平合格性考试物理试题（6月)

【详解】

[1]根据电热水壶的铭牌可知：220V表示电水壶的额定电压为U=220V，即正常工作时电压为220V；

[2]1100W表示水壶的额定功率为

P=1100W；

[3]额定电流为

。

15．【答案】0.1

【解析】

16．【答案】功       

【解析】

【详解】

[1][2]根据 可知，千瓦·时是功的单位，它与国际单位制单位的关系是

1千瓦·时=

17．【答案】变小，变小．

【解析】【考点】 电功．电功率．

【分析】图中电阻R与R0串联，根据闭合电路欧姆定律列式求解电流表达式，分析电流变化情况；在根据P=I2R0分析R0电功率变化情况．

【解答】解：根据闭合电路欧姆定律，有：I=，故增大滑动变阻器R的阻值后，电流减小；

根据P=I2R0，电阻R0消耗的功率将变小；

故答案为：变小，变小．

18．【答案】6圈

【解析】考点：电功．电功率．

专题：恒定电流专题．

分析：由W=Pt先求得是电功，再由每kW的转数求得全圈数．

解答： 解：P=UI=100×10﹣3×=kW

圈数为：n=720×=6

故答案为：6圈．

点评：考查电功的计算，明确电表的各数据的意义即可，不难．