高中物理人教版选修3-1第二章第5节焦耳定律同步练习

高中物理人教版选修3-1第二章第5节焦耳定律同步练习
一、选择题
1．额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的电灯两盏，若接入电压是220 V的电路中，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小的电路是下图中的(　　)．
A． B．
C． D．
2．一根电阻丝，通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　)
A．4 V，16 J B．8 V，16 J C．4 V，32 J D．8 V，32 J
3．（2016高二上·广州期中）如图所示电路中，三个相同的灯泡额定功率是40W，在不损坏灯泡的情况下，这三个灯泡消耗的总功率最大不应超过（　　）
A．40 W B．60 W C．80 W D．120 W
二、选择题
4．目前，空调机、电视机等家用电器得到了普遍使用。根据图中铭牌上提供的信息，判断在12小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是（　　）
A．电冰箱比电风扇多
B．电风扇比电冰箱多
C．电风扇与电冰箱一样多
D．电冰箱比电风扇可能多，也可能少
5．自2016年10月1日起，禁止销售和进口15瓦及以上普通照明用白炽灯。现有一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W与36 V。若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（　　）
A．等于36W B．小于36W，大于9 W
C．等于9W D．小于36W
6．电阻R1与R2的伏安特性曲线如图所示，并把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现把R1与R2串联在电路中，R1和R2消耗的电功率分别为P1和P2，串联总电阻为R，下列关于P1与P2大小及R的伏安特性曲线所在区域的叙述，正确的是（　　）
A．P1＞P2，特性曲线在Ⅰ区 B．P1＜P2，特性曲线在Ⅰ区
C．P1＞P2，特性曲线在Ⅲ区 D．P1＜P2，特性曲线在Ⅲ区
7．如图，虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a、b之间电阻是R，在a、b之间加上电压U，测得流过电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是（　　）
A．I2R B． C．UI D．UI－I2R
8．对于不同的电源，工作时的电流为I，下列说法正确的是(　　)
A．I越大的电源做功越快
B．I越大的电源输出的电能越多
C．电动势越大的电源做功越快
D．电动势E与电流I的乘积体现了电源做功的快慢
9．（多选）关于四个公式①P=UI；②P=I2R；③P= ；④P= ，下列叙述正确的是(　　)
A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算
B．公式②适用于任何电路的热功率的计算
C．公式①②③适用于任何电路电功率的计算
D．以上均不正确
10．一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则(　　)
A．电动机t秒内产生的热量是Q=UIt
B．电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt
C．电动机的功率为P=I2R
D．电动机的功率为P=U2/R
11．通过电阻R的电流强度为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流强度为 ，则在时间t内产生的热量为(　　)
A．4Q B．2Q C． D．
12．如果家里的微波炉（1 000 W）、电视机（100 W）和洗衣机（400 W）平均每天都工作1 h，一个月（30天计）的用电荷量是(　　)
A．10 kW·h B．20 kW·h C．45 kW·h D．40 kW·h
13．（多选）在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L标有3 V，6 W字样，电动机线圈的电阻RM=1 Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是(　　)
A．电动机的输入电压是5 V B．流过电动机的电流是5 A
C．整个电路消耗的电功率是16 W D．电动机的效率是80％
14．如图所示电路中，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流。R0为定值电阻，移动滑动变阻器的滑片，则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中，可能正确的是(　　)
A． B．
C． D．
15．用电动势E=6 V、内电阻r=4 Ω的直流电源分别单独对下列四个小灯泡供电，实际消耗电功率最大的小灯泡的额定电压和额定功率是（设灯泡电阻不随电压变化）(　　)
A．6 V，12 W B．6 V，9 W C．6 V，4 W D．6 V，3 W
16．直流电动机M接在如图所示的电路中，理想电压表的示数是20 V，理想电流表的示数是1.0 A，限流电阻R=5.0 Ω，则可知(　　)
A．电动机的机械功率是20 W B．电阻R消耗的电功率是5 W
C．电动机线圈的电阻是20 Ω D．电动机产生的电热功率是20 W
17．如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L标有6 V， 12 W字样，电动机线圈的电阻RM=0.50 Ω。若灯泡恰能正常发光，以下说法中不正确的是(　　)
A．电动机的输入功率是12 W B．电动机的输出功率是12 W
C．电动机的热功率是2.0 W D．整个电路消耗的电功率是24 W
18．如图所示是一直流电动机提升重物的装置；已知重物质量为m=50kg，电源输出电压U=110V保持不变，电动机线圈电阻R=4Ω，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提升重物时，电路中的电流I=5A（g=10m/s2）则： (　　)
A．电源的输出功率为100W
B．电动机线圈电阻R的发热功率550W
C．提升重物的功率为450W
