4.3电路中的能量转化与守恒 课时提升练-2021-2022学年高二上学期物理沪教版（2019）必修第三册（word含答案）

4.3电路中的能量转化与守恒 课时提升练（解析版）
一、选择题
1．2020年9月1日消息，沙特阿拉伯研究人员设计了一种新的球形太阳能电池，能更好地收集直射和散射的阳光。若球形电池在正常照射下可将光能转换为电能的效率高达48%，用这种太阳能电池产生6V的电动势，可获得1.2A的电流，则每秒照射到这种电池上的太阳光的能量约是（　　）
A．5J B．10J C．15J D．20J
2．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
3．如图，闭合电键S，将滑动变阻器滑片P向a端移动一小段距离，下列说法正确的是（　　）
A．电流表读数变小 B．电压表读数变小
C．灯泡L变亮 D．电源消耗的总功率增大
4．一标有“12V 12W”的电动机正常工作，已知其线圈电阻为2Ω，则正常工作1分钟产生的焦耳热为（　　）
A．720J B．144J C．120J D．4320J
5．如图所示电路中，电源电动势恒定，内阻不可忽略，Rt为光敏电阻（光照强度减弱时，其电阻值增大），R1、R2为定值电阻，电压表均为理想电压表。闭合开关S，当光照强度逐渐减弱时，下列判断正确的是（　　）
A．R1消耗功率变小 B．R2消耗功率变小
C．电压表V1示数变小 D．电压表V2示数变大
6．如图所示，R0、R1为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r（rA．电源的输出功率P出逐渐增大 B．定值电阻R0消耗的功率逐渐增大
C．A1示数减少量等于A3示数减少量 D．A1示数减小，A2示数增大，A3示数减小
7．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
8．如图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W” 字样的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则（　　）
A．电解槽消耗的电功率为20 W
B．电解槽的发热功率为60 W
C．电解槽消耗的电功率为60 W
D．电路消耗的总功率为60 W
9．若横轴表示时间，纵轴表示速度，则如图为匀变速直线运动的图像。当把时间t分成许多小的时间间隔，在每个时间内，可以认为物体做匀速运动。图中每个小矩形的面积，就对应着物体在内的位移。对这些位移求和，可以认为图线与横轴包围的面积表示t时间内物体的位移。我们可以应用上述方法处理很多问题，下列说法正确的是（　　）
A．若横轴表示时间t，纵轴表示加速度a，则图线与横轴包围的面积表示物体的末速度
B．若横轴表示位移x，纵轴表示合外力，则图线与横轴包围的面积表示物体动能的变化量
C．若横轴表示通过定值电阻的电流I，纵轴表示其两端的电压U，则图线与横轴包围的面积表示定值电阻的电功率
D．若横轴表示电容器充电时两极板所带电荷量Q，纵轴表示两极板间电压U，则图线与横轴包围的面积表示电容器储存的电能
10．小明设计了一种酒精测试仪的电路，其电路如图甲所示，电源电动势恒定，内阻忽略不计，R为定值电阻，Q为气敏元件，其阻值RQ随被测酒精气体浓度的变化如图乙所示。闭合开关S，检测时，当人呼出的酒精气体浓度越大时（　　）
A．电流表示数越大
B．电路消耗的总功率越大
C．电压表与电流表的示数乘积越小
D．电压表示数的变化量与电流表示数的变化量之比越大
11．四个定值电阻连成如图所示的电路。RA、RC的规格为“10V ，4W”。RB、RD的规格为“10V， 2W”。 这四个定值电阻消耗功率大小分别是PA、PB、PC和PD下列关系正确的是（　　）
A． B．
C． D．
12．如图所示为一键加水的全自动电热水壶，当壶内水位过低时能自动加满水，加热之后的水经过一段时间后冷却，机器又可以自动加热到设定温度，某兴趣小组对水泵电路进行单独测试时发现，当其两端所加电压U1=8V时，电动机不转动，此时通过它的电流I1=2A；当其两端所加电压U2=32V时，电动机能带动负载正常运转，这时电流I2=1A．电热水壶加热部分的信息如铭牌所示，则（　　）
A．这种电热水壶工作时加热部分的电阻约为4Ω
B．水泵正常工作时消耗的热功率为16W
C．水泵正常工作时，其输出的机械功率为28W
D．使用一天该电热水壶消耗的电能为43.2kW·h
13．2021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
14．某品牌电动车的质量为66kg，一质量为60kg的人骑着该电动车以10m/s的速度匀速前进，驱动电机的输入电流为6A，电压为48V，电动车行驶时所受阻力为其重力的，忽略零件间的摩擦，已知当地重力加速度为10m/s2。下列说法正确的是（　　）
A．驱动电机的输入功率为288W
B．电动车的机械功率为250W
C．驱动电机的内阻为1.0Ω
D．驱动电机的机械效率为85%
15．如图所示的U-I图像中，直线I为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知（　　）
A．电源的输出功率为3.0W
B．电源电动势为3V，内阻为0.5Ω
C．R的阻值为1.5Ω
D．电源内部消耗功率为1.5W
二、解答题
16．如图所示，电源电动势E=14V，内阻r=1 Ω，小灯泡L标有“2V，4W”，电动机的内阻rM=0.5 Ω，当变阻器调到R=1 Ω，电灯和电动机正常工作．求：
（1）电动机两端电压；
（2）电动机输出的机械效率；
（3）电路消耗的总功率．
17．用电动机带动离心水泵将水由地面抽到高处。已知输入电动机的电功率电动机的工作电压，内阻。水的密度，重力加速度取。
（1）求电动机内阻消耗的热功率；
（2）求电动机输出的机械功率；
