12.1电路中的能量转化基础巩固（word版含答案）

12.1电路中的能量转化基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册
一、选择题（共15题）
1．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，在相同的时间内①电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
②电炉两端电压小于电动机两端电压
③电炉两端电压等于电动机两端电压
④电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
A．①②④ B．①③ C．②④ D．③④
2．2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰古迪纳夫、斯坦利惠廷厄姆和日本科学家吉野彰，以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。如图是某手机用锂电池的标签。则关于该锂电池下列说法正确的是（　　）
A．标签上的mAh是电能的单位
B．若该手机平均待机电流10mA，则该手机可待机40小时
C．该电池工作时输出电压可能为5V
D．使用5V、1A的手机充电器给此电池充电，若转换效率为75%，约需要2小时才能把此电池充满
3．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻丝阻值相同。现在它们中通过相同的电流，电动机正常运转，则在相同时间内（　　）
A．电炉与电动机两端的电压相等
B．电炉与电动机产生的热量相等
C．电动机消耗的功率小于电炉消耗的功率
D．电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率
4．如图所示电路中，电源电动势E=6V，内阻r=1Ω。D为直流电动机，其线圈电阻R=2Ω，限流电阻R′=3Ω。当电动机正常工作时，电压表示数为0.3V。则电动机的输出功率是（　　）
A．0.56W B．0.54W C．0.57W D．0.60W
5．LED 灯是一种半导体新型节能灯．已知某种型号的 LED 灯在一定电压范围内的工作电流是 20 mA，在不同电压下发出不同颜色的光：当两端电压为 1.8 V 时，发黄光 ；当两端电压为 1.4 V 时，发红光 ；当两端电压为 3.2 V 时，发蓝光．广告牌上 LED 灯数量为 10000 个 /m2，那么一块 8 m2 的 LED 广告牌发红光时，需要供给的电功率大约是
A．500w B．100w
C．1250w D．2300w
6．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)
7．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（　　）
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的热量一定越多
B．公式W=UIt适用于任何电路，而Q=I2Rt只适用于纯电阻电路
C．热功率P热=I2R=适用于任何电路
D．焦耳定律Q=I2Rt适用于任何电路
8．一个直流电动机所加电压为U，电流为 I，线圈内阻为R，当它正常工作时，下述说法中正确的是（　　）
A．电动机的输出功率为I2R
B．电动机的发热功率为I2R
C．电动机的功率可写作IU=I2R=
D．电动机的输出功率为IU
9．山东师大附中幸福柳校区有48个班级，9月是全年的用电高峰期，每个教室配备的用电器及其使用情况如下表所示，电费为0.7元/度（1度=1kW· h），则学校所有教室每天用电需要的费用约为（　　）
用电器 日光灯 空调 多媒体
额定功率/W 40 3750 500
数量/个 11 2 1
平均工作时间/h 16 10 8
A．1500 元 B．1900 元 C．2400 元 D．2900元
10．加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为R，则电动机的机械功率为（ ）
A．P B． C． D．
11．一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则
A．电动机t秒内产生的热量是Q=UIt
B．电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt
C．电动机的功率为P=I2R
D．电动机的功率为P=U2/R
12．现有标有“110V 40W”的灯泡L1和标有“110V 100W”的灯泡L2及一只最大阻值为500Ω的滑动变阻器R，将它们接在220V的电路中，在如图所示的几种接法中，能让L1，L2同时正常发光的是（　　）
A． B．
C． D．