D．电动机的效率为81.8％
19．关于四个公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝ ；④P＝ ，下列叙述正确的是（　　）
A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算
B．公式②适用于任何电路的热功率的计算
C．公式①②③适用于任何电路电功率的计算
D．以上均不正确
20．下列叙述正确的有（　　）
A．电功的实质是电场力所做的功
B．电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大
C．电功就是电热，两个量是一回事
D．如果都正常工作，在相同时间内额定功率越大的用电器对外做功越多
三、填空题
21．如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1︰R2︰R3为　 　。
22．一个标有12V字样，功率未知的灯泡，测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化的关系如图所示，利用这条图线计算：
（1）在正常发光情况下，灯泡的电功率P＝　 　W。
（2）若一定值电阻与灯泡串联，接在20V的电压上，灯泡能正常发光，则串联电阻的阻值为　 　Ω。
四、计算题
23．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103 ℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于60 ℃时会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计。
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温的过程）。
（2）简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。
24．如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切摩擦，求：
（1）电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
（2）电动机输入功率和输出功率各是多少？
（3）10 s内电动机可以把重物匀速提升多高？
（4）这台电动机的机械效率是多少？
25．如图所示，电路两端电压U恒为28 V，电灯上标有6 V，12 W字样，直流电动机线圈电阻R=2 Ω。若电灯恰能正常发光，且电机能运转，求：
（1）流过电灯的电流是多大
（2）电动机两端的电压是多大
（3）电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
（4）电动机输入功率和输出功率各是多少？
（5）这台电动机的机械效率是多少？
26．如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切摩擦，求：
27．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103 ℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于60 ℃时会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1=R2=500 Ω，加热电阻丝R3=50 Ω，两灯电阻不计。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝ ，可知RA＜RB。对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110 V，B灯被烧毁，UA＜110 V，A灯不能正常发光。对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UB＞U并，B灯烧毁。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为（IA－IB）×110 V，而D电路中变阻器功率为（IA＋IB）×110 V，所以C电路消耗电功率最小。故答案为C。
【分析】注意试题两点要求：正常发光，各自到达额定电压；总功率最小，在总电压不变情况下，总电阻最小。两灯额定电压相同，额定功率不同，故电阻不同，不可直接串联，需与负载电阻连接，且需要小电阻灯泡在干路中，大电阻灯泡与变阻器并联。
2．【答案】D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】由W＝I2Rt＝8 J，得
相同时间内通过的电荷量为4 C时，电流I′＝2I
所以W′＝I′2Rt＝4I2Rt＝32 J
加在电阻丝上的电压U＝ ＝ V＝8 V，
故答案为：D。
【分析】根据电流定义：单位时间流过截面积的电荷量。一定时间内电荷量加倍，电流加倍。焦耳定律与电流的的平方成正比，故而可得到第二次电功为第一次的4倍。由电功公式W=Uq亦可得此时电压大小。
3．【答案】B
【知识点】电功率和电功
【解析】【解答】解：设L3上电压为U，电阻为R，则：
L3的最大的功率为：P= =40W，
因为三个灯泡的电阻相等，L1和L2并联后电阻相当于L3电阻的一半，所以电压也就为L3的一半，
如果L3上电压为U，则L1和L2电压为 ，
所以L1和L2的功率都为：P= =10W，
所以总功率最大为：10+10+40=60W．
故答案为：B．
【分析】由于L1和L2并联后再与L3串联，所以L3的电流是L1和L2电流的和，因为三个灯泡的电阻相等，所以在不损坏灯泡的情况下，L3的功率是最大的，即为40W，再求得此时L1和L2的功率即可．
4．【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在12 h内耗电0.25 kW·h，而电风扇在12 h内耗电W＝Pt＝0.78 kW·h，
故答案为：B。
【分析】需在同一单位下进行比较电功大小，并注意题设时间。
5．【答案】B
【知识点】电阻定律
【解析】【解答】设灯泡接U=36V电压和U′=18V电压时的电阻分别为R、R′，电压减小，灯丝温度降低 ，电阻减小，R >R′。
故答案为：B
【分析】不可盲目使用功率公式，需考虑灯丝温度与电阻关系，温度低电阻小。
6．【答案】D
【知识点】电阻定律
【解析】【解答】由图知R1＜R2，二者串联电流相等，由P＝I2R，知P1＜P2，串联电阻R大于R1也大于R2，故其伏安特性曲线将在Ⅲ区，
