2.8焦耳定律 电路中的能量转化 同步练习（word解析版）

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 同步练习（解析版）
1．如图所示是汽车蓄电池与车灯、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.05 Ω，电表可视为理想电表。只接通S1时，电流表示数为10 A，电压表示数为12 V，再接通S2，启动电动机时，电流表示数变为8 A，则此时通过启动电动机的电流是（　　）
A．2 A B．8 A C．50 A D．58 A
2．如图所示，电源电动势，内阻，标有“8V，16W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机M的绕线的电阻，也处于额定状态，则（　　）
A．电源的总功率为40W B．电动机的额定电流为8A
C．电动机的额定功率为64W D．电动机的输出功率16W
3．下列说法中不正确的是（　　）
A．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
B．电源的作用是能为电路提供自由电子
C．在非纯电阻电路中，某段电路两端的电压U、通过电流I和电阻R三者的关系有：UI>I2R
D．并联电路中任一支路的电阻增大（其它支路不变），则总电阻也增大
4．在如图所示的电路中，输入电压恒为，灯泡标有“，”字样，电动机线圈的电阻，若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是（　　）
A．电动机的输入电压是
B．流过电动机的电流是
C．整个电路消耗的电功率是
D．电动机的效率是
5．电动自行车具有低噪声、无废气、无油污的环保性，而且它的能源利用率很高．下表为某品牌电动自行车规格及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗．若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则（ ）
①电动机的输入功率为576W ②电动机的内电阻为4Ω
③该车获得的牵引力为104N ④该车受到阻力为63N
A．①②
B．①④
C．①③
D．②④
6．一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
7．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
8．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
9．关于物理学家和他们的贡献，下列说法中正确的是( )
A．奥斯特发现了电流的热效应
B．库仑提出了库仑定律，密立根最早实验测得元电荷e的数值
C．开普勒发现了行星运动的规律，并通过实验测出了万有引力常量
D．牛顿不仅发现了万有引力定律，而且提出了场的概念
10．1831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
11．如图所示是用一个直流电动机提升重物的装置，重物质量m＝50kg，电源电压U＝100V，不计各处的摩擦，当电动机以v＝0.9m/s的恒定速度将重物向上提升1m时，电路中的电流I＝5A．由此可知（ ）
A．电动机线圈的电阻r＝1Ω
B．电动机线圈的电阻r＝2Ω
C．该装置的效率为90%
D．此过程中额外功为50J
12．一台线圈电阻为r的电动机可以等效为一台理想电动机M和纯电阻r串联，如图所示。如果将此电动机接入电压为U的电源，通过的电流为I，则在t时间内（　　）
A．M产生的电热为 B．M产生的电热为Q=IUt
C．M消耗的电能为E=I（U-Ir）t D．M消耗的电能为E=IUt
13．如图所示，已知电源电动势，内阻，定值电阻，通过小灯泡的电流为，已知小灯泡的电阻为，小型直流电动机的线圈电阻，则（　　）
A．电动机两端的电压 B．电动机两端的电压
C．电动机的输入功率 D．电动机的输出功率
14．酒驾、醉驾会给交通安全带来巨大隐患，便携式酒精测试仪给交警执法带来了极大的便利。如图1所示，是便携式酒精测试仪的原理图，电源电压恒为3V，Rp是酒精气体传感器，其阻值随酒精气体浓度变化的规律如图2所示，R0是报警器，其电阻值恒定为50Ω。问：
（1）当气体中酒精浓度为0时，电路中的电流是多少？通电10s电流产生的热量是多少？
（2）我国法律规定，当每100ml的气体中酒精浓度大于或等于20mg小于80mg为酒驾，大于或等于80mg为醉驾。在对某司机的检测中，电压表的示数为2V，通过计算分析该司b机属于酒驾还是醉驾。
15．如图所示，电源电动势E＝20V，内电阻r＝1Ω，电灯规格为“2V　4W”，电动机线圈的电阻为R0＝1Ω，当可变电阻R＝3Ω时，电灯和电动机都正常工作，求：
（1）电动机的额定功率；
（2）电动机输出的机械功率和电动机的效率；
