高中物理教科版 (2019)必修 第三册8 焦耳定律 电路中的能量转化同步训练题

这是一份高中物理教科版 (2019)必修 第三册8 焦耳定律 电路中的能量转化同步训练题，共8页。

基础巩固
1.把家用电炉的电热丝剪去一小段后,继续使用,则在同样的时间内( )
A.由Q=I2Rt可知,电炉的发热量减小
B.由Q=UIt可知,电炉的发热量不变
C.由Q=U2Rt可知,电炉的发热量增大
D.无法确定
答案:C
解析:将家用电炉的电热丝剪去一小段后,其电阻R变小,由于加在电炉两端的电压U不变,因此由公式Q=U2Rt可知,在相同时间t内,电炉的发热量Q增大,选项C正确。
2.(多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么( )
A.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要2t
B.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要4t
C.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要4t
D.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要16t
答案:BD
解析:由公式Q=U2Rt,煮沸一壶水所需的热量为Q=(220V)2Rt。当电压变为原来的12时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4t,选项B正确。当电压变为原来的14时,时间要变为原来的16倍,即16t,选项D正确。
3.三只电阻R1、R2和R3按如图所示连接,在电路的A、B端加上恒定电压后,电阻R1消耗的功率最大,则三只电阻的阻值大小关系为( )

