第十二章 电能 能量守恒定律
1 电路中的能量转化
[教材链接] (1)①静电力 ②qU UIt 焦耳 (2)①时间 快慢 ② UI 瓦特
例1 C [解析] 额定电压相同,额定功率PL1>PL2,由P=,可知RL1
[教材链接] (1)①导体的电阻 ②I2Rt (2)①时间 ② I2R
例2 D [解析] 已知两个电阻的阻值之比是2∶1,通过的电流之比是2∶1,则相等时间内两电阻产生的热量之比,故D正确.
例3 D [解析] 由题意,电机不转动时,可看成纯电阻电路,则可得电机的内阻rM= Ω=5 Ω,A错误;正常运转时,电动机消耗的热功率为P热=rM=12×5 W=5 W,B错误;正常运转时,电动机消耗的总功率为P=U2I2=36×1 W=36 W,C错误;正常运转时,电动机输出的机械功率为P输出=P-P热=36 W-5 W=31 W,D正确.
例4 AB [解析] 灯泡恰能正常发光,说明灯泡两端电压为UL=3 V,电流为I=2 A,则电动机两端的电压是UM=U-UL=8 V-3 V=5 V,流过电动机的电流是I=2 A,选项A、B正确;电动机线圈发热的功率为P热=I2RM=4 W,电动机的输入功率为PM=UMI=5×2 W=10 W,输出功率为P出=PM-P热=6 W,效率为η=×100%=60%,选项C错误;整个电路消耗的电功率是P总=PM+PL=10 W+6 W=16 W,选项D错误.
随堂巩固
1.A [解析] 电功率越大,则电流做功越快,但电路中产生的热量不一定越多,A错误.W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路,B正确.在非纯电阻电路中,电流所做的功等于产生的热量与其他形式的能之和,所以W>Q,即UIt>I2Rt,C正确.Q=I2Rt是热量的定义式,适用于计算任何电路中产生的热量,D正确.
2.C [解析] 灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110 V电压,且干路电流I=I灯= A,则电解槽消耗的电功率P=P灯=60 W,A错误,C正确;电解槽的发热功率P热=I2R槽≈1.3 W,B错误;整个电路消耗的总功率P总=220× W=120 W,D错误.
3.C [解析] 对R2、R3,根据P=,可知由于P2=P3,U2=U3,所以R2∶R3=1∶1;对R1、R2,根据P=I2R,可知由于P1=P2,I1=2I2,所以R1∶R2==1∶4,C正确.第十二章 电能 能量守恒定律
1 电路中的能量转化
1.D [解析] 电功是过程量,电能是状态量,在纯电阻电路中,虽然电功的数值等于消耗的电能,但电功不是电能,选项D错误.
2.B [解析] 非纯电阻电路中,W=UIt用来求电功,Q=I2Rt用来求电热,但W>Q,只有在纯电阻电路中,电功和电热在数值上相等,电功可用公式W=UIt计算,也可用公式W=I2Rt计算,故A错误,B正确;W=UIt可用于任何电路求电功,而Q=I2Rt适用于任何电路求电热,故C、D均错误.
3.C [解析] 电路中允许的最大功率为Pm=UI=2860 W.用电器的功率之和大于Pm时,用电器就不可以同时使用,故选C.
4.BC [解析] 当两灯泡串联时,电流相等,L1的额定电流为I1==1 A,电阻R1==6 Ω,L2的额定电流为I2==0.5 A,电阻R2==12 Ω,要使两灯泡都不被烧坏,电路中的最大电流为0.5 A,最大功率为Pmax=I2R1+I2R2=4.5 W,故A错误,B正确;当两灯泡并联时,电压相等,当电压为6 V时,两灯泡均可正常发光,此时电路中最大功率为9 W,故C正确,D错误.
5.A [解析] 根据乙图可知,当电阻箱阻值R=10 Ω时,电流为0.2 A,电阻箱消耗的电功率为P=I2R=0.22×10 W=0.4 W,故A正确.
6.C [解析] 设开关接通后电路中电流为I,对于小灯泡,由欧姆定律得U1=IR,对于电动机,有U2>IR,则U17.A [解析] 充电宝的输出电压为U、输出电流为I,所以时间 t 内充电宝输出的电功为W=UIt,A正确;充电宝内的电流也是I,但其电阻未知,所以无法判断充电宝产生的热功率,B错误;U是充电宝的输出电压,不是手机电池的内电压,所以不能用t计算手机电池产生的焦耳热,手机电池产生的焦耳热应为I2rt,故C错误;充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能,一部分转化为手机电池产生的焦耳热,故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为UIt-I2rt,D错误.
