12.1 电路中的能量转化 同步课时作业训练—高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word版含答案）

2021-2022年高二物理必修3同步课时作业训练（人教版2019）
12.1
电路中的能量转化
一、单选题。本大题共10小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24V/200W)和10个相同的指示灯X1～X10(220V/2W),将其连接在220V交流电源上，电路见图，若工作一段时间后，L2
灯丝烧断，则（
）
A．X1的功率减小，L1的功率增大
B．X1的功率增大，L1的功率增大
C．X2功率增大，其它指示灯的功率减小
D．X2功率减小，其它指示灯的功率增大
2．很多人关掉电视机的电源后，不会注意到旁边的机顶盒还在工作，电能正悄无声息地流失着，技术人员研究发现在电视机开机和关机两种状态下，机顶盒功耗基本一致，都约为6W，若机顶盒每户家庭1台（不关电源），则全国每年因机顶盒而消耗的电能最接近（
）
A．
B．
C．
D．
3．平面上有100个点，每两点之间连有阻值为R的电阻，在任意两点间加上电压U，则电路消耗的总功率为（　　）
A．
B．
C．
D．
4．有四盏灯，如图所示连接在电路中，和都标有“220V，100W”字样，和都标有“220V，40W”字样，把电路接通后，四盏灯都能发光。最暗的是（设实际功率越大，灯越亮）（　　）
A．
B．
C．
D．
5．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为的交流电源上（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5.0A，通过洗衣机电动机的电流是，则下列说法中正确的是（　　）
A．电饭煲的电阻为，洗衣机电动机线圈的电阻为
B．电饭煲消耗的电功率为，洗衣机电动机消耗的电功率为
C．内电饭煲消耗的电能为，洗衣机电动机消耗的电能为
D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
6．额定电压都是110V、额定功率PA=110W和PB=40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（　　）
A．
B．
C．
D．
7．在研究微型电动机的性能时，应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0.5A和2.0V。重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V。则这台电动机正常运转时输出功率为（　　）
A．47W
B．44W
C．32W
D．18W
8．三只灯泡A、B和C，分别标有“6
V
、6
W”、“6
V
、12
W”、“6
V、
36
W”，以下说法中正确的是（　　）
A．若并联在6
V的电压上，则三灯一样亮
B．若串联在电路中且所有灯都能发光，则C灯最亮
C．若串联在电路中且所有灯都能发光，则A灯最亮
D．三灯串联后可接入18
V的电压，三灯均可正常发光
9．有两个电阻R1和R2，且R1>R2，下列说法正确的是（　　）
A．由公式P＝I2R可知，电阻大的消耗的功率多，所以有P1>P2
B．由公式
可知，电阻小的消耗的功率多，所以有P1C．由公式P＝IU可知，消耗的功率多少与电阻无关，所以有P1＝P2
D．在所加电压相同的情况下，由公式
可知，P110．关于电热的利用，下列说法中正确的是（　　）
A．电热对我们来说总是有利的
B．电热对我们来说总是不利的
C．电饭锅是利用电流热效应的原理制成的
D．电视机工作过程中没有产生电热
二、多选题。本大题共3小题，每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11．电饭锅工作时有两种状态。一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是（　　）
A．其中R2是供加热用的电阻丝
B．当开关S接通时电饭锅为加热状态，S断开时为保温状态
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2：1
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，应为
12．下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要参数。若该车在额定状态下以最大速度行驶，不计自行车自身的机械消耗，则（　　）
自重
额定电压
载重
额定电流
最大行驶速度
额定输出功率
A．电动机的输入功率为
B．电动机的内阻约等于
C．该车受到的阻力大小约为
D．该车获得的牵引力大小约为