（3）如果电动机输出的机械能有转化为水的重力势能，求：将的水抽到高处需要多长时间。
参考答案
1．C
【详解】
依题意，根据能量守恒定律可得
代入题中相关数据，可得每秒照射到这种电池上的太阳光的能量约是
故选C。
2．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。
3．A
【详解】
将滑动变阻器滑片P向a端移动一小段距离，滑动变阻器接入电路的阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，即电流表读数减小，灯泡L变暗，电源内电压减小，路端电压增大，即电压表读数增大，根据P=EI可知电源消耗的总功率减小，综上所述可知A正确，BCD错误。
故选A。
4．C
【详解】
由题意可知电动机正常工作时，
根据
解得
根据焦耳定律
解得
故选C。
5．A
【详解】
当光照强度逐渐减弱时，Rt阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，R1消耗功率变小，且R1两端电压减小，即电压表V2示数减小；电源内电压减小，路端电压增大，即电压表V1示数增大；R2两端电压增大，所以R2消耗功率变大。综上所述可知A正确，BCD错误。
故选A。
6．D
【详解】
A．设电路外电阻为R外，则电源的输出功率为
根据数学知识可知当R外=r时，P出最大；当R外＜r时，P出随R外的增大而增大；当R外＞r时，P出随R外的增大而减小。滑动变阻器滑片从右向左滑动的过程中，R逐渐增大，则R外逐渐增大，由题意可知R外＞r，所以P出逐渐减小，故A错误；
B．因为R外逐渐增大，所以电路总电流逐渐减小，则定值电阻R0消耗的功率逐渐减小，故B错误；
CD．因为电路总电流减小，即A1示数减小，所以电源内电压减小，路端电压增大，则R1两端电压增大，通过R1的电流增大，即A2示数增大，根据并联电路电流关系可知A3示数减小，且A3示数的减少量大于A1示数的减少量，故C错误，D正确。
故选D。
7．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。
8．C
【详解】
AC．灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V的电压，且电路电流
则电解槽消耗的电功率
A错误C正确；
B．电解槽的发热功率
B错误；
D．整个电路消耗的总功率
D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A. 若横轴表示时间t，纵轴表示加速度a，则图线与横轴包围的面积为
则图线与横轴包围的面积表示物体速度的变化量；
B. 轴表示位移x，纵轴表示合外力，则图线与横轴包围的面积表示
图线与横轴包围的面积表示合外力做的功，根据动能定理，则也可表示为物体动能的变化量，故B正确；
C. 若横轴表示通过定值电阻的电流I，纵轴表示其两端的电压U，矩形面积
表示定值电阻消耗的功率，故C错误；
D. 若横轴表示电容器充电时两极板所带电荷量Q，纵轴表示两极板间电压U，
因为
则图线与横轴包围的面积
表示电容器储存的电能的增加量，故D错误。
故选B。
10．C
【详解】
A．检测时，当人呼出的酒精气体浓度越大时，RQ越大，电路总电阻越大，电流表示数越小，故A错误；
B．电路消耗的总功率为
所以RQ越大，P越小，故B错误；
C．电压表与电流表的示数乘积即R消耗的功率，为
所以RQ越大，I越小，PR越小，故C正确；
D．根据欧姆定律有
电压表示数的变化量与电流表示数的变化量之比为
所以不变，故D错误。
故选C。
11．B
【详解】
根据
可知
因AD电流相等，根据
P=I2R
可知
因BC电压相等，根据
可知
因AC电阻相等，IA>IC，根据
P=I2R
可知
即
故选B。
12．C
【详解】
A．根据铭牌，这种电热水壶工作时加热部分的电阻约为
A错误；
B．电动机的内阻为
水泵正常工作时消耗的热功率为
B错误；
C．水泵正常工作时，其输出的机械功率为
C正确；
D．在一天内该电热水壶的工作时间不确定，所以消耗的电能也不确定，D错误。
故选C。
13．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。
14．AC
【详解】
A．驱动电机的输入功率为
P入=UI=486W=288W
A正确；
B．电动车行驶时所受阻力为
f=0.02mg=0.0212610N=25.2N
电动车匀速行驶时，有F=f，故牵引电动车前进的机械功率P机=Fv=252W，B错误；
C．设驱动电机的内阻为R，由能量守恒定律得
P入t=P机t+I2Rt
解得驱动电机的内阻
R=1.0Ω
C正确；
D．驱动电机的机械效率为
D错误。
故选AC。
15．CD
【详解】
A．电源的输出功率为
故A错误；
B．电源的U-I图像纵截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻，则
故B错误；
C．R的阻值为
故C正确；
D．电源内部消耗的功率为
故D正确。
故选CD。
16．（1）8V；（2）14W；（3）28W
【详解】
（1）小灯泡正常发光，故灯泡两端的电压为U=2V，功率为P=4W，则电路中电流
所以电动机M两端电压
UM=E-I（r+R）-U=8V
（2）电动机的总功率为
P=IU=2×8W=16W
电动机内阻上的发热功率为
P1=I2r=22×0.5W=2W
故电动机对外输出的机械功率为
P2=P-P1=14W
故电动机的机械效率为
（3）电源的总功率为
P=IE=2×14W=28W
17．（1）（2）（3）
【详解】
（1）已知输入电动机的电功率，电动机的工作电压，通过电动机的电流
电动机内阻消耗的热功率
（2）电动机输出的机械功率
（3）将的水抽到高处，水重力势能增加量
电动机输出的机械能
需要时间