3.3焦耳定律 同步作业（解析版）

2021-2022学年鲁科版选修3-1
3.3焦耳定律
同步作业（解析版）
1．高二教室中有一台电风扇，其电动机内电阻是，接上的恒定电压后，电风扇正常工作，消耗的总功率是，则此时（　　）
A．电风扇电动机是纯电阻电路
B．通过电风扇电动机的电流大小为
C．电风扇电动机机械功率为
D．若接上电源后电风扇扇叶被卡住而不能转动，则此时电风扇电动机发热功率为
2．第56届日本电池大会上华为发布了5分钟即可充满电池50%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注。如图是华为某智能手机电池上的信息，支持低压大电流充电则（　　）
A．表示该电池的充电电压
B．该电池充满电后以的电流工作时，可连续工作时间不少于30小时
C．表示该电池能提供的电能
D．表示该电池能提供的电能
3．国产手机在闪充的发展上已经完全领先国际大牌，尤其是华为、OPPO等都有推出超级闪充功能。“充电五分钟通话两小时”的手机电源就是源于VOOC闪充新技术。闪充数据线和普通数据线的主要区别是VOOC闪充数据线是有8根线来组成，比一般数据线粗。与普通充电数据线相比，闪充增加数据线的作用是为了（　　）
A．增大充电电压
B．增大充电电流
C．增大充电电阻
D．增大电池的容量
4．如下表数据所示为电饭煲和洗衣机正常工作时电压和电流，则下列说法中正确的是（　　）
电饭煲
洗衣机
工作电压
交流电
交流电
工作电流
A．洗衣机的电阻是电饭煲的电阻的10倍
B．电饭煲工作时的电功率为
C．洗衣机的热功率为
D．1min内洗衣机消耗的电能为
5．今年疫情期间，一名河南大学生建造微型高铁的视频迅速走红，人称“村里的基建狂魔”。他一直钻研与高铁相关的构造，历时三个月的艰苦探索，一列由锂电池和微型电机打造的微型高铁终于在自家菜园里大功告成了，如图所示。假设这列高铁的质量为m，在平直轨道上匀速行驶的速度大小为v，受到的阻力大小为f，受到轨道的支持力大小为F，重力加速度为g。此时，电机的输出功率为（　　）
A．mgv
B．mv
C．fv
D．Fv
6．华为P30
Pro手机，用自己新的吉尼斯世界纪录告诉全世界什么叫中国科技。其中4200毫安时超大电池+40W华为超级快充，极速充电每30秒充1%，30分钟70%，充电速度是苹果iPhone
X的4倍，碾压苹果！现用40W华为快充为一手机电池充电，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，下列说法正确的是（　　）
A．电能转化为化学能的功率为UI
B．充电器输出的电功率为UI＋I2r
C．充电器输出的电功率为UI－I2r
D．充电器的充电效率为
7．某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.4
m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9kW。不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的移动速率与不载人时相同，忽略电动机内阻的热损耗，假设每个人的质量均为60kg，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为（　　）
A．12人
B．25人
C．30人
D．40人
8．一个电热器电阻为R，当通过它的电流为I时，通过时间t产生的热量为Q。若要使它产生的热量为4Q，下列方法正确的是（　　）
A．电阻R不变，电流I变为原来的2倍，通电时间t不变
B．电阻R减半，电流I变为原来的2倍，通电时间t不变
C．电阻R不变，电流I不变，通电时间t变为原来的2倍
D．电阻R变为原来的2倍，电流I不变，通电时间t不变
9．新冠肺炎疫情严重时期，网络上课成为同学们的主要学习方式。某同学希望估算一下全校学生在家上课期间的耗电情况。通过收集相关资料，他得到了上表的信息。若仅考虑表中的用电器，试估算全校师生在家上直播课一天消耗的总电能约为（　　）
学校学生总人数
每节课时间
每日上课节数
每日网络作业时间
2000人
8节
使用手机人数占比
使用电脑人数占比
手机的功率
电脑的功率
60%
40%
A．
B．
C．
D．
10．如图是研究电流热效应的实验装置，实验过程中采用了控制变量法，现为了比较在相同时间、相同电流的情况下发热量与电阻的关系，则（　　）
A．实验中A、B两条电阻丝应串联并确保阻值相同
B．实验中A、B两条电阻丝应并联但阻值要求不同
C．实验中两个烧瓶里的煤油质量必须相等
D．实验探究的结论是电阻丝产生热量跟电阻成反比
11．如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压，电解槽内阻，当闭合、、断开时，电流表A示数为6A；当闭合、、断开时，A的示数为5A，且电动机输出功率为35W；当闭合、、断开时，A示数为4A（　　）
A．电炉子N的电阻为2Ω，接通时N消耗的功率为72W
B．电动机M的线圈电阻为2.4Ω；接通时消耗的功率为60W
C．接通时A输入的功率为72W
D．接通时A中电能转化为化学能的功率为16W