故答案为：D。
【分析】伏安特性曲线的斜率为电阻倒数，电阻大斜率小；串联电路在电流相同的情况下，电阻越大电功率也越大。
7．【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】选项A、B的表达式只适用于纯电阻电路，D项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率，虚线框中不知道是哪种元件，功率P＝UI总是适用的，C符合题意。
故答案为：C
【分析】P=UI适用于任何电路的电功率计算。
8．【答案】D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】功率是表示做功快慢的物理量，根据公式 可得电动势E与电流I的乘积体现了电源做功的快慢，D正确，AB错误；电动势的物理意义是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的强弱，与外电路的结构无关，电源的电动势与电源的功率无关，故C错误。
故答案为：D
【分析】电源电功率反映了电流做功的快慢，仅与电源电动势和电流有关，与其他因素无关。
9．【答案】A,B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】P=UI、P= 适用于任何电路的电功率的计算，而P=I2R、P= 只适用于纯电阻电路的电功率的计算，A符合题意，C不符合题意；P=I2R适用于任何电路的热功率的计算，P=UI、P= 只适用于纯电阻电路的热功率的计算，B符合题意。
故答案为：AB
【分析】对于纯电阻用电器电功率与热功率相同这四个公式可以互用，而对公式②对任何电路的热功率计算，非纯电阻用电器定义式UI， 可以通用。
10．【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】根据电热的公式可知，电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt，B符合题意，A不符合题意；电动机的功率为P=IU，CD不符合题意。
故答案为：B
【分析】焦耳定律计算热功的表达式，电动机为非纯电阻用电器，只能用该公式计算。
11．【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】根据Q=I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流强度变为原来的 ，时间不变，则热量变为原来的 。C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】焦耳定律的应用，只要熟记公式很容易计算结果。
12．【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】P=1 000 W+100 W+400 W=1 500 W=1.5 kW，故W=Pt=1.5 kW×1 h×30=45 kW·h，
故答案为：C。
【分析】电功基本公式的应用，W=Pt，应注意对单位的使用。kW·h为电功单位而非电功率单位。
13．【答案】A,C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】灯泡两端的电压为3 V，则电动机的输入电压是8 V–3 V=5 V，选项A正确；流过电动机的电流等于通过灯泡的电流，即 ，故流过电动机的电流是2 A，选项B错误；整个电路消耗的电功率是P=IU=2×8 W=16 W，选项C正确；电动机的效率： ，故答案为：D。
【分析】根据串联电路特点，灯泡正常发光电动机分配剩余电压。对电动机分析时，应注意电动机两端总电压并不是全部分担在电阻上，应一部分转化为电热一部分转化为机械功，电动机总功率可以用UI计算，而热功率一定要用I2R来计算。
14．【答案】C
【知识点】全电路的功和能；电路动态分析
【解析】【解答】由题图知R0与R并联，电压表测电源电压，电流表测R支路的电流。若电源提供的电流恒定为 ，根据并联电路特点可知： ，其中 为定值，由 ，可知U与I的图象为一次函数，且 ，故AB错误；由电功率的计算公式：电路消耗总功率 ，其中 为定值，由 ，可知P与I的图象为一次函数， ，且I不能为0，P不会为0，故C正确，D错误。
故答案为：C
【分析】干路电流不变，总等于两支路电流之和，其中一路电流增大，另一路电流一定减小，在根据欧姆定律公式变换，即得此时电阻R0两端电压变化；再由总功率公式电流不变，R0两端电压即为总电压，总电压减小，总功率减小。
15．【答案】B
【知识点】全电路的功和能；电路动态分析
【解析】【解答】小灯泡的功率为： ，由数学知识可知：当 时，即R=r时电灯功率最大，电灯最亮。根据 可得四个灯泡的电阻分别为3 Ω，4 Ω，9 Ω，12 Ω，B电灯的电阻等于电源内阻，所以B电灯功率最大。
故答案为：B。
【分析】根据电源输出功率随外电路电阻变化图像可知，外电阻越接近电源内阻，电源输出功率最大，小灯泡最亮。
16．【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】电动机消耗的总功率为：P=IU=20 W，选项AD错误；电阻R消耗的电功率为PR=12 5 W=5 W，选项B正确；电动机不是纯电阻电路，故不适用欧姆定律，故电动机线圈的电阻 ，选项C错误；
故答案为：B。
【分析】区分纯电阻用电器电功率即热功率，而非纯电阻用电器电功率包括热功率和其他功率如机械功率。
17．【答案】D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】电动机两端的电压为：U1=U–UL=12 V–6 V=6 V，整个电路中的电流为： ，所以电动机的输入功率为：P入=U1I=6×2 W=12 W，故A正确；电动机的热功率为：P热=I2RM=22×0.5 W=2.0 W，则电动机的输出功率为：P出=P入–P热=12 W–2 W=10 W，故B不正确，C正确；整个电路消耗的功率为：P总=UI=12×2 W=24 W，
故答案为：D。
【分析】串联电路分压原理，灯泡正常发光，剩余电压分配给电动机，灯泡正常发光电流与电动机电流相同，可得电动机总功率，另外根据电动机内阻，可根据热功率计算公式得到发动机热功率，其输出功率应为总功率与热功率之差。