13．如图所示为某一电路的一部分，其中，，下列关于、、消耗的电功率、、，以及、、两端的电压、、的关系正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
三、填空题。本大题共4小题。
14．电饭锅工作时有两种状态：一是锅内饭烧好前的加热状态；二是饭烧好后的保温状态，如图（甲）中所示为电饭锅的电路图。、是加热用的电阻丝，自动开关S接通与断开使电饭锅分别处于两种状态，要使电饭锅在保温状态时消耗的功率为加热状态时的，则_____；如图（乙）所示为“××”牌电饭锅的铭牌，若在一个大气压下，将一锅常温下（）的水烧开，大约需要_____分钟时间，耗电_____kW·h。［水的比热容为）不计锅体的耗热］
15．某大楼安装了一台升降机，该升降机在电压为380V的电动机带动下以1m/s的恒定速率沿竖直方向上升，电动机的最大功率为9.1kW，不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时升降机的速率和不载人时相同，则这台升降机载10人时，电动机的输出功率为_____kW，这台升降机可同时载的最多人数为_____人。（设人的平均质量为60kg，g取，电动机的内阻和一切摩擦均不计）
16．现有两只电阻，规格分别为“0.1W，250Ω”和“1W，100Ω”，则将它们串联在电路中允许消耗的最大功率为_____W；将它们并联在电路中允许消耗的最大功率为_____W。
17．电动机是一种将电能转化为______能的装置。将一电动机接在如图所示的电路中，当电键S闭合后，电动机可带动质量为m的重物匀速上升，设在重物上升的过程中，电压表和电流表的示数始终保持不变，分别为U和I。若在时间t内，测得重物上升的高度为h，则该电动机的效率为______。
四、解答题。本大题共3小题，解答过程必修有必要的文字说明，公式和解题过程。
18．如图，输电线路两端的电压为，每条输电线的电阻为，电热水器A的电阻为。求电热水器A上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻为的电热水壶B，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？
19．某同学学习了家庭电路的知识后，在生活中更加注意观察家用电器。
(1)如图（a）所示，他发现自己家洗衣机用的是三脚插头，其铭牌上标有“10A
250V字样，其中的“10A”表示什么意思？
(2)他仔细观察三只插脚，如图（b）所示，又有新的发现：标有“E”字的插脚比其他两脚稍长一些。他又查看了其他家用电器的三脚插头，也是这种情况。这样设计有什么好处？
20．家庭电路的引线均有一定的电阻（几欧），因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，原来开着的电灯会变暗。下面通过一个简单的测试，算出家庭电路引线部分的电阻。如图所示，用r表示家庭电路引线部分的总电阻，L是一只额定功率为P1的普通家用灯泡，V为电压表，M是一台额定功率为P2的空调（P2＞P1）。测试时，先闭合开关S1，断开开关S2，测得电压为U1；再闭合开关S2，测得电压为U2。试推导出估算r的表达式。（设电源两端电压保特恒定，灯泡和空调均以额定功率工作）
参考答案
1．C
【解析】L2与X2并联，灯丝烧断，X2两端电压增大，由P=U2/R知，照明灯X2电阻不变，实际功率变大；
在串联电路中总电压等于分电压之和．X2两端电压增大，所以其它灯组两端电压减小，由P=U2/R知：其它指示灯电阻不变，实际功率减小．
2．A
【解析】机顶盒消耗的功率
一年一户家庭消耗的电能为
全国按4亿家庭计算，则全国每年机顶盒消耗的电能约为
故选A。
3．B
【解析】由于任意两点之间均连有电阻，根据对称性，可认为每个点的地位相同，即任意两点间的等效电阻相同，故本题的关键在于计算任意两点间的等效电阻．为了研究问题的方便，先讨论平面上五个点的简单情况．根据排列组合知识，平面上五个点任意两点相连的情况有种．对于这五个点，可以如答图进行排列，这样的处理可以让电路具有左右对称性，则C、D、E三点等电势，三点中任意两点间的电阻上无电流通过，不对系统电阻产生影响。
对于100个点的情况，同样可以进行这样的处理，将除A、B两点之外的98个点排列在竖直线上，同理可知这98个点等电势，继而将电路简化，总电阻满足
解得
所以电路消耗的总功率为
故选B。
4．A
【解析】根据公式可得和的电阻小于和的电阻，因为通过和的电流之和等于通过的电流，所以通过的电流大于通过的电流，通过的电流小于通过的电流，根据公式可得
，
因为和并联，所以电压相等，根据公式可得
所以
又
故最暗。
故选A。
5．C
【解析】由于电饭煲是纯电阻元件，所以
其在内消耗的电能
洗衣机为非纯电阻元件，所以
其在内消耗的电能
其热功率
所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。
故选C。
6．C
【解析】由P=和已知条件可知
RA＜RB
