2021-2022学年鲁科版选修3-1 3.3焦耳定律 同步练习（解析版）

2021-2022学年鲁科版选修3-1
3.3焦耳定律
同步练习（解析版）
1．如图1所示，和是材料相同、厚度相同、上下表面均为正方形的电阻，边长之比为2：1，现将这两个电阻、并联接人如图2所示的电路中，通过电阻电流方向如图1虚线所示。则下列说法中正确的是（　　）
A．电阻和的阻值比为1：1
B．电阻和的阻值比为2：1
C．流过和的电流比为1：2
D．电阻和消耗的功率比为1：16
2．如图所示的安全出口指示灯，该灯配备有两个电源——正常电源和紧急备用电源，其中正常亮灯状态下，指示灯功率为3W，紧急指示灯亮起时，指示灯功率为6W。假设在某次消防安全演练中，某商场的200个紧急指示灯全部正常开启，持续时间为60min。在这次演练中，所有指示灯消耗的电能约为（　　）
A．3.6×105J
B．7.2×105J
C．2.2×106J
D．4.3×106J
3．标有“
”和“
”的灯泡和串联接在某恒定电压的电源上，设灯丝电阻不变，则（　　）
A．通过灯、的电流之比为2∶1
B．灯、的实际功率之比为2∶1
C．电源电压为时，灯、均正常发光
D．电源电压为时，灯正常发光
4．如图所示为汽车蓄电池与车灯（电阻不变）、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.5Ω，电流表和电压表均为理想电表。只接通S1时，电流表示数为10A，电压表示数为10V；再接通S2，启动电动机工作时，电流表示数变为6A，则此时通过启动电动机的电流是（　　）
A．2A
B．10A
C．12A
D．20A
5．2020Robotex世界机器人大会京津冀选拔赛于10月1日在北京开幕，大会中出现如图所示的一种服务型机器人，其额定功率为48W，额定工作电压为24V，机器人的锂电池容量为20Ah。则机器人（　　）
A．额定工作电流为20A
B．充满电后最长工作时间为20h
C．电池充满电后总电量为7.2×104C
D．以额定电流工作时每秒消耗能量为200J
6．锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法不正确的是（　　）
A．电能转化为化学能的功率为
B．充电器输出的电功率为UI
C．由欧姆定律可知
D．电池产生的热功率为
7．微型电风扇能在课堂上给学生送来徐徐凉风，受学生的喜爱。若电风扇的电动机线圈电阻为，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为。则（　　）
A．通过线圈的电流小于
B．通过线圈的电流等于
C．电动机的电功率为
D．电动机的输出功率为
8．如果加在某定值电阻两端的电压从U1升高到U2，通过该电阻的电流从I1变为I2，则该电阻的电功率变化了（　　）
A．P＝(U2－U1)(I2－I1)
B．P＝U2(I2－I1)
C．P＝(U2－U1)(I2＋I1)
D．P＝I1(U2＋U1)
9．近年来，机器人逐渐走入我们的生活。如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在输出电压为U的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是（　　）
A．电动机消耗的热功率为UI
B．电动机的输出功率为UI-I2R
C．电动机的电流为
D．电动机的输入功率为I2R
10．不考虑温度对电阻的影响，对两个甲（220V，10W），乙（220V，100W）的灯泡，串联后接入电路中，下列说法正确的是（　　）
A．接在440V的电路上时甲灯烧坏
B．接在440V的电路上时的10W灯功率大于10W
C．接在110V的电路上时100W的功率25W
D．接在220V的电路上时两灯的总功率小于10W
11．在用直流电动机提升重物的装置中，重物的重力N
，电源的恒定输出电压为110V，当电动机向上以m/s的恒定速度提升重物时，电路中的电流强度A
，若不计各处摩擦，可以判断（　　）
A．电动机消耗的总功率为550W
B．电机线圈的电阻为2Ω
C．提升重物消耗的功率为100W
D．电机线圈的电阻为
12．一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R。设通过它们的电流相同（电动机正常运转），则在相同的时间内（　　）
A．电炉和电动机产生的电热相等
B．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
C．电炉两端电压大于电动机两端电压
D．电炉和电动机两端电压相等
