12.1 电路中的能量转化 同步训练（Word版含答案）

12.1、电路中的能量转化
一、选择题（共16题）
1．下列不同额定功率的家用电器，正常工作1小时，消耗电能最多的是（　　）
A．1000W的电饭锅 B．40W的白炽灯
C．200W的电视机 D．2000W的空调
2．学习物理，更多的是要掌握物理的思想和方法，了解物理规律发现的过程，学会像科学家那样观察和思考，这往往比掌握知识本身更重要．以下有关电学的研究符合事实的是（ ）
A．欧姆发现了电流通过导体时产生热效应的规律
B．牛顿借助扭秤装置总结出了点电荷间相互作用的规律
C．安培通过油滴实验测定了元电荷的数值
D．法拉第提出电荷周围有电场，并用简洁方法──电场线描述了电场
3．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为R，电流为2I，则在时间内产生的热量为（　　）
A．4Q B．2Q C． D．
4．一台电动机，线圈的电阻为r，当它两端所加的电压为U时，通过的电流是I。则下列说法正确的是（　　）
A．电动机的发热功率为UI B．电动机的发热功率为
C．电动机消耗的电功率为 I 2r D．电动机对外做功的功率为UI-I 2r
5．对于接入电路的灯泡来说，亮度大的灯泡一定是（ ）
A．流过的电流大的 B．电阻大的 C．消耗功率大的 D．加在两端电压高的
6．一台电动机，线圈电阻是1.0Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是10A．这台电动机每秒所做的机械功（ ）
A．2.2×103J B．1.0×102J
C．2.1×103J D．2.3×103J
7．如图所示是一个电热水壶的铭牌．某同学利用所学知识，结合该铭牌上获取的信息，得出该电热水壶（　　）
A．只能在220 V电压下工作
B．正常工作5 min耗电约0.5 kW h
C．正常工作时的电流约为6.8 A
D．用多用电表测量其电阻值约为32Ω
8．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电热丝，S是自动开关。下列说法正确的是（　　）
A．开关S接通时，电饭锅处于保温状态
B．开关S接通时，电饭锅处于加热状态
C．当R1∶R2=1∶1时，R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的一半
D．当R1∶R2=1∶1时，R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的八分之一
9．如图为近日曝光的摩拜共享电动单车，与普通电动车不同的是，摩拜共享电动自行车采用“共享充电宝+自行车的方式”，其电池与普通充电宝类似，容量为20000mAH，输入、输出电压均为10V，输入电流为8A，输出电流为15A，可以支持驱动人和单车行驶10公里左右．已知成人在平路上骑自行车所受阻力约为20N，则(　 )
A．该单车电池最多储存电能7.2×104J
B．该单车电池充电时，从零电量充至满电量大约需要5h
C．该单车电池电能的有效利用率约为27.8%
D．成人在平路上骑自行车时，每秒钟平均消耗的电能约20J左右
10．扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫。如图所示为某品牌扫地机器人，已知其工作时额定电压为，额定功率为，充电时额定电压为，额定电流为，充电时间约为，锂电池容量为，则下列说法正确的是（ ）
A．电池容量是指电池储存电能的大小 B．机器人正常工作的电流为
C．机器人充满电时储存的化学能为 D．机器人充满电后一次工作时间约为
11．根据莱芜十七中学生宿舍管理条例，严禁学生使用功率超过100 W的电吹风，否则将对学生做出没收电吹风和记过处分的双重惩罚。如图所示是一次检查中没收的某大功率的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为190 W，吹热风时的功率为1 400 W。关于该电吹风，下列说法正确的是（　　）
A．电热丝的电阻为55Ω
B．电动机线圈的电阻无法计算
C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 400 J
D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 400 J
12．在如图所示电路中，电源电动势为12 V，内阻为1.0 Ω．电阻R0的阻值为3.0 Ω，小型直流电动机M的内阻为2.0 Ω．闭合开关S后，电动机转动，理想电流表的示数为1.0 A．则以下判断中正确的是( )
