第十二章电能 能量守恒定律
1.电路中的能量转化
合格考达标练
1.用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要时间t,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么( )
A.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间2t
B.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间
C.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间4t
D.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间16t
答案D
解析由公式Q=t,煮沸一壶水所需的热量为Q=t。当电压变为原来的时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4t,选项A、B错误。当电压变为原来的时,时间要变为原来的16倍,即16t,选项C错误,选项D正确。
2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是( )
A.电风扇最多 B.电烙铁最多
C.日光灯最多 D.一样多
答案B
解析在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项B正确。
3.(2020安徽合肥高二上学期期末)有一个电风扇,额定电压为U,额定功率为P,电动机线圈的电阻为R,把它接入电压为U的电路中,下列计算时间t内产生热量的方法中正确的是( )
A.Q=t B.Q=Rt
C.Q=Pt D.Q=2Rt
答案B
解析电风扇正常工作时产生的热量是由内阻发热产生的,所以t时间内产生的热量为Q=I2Rt;由于是非纯电阻电路,故I<,故Q≠t,故A错误;由于I=,Q=I2Rt,故Q=Rt,B正确、D错误;电风扇的功率为P,而电风扇消耗的电能大部分转化为机械能,所以产生的热量Q
4.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上,若要产生相等的热量,则两种方法所需的时间之比t串∶t并为( )
A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.1∶4
答案C
解析设每根电热丝电阻为R0,则R串=2R0,R并=。
由Q=W=t得t串∶t并=4∶1。
5.如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“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,以下说法中正确的是( )
A.通过电动机的电流为12 A
B.电动机的输入功率为24 W
C.电动机的输出功率为12 W
D.电动机的热功率为2 W
答案D
解析灯泡与电动机串联,通过的电流相等,则电流I==2 A,A错误;电动机两端的电压为UM=U-UL=6 V,所以电动机的输入功率为P=UMI=12 W,B错误;电动机的发热功率为P热=I2RM=2 W,电动机的输出功率为P出=P-P热=10 W,C错误,D正确。
6.电热毯是人们常用的电热式家用电器,一般具有加热和保温功能,其工作原理的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:
(1)当开关S闭合和断开时,电热毯分别处于什么状态
(2)电热毯由家庭电路供电,U=220 V,设加热时电热毯的功率为400 W,保温时电热毯的功率为40 W,则R1和R2分别为多大
答案(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态
(2)121 Ω 1 089 Ω
解析(1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,电热毯消耗的电功率P1=;当S断开时,电热毯消耗的电功率P2=,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。
(2)S闭合时,由P1=得R1= Ω=121 Ω
S断开时,由P2=
得R2=-R1= Ω=1 089 Ω。
7.如图所示为电动机的工作图,已知电动机内阻r=2 Ω,电阻R阻值未知,直流电压U=120 V。现电动机正常工作,测得工作电流为2 A(理想电流表未画出),理想电压表示数为100 V,求:
(1)电动机的输入功率。
(2)电阻R的阻值。
(3)电动机的输出功率。
答案(1)200 W (2)10 Ω (3)192 W
解析(1)由P=U1I可得P=200 W
(2)由R=可得R=10 Ω
(3)由P出=U1I-I2r可得P出=192 W
等级考提升练
8.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论正确的是( )
A.P甲=P乙 B.P甲=3P乙
C.P乙=3P甲 D.P乙>3P甲
答案B
解析设每个灯泡正常工作时的电流为I,则题图甲中电路的总电流为3I,P甲=12 V×3I,题图乙中电路的总电流为I,P乙=12 V×I,故有P甲=3P乙,B正确。
9.(多选)(2021上海华东师大附中高二上期中)如图所示为某电学元器件的伏安特性曲线,图中PQ为曲线上P点的切线。当通过该元器件的电流为0.4 A时,下列说法正确的是( )
A.该元器件的阻值为250 Ω
B.该元器件的阻值为125 Ω
C.该元器件消耗的电功率为20 W
D.该元器件消耗的电功率无法求解
答案BC
解析由题图可知,当电流为0.4 A时,电压为50 V,则由欧姆定律可知,该元器件的阻值为R= Ω=125 Ω,故B正确,A错误;由P=UI可知,该元器件消耗的电功率为20 W,故C正确,D错误。
10.(2021广西柳江中学高二期中)当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是 ( )
A.3 V 1.8 J B.3 V 3.6 J
C.6 V 1.8 J D.6 V 3.6 J
答案D
解析设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t。由W1=U1q1和W1=t,可得U1=3 V,=0.1 s/Ω。再由W2=U2q2和W2=t,可求出U2=6 V,W2=3.6 J,故选项D正确。
11.如图所示的电路中,纯电阻R=20 Ω,电动机线圈的电阻r=1 Ω,电路两端电压U=10 V,理想电流表的示数为2.5 A,则:
