必修三5.1电路中的能量 （word版含答案）

粤教版（2019）必修三 5.1 电路中的能量
一、单选题
1．随着环境问题的日益严重以及电池技术的发展，零排放的纯电动汽车逐渐走入了我们的生活。随着电池容量、可靠性、安全性与充电技术等的不断成熟，纯电动汽车正在迅速发展。截至2017年底，我国自主研发了各类用途的数百款纯电动汽车，保有量以百万计。纯电动汽车的发展将极大缓解燃油汽车带来的污染问题，有助于改善城市的空气质量。下表是某款电动汽车的蓄电池参数，据此下列说法正确的是（　　）
电池只数 100只
电池容量/只
充电参数（电压/电流） 420V，20A
放电时平均电压/只 3.3V
A．电池从完全没电到充满电所需时间为12h
B．电池容量的单位就是能量单位
C．该电池组充电时的功率为8.4×103W
D．该电池组充满电时的能量约为8.4×103J
2．如图所示，雷雨时一头牛躲在树下，闪电击中了树，一个持续40μs的电流脉冲流过地面，这段时间地面形成的等势面如图。如果前后两脚间的身体电阻为500Ω，则闪电过程中耗散在体内的能量约为（　　）
A．1000J B．2000J C．3200J D．4000J
3．某款新能源汽车配备了两种不同型号的动力电池，电池数据如下表所示，若不考虑动力电池的内阻，下列说法正确的是（　　）
电池型号 额定电压（V） 额定容量（Ah） 额定电能（kW/h） 重量（kg）
21TAD 355 153 54.34 338
21TY 322 174 56.04 356
A．用同样的充电电流从零电能到充满，21TY的充电时间更短
B．用同样的充电功率从零电能到充满，21TY的充电时间更短
C．对同一电动汽车供电，若电池输出功率相同，21TAD的汽车效率更高
D．对同一电动汽车供电，若电池输出电流相同，21TY的行驶总里程一定更长
4．如图所示，电源电动势E=3V，小灯泡L标有“2V，0.4W”，开关S接1，当变阻器调到R=4Ω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。则下列判断正确的是（　　）
A．电源内阻为10Ω B．电源效率约为93.3%
C．电动机的正常工作电压为1V D．电动机的内阻为4Ω
5．一个定值电阻R两端加上电压U1，经2s时间通过的电荷量为0.2C，消耗的电能为0.6J。要在2s时间内通过电阻R的电荷量为0.4C，则其两端需加的电压U2为（　　）
A．1V B．3V C．6V D．9V
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
7．2020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
8．如图所示电路中，电源电动势E = 9 V，内阻r = 1 Ω。M为直流电动机，其线圈电阻R = 1 Ω，限流电阻R′ = 3 Ω。当电动机正常工作时，理想电压表示数为 1.5 V。则电动机的输出功率是（　　）
（　　）
A．3.25W B．3.50W C．3.75W D．49W
9．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
10．某款扫地机器人如图所示，额定功率24W，额定电流3A，正常工作时电机输出的功率为19.5W，锂电池容量9A·h，为延长锂电池寿命，当剩余电量为总容量的20%时就需要充电，则（　　）
A．电机的电阻为 B．额定电压为6.5V
C．正常工作时，电机产生的热量为19.5W D．充满电的电池可以正常工作时间为2.4h
11．取两根完全相同的电阻丝，第一次将两根电阻丝串联，两端加电压U时，经t1时间产生的热量为Q；第二次将两根电阻丝分别均匀拉长一倍后再并联，两端加相同的电压U，经t2时间产生的热量为2Q。则为（ ）
A．4:1 B．2:1 C．1:2 D．1:4
12．扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。若机器人电动机线圈电阻为r，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为U，通过的电流为I，下列说法正确的是（　　）
A．
B．经过时间t，电动机消耗的电能
C．经过时间t，电动机产生的热量
D．电动机输出的机械功率为
13．一台电动机工作时的功率是，要用它匀速提升的货物，已知，则电动机提升货物的速度的大小为（　　）
A． B．
C． D．
14．电阻R1、R2按图示方法接入电压恒定的电源上，闭合电键后保持R1的阻值不变，改变R2的阻值，则关于R1消耗的功率P1的说法正确的是（　　）
A．R2增大，P1增大 B．R2增大，P1减小
C．R2减小，P1减小 D．R2减小，P1不变
15．在如图所示的电路中，为电阻箱，M为电动机，电动机的铭牌上标有“，”的字样，闭合开关S，调节电阻箱，当时，电动机恰好正常工作。已知电源电动势，电动机线圈的电阻。下列说法正确的是（　　）
A．电路的路段电压为 B．电源的输出功率为
C．电动机输出的机械功率为 D．电源内阻为
二、填空题