12．如图所示为汽车蓄电池与车灯、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.05Ω，车灯电阻不变，电动机线圈内阻为0.02Ω，电流表和电压表均为理想电表，只闭合S1时，电流表示数为10A，电压表示数为12V；再闭合S2，启动电动机工作时，电流表示数变为8A，则（　　）
A．蓄电池的电动势为12.5V
B．通过启动电动机的电流是2A
C．启动工作时电动机的输出功率为480W
D．启动工作时电动机的发热功率为50W
13．我们做饭的电饭锅锅底部有感温铁氧体材料，其居里点为103℃。电饭锅工作时通常有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后的保温状态，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K接通时电饭锅为保温状态，断开时为加热状态
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为2∶1
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为（－1）∶1
14．在如图所示电路中，电源电动势为12V，电源内阻为1.0，电路中电阻R0为1.5，小型直流电动机M的内阻为0.5。闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A。则以下判断中正确的是（　　）
A．电动机的输出功率为12W
B．电动机两端的电压为7.0V
C．电动机的发热功率为4.0W
D．电源输出的电功率为24W
15．学校爱迪生发明社购买了一台直流电动机，用来组装航模。该直流电动机的电阻为R，额定电压为U，额定电流为I，接在电动势为E、内阻为r的电源上，电动机恰好能正常工作。下列说法正确的是（　　）
A．电源的效率为
B．电动机消耗的电功率为UI
C．电动机在时间t内产生的焦耳热为
D．电动机的机械功率为
16．一玩具电动机接在的理想电源两端，当电动机不转时，流经电动机的电流为，当电动机正常工作时，流经电动机的电流为，求：
(1)电动机线圈的电阻；
(2)电动机正常工作时的输出功率；
(3)电动机正常工作时的效率。
17．如图所示，电源的电动势E＝24
V，内阻r＝1
Ω，电阻R＝2
Ω，M为直流电动机，其电阻r′＝1
Ω，电动机正常工作时，其两端所接理想电压表读数为UM＝21
V，求：
(1)流过电动机的电流。
(2)电动机输出的机械功的功率是多少。
18．用一个额定电压为12V的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图所示。
(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？
(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为T＝300K，求正常发光条件下灯丝的温度。
(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？
19．某地要把河水抽高20m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4Ω。已知水的密度为1×103kg/m3，重力加速度取10m/s2。求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间（不计进、出水口的水流速度）。
参考答案
1．D
【详解】
A．电动机把电能转化为内能和机械能，因此不是纯电阻电路，故A错误；
B．因为
所以
故B错误；
C．电风扇正常工作时转化为内能的功率为
W
电风扇正常工作时转化为机械能的功率为
故C错误；
D．当叶片不转动时，作纯电阻处理，根据欧姆定律，有
电动机消耗的电功率等于电机的发热功率
故D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．4.35V为充电电压，故A错误；
B．该电池充满电后以后以100mA的电流工作时，可最多连续工作
即连续工作时间最多为30小时，故B错误；
C．11.4Wh为该电池能提供的电能，故C正确；
D．mAh为电量的单位，所以3000
mAh表示该电池能提供的电量，不是能量，故D错误。
故选Ｃ。
3．B
【详解】
根据P=UI可知，要使输入功率增大，可以增大电流，也可以增大电压，若采取８根快充数据线时，各数据线之间并联，电压相同，电压相同时，若增大输入功率，则输入电流增大，故ACD错误，B正确；
故选B。
4．D
【详解】
A．电饭煲与洗衣机的都与电源并联，电源两端电压相等，均为220V，由欧姆定律可求得电饭煲的电阻为
但洗衣机不是纯电阻用电器，由
求得的电阻是错误的，故A错误；
B．电饭煲工作时的电功率为
故B错误；
C．因洗衣机的内阻未知，则无法求得洗衣机的热功率，故C错误；
D．1min内洗衣机消耗的电能为
故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
由题可知，高铁匀速时，所受牵引力为
则电动机的输出功率为