(1)通过电动机的电流为多少
(2)通电1 min,电动机做的有用功为多少
答案(1)2 A (2)960 J
解析(1)纯电阻R=20 Ω,电压U=10 V,故电流IR=
=0.5 A
通过电动机的电流I电=I-IR=2.5 A-0.5 A=2 A
(2)电动机的总功率P=UI电=10×2 W=20 W
电动机的发热功率P热=r=22×1 W=4 W
故电动机的机械功率是
P出=P-P热=20 W-4 W=16 W
做的有用功W=P出t=16×60 J=960 J
12.电饭煲的电路图如图所示,S1是一个限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到103 ℃时会自动断开;S2是一个自动温控开关,当温度低于60 ℃时会自动闭合,温度高于80 ℃时会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯,它在保温状态下是不亮的,黄灯是保温状态下的指示灯。限流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯的电阻不计。
(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。
答案见解析
解析(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时把手动开关S1闭合,这时黄灯短路红灯亮,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)不能,因为如果不闭合S1,则只能将食物加热至80 ℃。
(3)设电饭煲处于加热状态时,功率为P1,P1=W=1 064.8 W
设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2,则
P2= W=88.7 W
所以P1∶P2=12∶1。第十二章电能 能量守恒定律
1.电路中的能量转化
合格考达标练
1.用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要时间t,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么( )
A.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间2t
B.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要时间
C.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间4t
D.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要时间16t
2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是( )
A.电风扇最多 B.电烙铁最多
C.日光灯最多 D.一样多
3.(2020安徽合肥高二上学期期末)有一个电风扇,额定电压为U,额定功率为P,电动机线圈的电阻为R,把它接入电压为U的电路中,下列计算时间t内产生热量的方法中正确的是( )
A.Q=t B.Q=Rt
C.Q=Pt D.Q=2Rt
4.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上,若要产生相等的热量,则两种方法所需的时间之比t串∶t并为( )
A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.1∶4
5.如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“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,以下说法中正确的是( )
A.通过电动机的电流为12 A
B.电动机的输入功率为24 W
C.电动机的输出功率为12 W
D.电动机的热功率为2 W
6.电热毯是人们常用的电热式家用电器,一般具有加热和保温功能,其工作原理的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:
(1)当开关S闭合和断开时,电热毯分别处于什么状态
(2)电热毯由家庭电路供电,U=220 V,设加热时电热毯的功率为400 W,保温时电热毯的功率为40 W,则R1和R2分别为多大
7.如图所示为电动机的工作图,已知电动机内阻r=2 Ω,电阻R阻值未知,直流电压U=120 V。现电动机正常工作,测得工作电流为2 A(理想电流表未画出),理想电压表示数为100 V,求:
(1)电动机的输入功率。
(2)电阻R的阻值。
(3)电动机的输出功率。
等级考提升练
8.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论正确的是( )
A.P甲=P乙 B.P甲=3P乙
C.P乙=3P甲 D.P乙>3P甲
9.(多选)(2021上海华东师大附中高二上期中)如图所示为某电学元器件的伏安特性曲线,图中PQ为曲线上P点的切线。当通过该元器件的电流为0.4 A时,下列说法正确的是( )
A.该元器件的阻值为250 Ω
B.该元器件的阻值为125 Ω
C.该元器件消耗的电功率为20 W
D.该元器件消耗的电功率无法求解
10.(2021广西柳江中学高二期中)当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是 ( )
A.3 V 1.8 J B.3 V 3.6 J
C.6 V 1.8 J D.6 V 3.6 J
11.如图所示的电路中,纯电阻R=20 Ω,电动机线圈的电阻r=1 Ω,电路两端电压U=10 V,理想电流表的示数为2.5 A,则:
(1)通过电动机的电流为多少
(2)通电1 min,电动机做的有用功为多少
12.电饭煲的电路图如图所示,S1是一个限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到103 ℃时会自动断开;S2是一个自动温控开关,当温度低于60 ℃时会自动闭合,温度高于80 ℃时会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯,它在保温状态下是不亮的,黄灯是保温状态下的指示灯。限流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯的电阻不计。
(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。