4.3电路中的能量转化与守恒 自主提升过关练（Word版含答案）

4.3电路中的能量转化与守恒 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导体a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比，已知流经导体a的电流为0.16A，电子的电荷量e=1.6×10-19C，下列说法正确的是（　　）
A．5s内有个自由电子通过导体a的横截面
B．a、b的电阻之比
C．自由电子在导体a和b中的定向移动速率之比
D．相同时间内导体a和b产生的焦耳热之比
2．电动自行车具有低噪声、无废气、无油污的环保性，而且骑行简单方便，受到广大上班族的喜欢。下表为某品牌电动自行午的铭牌，显示了电动车的信息及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗，则由该铭牌可以求得电动自行车的电动机内阻约为（　　）
自重 额定电压
载重 额定电流
最大运动速度 额定输出功率
A． B． C． D．
3．在如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，为定值电阻。R为滑动变阻器（最大阻值大于）。闭合开关S，调节R的阻值使电路中的电流为I，下列说法正确的是（　　）
A．此时电源的输出功率为
B．此时滑动变阻器的阻值为
C．此时电源的路端电压为
D．调节滑动变阻器R的阻值，当时消耗的电功率最大
4．在如图所示的电路中，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0 Ω，电路中的电阻R0为1.5 Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω。闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A．以下判断中正确的是（　　）
A．电动机的输出功率为14 W B．电动机两端的电压为7 V
C．电动机产生的热功率为4 W D．电源输出的电功率为24 W
5．某家用电热水器额定功率为1000W，每天工作2小时，一个月（按30天计算）消耗多少度电？（一度电为1kW·h）（　　）
A．30度 B．60度 C．120度 D．240度
6．如图所示，三个电阻R1、R2、R3的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为10W、10W、2W，则此电路中允许消耗的最大功率为（　　）
A．22W B．12W C．15W D．16W
7．如图甲所示电路，电源电压不变，将小灯泡L和电阻R接入电路中，只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1.8 W；图乙是小灯泡L和电阻R的I-U图像。下列说法中正确的是（　　）
A．只闭合开关S1时，小灯泡L的电阻为20 Ω
B．再闭合开关S2后，电路总功率为2.7 W
C．再闭合开关S2后，电阻R的电功率为0.4 W
D．再闭合开关S2后，在1 min内电阻R消耗的电能是24 J
8．现有标有“110 V　40 W”的灯泡L1和标有“110 V　100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理的是（　　）
A． B．
C． D．
9．如图所示，电源电动势E=3V，小灯泡L标有“2V，0.4W”，开关S接1，当变阻器调到R=4Ω时，小灯泡L正常发光；现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作。则下列判断正确的是（　　）
A．电源内阻为10Ω B．电源效率约为93.3%
C．电动机的正常工作电压为1V D．电动机的内阻为4Ω
10．下列设备工作时，以电能转化为机械能为目的的是（　　）
A．洗衣机 B．电冰箱
C．微波炉 D．计算机
11．小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中错误的是（　　）
A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大
B．对应P点，小灯泡的电阻为
C．对应P点，小灯泡的电阻为
D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积