18．【答案】C,D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】电源输出P=UI=550 W，选项A错误；电动机线圈电阻R的发热功率P热=I2R=100 W，选项B错误；提升中重物的功率为P机=550 W–100 W=450 W，选项C正确；电动机的效率为 ，
故答案为：CD。
【分析】非纯电阻用电器总功率等于热功率加其他功率，总功率为UI，热功率为I2R，机械效率为有用功除以总功。
19．【答案】A,B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】P＝UI、P＝ 适用于任何电路的电功率的计算，而P＝I2R、P＝ 只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A正确，C错误；P＝I2R适用于任何电路的热功率的计算，P＝UI、P＝ 只适用于纯电阻电路的热功率的计算，
故答案为：AB。
【分析】对于纯电阻用电器电功率与热功率相同这四个公式可以互用，而对公式②对任何电路的热功率计算，非纯电阻用电器定义式UI， 可以通用。
20．【答案】A,D
【知识点】电源电动势及内阻
【解析】【解答】电流做的功实质上就是电场力对电荷做的功，A正确；电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率增大，但同时自由电子在运动中不断地和其他电子碰撞，速度减小，整体效果中可以将自由电子看成匀速，B错误；电流做功的过程就是电势能减少，其他形式能量增加的过程，电势能减少多少，其他形式能量就增加多少，但是电能不一定全部转化为热能，比如在电动机中，只是一部分电能转化为热能，大部分电能转化为机械能，C错误；正常工作时额定功率等于实际功率，相同时间内，电流做功的多少取决于实际功率，
故答案为：AD。
【分析】电功就是电场力对电荷做功；在恒定电路中自由电子的速率恒定；对纯电阻用电器电功就是热功，非纯电阻用电器电功包含热功和其他能量，如机械能，光能；根据功率定义，可得在相同时间内额定功率越大的用电器对外做功越多。
21．【答案】1︰4︰4
【知识点】串联电路和并联电路的特点及应用
【解析】【解答】由题意P1＝P2＝P3，可知R2＝R3，由串联电路的功率分配规律P1＝I2R1，得P23＝2P1＝I2R23，得R1＝ ，R23＝ ＝ ，即R1︰R2︰R3=1︰4︰4。
【分析】并联电路电压相同，功率相同必然电阻相同，两支路电流亦相同；干路中电流为支路电流2倍，若电功率都一样，则电阻为另外两电阻的四分之一。
22．【答案】（1）24
（2）4
【知识点】电阻定律
【解析】【解答】（1）由图知当U＝12 V时R＝6 Ω，则P＝ ＝24 W（2）若灯泡能正常发光，电路电流 ＝2 A
需串联一个分压电阻Rx＝ Ω＝4 Ω
【分析】根据图像寻找工作电压，对应工作电阻，计算工作电流，即得额定电压下电功率；并根据串联分压，电流相等原理，利用欧姆定律即得串联电阻阻值。
23．【答案】（1）解:电饭煲盛上食物后，接上电源，同时把手动开关S1关闭，这时黄灯被短路红灯亮，电饭煲处于加热状态。
加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合，待电饭煲中水烧干后，温度升高到103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。
由于电饭煲散热，待温度下降至60 ℃时，S2自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80 ℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态。
（2）解:如果不闭合开关S1， 电饭煲不能将饭煮熟
如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80 ℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到60 ℃ ，S2自动闭合。温度只能在60 ℃～80 ℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。
（3）解:加热时电饭煲消耗的电功率
保温时电饭煲消耗的电功率为
从而有
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】总电阻较小的情况下总功率较大处于加热状态，电路电阻增加电路电功率较小处于保温状态。开关S2只能控制温度在60 ℃～80 ℃之间，不能把水烧开，不能煮熟饭。在总电压不变的情况下，电功率与总电阻成反比，只要求解加热和保温状态下电阻即可。
24．【答案】（1）电动机线圈上消耗的热功率为P热=I2r=1 W
（2）解:电动机的总功率P入=UI=5W电动机的热功率为
所以电动机的输出功率为
（3）电动机对重物做功W=Pt=mgh，得h=2m
（4）这台电动机的机械效率为
η= ×100%= ×100%=80%
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】对非纯电阻用电器热功率只能用I2r，总功率只能用UI，有用功自然是总功率减去热功率，效率是有用功除以总功。
25．【答案】（1）解：灯泡正常发光，电路中的电流为I= = =2 A；
（2）解：电动机两端的电压为 U 1 = U U L = 28 V 6 V = 22 V
（3）解：电路中的电流为I=2 A，电动机热功率P=I2R=8W
（4）解：电动机两端的电压为 U 1 = 22 V
电动机的总功率为
电动机的热功率为
所以电动机的输出功率为
（5）这台电动机的机械效率为
η＝ ×100%＝ ×100%＝81.8%
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】电功率公式P=UI可得电流；串联电路分压原理，灯泡正常发光，电动机分配剩余电压；热功率公式I2R可得电动机热功率，只能用该表达式；而总功率自然为UI，效率为有用功与总功的比值，可得答案。
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】对非纯电阻用电器热功率只能用I2r，总功率只能用UI，有用功自然是总功率减去热功率，效率是有用功除以总功。
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】总电阻较小的情况下总功率较大处于加热状态，电路电阻增加电路电功率较小处于保温状态。开关S2只能控制温度在60 ℃～80 ℃之间，不能把水烧开，不能煮熟饭。在总电压不变的情况下，电功率与总电阻成反比，只要求解加热和保温状态下电阻即可。
