粤教版必修第三册第5章第一节电路中的能量（word版含答案）

2019粤教版必修第三册 第5 章 第一节 电路中的能量
一、解答题
1．如图所示的电路中，电源电动势，内阻，电阻，当开关S断开时，电流表的示数为1.5A，电压表的示数为3.0V，试求：
(1)电阻R1和R3的阻值；
(2)开关S闭合后，R2上消耗的电功率。
2．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？
3．如图所示，电源电动势为E=30V，内阻为r=1Ω，电灯上标有“6V，12W”字样，直流电动机线圈电阻R=2Ω.若电灯恰能正常发光，求：
（1）通过电动机的电流
（2）电动机的输入功率
（3）电动机的输出功率
4．如果人或牲畜站在距离电线落地点8～10 m以内或雷雨天的大树附近就可能发生触电事故，这种触电叫作跨步电压触电．人受到较高的跨步电压作用时，双脚会抽筋而使身体倒地．经验证明，人倒地后电流在体内持续作用2s就会致命. 当人发觉跨步电压威胁时，应赶快把双脚并在一起，或尽快用一条腿跳着离开危险区．
跨步电压示意图如图所示，人受到跨步电压时，电流是沿着人的下身，从脚经腿、胯部又到脚与大地形成通路．若站在湿地上某人两脚间的距离为0.5 m，一只脚的电阻是300 Ω，躯干(不包括脚)内部电阻为1000 Ω，设每米湿地的电阻为100 Ω.
(1)若通过人体躯干的电流为0.1 A时，则跨步电压、通过人体和湿地的总电流各为多大？
(2)若人两脚之间的距离增大为1.0 m过程中通过人体和湿地的总电流不变，则跨步电压和人体的电功率各为多少？如果通过躯干的电流达到0.1 A至1.0 A时就能使心脏纤维性颤动而对人体产生伤害甚至导致死亡，那么以上两种情况对人体有危险吗？
5．某电路需要20A的保险丝，但手边只有用同种材料制成的“15A”和“5A”两种型号的保险丝，他们的规格如下表所示，问能否将这两种保险丝取等长的两段并联后接入该电路中？说明其理由．
保险丝 1 2
直径 1mm 2mm
额定电流 5A 15A
6．如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为L=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m=0.02kg、电阻均为R=0.1Ω。整个装置处在垂直干导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2T。棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止。取g=10m/s2。问：
(1)棒ab匀速运动的速度多大？
(2)棒ab受到的力F多大？
(3)若某段时间内力F做的功为0.4J，这段时间内棒cd产生的热量是多少？
7．电路中有电炉子和电动机两个用电器，电炉子的电阻R=100Ω，电动机线圈的电阻RM=10Ω，导线的电阻r=5Ω，电流表为理想电流表。电路两端电压U=220V，且保持恒定。
(1)若只闭合开关S1，求电流表示数和电炉子的热功率；
(2)若只闭合开关S2，电流表示数I=1.0A，求电动机消耗的电功率和转化为机械能的功率。
8．如图所示是额定电压为220V的理发用电吹风的典型电路，其中电热丝通电后可以发热，电动机通电后可以送风，电动机通电后可以送风，且电动机的额定功率为120W．
（1）要送冷风，选择开关应放在哪个位置；要送热风，选择开关应放在哪个位置．（填“A”、“B”或“C”）
（2）若电吹风在额定电压下工作，送冷风时，通电1min电流所做的功是多少？
（3）若电吹风在额定电压下工作，送热风时电路消耗的总功率为560W，则电热丝R的阻值应为多大？
9．一半径为R的圆筒的横截面如图所示，其圆心为O．筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B．圆筒下面有相距为d的平行金属板M、N，M、N板接在如图所示的电路中，电源内阻为r0，定值电阻阻值为R1．当滑动变阻器R连入电路的电阻为0．质量为m、电荷量为q的带正电粒子自M板边缘的P处由静止释放，经N板的小孔S沿半径SO方向射入磁场中，粒子与圆筒发生两次碰撞后仍从S孔射出，设粒子与圆筒碰撞过程中没有动能损失，且电荷量保持不变，在不计重力的情况下，
（1）求M、N间电场强度E的大小和电源电动势E0的大小；
（2）保持M、N的距离不变，移动滑动变阻器的滑片，粒子仍从M板边缘的P处由静止释放，粒子进入圆筒与圆筒发生多次碰撞转一周后仍从S孔射出，求滑动变阻器连入电路的电阻R0应满足的关系．
10．研究宏观现象的微观本质是物理学的重要课题。对电流和电阻的微观本质的研究推动了相关科学和技术的不断发展。
（1）电流的产生依赖于导体内部自由电荷的定向移动。假设一段金属导体内部单位体积的自由电子数为n，电子电量为e，导体横截面积为S，电子定向移动的速率为ν，试推导电流强度I与以上物理量之间的关系。
