2021-2022学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册2.8焦耳定律 电路中的能量转化 同步练习(Word版含答案)

2.8焦耳定律 电路中的能量转化
一、单选题
1．如图所示的电路中，电源的电动势为E、内阻为r，闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P向左移动时，下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数增大
B．电流表的示数减小
C．电路的总功率一定减小
D．电源内部消耗的功率一定增大
2．如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，保护电阻R0＝0.5 Ω，则当电阻箱R的读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大且这个最大值为（　　）
A．1 Ω　 6 W B．0.5 Ω　 8 W C．1 Ω　 1.5 W D．1.5 Ω　 6 W
3．如图所示是利用电机提升重物的示意图，其中D是直流电动机，电源电动势为30V、内阻为3Ω，定值电阻阻值为6Ω。P是质量为2kg的重物，它被细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S，当P以0.80m/s的速度匀速上升时，电压表的示数为12V。g取10m/s2，则（　　）
A．电动机消耗的电功率为30W B．绳对重物做功的机械功率24W
C．电动机线圈的电阻6Ω D．电动机的效率为66.7%
4．“绿色出行，低碳生活”，电动自行车以其环保、快捷、轻便的优势，成为家庭常用的交通工具。如图所示是电源铭牌标有“48V 12A·h”字样的电动自行车。假设工作时输出电压恒为48V，额定功率为192W，电动机内阻为1Ω。某次平路上行驶的人和车的总质量为100kg，阻力为总重力的0.03倍，则（　　）
A．额定工作电流为12A
B．充满电后该电池的总能量为576J
C．以额定功率行驶时，电动机的效率约为92%
D．以额定功率行驶时，在平路上行驶的最大速度约为6.4m/s
5．如图所示，电源电动势E=7V，内阻r=0.5Ω，标有“5V，10W”的灯泡L恰好正常发光，电动机线圈电阻R0=0.5Ω。则电动机输出的机械功率为（　　）
A．8W B．10W C．20W D．28W
6．如图所示，当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则（ ）
A．电动机的额定电压为IR
B．电动机的输出功率为IE-I2(R0+R+r)
C．电源的输出功率为IE
D．整个电路的热功率为I2(R0+R)
7．如图所示电路中，电源电动势为10V，电源内阻为1Ω，电路中电阻R0为2Ω，小型直流电动机M的内阻为1Ω。闭合开关S后，电动机转动，理想电流表的示数为2A，则以下判断中正确的是（　　）
A．电动机两端的电压为6V B．电动机的输出功率为8W
C．电动机的发热功率为4W D．电源输出的电功率为20W
8．下列关于电流热效应的理解不正确的是( )
A．白炽灯通电以后，一会儿就热得烫手是电流的热效应
B．电饭锅消耗电能煮饭，不符合能量守恒定律
C．电流通过导体时都要产生热效应
D．通电导体能发热，说明电能可以转化为热能
9．如图所示，某同学采用与乙车中相同型号的太阳能电池板给一个小电动机供电，电动机线圈的电阻为r．电动机正常工作时，电压表的示数为U，电流表的示数为I．电流表和电压表均可视为理想电表．电动机消耗的电功率为
A． B．
C． D．
10．有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路中电机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若把电动机接入2.0V电压的电路中，正常工作时的电流是1.0A，此时，电动机的输出功率是P出；如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是P热，则（ ）
A．P出=1.5W，P热=8W B．P出=1.5W，P热=8W
C．P出=2W，P热=8W D．P出=1.5W，P热=0.5W
11．如图所示电路中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，指示灯RL的阻值为8Ω，电动机M线圈的电阻为1Ω。当开关S闭合时，指示灯RL的电功率为2W。电流表内阻不计，那么下列说法中正确的是（　　）
A．流过电动机M的电流为2A B．流过电流表的电流为2.5A
C．电动机M输出的机械功率3.75W D．电源的总功率为9W
12．一根电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，当通过它们的电流I相同且电动机正常运转时，在相同时间内，下列判断正确的是（　　）
A．电阻丝和电动机消耗的电能相同 B．电动机产生的热量大于电阻丝产生的热量
C．电阻丝和电动机两端的电压相等 D．电阻丝两端的电压小于电动机两端的电压
13．甲、乙两段导体由同种材料制成，长度相同，粗细均匀但横截面积不同，将其串联后接入电路，其上电压之比为，则其产生热量和面积之比为（　　）
A．， B．， C．， D．，
14．华为移动电源SupeCharge快充版充电速度很快，如图所示为给手机充电的电路结构。在充电时，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的。设手机电池的内阻为r，则（　　）
A．在时间t内，充电宝的发热量为
B．在时间t内，充电宝输出的电功为
C．在时间t内，手机电池增加的化学能为
D．手机电池的发热功率为
15．如图所示，直线A为电源的U-I图线，电源电动势为E，内阻为r，曲线B为灯泡的U-I图线，现将该小灯泡接在该电源两端，此时灯泡电阻为R，则以下说法错误的是（　　）
A．电源的输出功率为4W B．R=1Ω
C．E=3V，r=2Ω D．若增大灯泡两端电压，则灯泡的电阻增大
16．如图所示，一款微型机器人的内部有一个直流电动机，其额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r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．电动机消耗的总功率为EI B．电动机的效率为
