2.8焦耳定律电路中的能量转化学科素养提升练-高二上学期物理教科版（2019）必修第三册（word版含答案）

2.8焦耳定律 电路中的能量转化 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。已知电吹风的额定电压为220V，吹冷风时的功率为120W，吹热风时的功率为1000W．关于该电吹风，下列说法正确的是（　　）
A．若S1断开，S2闭合，则电吹风吹热风
B．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟输出的机械能为120J
C．电动机的电阻为Ω
D．电热丝的电阻为55Ω
2．如图所示，a为一节干电池的伏安特性曲线，b为某直流小电动机不转时的伏安特性曲线，现利用该规格的两节干电池串联后与小电动机组成闭合回路，小电动机恰能正常运转，已知小电动机的额定电压为，下列说法正确的是（　　）
A．该规格的干电池内阻为
B．小电动机恰能正常运转时，线圈的发热功率为
C．小电动机恰能正常运转时，每节干电池的输出功率为
D．小电动机恰能正常运转时，机械效率为75%
3．如图所示，电源电动势E=12V，内阻r=3Ω，甲图中R0=1Ω，乙图中额定输出功率P0=2W的直流电动机绕阻R0′=1Ω。当调节滑动变阻器R1时，可使甲电路输出功率最大；调节R2时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作。则（　　）
A．R1=0Ω B．R1=1.5Ω C．R2=1.5Ω D．R2=2Ω
4．如图所示的电路中，输入电压U恒为，灯泡L标有“”字样，电动机线圈的电阻。若灯泡恰能正常发光，以下说法正确的是（　　）
A．电动机的输入功率是 B．电动机的输出功率是
C．电动机的热功率是 D．整个电路消耗的电功率是
5．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
6．如图所示，一直流电动机与阻值的电阻串联在电源上，电源电动势，内阻，用理想电压表测出电动机两端电压，已知电动机线圈电阻，则下列说法中不正确的是（　　）
A．通过电动机的电流为
B．电动机的输入功率为
C．电动机的热功率为
D．电动机的输出功率为
7．如图甲所示电路中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片从左端逐渐滑至右端时，电压表和的示数随电流表示数变化的图像如图乙。已知电动机两端电压达到一定值时才能开始转动，各电表均为理想电表，下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数变化量与电流表的示数变化量的比值逐渐减小
B．电动机内部线圈的电阻值为
C．滑动变阻器的可调范围是
D．电流表示数最大时，电动机的输出功率为
8．重庆市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED灯，已知高压钠灯功率为400W，LED灯功率为180W，若更换4000盏，则一个月（取30天，每天约10h）可节约的电能约为（　　）
A．9×102 kWh B．3×105kWh C．6×108 kWh D．1×1011 kWh
9．小电珠与电动机并联接入电路，两者均正常工作时，小电珠的电阻为，两端电压为，流过的电流为；电动机的内电阻为，两端电压为，流过的电流为，则（　　）
A． B． C． D．
10．某学习小组用如下电路研究小电动机的电流与电压关系。通过调节滑动变阻器R接入电路的阻值，测量得到下表记录的信息。若认为小电动机的电阻是不变的，则（　　）
序号 电压 电流 电动机工作状态
1 1.25 0.50 卡住未转动
2 2.00 0.20 稳定转动
3 3.5 0.30 稳定转动
A．小电动机的电阻大约为
B．当小电动机的电压为时，其发热功率为
C．当小电动机的电压为时，其电功率为
D．当小电动机的电压为时，其对外做功的功率为
11．某简易电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220V 电压下工作。下列说法正确的是（　　）
电吹风额定电压 220W
电吹风额定功率 热风时：990W
冷风时：110W
A．开关都闭合时电吹风吹冷风
B．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω
C．吹热风时电热丝的功率为990W
D．吹热风时通过电热丝的电流为4A
12．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下不符合事实的一项是（　　）
A．关系式最初是焦耳用实验直接得到的
B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律
C．法拉第提出了电场的观点，采用了用电场线这个简洁的方法描述电场
D．安培通过实验测定了元电荷e的数值
13．电阻和电动机串联接到电路中，如图所示，已知电阻跟电动机线圈的电阻值相等，电键接通后，电动机正常工作，设电阻和电动机两端的电压分别为和，经过时间，电流通过电阻做功为，产生热量为，电流通过电动机做功为，产生热量为，则有（　　）
A．， B．，
C．， D．，
14．—直流电动机所加电压为U．电流为I．线圈内阻为R。当它工作时，下列说法中错误的是（ ）
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．电动机的功率为
15．有一电动机内阻为R，加在两端的电压为U，流过的电流为I，通电时间为t，则（　　）
A．可用求电功或电热
B．用求热
C．不能用求电热
D．不能用求电功
二、解答题
16．如图所示，电源的电动势，内阻，电阻，M为直流电动机，其线圈电阻，电动机正常工作时，其两端所接理想电压表读数为，求：
(1)回路中的电流是多少？
(2)电动机的发热功率是多少？
(3)电动机机械功率是多少？