13．如图所示，理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动扇叶转动，电热丝给空气加热，利用热风将头发吹干。电动机的线圈电阻为R1，与电阻为R2的电热丝串联后接到电压为U的电源上，电路中电流为I，则（　　）
A．电动机输出的机械功率为UI-I2（R1+R2）
B．电动机两端的电压为U-I（R1+R2）
C．电吹风机的发热功率为I2（R1+R2）
D．电吹风机消耗的电功率为I2（R1+R2）
14．用一电压恒定为120V、电流大小可调的直流电源对一直流电动机提升重物的装置供电，当该装置提升的重物的质量m=50kg，电源提供的电流I=5A时，电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物（不考虑机械摩擦耗能）。（g取10m/s2）。则
（1）电动机线圈的电阻R等于多少？
（2）若电源对电机有保护作用，当电流达到某一值时，电源自动断电，则该最小电流为多少才能起到保护作用？
（3）调节电流，当电动机输出最大机械功率时该重物的最大提升速度是多少？
15．如图所示电路中，电源的电动势E=10V，内阻r=0.50Ω，电动机电阻R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω。电动机正常工作时，电压表示数U1为3.0V。求
（1）电源的总电功率，电源的输出功率，电源的效率：
（2）电动机消耗的电功率，电动机的机械功率，电动机效率。（结果均保留整数）
16．如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻为0.6
Ω，串联一个阻值为R＝5
Ω的电阻，它们两端的总电压为U＝160
V，理想电压表读数为110
V。求：
（1）通过电动机的电流；
（2）电动机的输入功率；
（3）电动机的发热功率；
（4）电动机工作1分钟对重物做的功。
17．规格为“220V
44W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：
（1）接上220V的电压后，排气扇转化为机械能的功率；
（2）如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机的发热功率。
18．电动车便捷经济环保，受到大众的喜爱，考虑到安全性，新国标要求电动车的最高时速不得超过。某型电动车的名牌显示，“重量：，电池电压：，电池容量：，电机电阻：”。一名体重为的人，骑着该车以的速度沿水平路面匀速行驶，此时仪表显示电机中电流为，且知车匀速行驶时所受阻力为重力的，试求：
（1）电动机的输出功率及效率各多大；
（2）在此理想状态下，能够骑行的最远距离。
参考答案
1．A
【详解】
AB．由电阻定律可知
故A正确，B错误；
C．两电阻并联电压相等，电流之比等于电阻的反比即为1：1，故C错误；
D．由公式可知，电压相等，电阻也相等，则消耗的功率比为1：1，故D错误。
故选A。
2．D
【详解】
所有指示灯消耗的电能约为
故选D。
3．D
【详解】
A．两灯串联，则流过灯泡的电流相等，故A错误；
B．两灯的电阻分别为6Ω和12Ω；两灯串联，电流相等，则功率之比等于电阻之比，所以实际功率之比为1：2，故B错误；
C．当电压均为12V时，两灯分压之比为1：2，则L1中电压为4V，所以L1不能正常发光，故C错误；
D．电压为9V时，L1中电压为3V，L2两端电压为6V，故L2正常发光，故D正确。
故选D。
4．C
【详解】
只接通S1时，由闭合电路欧姆定律得
车灯的电阻
灯
再接通S2后，车灯两端的电压为
灯灯
流过蓄电池的电流为
流过电动机的电流为
电动机
故ABD错误，C正确；
故选C。
5．C
【详解】
A．根据P=UI得，额定工作电流为2A，A错误；
B．根据Q=It得，最长工作时间为10h，B错误；
C．电池充满电后总电量为
C正确；
D．以额定电流工作时每秒消耗能量为
D错误。
故选C。
6．C
【详解】
AD．由焦耳定律可得电池产生的热功率，根据能量守恒定律可知电能转化为化学能的功率为，故AD正确，不符合题意；
B．充电器输出的电功率等于锂电池消耗的总的电功率，即为，故B正确，不符合题意；
C．因锂电池将大部分电能转化为化学能，小部分转化为内能，属非纯电阻元器件，不满足欧姆定律，，故C错误，符合题意。
故选C。
7．A
【详解】
AB．根据能量守恒有
P电=P热+P出
即
UI=I2r+P出
即
I2r＜UI
得通过线圈的电流小于，故A正确，B错误；
C．电动机的电功率P电=UI，而I2r是电动机的内阻损耗的热功率，故C错误；
D．电动机输出的机械功率P出=P电-P热，而UI是电动机的电功率P电，故D错误。
故选A。
8．C