16．三个电阻分别标有“100Ω、4W”，“125Ω、8W”，“90Ω、100W”，若将它们串联起来，允许通过的最大电流是 ______；若将它们并联起来，允许加上的最大电压是________。
17．在研究焦耳定律的演示实验中，为了研究电流通过导体时放出的热量与电阻的关系，两烧瓶中煤油的质量应___，通过两烧瓶中两根电阻丝的电流应___，两烧瓶中两根电阻丝的阻值应___。（均选填“相同”或“不同”）
18．某台电风扇的铭牌如图所示。当电风扇正常工作时，通过它的电流的大小为_____。该电风扇正常工作，消耗的电能为_____。
19．如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。开关S1和S2由绝缘操纵杆控制，能同时接“1”或接“2”，向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池的电压为24V保持不变，R2的阻值为10Ω，电动机的额定功率为100W，额定电压为24V。请解答下列问题：
(1)当开关S1和S2同时接_____时，电动轮椅前进；电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的_____实现的；
(2)当电动轮椅后退时，电流表示数为1A，此时电动机的实际功率是_____W；
(3)当电动机以额定功率工作时，电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s，若此时电动机消耗的电能有80%转化为电动轮椅前进的机械能，此时电动轮椅受到的阻力是_____N。
三、解答题
20．图中电源电动势，内电阻。将一盏额定电压为，额定功率为的灯泡与一只线圈电阻为的直流电动机并联后和电源相连，灯泡刚好正常发光，通电。问：
(1)电源输出的能量是多少？
(2)电动机的效率为多少？
21．家庭电路的引线均有一定的电阻（几欧），因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，原来开着的电灯会变暗。下面通过一个简单的测试，算出家庭电路引线部分的电阻。如图所示，用r表示家庭电路引线部分的总电阻，L是一只额定功率为P1的普通家用灯泡，V为电压表，M是一台额定功率为P2的空调（P2＞P1）。测试时，先闭合开关S1，断开开关S2，测得电压为U1；再闭合开关S2，测得电压为U2。试推导出估算r的表达式。（设电源两端电压保特恒定，灯泡和空调均以额定功率工作）
22．手持小型电风扇的额定电压为8V，正常工作时的电流为2A，电风扇的电机内阻为0.6Ω，求电风扇正常工作时的电功率。
23．试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？
24．如图所示，已知电源内阻r＝1Ω，R1＝2Ω，R2＝5Ω，灯L标有“3V，1.5W”，滑动变阻器最大值为Rx，当滑片P滑到最右端a时，电流表读数为1A，此时灯L恰好正常发光。求：
（1）电源电动势；
（2）当滑片P滑到最左端b时，电流表的读数；
（3）当滑片P滑到中点位置时，灯L消耗的功率。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．电池从完全没电到充满电所需时间为
故A错误；
B．电池容量的单位是电量的单位，故B错误；
C．该电池组充电时的功率为
故C正确；
D．该电池组充满电时的能量为
故D错误。
故选C。
2．C
【详解】
由图可知加在牛前后两脚间的电压
因此流过牛身体的电流
闪电过程中耗散在牛体内的能量
故选C。
3．C
【详解】
AB．由于21TY的额定容量和额定电能更大，故无论是用同样的充电电流还是同样的充电功率，都是21TY所用的充电时间更长，故AB错误；
C．对同一电动汽车供电时，若电池输出功率相同，21TAD电池的额定电压大，根据可知，电流会更小，电机内阻的热功率更小，所以效率高，故C正确；
D．若电池输出电流相同，21TY的输出功率小，汽车效率低，虽然总电能稍大一些，但做的有用功不一定多，而且行驶里程还和路面状况等其它因素相关，故行驶里程不一定长，D错误。
故选C。
4．B
【详解】
小灯泡的额定电流为
电阻为
A．当接1时
代入数据解得电源的内阻
r=1Ω
A错误；
B．电源的效率为
B正确；
CD．当接2时灯泡正常发光，流过的电流为
I=0.2A
电源内阻分的电压为
U=Ir=0.2×1V=0.2V
故电动机分的电压为
U动=E-UL-U=(3-2-0.2)V=0.8V
则电动机的内阻为
C、D错误。
故选B。
5．C
【详解】
根据电功的表达式和欧姆定律有
，
得
电阻不变，电流与电压成正比，则
所以
故选C。
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．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。
8．A
【详解】
通过电动机的电流I与流过限流电阻R′的电流相同，由
电动机两端电压
电动机的输出功率
故选A。
9．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。
10．D
【详解】
A．由
得
故A错误；
B．由