1 / 1高中物理人教版选修3-1第二章第5节焦耳定律同步练习
一、选择题
1．额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的电灯两盏，若接入电压是220 V的电路中，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小的电路是下图中的(　　)．
A． B．
C． D．
【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝ ，可知RA＜RB。对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110 V，B灯被烧毁，UA＜110 V，A灯不能正常发光。对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UB＞U并，B灯烧毁。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为（IA－IB）×110 V，而D电路中变阻器功率为（IA＋IB）×110 V，所以C电路消耗电功率最小。故答案为C。
【分析】注意试题两点要求：正常发光，各自到达额定电压；总功率最小，在总电压不变情况下，总电阻最小。两灯额定电压相同，额定功率不同，故电阻不同，不可直接串联，需与负载电阻连接，且需要小电阻灯泡在干路中，大电阻灯泡与变阻器并联。
2．一根电阻丝，通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　)
A．4 V，16 J B．8 V，16 J C．4 V，32 J D．8 V，32 J
【答案】D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】由W＝I2Rt＝8 J，得
相同时间内通过的电荷量为4 C时，电流I′＝2I
所以W′＝I′2Rt＝4I2Rt＝32 J
加在电阻丝上的电压U＝ ＝ V＝8 V，
故答案为：D。
【分析】根据电流定义：单位时间流过截面积的电荷量。一定时间内电荷量加倍，电流加倍。焦耳定律与电流的的平方成正比，故而可得到第二次电功为第一次的4倍。由电功公式W=Uq亦可得此时电压大小。
3．（2016高二上·广州期中）如图所示电路中，三个相同的灯泡额定功率是40W，在不损坏灯泡的情况下，这三个灯泡消耗的总功率最大不应超过（　　）
A．40 W B．60 W C．80 W D．120 W
【答案】B
【知识点】电功率和电功
【解析】【解答】解：设L3上电压为U，电阻为R，则：
L3的最大的功率为：P= =40W，
因为三个灯泡的电阻相等，L1和L2并联后电阻相当于L3电阻的一半，所以电压也就为L3的一半，
如果L3上电压为U，则L1和L2电压为 ，
所以L1和L2的功率都为：P= =10W，
所以总功率最大为：10+10+40=60W．
故答案为：B．
【分析】由于L1和L2并联后再与L3串联，所以L3的电流是L1和L2电流的和，因为三个灯泡的电阻相等，所以在不损坏灯泡的情况下，L3的功率是最大的，即为40W，再求得此时L1和L2的功率即可．
二、选择题
4．目前，空调机、电视机等家用电器得到了普遍使用。根据图中铭牌上提供的信息，判断在12小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是（　　）
A．电冰箱比电风扇多
B．电风扇比电冰箱多
C．电风扇与电冰箱一样多
D．电冰箱比电风扇可能多，也可能少
【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在12 h内耗电0.25 kW·h，而电风扇在12 h内耗电W＝Pt＝0.78 kW·h，
故答案为：B。
【分析】需在同一单位下进行比较电功大小，并注意题设时间。
5．自2016年10月1日起，禁止销售和进口15瓦及以上普通照明用白炽灯。现有一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W与36 V。若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（　　）
A．等于36W B．小于36W，大于9 W
C．等于9W D．小于36W
【答案】B
【知识点】电阻定律
【解析】【解答】设灯泡接U=36V电压和U′=18V电压时的电阻分别为R、R′，电压减小，灯丝温度降低 ，电阻减小，R >R′。
故答案为：B
【分析】不可盲目使用功率公式，需考虑灯丝温度与电阻关系，温度低电阻小。
6．电阻R1与R2的伏安特性曲线如图所示，并把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现把R1与R2串联在电路中，R1和R2消耗的电功率分别为P1和P2，串联总电阻为R，下列关于P1与P2大小及R的伏安特性曲线所在区域的叙述，正确的是（　　）
A．P1＞P2，特性曲线在Ⅰ区 B．P1＜P2，特性曲线在Ⅰ区
C．P1＞P2，特性曲线在Ⅲ区 D．P1＜P2，特性曲线在Ⅲ区
【答案】D
【知识点】电阻定律
【解析】【解答】由图知R1＜R2，二者串联电流相等，由P＝I2R，知P1＜P2，串联电阻R大于R1也大于R2，故其伏安特性曲线将在Ⅲ区，
故答案为：D。
【分析】伏安特性曲线的斜率为电阻倒数，电阻大斜率小；串联电路在电流相同的情况下，电阻越大电功率也越大。
7．如图，虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a、b之间电阻是R，在a、b之间加上电压U，测得流过电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是（　　）
A．I2R B． C．UI D．UI－I2R
【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】选项A、B的表达式只适用于纯电阻电路，D项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率，虚线框中不知道是哪种元件，功率P＝UI总是适用的，C符合题意。
故答案为：C
【分析】P=UI适用于任何电路的电功率计算。
8．对于不同的电源，工作时的电流为I，下列说法正确的是(　　)
A．I越大的电源做功越快
B．I越大的电源输出的电能越多
C．电动势越大的电源做功越快