A．电动机两端的电压为8.0 V
B．电源输出的电功率为12 W
C．电动机的输出功率为6 W
D．电动机的机械效率为75%
13．如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．当调节开关S1、S2的通断，可使电动机驱动风叶旋转，将冷空气从进风口吸入，从出风口吹出冷风或热风．已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W．关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)
A．电热丝的电阻为55 Ω
B．当开关S2闭合、S1断开时，电吹风吹出冷风
C．当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 J
D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 120 J
14．关于电功和电热．以下说法正确的是( )
A．外电路电流做的功一定等于电热
B．外电路中电流所做的功一定大于电热
C．只有在外电路是纯电阻的情况下．电功才等于电热
D．当外电路不是纯电阻时，电功大于电热
15．如图所示，电源电动势E=6V，小灯泡L的规格为“4V 0. 8W”，开关S接1，当滑动变阻器调到R=8Ω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
A．电源内阻为1Ω
B．电动机的内阻为8Ω
C．电动机正常工作电压为1. 6V
D．S接2时电源的输出功率为1. 12W
16．如图所示，电源电动势E=8V，内阻，标有"6V，9W”的灯泡恰好能正常发光，电动机M内阻，则（　　）
A．通过电源的电流为2A B．电动机的输出功率为2.5W
C．通过电动机的电流为3A D．电动机的效率为75%
二、综合题（共5题）
17．某实验小组设计如图所示的实验装置电路图，探究电机中的能量转化过程。
（1）简要实验步骤
①把玩具小电动机固定在木板上，然后把木板固定在方座支架的底座上，保证不倾斜。
②在方座支架顶端装上十字夹。把定滑轮固定在横杆上，再将细线一头系在电机的转轴上，并按电机的转动方向先绕两圈，然后把另一头穿过定滑轮，钩挂在地面上的钩码上。
③按照电路图把电动机、开关、小灯泡、电源连接起来。
④实验时用开关使电机接通电源，调节滑动变阻器，使质量为m的钩码缓缓上升（可看成匀速），用秒表测量钩码从地面上升到最高点的时间t，记录电压表和电流表测量电动机的输入电压U和电流I，断开开关。
⑤将开关扳向小灯泡一侧，使小灯泡与电动机构成闭合电路，由静止释放钩码，同时注意观察小灯泡的发光情况。
（2）分析与论证
①接通电源时，______做功使电动机转动，牵引重物上升，将______能转化为______能；当开关扳向小灯泡一侧，释放钩码，钩码在下落过程中，灯泡发光，这一过程将______能转化为______能，表明不同形式能量之间可以______；
②电动机消耗的电能E = ______，用刻度尺量出重物上升的高度h，则电动机的效率为 = ______，______1（选填“ > ”“ = ”或“ < ”），说明______。
18．“220V、66W”的电风扇，线圈电阻为20Ω，当接上220V电压后。求：
(1)电风扇发热功率；
(2)电风扇转化为机械能的功率。
19．试根据下面空调机铭牌（见下表）上的项目计算
(1)空调机在制冷/制热时的功率为多少；
(2)若该空调机无间断地工作一天，且当地实行分时计费，晚上10点到早上6点为0.30元/度，白天是0.61元/度，则该空调一天内的电费为多少元。
20．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，其不能转动，电流为0.3A．在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作．求：
（1）电动机的内阻是多少？电动机正常工作时的热功率为多大？输入功率为多大？
（2）如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？
21．如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.5Ω, R=10Ω,U=180V，电压表的读数为120V，则：
(1)通过电动机的电流是多少？
