2.8焦耳定律 电路中的能量转化 自主提升过关练（word版含答案）

2.8焦耳定律 电路中的能量转化 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．近年来，电动汽车以车载电源为动力，因对环境的污染小，节约能源深受大众青睐。某品牌的一款电动汽车的车载电源额定输出电压为360V，电池容量为213A·h。该款汽车现以额定输出电压在平直公路上匀速行驶，速度大小为100km/h，此时电源的输出功率为18kW。若不考虑各种能量的转化效率，下列说法正确的是（　　）
A．电源的电动势一定为360V
B．干路电流为5A
C．电动汽车所受阻力为180N
D．充满电的该款汽车在这种情况下，最多可以行驶426km
2．如图所示，电源电动势E=12 V，内阻r=3Ω，直流电动机内阻0.5Ω。调节R2使电源输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作（额定功率为6 W），则此时R2的阻值和电动机的输出机械功率P为（　　）
A．R2=2.5Ω B．P=4W
C．P=2W D．R2=4.5Ω
3．如图，电动机M与灯泡L串联在电路中，M的线圈电阻为2，电源的电动势为16V、内阻为1，灯泡电阻为5。闭合开关S后，M正常运转，M线圈上产生的热功率为2W，V为理想电压表，则（　　）
A．电压表示数为2V
B．电动机的输出功率为8W
C．电源的输出功率为16W
D．电源的效率为87.5%
4．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
5．两根相同材料做成的导体，若它们的横截面积之比为2∶1，长度之比为4∶1，则将它们串联起来通以相同的电流，在相同的时间内，它们产生的热量之比为（　　）
A．2∶1 B．4∶1 C．1∶2 D．1∶4
6．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
7．下列有关物理概念、物理公式的说法中正确的是（　　）
A．电场的定义式适用于任何电场，也适用于任何电场
B．电流在任何电路中的电功率，既可以用计算，也可以用来计算
C．说明电动势在数值上等于非静电力把的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功
D．说明电势差在数值上等于把电荷从A点移动到点电场力所做的功
8．节能的LED灯越来越普及，而驱动LED灯需要恒流源。如图所示，电路中的电压表电流表都是理想电表，电源是一个恒流源（该恒流源输出的电流大小方向都不变），在改变的过程中，电压表的读数为U，电流表的读数为，电流表的读数为，它们的变化量的绝对值分别为、、，以下说法中错误的是（　　）
A．，
B．
C．恒流源输出的功率不变
D．当时，滑动变阻器消耗的电功率最大
9．如图所示，电源电动势E=10V，内阻r=0.5Ω，闭合开关，标有“4V，8W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机M绕线的电阻R0=1Ω，则（　　）
A．电动机两端的电压为2V B．电源的输出功率为20W
C．电动机的输出功率为6W D．电源的效率为50%
10．如图所示，电源电动势为12V，内阻可以忽略，R1=2，R2=6，电动机线圈电阻为1，若开关闭合后通过电源的电流为3A，则（　　）
A．电动机消耗的电功率为36W
B．电动机消耗的电功率为18W
C．电动机的输出功率为8W
D．电动机的输出功率为12W
11．硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照射强度下路端电压U和电流I的关系图（电池电动势不变，内阻不是常量），图线b是某电阻的U-I图象。在某光照强度下将它们组成闭合回路时，下列说法正确的是（　　）
A．此时硅光电池的电动势是2V
B．此时硅光电池的输出功率是0.4W
C．此时硅光电池的内阻为10Ω
D．若把内阻为10Ω的直流电动机接到该电池上，电动机的输出功率为0.4W
12．一标有“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
13．关于物理学史，下列说法中正确的是（　　）
A．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的
B．法拉第不仅提出了电场的概念，而且采用了简洁的方法“电场线”描述电场，阐述了电场和电场线都客观存在
C．欧姆最初用实验直接得到电流通过导体产生热量的表达式
D．库仑通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律
14．机动车的尾气含有铅等大量有害物质，并且也是造成地球“温室效应”的重要因素之一。电动汽车因其无尾气排放且噪音小等特点，正在逐渐被人们接受。某国产品牌电动汽车的铭牌如下表，已知蓄电池储存的电能等于其容量与输出电压的乘积，则下列说法正确的是（　　）
规格 后轮驱动直流电动机
车型：电动汽车 电动机额定输出功率：1675W
整车质量：2150kg 额定转速：600r/min
蓄电池（容量：800A·h，输出电压：U≥36V） 额定工作电压/电流：36V/50A
A．电动机正常工作时消耗的电功率为1675W
B．电动机的内阻为0.05Ω
C．蓄电池充满电后储存的电能不小于2.88×108J
D．蓄电池充满电后在额定功率下连续行驶的时间不小于16h
15．在如图所示电路中，电源内阻为，，当变阻器的滑片由中点向端移动时，下列说法中正确的是（　　）
A．电阻消耗的电功率减小
B．电源的输出功率减小
C．电压表示数变小，电流表示数变大
D．电压表示数变大，电流表示数变小
二、解答题
16．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r＝0.8Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，直流电压U＝160V，电压表示数UV＝110V。试求：
（1）通过电动机的电流；
（2）输入电动机的电功率；
（3）若电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。（g取10m/s2）
17．如图所示，电源电动势E=14V，内电阻r=1Ω，电灯规格为“2V 4W”，电动机线圈的电阻为，当可变电阻R=1Ω时，电灯和电动机都正常工作，求：
（1）电动机的额定功率；
（2）电动机输出的机械功率；
参考答案
1．D
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律可知电源电动势等于输出电压和内电压之和，所以电源的电动势一定大于360V，故A错误；
B．干路电流为
故B错误；
C．当汽车匀速行驶时，阻力与牵引力大小相等，则
故C错误。
D．充满电的该款汽车在这种情况下，最多可以行驶的时间为
最多可以行驶的距离为
故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
当电动机M正常工作时，将电动机M等效为电阻为R的电阻，电源输出功率最大时，电源内阻等于外电阻，此时电源的输出功率为
此时电路中的电流为
则由
解得
R2=1.5Ω
电动机的输出机械功率
故选B.
