2.8焦耳定律 电路中的能量转化 达标练习（word版含解析）

2021-2022学年教科版（2019）必修第三册
2.8焦耳定律电路中的能量转化 达标练习（解析版）
1．电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为(　　)
A．通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少
B．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热
C．通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多
D．铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少
2．如图所示为用直流电动机提升重物的装置，重物的重量为，电源电动势为，不计电源内阻及各处摩擦，当电动机以的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流为，下列说法错误的是（ ）
A．电动机消耗的总功率为
B．提升重物消耗的功率为
C．电动机线圈的电阻为
D．电动机效率约为
3．某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物m=50kg，电源的电动势E=110V，不计电源内阻及各处的摩擦．当电动机以v=0．80m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度为I=5A，（g=10m/s2），下列说法中正确的是（ ）
A．电动机线圈的电阻是4Ω
B．电动机的输出功率是400W
C．电动机的输入功率是500W
D．电动机线圈的发热功率是125W
4．一台电动机的额定电压为U，额定电流为I，电动机线圈的电阻为R。则该电动机正常工作时，t时间内产生的热量是（　　）
A． B． C． D．
5．一个直流电动机线圈内阻为R，当所加电压为U时，它恰好正常工作，通过的电流为 I，下述说法中正确的是（　　　）
A．电动机的输出功率为
B．电动机的发热功率为
C．电动机的输出功率为
D．电动机的功率可写作
6．如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源的电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，闭合开关，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈的电阻RM＝1 Ω，则下列说法正确的是（　　）
A．通过电动机的电流为10 A
B．电动机线圈电阻上的发热功率为2 W
C．电源的输出功率为60 W
D．电动机的输出功率为16 W
7．如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风，下列说法正确的是（　　）
A．电热丝的电阻为55 Ω
B．电动机线圈的电阻为 Ω
C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 J
D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 J
8．1831年，法拉第发现了电磁感应现象，揭开了人类进入电气时代的序幕。如今在日常生活中我们使用着大量的电器，下列电器使用的过程中，主要工作原理是电磁感应的是（　　）
A．电磁炉 B．洗衣机 C．电风扇 D．电热水器
9．如图所示，电源的电动势为24V，内阻为1，一个标有“6V12W”的电灯与一个绕线电阻为3的电动机串联。开关闭合后，电路中的电灯正常发光，则电动机输出的机械功率为（　　）
A．20W B．24W C．32W D．36W
10．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并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和2.0V。重新调节R并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4.0A和24.0V。则这台电动机正常运转时输出功率为（　　）
A．64W B．96W C．80W D．88W
11．如图所示为某电动摩托车的内部简化电路图。电路中M为电动机，电动机内部线圈电阻为。为摩托车内部指示灯的电阻阻值，A为摩托车内部所装的电流表，V为摩托车内部所装的电压表。电动机所用电池的电动势为、内阻为。开关S闭合后，电动机正常工作，摩托车正常行驶，此时电压表的读数为，电流表的读数为。设电压表和电流表均为理想电表，则下列结论正确的是（　　）。
A．指示灯消耗的功率为 B．电动机内部发热功率为
C．电动机的输出功率为 D．电池输出的总功率为
12．关于物理学史，下列说法中正确的是（　　）
A．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的
B．法拉第不仅提出了电场的概念，而且采用了简洁的方法“电场线”描述电场，阐述了电场和电场线都客观存在
C．欧姆最初用实验直接得到电流通过导体产生热量的表达式
D．库仑通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律
13．如图所示，电源的电动势是，内阻是，电动机M的线圈电阻为，定值电阻为，若理想电压表的示数为，试求：
（1）电源的输出功率；
（2）电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率。
14．节能环保的“风光互补路灯”获得广泛应用，图1是利用自然资源实现“自给自足”的风光互补的路灯，图2 是其中一个路灯的结构示意图，它在有阳光时可通过太阳能电池板发电，有风时可通过风力发电：