(2)输入到电动机的电功率是多少？
(3)电动机工作1h所产生的热量是多少？（结果保留两位有效数字）
参考答案：
1．D
【详解】
根据 可知，功率越大，则消耗电能最多。
故选D。
2．D
【详解】
A．焦耳发现了电流通过导体时产生热效应的规律，故A错误；
B．库仑借助扭秤装置总结出了点电荷间相互作用的规律，故B错误；
C．密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，故C错误；
D．法拉第提出电荷周围有电场，并用简洁方法描述了电场──电场线，故D正确；
3．B
【详解】
依题意，有
则，条件变化时，有
故选B。
4．D
【详解】
AB．电动机的发热功率为
P热=I2r
由于电动机不是纯电阻电路，则电动机的发热功率不等于，也不等于IU，选项AB错误；
C．电动机消耗的电功率为IU，选项C错误；
D．电动机对外做功的功率等于总功率与内阻的热功率只差，即为UI-I 2r，选项D正确。
故选D。
5．C
【详解】
接入电路的不同灯泡，灯泡的亮度指的是灯泡消耗的功率的大小，亮度大的灯泡指的是消耗的功率大，所以C正确．
6．C
【详解】
电动机输出的机械功率为：
这台电动机每秒所做的机械功：W=Pt=2100J
故C项正确，ABD三项错误．
7．C
【详解】
该水壶可以在220V及之下的电压下工作；故A错误；工作5min时，消耗的电能为：W=Pt=1.5kw×h=0.125kwh；故B错误；由铭牌信息可知，额定功率为1500W；额定电压为220V；则由P=UI可得：；故C正确；金属丝的电阻率随温度的升高而升高，所以用多用电表测量其电阻值小于额定电阻，额定电阻为：，所以用多用电表测量其电阻值小于32Ω；故D错误；故选C．
8．B
【详解】
AB．开关S接通时，电阻R1被短路，电路中的总电阻较小，故由
可知，此时电功率最大，电饭锅处于加热状态，故A错误，B正确；
CD．当R1： R2=1：1时，R2在保温状态下，两个电阻是串联的，此时R2的两端电压为 ，故它的电功率是
在加热状态时，R2的电功率是
故R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的四分之一，故CD错误。
故选B。
9．C
【详解】
A、此自行车最大存储电能为：E=UIt=Uq=10V×20000mA h=10V×20×3600C=7.2×105J，故A错误；
B、此自行车充电时间为：t，故B错误；
C、此自行车行驶的过程中受到的阻力为20N，则消耗的电能为：W=fs=20×10×103=2.0×105J
自行车电池电能的有效利用率约为：η%%≈27.8%，故C正确；
D、由题，输出电压为10V，输出电流为15A，则成人在平路上骑自行车时，有：P=UI=10×15=150W，每秒平均消耗电能约为150J左右．故D错误；
故选C．
10．D
【详解】
A．电池容量5200mAh的单位为电荷量的单位，所以电池容量是指电池储存电荷量的大小，A错误；
B．机器人正常工作的额定电压为，额定功率为，则根据
P = UI
可计算出
I = 4A
则机器人正常工作的电流为4A，B错误；
C．由题知锂电池容量为，机器人工作时额定电压为，则可计算出机器人充满电时储存的总电能为
E = qU= 78Wh
由能量守恒定律可知总化学能为78Wh，C错误；
D．机器人充满电后一次工作时间最多为
t = = h = 1.3h
D正确。
故选D。
11．B
【详解】
A．电动机和电热丝并联，当吹热风时，电热丝消耗的功率为
P=P热-P冷=1400-190W=1210W
根据可得电热丝的电阻为
选项A错误；
B．电动机为非纯电阻电路，所以不能计算其电阻，选项B正确；
C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为
Q=Pt=1210×1=1210J
选项C错误；
D．当电吹风吹热风时，电动机M和电热丝R并联，电动机的功率为190W，所以每秒钟消耗的电能
Q=Pt=190×1=190J
选项D错误。
故选B正确。
12．ACD
【详解】
试题分析：电路中电流表的示数为1.0A，所以电动机的电压为：U=E-U内-UR0=12-Ir-IR0=12-1×1-1×3.0=8V，故A正确；电源的输出的功率为：P输出=EI-I2r=12×1-12×1=11W，故B错误；电动机的总功率为：P总=UI=8×1W=8W，电动机的发热功率为：P热=I2R=12×2=2W，所以电动机的输出功率为8 W-2W=6W，所以C正确；电动机的机械效率为，选项D正确；故选ACD.