C．电源的输出功率为EI－I2r D．电源的效率为
二、解答题
17．如图所示，已知蓄电池组的电动势E=48V、内阻r=3，R1=6，R2为电阻箱（0.1～999.9）求：
（1）蓄电池组的输出功率最大时，电阻箱的阻值R2′；
（2）电阻箱消耗的功率最大时，电阻箱的阻值R2″。
18．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻，电路中另一电阻，直流电压，电压表（理想电表）示数，试求：
（1）通过电阻R的电流；
（2）输入电动机的电功率；
（3）电动机的输出功率。
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试卷第1页，共1页
参考答案
1．D
【详解】
AB．在滑动变阻器的滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，电路总电阻减小，总电流增大（即电流表的示数增大），电源内电压增大，路端电压减小（即电压表的示数减小），故AB错误；
C．根据
可知电源的总功率增大，故C错误；
D．根据
可知电源内部消耗的功率增大，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
R消耗的功率为
根据数学知识可知当R =1.5Ω时，PR有最大值
故选D。
3．D
【详解】
A．电路中的电流
根据电功率关系式有
故A错误；
B．以物体为研究对象，由于物体匀速上升，有
联立解得
故B错误；
C．根据功能关系有
联立解得
故C错误；
D．电动机的效率
故D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A．额定工作电流为
故A错误；
B．充满电后该电池的总能量为
故B错误；
C．电动机的热功率为
效率为
故C正确；
D．设以额定功率行驶时，在平路上行驶的最大速度为vm，则
解得
故D错误。
故选C。
5．A
【详解】
通过电源的总电流为
通过灯泡的电流
通过电动机的电流
IM=I-IL=2A
电动机输出的机械功率为
故选A。
6．B
【详解】
A．电动机正常工作时不是纯电阻元件，其额定电压不等于IR，而是
故A错误；
B．根据能量守恒定律可知，电动机的输出功率为
故B正确；
C．根据能量守恒定律可知，电源的输出功率为
故C错误；
D．整个电路的热功率为
故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律可得
A错误；
B．由公式
B错误；
C．由焦耳定律可得
C正确；
D．电源输出的电功率为
D错误。
故选C。
8．B
【详解】
白炽灯通电以后，一会儿就热得烫手是电流的热效应，故A正确；电饭锅消耗电能转化为内能，是符合能量守恒的，故B错误；电流通过导体时都会产生热效应，故C正确；通电导体发热是因为电能转化为热量，故D正确．此题选择不正确的选项，故选B．
点睛：本题考查电流的热效应的意义，要注意明确电流做功使导体产生的内能，不能认为电能就是内能．
9．C
【详解】
电动机正常工作时，电压表的示数为U，电流表的示数为I，则电动机消耗的电功率为P=IU，故选C.
10．B
【详解】
解：当电动机不转时，电动机的内阻为r==0.5Ω，
电动机正常工作时输出功率为P出=U2I2﹣I22r=1.5W．
卡住后热功率：P热=W=8W
故选B
【点评】对于电动机电路，正常工作时其电路是非纯电阻电路，欧姆定律不成立；当电动机被卡住时，其电路是纯电阻电路，欧姆定律成立．
11．C
【详解】
指示灯的电功率
解得
路端电压为
设流过电流表的电流为I，根据闭合电路欧姆定律有
解得
设电动机支路的电流为
电动机总功率为
电动机输出的机械功率为
解得
电源的总功率为
ABD错误，C正确。
故选C。
12．D
【详解】
B．根据焦耳定律
可知电动机产生的热量等于电阻丝产生的热量，故B错误；
A．由于电动机除了线圈产生热量之外，还要对外输出机械功，所以在两者产生热量相同的情况下电动机消耗的电能比电阻丝消耗的电能多，故A错误；
CD．设电动机和电阻丝两端电压分别为U1、U2，电动机和电阻丝消耗的功率分别为
由以上两式可知
故C错误，D正确。
故选D。
13．B
【详解】
将其串联后接入电路，其上电压之比为，所以两电阻之比为，根据电阻定律
可知甲乙两段导体的横截面积之比为，根据焦耳定律
则产生热量之比为，故选B。
14．C
【详解】
A．充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，所以在时间t内产生的热功率不一定为I2rt，A错误；
B．在时间t内，充电宝输出的电功率为IUt，B错误；
C．由题的已知可得在时间t内，手机电池增加的化学能为UIt-I2rt，C正确；
D．U是充电宝的输出电压，不是内电压，所以不能用计算电池的发热功率，电池的发热功率应为I2r，D错误。
故选C。
15．C
【详解】
A．两图线交点坐标代表此时电路的路端电压和通过电源的电流，所以此时电源的输出功率为
故A正确；
B．根据欧姆定律可得
C．图线A的纵截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源内阻，即
故C错误；
D．若增大灯泡两端电压，则通过灯泡的电流增大，灯丝温度升高，灯泡的电阻增大，故D正确。
故选C。
16．C
【详解】
A．电动机消耗的总功率为
故A错误；
B．电动机的效率
故B错误；
C．电源的输出功率
C正确；
D．电源的效率
故D错误。
故选C。
17．（1）6Ω；（2）2Ω
【详解】
（1）设电路的外电阻为R，则电源的输出功率为
根据数学知识可知当R=r时，P最大，则
解得
（2）将R1与蓄电池并联后视为一个等效电源，其内阻为
同（1）理可知当时等效电源的输出功率最大，即电阻箱消耗的功率最大。
18．（1）2A；（2）200W；（3）196W
【详解】
（1）R两端的电压为
则通过电阻R的电流为
（2）电动机与电阻R串联，则通过电动机的电流也为I，输入电动机的电功率为
（3）电动机的输出功率为
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