【详解】
根据电功率的表达式有：P=UI，得：
而P=UI可变为：
则有：
所以C正确，ABD错误；
故选C。
9．B
【详解】
A．电动机消耗的热功率是
A错误；
B．电动机的输出功率
B正确；
C．电动机不是纯电阻电路，则电动机的电流
选项C错误；
D．电动机的输入功率为IU，大于I2R，选项D错误。
故选B。
10．AD
【详解】
AB．根据
甲的电阻
乙的电阻
电阻之比
R甲:R乙＝10:1
B两灯泡在串联电路时，电流相等，根据U＝IR可知，电压之比等于电阻之比，则
U甲:U乙＝10:1
接在440V的电路上时甲灯分担的电压
所以接在440V的电路上时甲灯烧坏，A正确，B错误；
C．两灯泡在串联电路中，电流相等，乙分担的电压
乙消耗的功率
C错误；
D．接在220V的电路上时两灯的总功率为
D正确。
故选AD。
11．AD
【详解】
A．电动机消耗的总功率为
故A正确；
BCD．提升重物消耗的功率为
解得电机线圈的电阻为
r=4Ω
BC错误，D正确。
故选AD。
12．AB
【详解】
A．电炉电路和电动机电路焦耳定律都适用，根据焦耳定律
电炉和电动机的电阻相同，电流相同，则在相同的时间内电炉和电动机产生的电热相等，故A正确；
B．电动机消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为机械能，电炉消耗的电能全部转化为内能，而相等时间内它们产生的热量相等，则在相同的时间内，电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能，电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，故B正确；
CD．设电流为I，则电炉两端电压
电动机两端电压，所以，即电动机两端电压大于电炉两端电压，故CD错误。
故选AB。
13．AC
【详解】
A．电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该是用P=IU来计算，所以总功率P=IU；电动机的输出功率等于总功率减去电阻R1与电阻R2的电热功率，即：
P出=UI-I2（R1+R2）
故A正确；
B．电动机与电阻R2串联，故电动机的电压为：
U电=U-IR2
故B错误；
C．电吹风机的发热功率等于线圈电阻R1与电阻R2的电热功率，为：
P热=I2（R1+R2）
故C正确；
D．电吹风机的消耗的电功率为总功率，为P=UI，故D错误；
故选AC。
14．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）电动机的输入功率
由于重物匀速上升，因此电动机的输出功率
电动机产生热的功率
可得电动机线圈的电阻
（2）当电动机卡住，不能转动时，流过电机的电流最大，此时电源应起保护作用，因此最小电流为
（3）输出功率
当
二次函数取最大值，输出功率最大，此时为
重物的最大提升速度
15．（1）20W，18W，90%；（2）12W，8W，67%
【详解】
（1）电动机正常工作时，电路中的电流为
电源的总电功率为
电源内阻消耗的功率为
所以电源的输出功率为
电源的效率为
（2）电阻R1消耗的电功率为
电动机消耗的电功率为
电动机的机械功率为
电动机的效率为
16．（1）10
A；（2）1100
W；（3）60
W；（4）62400
J
【详解】
（1）根据题意可知，加在电动机两端的电压为
U1＝110
V
则电阻R两端的电压为
UR＝160
V－110
V＝50
V
通过R的电流为
通过电动机的电流为
（2）电动机的输入功率为
P1＝U1I＝1100
W
（3）根据焦耳定律可知，电动机的发热功率为
P2＝I2r＝60
W
（4）根据能量守恒定律解得电动机的输出功率为
P3＝P1－P2＝1040
W
电动机工作1分钟对重物做的功为
W＝P3t＝62400
J
17．（1）42.4W
；（2）1210W
【详解】
排气扇在220V电压下正常工作的电流为
A=0.2A
发热功率
=0.22×40W=1.6W
转化为机械能的功率
P机=P-P热=44W-1.6W=42.4W
（2）排气扇扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为热能，此时通过排气扇的电流为
A=5.5A
电动机消耗的电功率等于发热功率
P热=I′U=5.5×220W=1210W
18．（1）、；（2）
【详解】
(1)电动机的输出功率为
因电动车匀速行驶，所以
可得
又因
则有
所以效率为
(2)充满的电池，能够提供的电能为
其中为电池的容量，电动车匀速行驶时，电路的总功率为
所以，电动车最长行驶时间为
电动车行驶的最大距离为