13．AB
【详解】
试题分析：电机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P=P热-P冷=1000-120W=880W，由可知，故A正确；当开关S2闭合、S1断开时，只有电动机工作，电热丝不发热，则电吹风吹出冷风，选项B正确；当电吹风吹冷风时，电热丝处于断路状态，没有电流通过，电热丝每秒钟消耗的电能为0，故C错误；当电吹风吹热风时，电动机M和电热丝R并联，电动机的功率为120W，所以每秒钟消耗的电能Q=Pt=120×1=120J，故D错误；
考点：电功率的计算．
14．CD
【详解】
试题分析：对于非纯电阻电路，电流做的功转化为电热和其他能量，A错；当外电路为纯电阻电路时，电流做的功等于电热，B错；同理CD对；故选CD
15．CD
【详解】
A.小灯泡的额定电流为：
灯泡内阻为：
当开关接1时，根据闭合电路欧姆定律有：
代入数据解得：
故A错误；
BC.当接2时灯泡正常发光，则流过的电流为：
电源内阻分的电压为：
故电动机分的电压为：
动
因电动机消耗的电能转化为机械能和内能，则可知电阻：
故B错误，C正确；
D.当接2时，电源输出功率：
出
故D正确．
16．AB
【详解】
A．灯泡正常发光，则有
则电源内阻的电压
由欧姆定律得流过电源的电流
故A正确；
BC．通过灯泡的电流
则通过电动机的电流为
灯泡的电压为电动机两端电压，电动机总电功率
电动机发热功率
热
电动机的输出功率
输出热
故B正确，C错误；
D．电动机的效率
故D错误；
故选AB。
17． 电流 电能 机械能 机械能 电能 相互转化 UIt × 100% < 能量在转化的过程中会损耗，也就是说，能量转化或转移的效率都不能达到100%
【详解】
（2）①接通电源时，电流做功使电动机转动，牵引重物上升，将电能转化为机械能；当开关扳向小灯泡一侧，释放钩码，钩码在下落过程中，灯泡发光，这一过程将机械能能转化为电能，表明不同形式能量之间可以相互转化。
②电动机消耗的电能
E = UIt
用刻度尺量出重物上升的高度h，则机械能为
E′ = mgh
则电动机的效率为
η = × 100%
由于电机线圈内阻会产生焦耳热，以及重物下落的过程中有空气阻力等相关因素的影响，则导致η < 1，说明能量在转化的过程中会损耗，也就是说，能量转化或转移的效率 都不能达到100%。
18．(1)1.8W；(2)64.2W
【详解】
(1)根据
P=UI
可得电流为
线圈电阻发热功率
(2)机械功率
19．(1)1364W；(2)16.59
【详解】
（1）空调机在制冷/制热时的功率为
（2）该空调机无间断地工作一天，电费为
（元）
20．（1）1Ω，0.64W；1.6W；（2）4W．
【详解】
（1）电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：；
正常工作时的热功率P热=I2r=0.82×1=0.64W；
电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为：
P入=I2U2=0.8×2W=1.6W；
（2）若电机突然被卡住，为纯电阻，发热功率为：
21．(1)6A(2)720W(3)
【详解】
(1)电动机和电阻串联，所以电流相等，电阻R两端电压
U1=(180-120)V=60V
由欧姆定律得
(2)电动机的电功率
P=UVI=120×6=720W
(3)电动机的热功率
产生的热量