12．如图所示为两个电阻的U－I图像，则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是（　　）
A．2∶1 2∶1 1∶2 B．2∶1 1∶2 2∶1
C．1∶2 1∶2 2∶1 D．1∶2 2∶1 1∶2
13．在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路，电路中电表均为理想电表。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V。则当这台电动机正常运转时（　　）
A．电动机的内阻为1Ω B．电动机的内阻为7.50
C．电动机的输出功率为26W D．电动机的输出功率为22W
14．两电阻、的伏安特性曲线如图所示，其中的图线与横轴的夹角为；的图线与横轴的夹角为，则（　　）
A．将、串联接入电路，则消耗电功率之比为1：3
B．将、串联接入电路，则消耗电功率之比为3：1
C．将、并联接入电路，则消耗电功率之比为3：1
D．将、并联接入电路，则消耗电功率之比为1：3
15．2021年9月6日，中国能建哈密光热50MW熔盐塔式光热发电项目成功实现全容量并网，该电站年发电量1.98亿千瓦时，共安装了14500面五边形定日镜，定日镜在伺服系统的控制下能自动地把接收到的太阳光反射到集热塔的热靶上。伺服系统是两套结构相同的装置，一套控制水平轴负责俯仰（点头）、一套控制竖直轴负责方位（摇头），伺服系统主要耗电设备是电动机，虽然驱动的角速度很小，但是要对抗风吹，所以要带阻尼运行。设每个电动机功率为40W，内阻为2Ω，工作电压为20V。根据以上数据判断下列哪个选项最接近真实状况（　　）
A．单个伺服电动机的工作电流是10A
B．单个伺服电动机克服阻尼的功率是32W
C．如果平均日照时间为10小时，则电厂伺服系统每日耗电约11600KW·h
D．单个定日镜日均发电34kW h
二、解答题
16．某种服务型机器人，其额定功率为24W，额定工作电压为12V，机器人的锂电池容量为16A·h。当机器人正常工作时，求：
（1）额定工作电流；
（2）充满电后最长工作时间；
（3）以额定电流工作时每秒消耗的电能。
17．某型号玩具车利用铅蓄电池给直流电动机供电，简化电路如图所示。卡住电动机的转子，当电阻箱的阻值分别调节为10和4时，理想电流表的示数分别为1.0A和2.0A。不计铅蓄电池的内阻，则：
（1）求电源电动势E和电动机的内阻r；
（2）松开转子后，当电阻箱的阻值为1时，电动机恰好正常工作，此时理想电流表的示数为2.5A，求电动机正常工作时的输出功率。
参考答案
1．A
【详解】
A．5s内通过导体a的横截面的自由电子数为
故A正确；
B．根据电阻定律可得a、b的电阻之比为
故B错误；
C．根据电流的微观表达式
可得自由电子在导体a和b中的定向移动速率之比为
故C错误；
D．根据焦耳定律可得相同时间内导体a和b产生的焦耳热之比为
故D错误。
故选A。
2．A
【详解】
由表格中数据可得
解得
故选A。
3．A
【详解】
A．此时电源的输出功率为
故A正确；
B．此时滑动变阻器的阻值为
故B错误；
C．此时电源的路端电压为
故C错误；
D．消耗的电功率为
由上式并根据数学知识可知当时，P最大，故D错误。
故选A。
4．B
【详解】
电动机两端的电压为
U=E-I（R0＋r）=7 V
电动机产生的热功率为
P热=I2rM=2W
电动机的输出功率为
P1=UI-I2rM=12W
电源输出的电功率为
P2=EI-I2r=20 W
故选B。
5．B
【详解】
电热水器一个月消耗的电能为
故选B。
6．B
【详解】
由题意知R1=R2=R3=R，P1=10W，P2=10W，P3=2W。由图知，R2与R3并联，则两端电压相等，根据
可知R2与R3所消耗的功率一样，因R2与R3本身允许的最大功率分别是10W和2W，则R2、R3在电路中允许最大功率只能都是2W，否者会超过R3的允许功率。又把R2与R3看成一个并联电阻R'，则电路就是R1与R′串联，故电流相等，根据
可知R1与R'所消耗功率之比为。由题知，三个电阻R1，R2，R3的阻值相同，R2与R3的并联值，所以，所以R1上消耗的功率是并联电阻R'上的两倍。若R2、R3的功率都为2W，则R'的功率即为
2W+2W=4W
则R1的功率为
2×4W=8W<10W
所以总功率最大为
2W+2W+8W=12W
故选B。
7．B
【详解】