A.R1>R2>R3B.R2>R1>R3
C.R3>R2>R1D.R1>R3>R2
答案:B
解析:电阻R1、R2并联,电阻两端的电压相等,因为电阻R1消耗的功率最大,由功率公式P=U2R,可判断R2>R1,由串、并联电路的特点可知,通过电阻R1的电流小于通过电阻R3的电流,根据功率公式P=I2R,可判断R1>R3,故选B。
4.把几个相同的电灯接成如图(a)(b)所示两电路,通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值,使两组电灯均能正常发光,并且两电路消耗的总电功率也相同,则R1、R2大小满足( )
(a)
(b)
A.R2=9R1B.R2=6R1
C.R2=3R1D.R1=R2
答案:A
解析:设每个灯泡正常发光时其电流为I,则题图(a)中总电流为3I,题图(b)中总电流为I;要使两电路消耗的总电功率也相同,需使PR1=PR2,即(3I)2R1=I2R2,故R2=9R1,所以选项A正确。
5.额定电压为220 V的电动机的线圈电阻为0.8 Ω,正常工作时,电动机每秒放出的热量为1 280 J,则电动机正常工作时的电流为多大?每秒有多少焦的电能转化成机械能?
答案:40 A 7 520 J
解析:电动机电路为非纯电阻电路,输出电动机的电功率,一方面转化为机械功率输出,另一方面转化为线圈电阻的发热功率。正常工作时,通过线圈的电流即为正常工作电流,由焦耳定律Q=I2Rt得
1 280 J=I2×0.8 Ω×1 s,解得I=40 A
由能量转化和守恒得P输入=P机+P热
P机=UI-I2R=8 800 W-1 280 W=7 520 W
即每秒有7 520 J的电能转化成机械能。
6.如图所示,有一提升重物用的直流电动机,内阻r=0.6 Ω,R=10 Ω,U=160 V,电压表的读数为110 V,求:
(1)通过电动机的电流;
(2)输入到电动机的电功率;
(3)电动机中发热的功率;
(4)电动机工作1 h所产生的热量。
答案:(1)5 A (2)550 W (3)15 W (4)54 000 J
解析:(1)设电动机两端的电压为U1,电阻R两端的电压为U2,则
U1=110 V,U2=U-U1=(160-110) V=50 V
通过电动机的电流为I,则I=U2R=5010 A=5 A。
(2)输入电动机的电功率P电=U1I=110×5 W=550 W。
(3)电动机中发热的功率P热=I2r=52×0.6 W=15 W。
(4)电动机工作1 h所产生的热量Q=I2rt
=52×0.6×3 600 J=54 000 J。
能力提升
1.(多选)有两个灯泡L1、L2,额定电压皆为6 V,额定功率分别为6 W、3 W,将它们接在电路中,下列说法正确的是( )
A.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9 W
B.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5 W
C.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9 W
D.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5 W
答案:BC
解析:当两灯泡串联时,电流相等,L1的额定电流为I1=P1U1=1 A,电阻R1=U12P1=6 Ω,L2的额定电流为I2=P2U2=0.5 A,电阻R2=U22P2=12 Ω。要使两灯泡不被烧坏,电路中的最大电流为0.5 A,最大功率为Pmax=I2R1+I2R2=4.5 W,故A错误,B正确。当两灯泡并联时,电压相等,当电压为6 V时,两灯皆可正常发光,此时电路最大功率为9 W,故C正确,D错误。
2.(多选)如图所示的电路中,L1、L2是两个不同的小灯泡,a、b间有恒定的电压,它们都正常发光,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,发生的现象是( )
A.L1亮度不变,L2变暗
B.L1变暗,L2变亮
C.电路消耗的总功率变小
D.流过滑动变阻器的电流变小
答案:BCD
解析:滑动变阻器的滑片向右滑动时阻值增大,并联部分的电阻变大,分得电压变大,所以L2两端电压增大,变亮。L1分得电压变小,L1变暗,A错,B对。因为滑动变阻器电阻变大,总电阻变大,由P=U2R可知,U一定,P减小,即电路总功率减小,C对。又因为总电阻增大,总电流减小,而L2电压变大,电流变大,所以流过变阻器的电流减小,D正确。
3.如图所示,把两个相同的灯泡分别接在(a)(b)电路中,(a)电路两端的电压为8 V,(b)电路两端的电压为16 V。调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光,此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2,两电路中消耗的总功率分别为P(a)和P(b),则下列关系正确的是( )
(a)
(b)
A.P(a)B.P(a)>P(b)
C.P1>P2
D.P1=P2
答案:D
解析:由灯都正常发光可知,R1中电流是R2中电流的2倍,R1两端电压是R2两端电压的12,两变阻器消耗的功率相等,两电路中消耗的总功率相等,选项D正确,A、B、C错误。
4.A、B为“220 V 100 W”的两个相同的灯泡,C、D为“220 V 40 W”的两个相同的灯泡。现将四个灯泡接成如图所示的电路,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD。则实际功率的大小关系为( )
A.PA=PB,PC=PD
B.PA=PD>PB=PC
C.PD>PA>PB>PC
D.PB>PC>PD>PA
答案:C
解析:根据R=U2P得,RA=RBPC;因为IA=ID,根据P=I2R知,PD>PA。流过A、D的电流大于流过B、C的电流,由P=I2R知,PA>PB,PD>PC,所以PD>PA>PB>PC。
5.以蓄电池为驱动能源的环保汽车总质量m=3×103 kg。当它在水平路面上以v=36 km/h的速率匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=50 A,电压U=300 V。在此行驶状态下:
(1)求驱动电机的输入功率P电;
(2)若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机,求汽车所受阻力与车重的比值(g取10 m/s2)。
答案:(1)1.5×104 W (2)0.045
解析:(1)驱动电机的输入功率P电=IU=1.5×104 W。
(2)在匀速行驶时,P机=0.9P电,由P机=Fv得
Ff=0.9P电v=1.35×103 N
汽车所受阻力与车重之比Ffmg=0.045。
6.在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R,使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V;重新调节R,使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。
(1)求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
(2)电动机正常工作状态时匀速提升一个2 kg的物体,该物体竖直上升的速度多大?(g取10 m/s2)
答案:(1)22.0 W 2 Ω (2)1.1 m/s
解析:(1)当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时电动机停止工作,其阻值r=U1I1= Ω。当电动机正常工作时,电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V,则电动机的总功率P总=U2I2=15.0×2.0 W=30.0 W,线圈电阻的热功率P热=I22r=2.02×2 W=8.0 W,所以P输出=P总-P热=30.0 W-8.0 W=22.0 W。
(2)由P出=mgv得
v=P出mg=222×10 m/s=1.1 m/s