（2）实质上，电子在定向移动的过程中会与金属导体内部的原子核发生碰撞，并损失动能，这部分能量转化为焦耳热。大量电子的碰撞可以等效为沿导线方向的平均阻力。
设想电子受到的平均阻力正比于电子的定向移动速率ν，即，k称为阻力系数，为已知的常量。试利用上述信息与（1）中的已知条件和结果，构造物理模型，求出金属导体的电阻率的表达式，并结合表达式说明结果的合理性（至少说出一条）。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．(1)，；(2)
【解析】
【详解】
(1)S断开时，由欧姆定律得
又由
求得
(2)S闭合时，、并联电阻
回路总电流
电压表示数为
上消耗的功率
2．
【解析】
【详解】
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：
点睛：本题主要考查了用焦耳定律计算电流产生的热量，属于基础题．
3．（1）2A（2）44W（3）36W
【解析】
【详解】
（1）电灯恰好正常发光，则，由于电灯与电动机串联，故通过电动机的电流为；
（2）由闭合电路的欧姆定律可知，电动机的电压为
则电动机的输入功率：；
（3）电动机内阻消耗的功率为：
则输出功率为：．
点睛：本题是含有电动机的电路，电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，不能用闭合电路欧姆定律求解电路中的电流．
4．（1）跨步电压,通过人体和湿地的总电流
(2) 跨步电压,人体的电功率
【解析】
【详解】
（1）把人体和两脚质检的湿地分别看成一个电阻，则两电阻并联，人体的电阻
当两脚间的距离为0.5m时，两脚间湿地的电阻：
跨步电压为：
电路中的总电阻：
电路中的总电流
（2）当两脚间的距离为1.0m时，两脚间湿地的电阻
两脚间的总电阻：
跨步电压：
通过人体的电流做功的电功率为：
通过人体的电流：
综上所述，以上两种情况对人体都有极大危险．
5．不能这样来使用
【解析】
【详解】
这两段等长的保险丝横截面积之比，由电阻定律得电阻之比：，并联接入电路后两端的电压相等，由欧姆定律得通过的电流之比，即第2根保险丝中的实际电流是第1根中的4倍，而额定电流只是第1根的3倍，所以不能这样来使用．
点睛：本题考查了电路允许的最大电流，应用串并联电路特点、欧姆定律、电阻定律即可正确解题．
6．（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）对cd棒受力分析如图所示由平衡条件得
得
由闭合电路欧姆定律知
设ab棒匀速运动的速度大小为v，则产生的感应电动势
解得
（2）棒ab与棒cd受到的安培力大小相等
对棒ab由共点力平衡有
解得
（3）力F所做的功
解得
时间t内棒ab运动的位移
解得
这段时间内棒cd产生的热量
解得
7．(1)2A，400W；(2)210W，200W
【解析】
【详解】
(1)若只闭合开关S1，求电流表示数
电炉子的热功率
(2)若只闭合开关S2，则电动机两端的电压
电动机消耗的电功率
转化为机械能的功率
8．（1）B、A．（2）7200J．（3）110Ω
【解析】
【分析】
【详解】
（1）送冷风时，只有电动机工作，送热风时电动机和电热丝都工作．故是B、A．
（2）电流做的功
W=P1t=120W×60s=7200J
（3）电热丝发热功率为
P2=560W-120W=440W
电热丝的电阻R由得
9．（1）M、N间电场强度E的大小为，电源电动势E0的大小为；
（2）滑动变阻器连入电路的电阻R0应满足的关系为：（n=2，3，4…）
【解析】
【详解】
试题分析：（1）粒子进入磁场后做匀速圆周运动，运用几何关系作出圆心O′，圆半径为r，
设第一次碰撞点为A，由于粒子与圆筒发生两次碰撞又从S孔射出，因此SA弧所对圆心角：．
粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，由几何关系得：，
粒子运动过程中洛伦兹力充当向心力，由牛顿第二定律得：，
解得：
粒子在电场中加速，由动能定理得：﹣0，解得：，
由闭合电路欧姆定律得：E0==；
（2）保持M、N的距离不变，移动滑动变阻器的滑片，设粒子与圆筒发生n次碰撞后仍从S孔射出，
板间电压为Un，则：，粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径：（n=2，3，4…），
极板间电压：，解得：（n=2，3，4…）；
10．(1)；(2)，电阻率与导体长度、横截面积均无关
【解析】
【详解】
（1）如图所示在导体A处的截面，时间内，长度为l的这段导体内的自由电子均能通过该横截面
其中
该段导体内的自由电子数为
由电流的定义可得
联立解得
（2）取长度为l的导体，电子定向移动时满足受到的阻力与电场力相等，即
据欧姆定律、电阻定律分别可得
其中
联立解得
从该式可知，电阻率与导体长度、横截面积均无关。
答案第1页，共2页
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