8.D [解析] 灯泡正常发光,灯泡两端电压为20 V,电路中的电流为I= A=1 A,电路消耗的总功率为P=UI=60×1 W=60 W,故A错误;电解槽与灯泡串联,电解槽两端的电压为U电=U-UL=60 V-20 V=40 V,电解槽消耗的电功率为P电=U电I=40×1 W=40 W,故B错误;电解槽的发热功率P热=I2R=12×4 W=4 W,故C错误;电解槽的输出功率为P出=P电-P热=40 W-4 W=36 W,故D正确.
9.C [解析] 暖风机消耗的电功率P是总的功率,总功率的大小为P=IU,故C正确;电动机两端的电压U1=U-IR2,电动机消耗的电功率为P1=U1I=UI-I2R2,故A错误;电阻丝为纯电阻用电器,所以消耗的电功率P2=I2R2,故B错误;因为电动机是非纯电阻用电器,所以暖风机消耗的电功率P>I2(R1+R2),故D错误.
10.B [解析] 将电压表当作理想电压表,当小电动机两端的电压为1.25 V时,小电动机卡住未转动,电功率等于内阻发热功率,UI=I2r,将第一组数据代入可解得r=2.5 Ω,故A错误;当小电动机两端的电压为2.00 V时,电流是0.20 A,由P=I2r,得其发热功率为0.1 W,故B正确;当小电动机两端的电压为2.00 V时,其电功率P=UI=2×0.2 W=0.4 W,故C错误;当小电动机两端的电压为3.50 V时,其对外做功的功率P出=UI-I2r=(3.5×0.3-0.32×2.5) W=0.825 W,故D错误.
11.AB [解析] 电饭煲的电阻为R1=,洗衣机不是纯电阻用电器,R2<,求得,A正确;消耗的电功率分别为P1=UI1、P2=UI2,解得,B正确,C错误;电饭煲和洗衣机热功率分别为P1'=R1、P2'=R2,解得,D错误.
12.D [解析] 电动机正常工作时消耗的电功率P=U额I额=1800 W,故A错误;电动机的发热功率P热=P-P出=1800 W-1675 W=125 W,则电动机内阻r==0.05 Ω,故B错误;蓄电池充满电后储存的电能W=UIt≈1.04×108 J,故C错误;电动汽车在额定功率下连续行驶的最长时间为t==16 h,故D正确.
13.(1)0.5 Ω (2)1.5 W (3)8 W
[解析] (1)电动机不转时电路为纯电阻电路,由欧姆定律可知,电动机线圈的内阻r= Ω=0.5 Ω
(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路,消耗的总功率
P总=UI=2×1 W=2 W
线圈内阻的热功率P热=I2r=12×0.5 W=0.5 W
则电动机正常工作时的输出功率P出=P总-P热=2 W-0.5 W=1.5 W
(3)电动机的转子突然被卡住时,此时电路为纯电阻电路,热功率P= W=8 W第十二章 电能 能量守恒定律
1 电路中的能量转化
学习任务一 电功和电功率
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空.
(1)电功
①定义:电流流过一段电路,自由电荷在 的作用下发生定向移动,静电力对自由电荷做了功,简称为电功.
②表达式:W= = ;单位: ,符号为J.
(2)电功率
①定义:电流在一段电路中所做的功与通电 之比叫作电功率.表示电流做功的 .
②表达式:P= = .单位: ,符号为W.
③额定功率是用电器正常工作时的输出功率,也就是用电器两端的电压为额定电压时的功率;在实际使用过程中,用电器两端的电压通常不会刚好是额定电压,此时的功率叫作实际功率.
[物理观念] 串、并联电路中电功率的计算
(1)串联电阻的功率分配规律:各电阻上的电功率与电阻成正比,即.
(2)并联电阻的功率分配规律:各支路电阻上的电功率与电阻成反比,即.
(3)串、并联电路的总功率:电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和,即P总=P1+P2+…+Pn.
例1 有两盏电灯,额定电压都是110 V,额定功率PL1=100 W、PL2=40 W,若接在电压是220 V的电路上,能使两盏电灯均正常发光,且电路中消耗功率最小的电路是图中的 ( )
[反思感悟]
学习任务二 焦耳定律
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
(1)焦耳定律
①内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟 及通电时间成正比.