A．由电路图知，只闭合开关S1时，电路中只有小灯泡工作，它的实际功率为1.8W，由图乙知，此时小灯泡两端的电压即电源电压为3V，通过的电流为0.6A，则小灯泡的电阻
A错误；
BCD．再闭合S2后，小灯泡和电阻R并联在电路中，由图乙知，此时通过R的电流为0.3A。那么R消耗的电功率为
P1=UI1=3V×0.3A=0.9W
那么电路的总功率为
P总=P1+PL=0.9W+1.8W=2.7W
在1min内电阻R消耗的电能为
W=P1t=0.9W×60s=54J
CD错误，B正确。
故选B。
8．C
【详解】
AD． L1（110 V　40 W）和L2（110 V　100 W）的额定电压相同，由
可知
由串、并联电路电流、电压特点可知L1、L2一定不会同时正常发光，AD错误；
BC．L1（110 V　40 W）的电流
L2（110 V　100 W）的电流
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
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
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
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
所以C电路消耗的功率小，B错误C正确。
故选C。
9．B
【详解】
小灯泡的额定电流为
电阻为
A．当接1时
代入数据解得电源的内阻
r=1Ω
A错误；
B．电源的效率为
B正确；
CD．当接2时灯泡正常发光，流过的电流为
I=0.2A
电源内阻分的电压为
U=Ir=0.2×1V=0.2V
故电动机分的电压为
U动=E-UL-U=(3-2-0.2)V=0.8V
则电动机的内阻为
C、D错误。
故选B。
10．A
【详解】
A．洗衣机把电能转化为机械能，利用机械能进行洗衣；故A正确；
B．电冰箱先把电能转化为机械能，然后利用机械能驱动制冷剂在冰箱内外进行热交换，我们使用的不是其机械能；故B错误；
C．微波炉将电能转化为微波，然后利用微波对食物进行加热，不使用机械能；故C错误；
D．计算机利用了电场、磁场、电路等原理接收、播放电视声音和图象，不是利用机械能。故D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．图线上的点与原点O连线的斜率的倒数表示电阻值，由图可知随着所加电压的增大，图线斜率减小，故小灯泡的电阻增大，A正确，不符合题意；
BC．由欧姆定律可得，对应P点，小灯泡的电阻为
B正确，不符合题意，C错误，符合题意；
D．对应P点，小灯泡的功率为
P=U1I2
与题图中PQOM所围的面积相等，D正确，不符合题意。
故选C。
12．A
【详解】
根据，结合图像可知
根据功率，结合串联电路的电流相等，则
根据功率，结合并联电路的电压相等，则
故选A。
13．AC
【详解】
AB．电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V，则电动机的电阻
故A正确，B错误。
CD．电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V，电动机的总功率为
电动机内阻消耗的热功率为
电动机正常运转时的输出功率是
故C正确，D错误。
故选AC。
14．AC
【详解】
AB．根据I-U图线的斜率等于电阻的倒数，所以两电阻阻值之比
R1、R2串联起来接入电路中时电流相等，根据功率公式
得，R1、R2消耗的电功率之比
故A正确，B错误；
CD． R1、R2并联起来接入电路中时电阻两端的电压相等，根据功率公式
得，R1、R2消耗的电功率之比
故C正确，D错误。
故选AC。
15．BC
【详解】
AB．由得单个伺服电动机的工作电流
不能按纯电阻计算，电动机输出功率
故A错误，B正确；
C．伺服系统只在白天工作，认为每天工作10小时，则耗电为
故C正确；
D．单个定日镜日均发电
故D错误。
故选BC。
16．（1）2A；（2）8h；（3）24J
【详解】
（1）由
知，机器人的额定电流
（2）充满电后，锂电池容量为16A·h，机器人的最长工作时间
（3）以额定电流工作时每秒消耗电能
17．（1）12V，2Ω；（2）11.25W
【详解】
（1）电动机不转时为纯电阻电路，由闭合电路的欧姆定律得：
解得
E=12V
r=2Ω
（2）由
=9.5V
解得
P=11.25W