3．B
【详解】
A．M线圈上产生的热功率为2W，则
可得
I=1A
则电压表读数
选项A错误；
B．电动机的输出功率为
选项B正确；
C．电源的输出功率为
D．电源的效率为
选项D错误。
故选B。
4．B
【详解】
一个月可节约的电能为
故选B。
5．A
【详解】
两根相同材料做成的导体，若它们的横截面积之比为2∶1，长度之比为4∶1，根据
则
根据
则产生的热量之比为2∶1
故选A。
6．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。
7．C
【详解】
A．电场的定义式适用于任何电场，仅适用于匀强电场，故A错误；
B．电流在任何电路中的电功率，可以用计算，仅在纯电阻电路中可以用来计算，故B错误；
C．说明电动势在数值上等于非静电力把的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，故C正确；
D．参照C项，说明电势差在数值上等于把的电荷从A点移动到点电场力所做的功，故D错误。
故选C。
8．C
【详解】
A．根据部分电路欧姆定律可知
故A正确；
B．设恒流源输出电流为I，根据并联电路电流关系可知
所以
即
故B正确；
C．恒流源输出的功率为
当R2变化时，R1和R2并联后的等效电阻R12一定变化，所以P一定变化，故C错误；
D．根据并联电路电流关系可得
滑动变阻器消耗的电功率为
根据数学知识可知，当R1=R2时，P2最大，故D正确。
故选C。
9．C
【详解】
A．灯泡的电流
电动机两端的电压为
选项A错误；
B．电源的输出功率为
选项B错误；
C．电动机的输出功率为
选项C正确；
D．电源的效率为
选项D错误。
故选C。
10．C
【详解】
AB．电动机两端的电压为
通过的电流为
通过电动机的电流为
所以电动机消耗的电功率为
故AB错误；
CD．电动机的发热功率为
电动机的输出功率为
故C正确D错误。
故选C。
11．B
【详解】
A．由题意可知此时硅光电池的电动势是3.6V，故A错误；
B．此时硅光电池的输出功率等于图线a、b交点横纵坐标之积，即0.4W，故B正确；
C．根据闭合电路欧姆定律可得此时硅光电池的内阻为
故C错误；
D．若把内阻为10Ω的直流电动机接到该电池上，由于电动机是非纯电阻电路，所以无法根据题给数据计算电动机的输出功率，故D错误。
故选B。
12．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。
13．AD
【详解】
A．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，与物理学史相符，A正确；
B．法拉第不仅提出了电场的概念，而且采用了简洁的方法——“电场线”描述电场，电场线是假想的曲线，与物理学史不相符，B错误；
C．焦耳最初用实验直接得到电流通过导体产生热量的表达式
C错误；
D．库仑在前人工作的基础上，通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律
与物理学史相符，D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】
A．电动机正常工作时消耗的功率
故A错误；
B．电动机内阻上的发热功率
电动机的内阻
故B正确；
C．蓄电池充满电后储存的电能
故C错误；
D．充满电后在额定功率下连续行驶的时间
故D正确；
故选BD。
【点睛】
此题考查了速度，功和功率的计算及能量转化，关键是规律和公式的灵活运用，并注意能量守恒定律的运用，计算过程注意单位的换算；此题同时考查学生从图表中获取信息的基本能力。
15．BD
【详解】
ACD．当变阻器的滑片由中点向端移动时，R3接入电路的阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，电源内电压减小，路端电压增大，电压表示数增大；R1两端电压减小，R2两端电压增大，通过R2的电流增大，R2消耗的电功率增大；通过R3的电流减小，电流表示数减小，综上所述可知AC错误，D正确；
B．设电路外电阻为R，电源的输出功率为
根据数学知识可知当R=r时，P最大；当R＜r时，P随R的增大而增大；当R＞r时，P随R的增大而减小。由题意可知开始时R＞r，所以当变阻器的滑片由中点向端移动时，P减小，故B正确。
故选BD。
16．（1）5A；（2）550W；（3）53kg
【详解】
（1）由电路中的电压关系可得电阻R的分压
流过电阻R的电流
即通过电动机的电流
（2）电动机的分压
输入电动机的电功率
（3）电动机的发热功率
电动机输出的机械功率
又因
所以
17．（1）16W；（2）14W
【详解】
（1）通过灯泡的电流为
电动机的电压为
电动机的额定功率为
，
代入数据联立解得
（2）电动机输出的机械功率
代入数据解得