D．电动势E与电流I的乘积体现了电源做功的快慢
【答案】D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】功率是表示做功快慢的物理量，根据公式 可得电动势E与电流I的乘积体现了电源做功的快慢，D正确，AB错误；电动势的物理意义是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的强弱，与外电路的结构无关，电源的电动势与电源的功率无关，故C错误。
故答案为：D
【分析】电源电功率反映了电流做功的快慢，仅与电源电动势和电流有关，与其他因素无关。
9．（多选）关于四个公式①P=UI；②P=I2R；③P= ；④P= ，下列叙述正确的是(　　)
A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算
B．公式②适用于任何电路的热功率的计算
C．公式①②③适用于任何电路电功率的计算
D．以上均不正确
【答案】A,B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】P=UI、P= 适用于任何电路的电功率的计算，而P=I2R、P= 只适用于纯电阻电路的电功率的计算，A符合题意，C不符合题意；P=I2R适用于任何电路的热功率的计算，P=UI、P= 只适用于纯电阻电路的热功率的计算，B符合题意。
故答案为：AB
【分析】对于纯电阻用电器电功率与热功率相同这四个公式可以互用，而对公式②对任何电路的热功率计算，非纯电阻用电器定义式UI， 可以通用。
10．一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则(　　)
A．电动机t秒内产生的热量是Q=UIt
B．电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt
C．电动机的功率为P=I2R
D．电动机的功率为P=U2/R
【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】根据电热的公式可知，电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt，B符合题意，A不符合题意；电动机的功率为P=IU，CD不符合题意。
故答案为：B
【分析】焦耳定律计算热功的表达式，电动机为非纯电阻用电器，只能用该公式计算。
11．通过电阻R的电流强度为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流强度为 ，则在时间t内产生的热量为(　　)
A．4Q B．2Q C． D．
【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】根据Q=I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流强度变为原来的 ，时间不变，则热量变为原来的 。C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】焦耳定律的应用，只要熟记公式很容易计算结果。
12．如果家里的微波炉（1 000 W）、电视机（100 W）和洗衣机（400 W）平均每天都工作1 h，一个月（30天计）的用电荷量是(　　)
A．10 kW·h B．20 kW·h C．45 kW·h D．40 kW·h
【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】P=1 000 W+100 W+400 W=1 500 W=1.5 kW，故W=Pt=1.5 kW×1 h×30=45 kW·h，
故答案为：C。
【分析】电功基本公式的应用，W=Pt，应注意对单位的使用。kW·h为电功单位而非电功率单位。
13．（多选）在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L标有3 V，6 W字样，电动机线圈的电阻RM=1 Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是(　　)
A．电动机的输入电压是5 V B．流过电动机的电流是5 A
C．整个电路消耗的电功率是16 W D．电动机的效率是80％
【答案】A,C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】灯泡两端的电压为3 V，则电动机的输入电压是8 V–3 V=5 V，选项A正确；流过电动机的电流等于通过灯泡的电流，即 ，故流过电动机的电流是2 A，选项B错误；整个电路消耗的电功率是P=IU=2×8 W=16 W，选项C正确；电动机的效率： ，故答案为：D。
【分析】根据串联电路特点，灯泡正常发光电动机分配剩余电压。对电动机分析时，应注意电动机两端总电压并不是全部分担在电阻上，应一部分转化为电热一部分转化为机械功，电动机总功率可以用UI计算，而热功率一定要用I2R来计算。
14．如图所示电路中，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流。R0为定值电阻，移动滑动变阻器的滑片，则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中，可能正确的是(　　)
A． B．
C． D．
【答案】C
【知识点】全电路的功和能；电路动态分析
【解析】【解答】由题图知R0与R并联，电压表测电源电压，电流表测R支路的电流。若电源提供的电流恒定为 ，根据并联电路特点可知： ，其中 为定值，由 ，可知U与I的图象为一次函数，且 ，故AB错误；由电功率的计算公式：电路消耗总功率 ，其中 为定值，由 ，可知P与I的图象为一次函数， ，且I不能为0，P不会为0，故C正确，D错误。
故答案为：C
【分析】干路电流不变，总等于两支路电流之和，其中一路电流增大，另一路电流一定减小，在根据欧姆定律公式变换，即得此时电阻R0两端电压变化；再由总功率公式电流不变，R0两端电压即为总电压，总电压减小，总功率减小。
15．用电动势E=6 V、内电阻r=4 Ω的直流电源分别单独对下列四个小灯泡供电，实际消耗电功率最大的小灯泡的额定电压和额定功率是（设灯泡电阻不随电压变化）(　　)
A．6 V，12 W B．6 V，9 W C．6 V，4 W D．6 V，3 W
【答案】B
【知识点】全电路的功和能；电路动态分析