13．有四盏灯，如下图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V，60 W”字样，L3和L4都标有“220 V，100W”字样，把电路接通后，实际功率最小的是（　　）
A．L1 B．L2 C．L3 D．L4
14．闪电是一种常见的自然现象，发生闪电时会释放出大量能量。已知某次闪电放电电压大约为，放电通过的电量约为30C。一所希望小学每天消耗的电能约为20kW h。此次闪电释放的电能如果都能储存起来并加以利用，则这些电能可供这所小学使用的时间约为（　　）
A．5天 B．50天 C．500天 D．5000天
15．某同学用如图所示的电路进行小电机M的输出功率的研究，其实验步骤如下所述，闭合电键后，调节滑动变阻器，电动机未转动时，电压表的读数为，电流表的读数为；再调节滑动变阻器，电动机转动后电压表的读数为，电流表的读数为，则此时电动机的输出功率为（ ）
A． B． C． D．
二、填空题（共4题）
16．某养鸡场新购进一台电热孵卵器，其电阻为110Ω不变，在额定电压下工作时通过孵卵器的电流是2A，则该孵卵器正常工作10s所产生的热量为_____J．
17．如图所示，电路中，灯A和灯B的规格分别为“220V、15W”，“220V、60W”，要使两灯串联在电路中都不烧坏，则两端电压U最多可加到______V，此时灯B的实际功率为______W．
18．电动机是一种将电能转化为______能的装置。将一电动机接在如图所示的电路中，当电键S闭合后，电动机可带动质量为m的重物匀速上升，设在重物上升的过程中，电压表和电流表的示数始终保持不变，分别为U和I。若在时间t内，测得重物上升的高度为h，则该电动机的效率为______。
19．有一标有“6V、0.5A”的小型直流电动机，转子是由铜导线绕制的线圈组成，阻值约为0.8Ω。现要测量该直流电动机正常工作时的输出功率，提供的器材除导线和开关外还有：
直流电源E：8V（内阻不计）
直流电流表A1：0—0.6A（内阻约为0.1Ω）
直流电流表A2：0—0.3A（内阻约为5Ω）
直流电压表V1：0—0.3V（内阻约为3kΩ）
直流电压表V2：0—10V（内阻约为20kΩ）
滑动变阻器R：0—10Ω，2A
（1）①为了较准确测量电动机的电阻，在图a方框内画出测量电路图______________
②闭合S，调整R，在测量电动机线圈电阻时应（_______）
A使电动机转动稳定后读出电流表、电压表示数
B控制电动机不转动时读出电流表、电压表示数
C使电动机两端电压达到额定值
D使两电表指针偏转角度均大于满偏时的
③若电压表的示数为0.20V，电流表的示数为0.20A，电动机线圈电阻为_____Ω
（2）利用图示b的电路测量电动机正常工作时的输出功率
①闭合S，调整R，使电压表示数为________V，电动机正常工作
②该电动机输出的机械功率为__________W
③电动机正常工作时，可使1kg的物体匀速上升的速度为________m/s（g=10m/s2）
三、综合题（共4题）
20．某导体的电阻是，当8 A的电流通过时，3分钟产生的热量是多少焦？
21．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E=12V，电源内阻r=1Ω，电阻R=4Ω，重物质量m=0.30kg，接通开关S，当重物固定时，电压表的示数为10V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为11V。不计摩擦，。求：
（1）电动机线圈内阻的大小；
（2）重物匀速上升时的速度大小。
22．你认为家庭电路中用户的总功率（所有用电器）确定后，干路和各用电器支路的输电线应该如何选择？
23．如图所示，电源电压可调，灯泡L规格为“1 5 V 45 W”，且灯丝电阻不随温度变化．电流表量程为“O～O．6 A”和“O～3 A"，滑动变阻器尺的规格分别为“25 Ω 2 A’和“1 OΩ 3 A”．
(1)将电源电压调到1 8V，闭合开关，移动P，使灯泡正常发光．求灯泡的电阻和灯泡消耗的最小功率．
(2)将电源电压调到l 5 V，用定值电阻R0替换灯泡，P置于中点A，闭合开关，电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置(可能重新选择了电表最程和变阻器R)．然后将P从A移到最左端B，两表示数的I-U关系如图所示．通过计算判断所用变阻器的规格.
参考答案
1．A
【详解】
电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，根据Q=I2Rt可知，电炉放出的热量与电动机放出的热量相等，①正确；电炉两端电压小于电动机两端电压，②正确，③错误；电动机消耗的功率等于内阻上消耗的功率I2R和输出功率之和，而电炉消耗的功率等于I2R，故电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，④正确；故选A.