对于A电路，由于RA＜RB，所以UB>110V，B灯烧毁，两灯不能正常发光，对于B电路，由于RB>RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以
UB>110V
B灯烧毁，对于C电路，B灯与变阻器并联，电阻可能等于RA，所以可能有
UA=UB=110V
两灯可以正常发光，对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则
UA=UB=110V
两灯可以正常发光，比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110，所以C电路消耗电功率最小。
故选C。
7．C
【解析】电动机内阻为
电动机正常运转时
解得，C正确，ABD错误。
故选C。
8．C
【解析】A．若并联在6
V的电压上，三个灯泡都正常发光，C的功率最大，最亮，故A错误；
BC．根据公式
可知，功率小的电阻最大，而串联电路电流相等，则根据P＝I2R可知，电阻最大的功率最大，所以A灯最亮，故B错误，C正确；
D．三灯串联后，电流相等，而电阻不等，所以电压不是平均分配到三个灯泡，则三灯均不能正常发光，故D错误。
故选C。
9．D
【解析】若电阻R1和R2串联，流过的电流相等，根据
P＝I2R
可知电阻大的消耗的功率多
P1>P2
若电阻R1和R2并联，加在两个电阻上的电压相等，根据
可知，电阻小的消耗的功率多，
P1按不同接法，消耗的功率大小不同。
故选D。
10．C
【解析】AB．电热在有些情况下对我们有利，比如利用电热可以取暖；有时对我们有害，电热会造成导线温度上升，引发事故，A、B错误；
C．电饭锅工作时，导体发热，电能主要转化为内能，电饭锅是利用电流的热效应工作的，C正确；
D．电视机工作过程中会产生电热，D错误。
故选C。
11．ABD
【解析】AB．如图所示，由得，当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，则R2是供加热用的电阻丝，当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态，故AB正确；
CD．使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P=I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比，所以
则
故C错误，D正确。
故选ABD。
12．AC
【解析】A．电动机的输入功率
选项A正确；
B．电动机的发热功率
据，代入数据解得内阻
选项B错误；
CD．电动车速度最大时，牵引力F与阻力大小相等，由，可得
选项C正确，D错误。
故选AC。
13．BC
【解析】AB．和并联，并且它们的电阻也是相等的，设通过、的电流大小都为I，那么通过的电流大小为，所以两端的电压为
、两端的电压分别为
、
代入已知量得
故A错误，B正确；
CD．消耗的电功率为
、消耗的电功率分别为
、
代入已知量得
故C正确，D错误；
故选BC。
14．
25.2
0.42
【解析】当开关S闭合时电路处于加热状态，而S断开时，处于保温状态；由题意可知
解得
水的容积为4.5L，其质量m=4.5kg，水吸收的热量
烧开用时
水的容积为4.5L，其质量m=4.5kg，水吸收的热量
15．7.9
12
【解析】（1）该升降机不载人时的功率为
升降机载10人时，对人做功的功率为
则电动机的输出功率为
（2）这台升降机最多载人的功率为
这台升降机可同时载的最多人数设为x，则
代入数据解得
16．0.14
0.35
【解析】由
可知
则通过两个灯泡的额定电流为0.02A和0.1A，所以两灯泡串联允许通过的最大电流为0.02A，
此时电路允许消耗的最大功率为
由
可知，通过两个灯泡的额定电压为5V和10V，所以两灯泡并联允许的最大电压为5V，此时电路允许消耗的最大功率为
17．机械
（或）
【解析】（1）由能量守恒可知，电动机是一种将电能转化为机械能的装置。
（2）重力做功为
电动机做功为
电动机的效率为
18．907.5W；643.8W；483W。
【解析】设热水器消耗的功率为PA，电热水壶消耗的功率为PB。
当S断开时有
当S闭合时有
；
19．(1)允许通过的最大电流为10A；(2)使电流通过导线导入大地，人也不会触电。
【解析】(1)
铭牌上标有“10A
250V”字样，其中的“10A”表示允许通过的最大电流为10A。
(2)标有“E”字的插脚比其他两脚稍长一些，这样插插头时能使家用电器的金属外壳先接地，拔插头时能使金属外壳后离开地线，即使家用电器因绝缘不好漏电时，也会使电流通过导线导入大地，人也不会触电。
20．
【解析】先闭合开关S1，断开开关S2时，L与r串联，由于灯泡的电阻远大于导线电阻，导线的电阻忽略不计，电压表测的电压为电源的电动势则有
再闭合开关S2后，L与M并联再与r串联，空调的功率远大于灯泡的功率，所以灯泡的功率可忽略不计，即M与r串联，则有
导线的电阻为