故选C。
6．D
【详解】
A．由于锂电池中存在内阻，故充电过程中电能转化为化学能和热能，由能量守恒定律得：UI=I2r+P，故转化为化学能的功率为：
P=UI-I2r
故A错误；
BC．充电器输出的功率为：P=UI，故B、C错误；
D．充电的效率为：
故D正确；
故选：D。
7．B
【详解】
维持电梯运转的功率为
可用于输送顾客的功率为
电动机通过扶梯的支持力对顾客做功，对每一位顾客做功的功率为
则，同时承载的最多人数
故B正确。
故选B。
8．A
【详解】
由题中已知数据及焦耳定律可知
A．电阻R不变，电流I变为原来的2倍，通电时间t不变，则产生的热量为
故A正确；
B．电阻R减半，电流I变为原来的2倍，通电时间t不变，则产生的热量为
故B错误；
C．电阻R不变，电流I不变，通电时间t变为原来的2倍，则产生的热量为
故C错误；
D．电阻R变为原来的2倍，电流I不变，通电时间t不变，则产生的热量为
故D错误。
故选A。
9．B
【详解】
使用手机和电脑的人数分别是800人和1200人，一个人每天上课的时间为
网络作业的时间为
所以一个人一天用电的时间为
所以使用手机的师生一天消耗的电能为
使用电脑的师生一天消耗的电能为
全校师生在家上直播课时一天消耗的总电能为
故选B。
10．C
【详解】
AB．要研究相同时间、相同电流的情况下发热量与电阻的关系，应将两阻值不同的电阻丝串联在电路中，故AB错误；
C．只有在两个烧瓶里的煤油质量相等时，才能通过温度升高的多少判断电阻丝产生的热量多少，即升温高的煤油吸收热量多，电阻丝产生的热量多，故C正确；
D．实验探究的结论是电阻丝产生热量跟电阻成正比，故D错误。
故选C。
11．AD
【详解】
A．根据可得，电炉子N的电阻为
根据可知，电炉子N的功率为
故A正确；
B．根据可知，电动机的总功率为
则电动机的热功率为
则电动机的电阻
故B错误；
C．根据可知，输入功率为
故C错误；
D．电解槽的热功率为
则A中电能转化为化学能的功率为
故D正确。
故选AD。
12．AD
【详解】
AB．只接通S1时，车灯与电源串联，由闭合电路欧姆定律得
车灯的电阻
再接通S2后，流过电动机的电流为
故A正确，B错误；
CD．此时电动机两端电压
消耗的总功率为
线圈内阻的发热功率为
根据能量守恒定律可知，电动机的机械功率为
故C错误，D正确。
故选AD。
13．AD
【详解】
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A正确，B错误；
CD．使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由可得：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AD。
14．AB
【详解】
B．电路中电流表的示数为2.0A，所以电动机的电压为
U=E-U内-UR0=12-Ir-IR0=12-2×1-2×1.5=7V
所以B正确；
AC．电动机的总功率为
P总=UI=7×2=14W
电动机的发热功率为
P热=I2R=22×0.5=2W
所以电动机的输出功率为14
W-2W=12W，所以A正确，C错误；
D．电源的输出的功率为
P输出=EI-I2R=12×2-22×1=20W
所以D错误。
故选AB。
15．BC
【详解】
AB．电源的总功率
因为电动机为非纯电阻元件，所以电源的输出功率（即电动机消耗的电功率）
故电源的效率是
A错误，B正确；
C．根据焦耳定律可得，电动机在时间t内产生的焦耳热
C正确；
D．电动机的机械功率
D错误。
故选BC。
16．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)当电动机不转时，电动机为纯电阻，由欧姆定律有
(2)电动机正常工作时的输出功率为
(3)电动机正常工作时的效率为
17．(1)1A；(2)20W
【详解】
(1)根据闭合电路欧姆定律知
代入数据可得
I=1A
(2)电动机输出的机械功率为
P机=IUV-I2r′=（1×21-12×1）W=20W
18．(1)18W；(2)2400K；(3)5.33Ω
【详解】
(1)U＝12V时正常发光，此时灯泡电阻为R＝8Ω，则
(2)U＝0时，灯丝为室温，此时电阻R0＝1Ω，由题意设R＝kT，则有
8＝kT0
1＝k×300
解得
T0＝2400K
(3)由串联分压规律得
R串＝5.33Ω
19．(1)1×103W；(2)2×104s
【详解】
(1)设电动机的电动率为P，则
P＝UI
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则
Pr＝I2r
代入数据解得
Pr＝1×103W
(2)设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t。已知抽水高度为h，容积为V，水的密度为ρ，则
M＝ρV
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp则
ΔEp＝Mgh
设电动机的输出功率为P0，则
P0＝P－Pr
根据能量守恒定律得
P0t×60%×80%＝ΔEp
代入数据解得
t＝2×104s