2．D
【详解】
A．根据q=It，手机电池标识的mAh是电量的单位，故A错误；
B．如果待机电流是10mA，手机电池最多能连续工作时间
故B错误；
C．由图可知，该电池的输出电压为3.7V，故C错误；
D．使用5V、1A的手机充电器给此电池充电，则由能量关系
则能把此电池充满需要的时间
故D正确；
故选D。
3．B
【详解】
电动机消耗的电能转化为热能和机械能。由于电动机内阻与电炉的电阻丝电阻相同，电流相同，根据焦耳定律，二者的发热量相同，但是同时电动机还在做功，所以电炉与电动机两端的电压不等，电炉消耗的电能小于电动机消耗的电能。
故选B。
4．B
【详解】
通过电动机的电流I与流过限流电阻R′的电流相同，由
由
可得电动机两端电压
所以电动机输入的电功率
电动机的发热功率
电动机的输出功率
故选B。
5．D
【详解】
LED 广告牌发红光时功率：
A．500W，与结论不相符，选项A错误；
B．100W，与结论不相符，选项B错误；
C．1250W，与结论不相符，选项C错误；
D．2300W，与结论相符，选项D正确；
6．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。
7．D
【详解】
A．电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的热量的多少还与做功的时间的长短有关，故A错误；
B．公式W=UIt是计算电功的大小，适用于任何的电路，Q=I2Rt用来求电热时可以适用于任何电路，故B错误；
C．当为纯电阻电路时，根据焦耳定律Q=I2Rt和电功率定义式可推导出
P热=I2R
此式适用于任何电路求热功率；根据欧姆定律和功率公式，可以推导出
P热=
此式只适用于纯电阻电路求热功率，故C错误；
D．焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路中求焦耳热，故D正确。
故选D。
8．B
【详解】
电动机工作时因为有机械能输出，即电动机消耗的电功仅有一部分用于生热，故为非纯电阻电路，此时欧姆定律不适用；但电热计算仍然实用焦耳定律，即热功率为
P热=I2R
而输入总功率
P总=UI
此时输出的机械功率，根据能量守恒定律，可得
P机=P总－P热=IU-I2R
故选B。
9．D
【详解】
该学校一间教室每天用电需要的耗电量为
则学校所有教室每天用电需要的费用为
故选D。
10．D
【详解】
由能量守恒定律，电动机的输入功率为P，转化为焦耳热功率为I2R，且P=IU，所以由能量守恒定律可知机械功率为。
故选D。
11．B
【详解】
由焦耳定律知，A错B对；电动机的功率，C、D错．
12．C
【详解】
A.灯泡1的额定电流
灯泡2的额定电流
在A电路中，两灯泡串联，则两灯泡电流相等，不能保证两灯泡都正常发光；故A错误
BC．在B电路中，两灯泡正常发光，则通过R的电流等于两灯泡额定电流之和，为，两灯泡的并联电压为110V，则R上的电压为110V，根据P=UI，知电阻R上消耗的功率与两个灯泡消耗的功率相等，所以整个电路的总功率
在C电路中，两灯泡正常发光时，通过R的电流为，R与L1并联，电压相等，根据P=UI，所以功率之比等于电流之比，为3：2，则R上消耗的功率为60W，则整个电路的总功率
故BC正确；
D.在D电路中，L1，L2同时正常发光时，灯泡1的额定电流
灯泡2的额定电流
不能保证两灯泡正常发光，故D错误。
故选BC。
13．C
【详解】
设L1、L2、L3、L4实际消耗的功率分别为P1、P2、P3、P4，由公式：
可以知道L1和L2的电阻小于L3和L4的电阻，通过L1的电流大于L2的电流，由公式：
得到P1>P2；L2和L3的电压相等，由公式：
可以知道P2>P3，通过L3的电流小于L4的电流；由公式：
得到P4> P3.