【解析】【解答】小灯泡的功率为： ，由数学知识可知：当 时，即R=r时电灯功率最大，电灯最亮。根据 可得四个灯泡的电阻分别为3 Ω，4 Ω，9 Ω，12 Ω，B电灯的电阻等于电源内阻，所以B电灯功率最大。
故答案为：B。
【分析】根据电源输出功率随外电路电阻变化图像可知，外电阻越接近电源内阻，电源输出功率最大，小灯泡最亮。
16．直流电动机M接在如图所示的电路中，理想电压表的示数是20 V，理想电流表的示数是1.0 A，限流电阻R=5.0 Ω，则可知(　　)
A．电动机的机械功率是20 W B．电阻R消耗的电功率是5 W
C．电动机线圈的电阻是20 Ω D．电动机产生的电热功率是20 W
【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】电动机消耗的总功率为：P=IU=20 W，选项AD错误；电阻R消耗的电功率为PR=12 5 W=5 W，选项B正确；电动机不是纯电阻电路，故不适用欧姆定律，故电动机线圈的电阻 ，选项C错误；
故答案为：B。
【分析】区分纯电阻用电器电功率即热功率，而非纯电阻用电器电功率包括热功率和其他功率如机械功率。
17．如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L标有6 V， 12 W字样，电动机线圈的电阻RM=0.50 Ω。若灯泡恰能正常发光，以下说法中不正确的是(　　)
A．电动机的输入功率是12 W B．电动机的输出功率是12 W
C．电动机的热功率是2.0 W D．整个电路消耗的电功率是24 W
【答案】D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】电动机两端的电压为：U1=U–UL=12 V–6 V=6 V，整个电路中的电流为： ，所以电动机的输入功率为：P入=U1I=6×2 W=12 W，故A正确；电动机的热功率为：P热=I2RM=22×0.5 W=2.0 W，则电动机的输出功率为：P出=P入–P热=12 W–2 W=10 W，故B不正确，C正确；整个电路消耗的功率为：P总=UI=12×2 W=24 W，
故答案为：D。
【分析】串联电路分压原理，灯泡正常发光，剩余电压分配给电动机，灯泡正常发光电流与电动机电流相同，可得电动机总功率，另外根据电动机内阻，可根据热功率计算公式得到发动机热功率，其输出功率应为总功率与热功率之差。
18．如图所示是一直流电动机提升重物的装置；已知重物质量为m=50kg，电源输出电压U=110V保持不变，电动机线圈电阻R=4Ω，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提升重物时，电路中的电流I=5A（g=10m/s2）则： (　　)
A．电源的输出功率为100W
B．电动机线圈电阻R的发热功率550W
C．提升重物的功率为450W
D．电动机的效率为81.8％
【答案】C,D
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】电源输出P=UI=550 W，选项A错误；电动机线圈电阻R的发热功率P热=I2R=100 W，选项B错误；提升中重物的功率为P机=550 W–100 W=450 W，选项C正确；电动机的效率为 ，
故答案为：CD。
【分析】非纯电阻用电器总功率等于热功率加其他功率，总功率为UI，热功率为I2R，机械效率为有用功除以总功。
19．关于四个公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝ ；④P＝ ，下列叙述正确的是（　　）
A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算
B．公式②适用于任何电路的热功率的计算
C．公式①②③适用于任何电路电功率的计算
D．以上均不正确
【答案】A,B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】P＝UI、P＝ 适用于任何电路的电功率的计算，而P＝I2R、P＝ 只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A正确，C错误；P＝I2R适用于任何电路的热功率的计算，P＝UI、P＝ 只适用于纯电阻电路的热功率的计算，
故答案为：AB。
【分析】对于纯电阻用电器电功率与热功率相同这四个公式可以互用，而对公式②对任何电路的热功率计算，非纯电阻用电器定义式UI， 可以通用。
20．下列叙述正确的有（　　）
A．电功的实质是电场力所做的功
B．电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大
C．电功就是电热，两个量是一回事
D．如果都正常工作，在相同时间内额定功率越大的用电器对外做功越多
【答案】A,D
【知识点】电源电动势及内阻
【解析】【解答】电流做的功实质上就是电场力对电荷做的功，A正确；电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率增大，但同时自由电子在运动中不断地和其他电子碰撞，速度减小，整体效果中可以将自由电子看成匀速，B错误；电流做功的过程就是电势能减少，其他形式能量增加的过程，电势能减少多少，其他形式能量就增加多少，但是电能不一定全部转化为热能，比如在电动机中，只是一部分电能转化为热能，大部分电能转化为机械能，C错误；正常工作时额定功率等于实际功率，相同时间内，电流做功的多少取决于实际功率，
故答案为：AD。
【分析】电功就是电场力对电荷做功；在恒定电路中自由电子的速率恒定；对纯电阻用电器电功就是热功，非纯电阻用电器电功包含热功和其他能量，如机械能，光能；根据功率定义，可得在相同时间内额定功率越大的用电器对外做功越多。
三、填空题
21．如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1︰R2︰R3为　 　。
【答案】1︰4︰4
【知识点】串联电路和并联电路的特点及应用
【解析】【解答】由题意P1＝P2＝P3，可知R2＝R3，由串联电路的功率分配规律P1＝I2R1，得P23＝2P1＝I2R23，得R1＝ ，R23＝ ＝ ，即R1︰R2︰R3=1︰4︰4。
【分析】并联电路电压相同，功率相同必然电阻相同，两支路电流亦相同；干路中电流为支路电流2倍，若电功率都一样，则电阻为另外两电阻的四分之一。
22．一个标有12V字样，功率未知的灯泡，测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化的关系如图所示，利用这条图线计算：