（3）整个闭合电路工作2min消耗的电能；
（4）整个闭合电路工作2min放出的焦耳热。
参考答案
1．C
【详解】
只接通S1时，根据闭合电路欧姆定律，有
车灯电阻为
再接通S2，流过电动机的电流为
故选C。
2．A
【详解】
A．由灯泡的参数可知，路端电压为
解得干路电流为
故电源的总功率为
A正确；
BCD．流过灯泡的电流为
电动机与灯泡并联，可知电动机的额定电压为8V，额定电流为
电动机的额定功率为
热功率为
电动机的输出功率为
BCD错误。
故选A。
3．B
【详解】
A．电流的方向与负电荷运动方向相反，故A正确；
B．电源的作用是通过非静电力做功，把正电荷从电源的负极移到正极，不是为电路提供自由电子，故B错误；
C．在非纯电阻电路中，电路消耗的总功率P=IU，产生的电热功率为I2R，则某段电路两端的电压U、通过电流I和电阻R三者的关系有
UI>I2R
故C正确；
D．无论是串联还是并联电路，任一支路的电阻增大（其它支路不变），则总电阻也增大，故D正确。
此题选不正确的选项，故选B。
4．D
【详解】
A．输入电压恒为，灯泡两端电压3V，由串联电路分压规律可知，电动机的输入电压为，A错误；
B．流过灯泡的电流为
串联电路电流相等，故流过电动机的电流是，B错误；
C．整个电路消耗的电功率为
C错误；
D．电动机的电功率为
热功率为
电动机的机械功率为
电动机的效率为
D正确。
故选D。
5．B
【详解】
根据电动机的额定电压和额定电流可知，电动机的输入功率为P=UI=48×12=576W，所以①正确；电动机的额定输出功率350W，所以电动机的发热的功率为576W-350W=226W，由P热=I2r可得，所以②错误；最大运行速度20km/h=5.56m/s，根据输出功率的公式P出=F牵v可得，以最大运行速度行驶时，，所以③错误；当电动车匀速行驶时，牵引力和受到的阻力的大小相等，所以该车受到阻力为63N，所以④正确．故选B．
【点睛】
对于电动机来说，不是纯电阻电路，对于功率的不同的计算公式代表的含义是不同的，P=UI计算的是总的消耗的功率，P热=I2r是计算电动机的发热的功率，当速度最大时牵引力和阻力相等．
6．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。
7．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。
8．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。
9．B
【详解】
试题分析：奥斯特发现了电流的磁效应，选项A错误；库仑提出了库仑定律，密立根最早实验测得元电荷e的数值，选项B正确；开普勒发现了行星运动的规律，卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，选项C错误；牛顿发现了万有引力定律，法拉第提出了场的概念，选项D错误；故选B.
考点：物理学史
【名师点睛】此题是对物理学史的考查；必须要掌握课本上提到的物理学家的名字以及他们对物理学发展的伟大贡献，同时要学习他们为科学献身的精神；平时还要多看资料，多积累知识；物理学史的考查历来是考试的热点.
10．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。
11．BC
【详解】
试题分析：电机输出功率提供牵引力，所以P出=mgv 即P出=450W，电机总功率P=UI=500W ，所以内阻消耗功率为Pr=I2r，所以内阻r为2欧姆．A错误、B正确，电动机的效率η=P出/P=90%，C正确．内阻消耗功率为50J，D错误．
考点：非纯电阻的能量转化
12．AD
【详解】
AB．根据焦耳定律得，M产生的电热为
A正确，B错误；
CD．根据电功的公式得M消耗的电能为
E=IUt
电动机输出的机械能为
E=I（U-Ir）t
C错误，D正确。
故选AD。
13．CD
【详解】
AB．电动机两端的电压
故AB错误；
CD．电动机的输入功率
输出功率
故CD正确。
故选CD。
14．（1）0.01A；0.3J；（2）属于醉驾
【详解】
（1）当气体中酒精浓度为0时，由图知Rp=250Ω，又R0=50Ω，电路总电阻为
R=Rp+R0=250Ω+50Ω=300Ω
电源电压恒为3V，电路中电流为
通电10s电流产生的热量是
Q=I2Rt=（0.01A）2×300Ω×10s=0.3J
（2）当电压表的示数为2V时，通过报警器的电流为
由于传感器和报警器串联，传感器两端的电压为
U传=U-U报=3V-2V=1V
此时传感器的阻值为
由图像可知，100ml的气体中酒精浓度大于80mg，该司机属于醉驾。
15．（1）；（2）P机＝16W；η＝80%；（3）；（4）
【详解】
（1）电灯正常工作，回路电流
电动机两端电压
解得
UM＝10V
所以
（2）电动机热功率
P热＝I2R0＝4W
P机＝PM－P热＝16W
η＝×100%＝80%
（3）消耗电能
（4）电灯的电阻
电路放出焦耳热