2024鲁科版高中物理必修第三册同步练习--第3节　电功与电热

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2024鲁科版高中物理必修第三册同步
第3节　电功与电热
基础过关练
题组一　电功和电功率
1.关于三个公式P=UI、P=I2R、P=的适用范围,以下说法正确的是 (　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　　　
A.第一个公式普遍适用于求电功率,后两式普遍适用于求电热功率
B.在纯电阻电路中,三个公式既可适用于求电功率,又可适用于求电热功率
C.在非纯电阻电路中,第一个公式可用于求电功率,第二个公式可用于求电热功率
D.由U=IR可知,三个公式没有任何区别,它们表达相同的意义,既是电功率,也是电热功率
2.(2021山东师范大学附中月考)国家航天局消息,“嫦娥四号”着陆器于 2019 年 7 月 26 日 19 时 12分成功完成唤醒设置,进入第8月昼工作期。“嫦娥四号”的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的。由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应,在正常照射下,太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势,可获得0.1 A的电流,则每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量大约是 (　　)
A.0.48 J B.0.12 J
C.0.26 J D.0.52 J
3.(2022山东滨州期末)某款手机部分说明书如下。
手机类型 智能折叠手机、5G
屏幕分辨率 2 480×2 200
电池容量 4 600 mAh
标准电压(电动势) 5 V
电池类型 不可拆卸电池
待机时间 24 d
工作时间 20 h
关于该手机的说法正确的是 (　　)
A.该电池的容量为4.6 C
B.该手机工作时的电流为0.23 A
C.该电池储存的电能为8.28×106 J
D.该电池通过静电力做功将其他形式的能转化为电能
4.(2022山东滨州沾化实验高级中学阶段练习)北京市国民体质监测中心曾经调查显示,由于长时间低头看书、看手机时坐姿不正等原因造成我国青少年探颈、驼背比例高达46.1%。如图是某矫正器的铭牌信息,已知当剩余电池容量为总容量的20%时,智能感应式矫正器将停止工作。若该智能感应式矫正器工作时一直处于额定工作状态,使用前电池容量为零,则下列说法正确的是 (　　)
商品名称 智能感应式矫正器
内置电池 500 mAh/3.7 V
充电输入 DC 5V/0.2 A
工作电压 DC 3.7 V
额定功率 0.4 W
充电接口 USB
整机净重 85 g
A.理论上该矫正器充满电可以连续工作约4.6小时
B.第一次充满电的时间和可正常工作的时间之比约为
C.电池容量的单位 mAh是能量单位
D.该矫正器充满电所储存的能量约为6.7×103 J
5.(2022重庆西南大学附属中学月考)物理爱好者小张想根据自己所学的物理知识估算喷泉广场上一眼喷泉的电机输出功率。通过测量,他得知该喷泉喷口的出水截面积为S=20 cm2,喷口朝向与地面夹角为 60°,喷出的水柱能到达的最高点距喷口的高度约为h=15 m。已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度取g=10 m/s2。据此,小张估算此喷泉的电机输出功率为 (　　)
A.4 kW B.8 kW
C.12 kW D.16 kW
题组二　电功和电热
6.(2021山东济南莱芜第十七中学月考)根据某学校学生宿舍管理条例,严禁学生在宿舍使用功率超过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55 Ω
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
7.(2021湖南望城第二中学月考)如图所示,A为电解槽,N为电炉,恒定电压U=12 V,电解槽内阻r=2 Ω,当S1闭合、S2断开时,电流表的示数为6 A;当S2闭合、S1断开时,电流表的示数为4 A(电流表内阻不计),求:
(1)电炉的电阻及发热功率各多大
(2)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少
8.如图所示为电动机提升重物的装置,电动机线圈电阻为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,不计摩擦力,问:
(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少
(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少
(3)10 s内,可以把重物A匀速提升多高
(4)这台电动机的机械效率是多少
第3节　电功与电热
基础过关练
1.BC 2.C 3.B 4.D 5.B 6.B
1.BC　首先要明确,欧姆定律只适用于纯电阻电路,因此三个公式在纯电阻电路中是等效的,但在非纯电阻电路中它们互不相同。其次,P=UI表示电功率,而P=I2R表示电热功率。因此,在纯电阻电路中,UIt=I2Rt,消耗的电能全部转化为内能;而在非纯电阻电路中,UIt>I2Rt,即消耗的电能只有部分转化为内能。故选项B、C正确。
2.C　太阳能电池每秒产生的电能为W=UIt=0.6×0.1×1 J=0.06 J,则每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量大约是W'==≈0.26 J,故选C。
3.B　电池容量是指电池的存储电荷量,或电池能输出的总电荷量的多少,根据电荷量与电流关系得q=4 600×10-3×3 600 C=1.656×104 C,A错误;该手机工作时的电流为I== A=0.23 A,B正确;电池储存的电能W=UIt=5×4 600×10-3×3 600 J=8.28×104 J,C错误;该电池是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能,D错误。故选B。
4.D　该矫正器正常工作状态时的电流为I== A= A,理论上该矫正器充满电可以连续工作的时间为t== h=3.7 h,A错误;第一次充满电的时间t'== h=2.5 h,则第一次充满电的时间和可正常工作的时间之比约为=,B错误;电池容量的单位mAh是电荷量单位,C错误;该矫正器充满电所储存的能量约为E=UIt=3.7×500×10-3×3 600 J≈6.7×103 J,D正确。故选D。
5.B　由斜抛运动知识可知(v0 sin 60°)2=2gh,解得v0=20 m/s;设在Δt时间内从喷口喷出的水的质量为Δm,则Δm=Sv0Δtρ,则此喷泉的电机输出功率为P= =Sρ,代入数据解得P=8 kW,故选B。
6.B　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=1 400 W-190 W=1 210 W,根据P=可得电热丝的电阻为R== Ω=40 Ω,选项A错误;电动机为非纯电阻用电器,所以不能计算其电阻,选项B正确;当电吹风吹热风时,电热丝每秒钟消耗的电能为Q=Pt=1 210×1 J=1 210 J,选项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190 W,所以每秒钟消耗的电能为Q=P冷t=190×1 J=190 J,选项D错误。
7.答案　(1)2 Ω　72 W　(2)16 W
解析　(1)电炉为纯电阻用电器,由欧姆定律I=,得R== Ω=2 Ω,其发热功率为PR=UI1=12×6 W=72 W。
(2)电解槽为非纯电阻用电器,电能转化为内能和化学能,其中P热=r=42×2 W=32 W,P总=UI2=12×4 W=48 W,P化=P总-P热=16 W。
8.答案　(1)1 W　(2)5 W　4 W　(3)2 m　(4)80%
解析　(1)根据焦耳定律,热功率为:P热=I2r=12×1 W=1 W
(2)输入功率为:P入=IU=1×5 W=5 W
输出功率为:P出=P入-P热=5 W-1 W=4 W
(3)电动机的输出功率用来提升重物,在10 s内,有
P出t=Gh
h== m=2 m
(4)机械效率为:η=×100%=×100%=80%。
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