（1）在正常发光情况下，灯泡的电功率P＝　 　W。
（2）若一定值电阻与灯泡串联，接在20V的电压上，灯泡能正常发光，则串联电阻的阻值为　 　Ω。
【答案】（1）24
（2）4
【知识点】电阻定律
【解析】【解答】（1）由图知当U＝12 V时R＝6 Ω，则P＝ ＝24 W（2）若灯泡能正常发光，电路电流 ＝2 A
需串联一个分压电阻Rx＝ Ω＝4 Ω
【分析】根据图像寻找工作电压，对应工作电阻，计算工作电流，即得额定电压下电功率；并根据串联分压，电流相等原理，利用欧姆定律即得串联电阻阻值。
四、计算题
23．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103 ℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于60 ℃时会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计。
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温的过程）。
（2）简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。
【答案】（1）解:电饭煲盛上食物后，接上电源，同时把手动开关S1关闭，这时黄灯被短路红灯亮，电饭煲处于加热状态。
加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合，待电饭煲中水烧干后，温度升高到103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。
由于电饭煲散热，待温度下降至60 ℃时，S2自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80 ℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态。
（2）解:如果不闭合开关S1， 电饭煲不能将饭煮熟
如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80 ℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到60 ℃ ，S2自动闭合。温度只能在60 ℃～80 ℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。
（3）解:加热时电饭煲消耗的电功率
保温时电饭煲消耗的电功率为
从而有
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】总电阻较小的情况下总功率较大处于加热状态，电路电阻增加电路电功率较小处于保温状态。开关S2只能控制温度在60 ℃～80 ℃之间，不能把水烧开，不能煮熟饭。在总电压不变的情况下，电功率与总电阻成反比，只要求解加热和保温状态下电阻即可。
24．如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切摩擦，求：
（1）电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
（2）电动机输入功率和输出功率各是多少？
（3）10 s内电动机可以把重物匀速提升多高？
（4）这台电动机的机械效率是多少？
【答案】（1）电动机线圈上消耗的热功率为P热=I2r=1 W
（2）解:电动机的总功率P入=UI=5W电动机的热功率为
所以电动机的输出功率为
（3）电动机对重物做功W=Pt=mgh，得h=2m
（4）这台电动机的机械效率为
η= ×100%= ×100%=80%
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】对非纯电阻用电器热功率只能用I2r，总功率只能用UI，有用功自然是总功率减去热功率，效率是有用功除以总功。
25．如图所示，电路两端电压U恒为28 V，电灯上标有6 V，12 W字样，直流电动机线圈电阻R=2 Ω。若电灯恰能正常发光，且电机能运转，求：
（1）流过电灯的电流是多大
（2）电动机两端的电压是多大
（3）电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
（4）电动机输入功率和输出功率各是多少？
（5）这台电动机的机械效率是多少？
【答案】（1）解：灯泡正常发光，电路中的电流为I= = =2 A；
（2）解：电动机两端的电压为 U 1 = U U L = 28 V 6 V = 22 V
（3）解：电路中的电流为I=2 A，电动机热功率P=I2R=8W
（4）解：电动机两端的电压为 U 1 = 22 V
电动机的总功率为
电动机的热功率为
所以电动机的输出功率为
（5）这台电动机的机械效率为
η＝ ×100%＝ ×100%＝81.8%
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】电功率公式P=UI可得电流；串联电路分压原理，灯泡正常发光，电动机分配剩余电压；热功率公式I2R可得电动机热功率，只能用该表达式；而总功率自然为UI，效率为有用功与总功的比值，可得答案。
26．如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切摩擦，求：
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】对非纯电阻用电器热功率只能用I2r，总功率只能用UI，有用功自然是总功率减去热功率，效率是有用功除以总功。
27．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103 ℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于60 ℃时会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1=R2=500 Ω，加热电阻丝R3=50 Ω，两灯电阻不计。
【知识点】焦耳定律
【解析】【分析】总电阻较小的情况下总功率较大处于加热状态，电路电阻增加电路电功率较小处于保温状态。开关S2只能控制温度在60 ℃～80 ℃之间，不能把水烧开，不能煮熟饭。在总电压不变的情况下，电功率与总电阻成反比，只要求解加热和保温状态下电阻即可。
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