得额定电压
故B错误；
C．正常工作时，电机产生的热量
故C错误；
D．由
解得
故D正确。
11．C
【详解】
设两根完全相同的电阻丝电阻为R，则第一次将两根电阻丝串联，两端加电压U时，经t1时间产生的热量为
第二次将两根电阻丝分别均匀拉长一倍后电阻丝电阻为，因为长度变为原来的二倍，由于体积不变，故横截面积变为原来的一半，则
之后再并联，两端加相同的电压U，经t2时间产生的热量为
解得
故选C。
12．D
【详解】
A.电动机是非纯电阻，欧姆定律不适应， 故A错误；
B．经过时间t，电动机消耗的电能 ，故B错误；
C．经过时间t，电动机产生的热量 ，故C错误；
D．电动机输出的机械功率为
故D正确。
故选D。
13．A
【详解】
要用它匀速提升的货物，则绳子的拉力为
根据
代入数据解得
故A正确，BCD错误。
故选A。
14．B
【详解】
R1消耗的功率
R1的阻值不变，发现，R2增大时，P1减小，R2减小时，P1增大。
故选B。
15．C
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律，有
由于电动机恰好正常工作，代入数据，解得
则可得电路的路段电压为
A错误 ；
B．根据功率公式可得，电源的输出功率为
B错误；
C．根据电动机的功率关系
代入数据，可得
C正确；
D．根据闭合电路欧姆定律可得
代入数据，解得
又
解得
D错误。
故选C。
16． 0.2A 20V
【详解】
[1]根据
P=I2R
可知，三个电阻的额定电流分别为0.2A、0.25A、1.05A，则若将它们串联起来，允许通过的最大电流是0.2A；
[2]根据
可知，三个电阻的额定电压分别为20V、31.6V、94.9V，则若将它们并联起来，允许加上的最大电压是20V。
17． 相同 相同 不同
探究导体产生的热量与电阻的关系，应控制电流与通电时间、烧瓶中煤油的质量都相同而电阻阻值不同，实验应用控制变量法根据对实验方法的掌握分析答题。
【详解】
[1][2][3]在研究焦耳定律的演示实验中，为了研究电流通过导体时放出的热量与电阻的关系，两烧瓶中煤油的质量应相同，通过两烧瓶中两根电阻丝的电流应相同，两烧瓶中两根电阻丝的阻值应不同。
18． 0.3 19800
【详解】
[1]电风扇正常工作时，通过它的电流的大小为
[2]该电风扇正常工作，消耗的电能为
19． 1 电流方向 14 40
【详解】
(1)[1]电动机前进且能调速，这说明电路中的电流可以变化，电阻大小可变，这样只有滑动变阻器R1接入电路时才有这个功能，观察电路图，当开关S1和S2同时接1时，R1、电动机、电流表才串联接入电路，这样符合条件，电动轮椅前进。
[2]磁场对通电导线的作用力方向跟电流方向有关，只改变电流方向时，受力方向也会变化；所以电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的电流方向实现的。
(2)[3]由上述可知，当电动轮椅后退时，开关S1和S2同时接2，R2、电动机、电流表串联接在电路中，电路中的电阻R2两端电压为
电动机的电压为
此时电动机的实际功率
此时电动机的实际功率是
(3)[4]设此时电动轮椅受到的阻力是f，电动轮椅在水平路面上匀速前进，牵引力，由题意可知，电动轮椅的机械效率
解得 ，此时电动轮椅受到的阻力是40N。
20．（1）384000J；（2）62.5%
【详解】
(1)灯发光正常，其电压8V，根据并联电路特点，路端电压为8V，则电源内电压为
U内=12V-8V=4V
总电流
电源输出能量
W出=UIt=384000J
(2)灯的电流
I灯==2A
电动机电流
I1=I-I灯=8A-2A=6A
电流对电动机做功
P电=U灯I1=48W
电动机热功率
P热=I12R=18W
电动机输出机械功率
P机=P电-P热=30W
电动机效率
η==62.5%
21．
【详解】
先闭合开关S1，断开开关S2时，L与r串联，由于灯泡的电阻远大于导线电阻，导线的电阻忽略不计，电压表测的电压为电源的电动势则有
再闭合开关S2后，L与M并联再与r串联，空调的功率远大于灯泡的功率，所以灯泡的功率可忽略不计，即M与r串联，则有
导线的电阻为
22．16W
【详解】
电流做功功率为
P=UI=8V×2A=16W
23．见解析
【详解】
(1)串联电路中电流处处相等，即
根据电功率公式可得
，
则串联电路中
即串联电路中各导体消耗的电功率与它们的电阻成正比。
(2)并联电路中电压处处相等，即
根据电功率公式可得
，
则并联电路中
即并联电路中各导体消耗的电功率与它们的电阻成反比。
24．（1）6V；（2）2A；（3）0.96W
【详解】
（1）当滑片P滑到最右端a时，R2被短路，根据闭合电路欧姆定律得
（2）当滑片P滑到最左端b时，灯L、Rx、R2均被短路，此时电流表读数为
（3）当滑片P在中点位置时，等效电路如图，滑动变阻器右侧电阻与R2被电流表短路。
灯L的电阻为
当滑片P在最右端a时
通过Rx的电流为
所以
当滑片P在中点位置时，灯L与半个滑动变阻器并联后的等效电阻为
此时灯L两端电压为
灯L消耗的功率为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页