17．在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。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。求
（1）电动机的内阻
（2）电动机的输出功率
（3）电动机的效率（保留三位有效数字）。
参考答案
1．D
【详解】
A．若S1断开，S2闭合，电热丝不工作，只有电动机工作，则电吹风吹冷风，选项A错误；
B．当电吹风吹热风时，电动机消耗的功率为120W，因电动机内阻上发热，则电动机每秒钟输出的机械能小于120J，选项B错误；
C．电动机不是纯电阻电路，则电动机的电阻
选项C错误；
D．电热丝的功率
PR=1000W-120W=880W
则电阻为
选项D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．干电池的I-U图像的横截距表示电池的电动势，图线斜率倒数的绝对值表示电池的内阻，所以
故A错误；
B．直流小电动机不转时的I-U图像的斜率倒数表示电动机线圈的内阻，即
当利用两节干电池串联后与小电动机组成闭合回路时，回路中的电流为
电动机线圈的发热功率为
故B错误；
C．小电动机恰能正常运转时，每节干电池的输出功率为
故C正确；
D．小电动机恰能正常运转时，机械效率为
故D错误。
故选C。
3．C
【详解】
当电路的外电阻等于内阻时，电路的输出功率最大，所以甲图
对于乙图，输出的功率最大时，电动机的额定功率
电路中电流为I，所以
根据数学知识可知当
时函数有最大值，即
电动机的电压为3V，内阻的电压
R2两端电压为3V，所以电阻为
故C正确，ABD错误。
故选C。
4．D
【详解】
AD灯泡恰能正常发光，有
灯泡与电动机串联，可得
电动机的输入功率为
整个电路消耗的电功率为
故A错误；D正确；
BC电动机的热功率为
根据能量转化与守恒，可得电动机的输出功率为
故BC错误。
故选D。
5．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。
6．A
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律，有
解得
故A错误，符合题意；
BCD．电动机的输入功率
电动机的热功率
电动机的输出功率
故BCD正确，不符合题意。
故选A。
7．C
【详解】
A．根据
U2=E-Ir
可知，电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值等于电源的内阻，故比值不变，A错误；
B．由图像可知，电动机两端的电压从1.0V到2.0V时电动机没有转动，为纯电阻，则电动机内部线圈的电阻为
B错误；
C．由图像可知，当电流表示数为时，滑动变阻器连入电路的阻值为零，当电流表示数为时，滑动变阻器全部连入电路，故滑动变阻器的最大阻值为
C正确；
D．电流表示数最大值为，故电动机的输出功率为
D错误。
故选C。
8．B
【详解】
一个月可节约的电能为
故选B。
9．B
【详解】
A．小电珠与电动机并联接入电路，所以
故A错误；
BCD．对小电珠，由欧姆定律可得
电动机正常工作时，由于线圈切割磁感线产生反电动势，所以
又因为
所以
故B正确，CD错误。
故选B。
10．B
【详解】
A．将电压表当作理想电压表，当小电动机的电压为时，电动机卡住未转动，电功率等于内阻发热功率
将第一组数据代入可解得
故A错误；
B．当小电动机的电压为时，电流是0.50A，由P=I2r得其发热功率为，故B正确；
C．当小电动机的电压为时，其电功率
故C错误；
D．当小电动机的电压为时，其对外做功的功率
故D错误。
故选B。
11．D
【详解】
A．开关都闭合时，电热丝接入电路发热，电吹风吹热风，故A错误；
B．440Ω显然是用电动机的额定电压除以额定电流得出的，而电动机是非纯电阻元件，不能用欧姆定律计算其内电阻，故B错误；
CD．吹热风时电热丝的功率为
吹热风时通过电热丝的电流为
故C错误，D正确。
故选D。
12．D
【详解】
A．关系式（焦耳定律）最初是焦耳用实验直接得到的，故A正确；
B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律，即库仑定律，故B正确；
C．法拉第提出了电场的观点，采用了用电场线这个简洁的方法描述电场，故C正确；
D．密立根通过实验测定了元电荷e的数值，故D错误。
故选D。
13．AD
【详解】
电阻和电动机串联接到电路中，则通过它们的电流相同，对于电阻，由欧姆定律得
对于电动机
则可得
根据焦耳定律得
电流通过电阻做功为
电流通过电动机做功为
则
故选AD。
14．AD
【详解】
A．电动机的总功率为
P=UI
由于是非纯电阻电路，故
所以电动机的输出功率为
故A符合题意；
B．电动机的发热功率，根据焦耳定律
P热=I2R
故B不符合题意；
C．电动机的输出功率
P出=P-P热=UI-I2R
故C不符合题意；
D．电动机的总功率为
P=UI
不为
故D符合题意。
故选AD。
15．BC
【详解】
电动机为非纯电阻路，电能一部分转化为机械能，一部分转化为电热，故计算电功只能用
来计算；根据焦耳定律可知，电热只能用
来计算，故选BC。
16．(1)1A；(2)1W；(3)20W
【详解】
(1)根据闭合电路欧姆定律知
则有
(2)电动机的发热功率为
(3)电动机机械功率为
17．（1）1Ω；（2）26W；（3）86.7%
【详解】
（1）因为电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V，电动机在没有将电能转化为机械能时属于纯电阻元件，故电动机的内阻为
（2）当电动机正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V，
则电动机的总功率为
此时电动机的发热功率为
故电动机的输出功率为
（3）根据效率公式，可得电动机的工作效率为