所以综上分析的到L3最暗.故选C.
14．C
【详解】
此次闪电释放的电能为
设这些电能可供这所小学使用的时间约为t，则有
故选C。
15．B
【详解】
试题分析：闭合电键后，电动机未转动时，电动机的内阻，电动机转动后，电动机的电功率，发热功率，则电动机的输出功率．
考点：闭合电路的欧姆定律
16．4400
【详解】
解：该孵卵器正常工作10s所产生的热量：
Q=W=I2Rt=（2A）2×110Ω×10s=4400J．
故答案为4400．
考点：焦耳定律的计算公式及其应用．
点评：此题主要考查的是学生对焦耳定律计算公式的理解和掌握，基础性题目．
17．275 ； 3.75
【详解】
灯A规格为“220V、15W”，故： ；
灯B规格为“220V、60W”，故：
使两灯串联，最大电流为： ；
则两端电压U最多可加到：
U=I（RA+RB）=×（3226.7+806.7）=275V
此时灯B的实际功率为：PB′=I2RB=()2×806.7=3.75W；
18．机械 （或）
【详解】
[1]由能量守恒可知，电动机是一种将电能转化为机械能的装置。
[2]重力做功为
电动机做功为
电动机的效率为
19． BD 1 6 2.75 0.275
【详解】
(1)[1]因为电动机不转时，通过的电流和电压都很小，所以电流表选择A2，电压表选择V1测量误差较小，如图所示
[2]AB．因是测量电动机线圈电阻，所以电动机不能转动，故A错误，B正确；
C．若使电动机两端电压达到额定值，电动机一定转动，C错误；
D．因电表指针偏转角度大于满偏时的时读数误差最小，D正确。
故选BD；
[3]由欧姆定律可知
(2)[4]由题意可知，电动机正常工作时的额定电压是6V；
[5]该电动机的热功率为
输入功率为
输出的机械功率为
[6]由得到
20．
【解析】
试题分析：电流通过导体产生的热量跟电流、电阻大小和通电时间均有关，根据公式计算热量．
某导体的电阻R=5Ω，通过的电流I=8A，通电时间t=180s，
产生的热量是：
21．(1) (2)
【详解】
（1）令电动机线圈内阻为，当重物固定时，电路为纯电阻电路，有：
，
联立解得：
（2）匀速提升重物时，有：
电动机两端电压为：
电动机输出的机械功率为：
且有：
联立解得：
22．干路的输电线应该大于各用电器支路的输电线
【详解】
家庭电路中用户的总功率确定后，由于干路的电流大于各用电器支路的电流，所以干路的输电线应该大于各用电器支路的输电线。
23．（1）灯泡的电阻和灯泡消耗的最小功率分别为5Ω、7.2W．（2）所用变阻器的规格为“25Ω 2A”．
【详解】
由电路图可知，滑动变阻器R与灯泡L串联，电压表测灯泡L两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）由得： ；
由P=UI可得，灯的额定电流：
因串联电路中各处的电流相等，且灯泡能正常发光，所以使用滑动变阻器是“10Ω 3A”．
则当滑动变阻器连入的电阻最大阻值为10Ω，电路中的电流最小，电功率最小；
总电流
灯泡消耗的最小功率：P灯小=I2R灯=（1.2A）2×5Ω=7.2W．
（2）将电源电压调到l5V，用定值电阻R0替换灯泡，当滑动变阻器P置于中点A时，根据电阻的串联和欧姆定律可得： ；
当滑动变阻器P置于B时，滑动变阻器连入的电阻为0，则根据电阻的串联和欧姆定律可得：
IB= ；
由图乙可知：IA=IB，
即：；
解得：R=R0；
由于P置于中点A，电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置；即IA的可能值为0.4A或2A；
根据IA=IB可知：IB的可能值为0.6A或3A；
所以，由I=U/R得：R与R0可能值为：； ；
根据题干可知；滑动变阻器的规格为“25Ω 2A”．