（1）北京市某日路灯的开灯时间为19: 00 到次日6: 00，若路灯的功率为＝40W，求一盏灯在这段时间内消耗的电能；
（2）风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S，运动的空气与受风面作用后速度变为零，若风力发电机将风能转化为电能的效率为，空气平均密度为，当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时，求该风力发电机的电功率P；
（3）太阳能电池的核心部分是P型和N型半导体的交界区域—— PN结，如图3 所示，取P型和N型半导体的交界为坐标原点，PN结左右端到原点的距离分别为、．无光照时，PN结内会形成一定的电压，对应的电场称为内建电场，方向由N区指向P区；有光照时，原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由电子，就产生了电子—空穴对，空穴带正电且电荷量等于元电荷e ；不计自由电子的初速度，在内建电场作用下，电子被驱向N区，空穴被驱向P区，于是N区带负电，P区带正电，图3所示的元件就构成了直流电源．某太阳能电池在有光持续照射时，若外电路断开时，其PN结的内建电场场强的大小分布如图4所示，已知、和；若该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n ，求此太阳能电池的电动势E 和内电阻r 。
参考答案
1．D
【详解】
电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多．因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热。
故选D。
2．C
【详解】
试题分析：重物被提升的功率，选项B正确；此时电路中的电流为,则电源的总功率，选项A正确；所以线圈电阻消耗的功率为,由殴姆定律可得：，选项C错误，则电动机效率约为，故选项D正确．
考点：电功、电功率
【名师点睛】当电动机以恒定速度向上提升重物时，同时电动机因线圈电阻消耗功率．则电源产生的总功率等于提升物体消耗的功率加上线圈电阻消耗的功率．
3．B
【详解】
试题分析：电动机的输出功率，电动机的输入功率，根据能量守恒定律得，发热功率，则线圈内阻，故B正确，
考点：考查了电功率的计算
【名师点睛】解决本题的关键知道输入功率和输出功率以及线圈发热功率的区别和联系，注意对于电动机电路，在电动机正常工作的情况下，不能运用闭合电路欧姆定律进行求解．
4．B
【详解】
电动机正常工作时，t时间内产生的热量是
故选B。
5．B
【详解】
试题分析：电动机的总功率为
电动机的热功率为
所以电动机的输出功率为
因为电动机是非纯电阻电路，所以总功率和热功率不同，所以B正确；ACD错误；
故选B。
6．D
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律有
解得
A错误；
B．电热机的热功率
B错误；
CD．电动机的输入功率
电动机的输出功率
C错误D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．电吹风吹热风时电热丝消耗的功率为
P＝1 000 W－120 W＝880 W
对电热丝，由P＝可得电热丝的电阻为
R＝Ω＝55Ω
选项A正确；
B．由于不知道电动机线圈的发热功率，所以电动机线圈的电阻无法计算，选项B错误；
C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880J，选项C错误；
D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J，选项D错误。
故选A。
8．A
【详解】
电磁炉是利用电磁感应将电能转化为热能；洗衣机和电风扇都是利用电动机将电能转化为机械能；电热水器是利用电阻丝将电能转化为热能，故主要工作原理是电磁感应的是电磁炉，故选A。
9．A
【详解】
流过电动机的电流为
电动机两端电压为
电动机输出的机械功率为
故选A。
10．A
【详解】
电动机停止转动时，电动机为一纯电阻，根据欧姆定律得
正常运转后，其输出功率为
故选A。
11．AD
【详解】
A．指示灯为纯电阻，故所消耗的功率为
A正确；
B．电动机内部发热功率为
B错误；
C．电动机的输出功率为
C错误；
D．电池输出的总功率为
D正确。
故选AD。
12．AD
【详解】
A．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，与物理学史相符，A正确；
B．法拉第不仅提出了电场的概念，而且采用了简洁的方法——“电场线”描述电场，电场线是假想的曲线，与物理学史不相符，B错误；
C．焦耳最初用实验直接得到电流通过导体产生热量的表达式
C错误；
D．库仑在前人工作的基础上，通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律
与物理学史相符，D正确。
故选AD。
13．（1）5.5W；（2）2.5W；2W
【详解】
（1）理想电压表的示数为，则电路的电流
电源的输出功率
（2）电动机两端电压为
电动机消耗的功率
电动机输出的机械功率
14．（1）1584kJ； （2）；（3），
【详解】
（1）路灯在这段时间内消耗的电能为
（2）时间内与发电机叶片发生作用的空气质量为
发电机获得的风能为
风能转化为电能，有
联立可得
（3）根据电动势的定义可得
W即为内部电场力所做的功，内建电场力F 随位移的变化图象如图所示，W为该图线
与坐标轴所围的面积
则有
联立可得
电源短路时所有通过N区的电子经外电路回到P区，电流为
该太阳能电池的内阻为
联立解得