②表达式:Q= .
(2)热功率
①定义:电流流过导体时释放的热量与释放这些热量所用 的比值,称为热功率.
②表达式:P热= = .
例2 在直流电路中,两个电阻的阻值之比R1∶R2=2∶1,通过的电流之比I1∶I2=2∶1,则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q1∶Q2为 ( )
A.1∶1 B.2∶1
C.4∶1 D.8∶1
[反思感悟]
学习任务三 电路中的能量转化
[物理观念] 纯电阻电路与非纯电阻电路
(1)纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的内能.
(2)非纯电阻电路:电流通过非纯电阻电路做功时,电能除了转化为内能外,还转化为其他形式的能.
(3)纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
纯电阻电路 非纯电阻电路
能量转化情况
电功和电 热的关系 W=Q UIt=I2Rt=t W=Q+E其他 UIt=I2Rt+E其他
电功率和热 功率的关系 P=P热 UI=I2R= P=P热+P其他 UI=I2R+P其他
欧姆定律 是否成立 U=IR I= 成立 U>IR I< 不成立
例3 [2024·河北唐山一中月考] 如图是某款能自动上水的电热壶,某同学得知其“上水”功能是由一电动机和传感器来实现的.某次测试时发现,当其两端所加电压U1=10 V时,电动机带不动负载,因此不转动, 此时通过它的电流I1=2 A;当其两端所加电压U2=36 V时,电动机能带动负载正常运转,这时电流I2=1 A.下列说法正确的是 ( )
A.电动机的内阻为36 Ω
B.正常运转时,电动机消耗的热功率为10 W
C.正常运转时,电动机消耗的总功率为16 W
D.正常运转时,电动机输出的机械功率为31 W
[反思感悟]
例4 (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,则下列说法正确的是( )
A.电动机两端的电压是5 V
B.流过电动机的电流是2 A
C.电动机的效率是80%
D.整个电路消耗的电功率是10 W
[反思感悟]
1.(电功和电热)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是 ( )
A.电功率越大,则电流做功越快,电路中产生的热量一定越多
B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中,UIt>I2Rt
D.热量Q=I2Rt适用于任何电路
2.(电功率和热功率)[2024·山东莱阳一中月考] 如图所示,有一电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端,灯泡正常发光,则 ( )
A.电解槽消耗的电功率为120 W
B.电解槽的发热功率为60 W
C.电解槽消耗的电功率为60 W
D.电路消耗的总功率为60 W
3.(纯电阻电路的功率)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R1∶R2∶R3等于 ( )
A.1∶1∶1
B.4∶1∶1
C.1∶4∶4
D.1∶2∶2第十二章 电能 能量守恒定律
1 电路中的能量转化建议用时:40分钟
◆ 知识点一 对电功和电热的理解
1.下列关于电功的说法中错误的是 ( )
A.导体内静电力移动电荷所做的功叫作电功
B.电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程
C.电流做功消耗的能量由电源提供
D.电功就是电能
2.下列关于电功W和电热Q的说法正确的是 ( )
A.在任何电路里都有W=UIt,Q=I2Rt,且W=Q
B.在任何电路里都有W=UIt,Q=I2Rt,但W不一定等于Q
C.W=UIt,Q=I2Rt均只在纯电阻电路中才成立
D.W=UIt在任何电路中都成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立
◆ 知识点二 电功和电热的相关计算
3.[2024·河北辛集中学月考] 室内有几种家庭常用电器:1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调.如果进线处有13 A的保险丝,供电电压为220 V,下列用电器不能同时使用的是 ( )
A.电饭煲和电冰箱
B.取暖器和空调
C.电饭煲和空调
D.电冰箱、电视机和空调
4.(多选)有两个灯泡L1、L2,额定电压均为6 V,额定功率分别为6 W、3 W,假设灯泡的电阻是定值,将它们接在电路中,下列说法正确的是 ( )
A.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9 W
B.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5 W
C.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9 W
D.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5 W
5.[2024·福建福州一中月考] 实验原理图如图甲所示,实验中闭合开关S后,调节电阻箱的电阻,并记录阻值R和电流表的示数I,用描点连线法得到如图乙所示的电流I与电阻R的关系图像.当电阻箱阻值R=10 Ω时,电阻箱消耗的电功率为 ( )
A.0.4 W B.2 W C.20 W D.50 W
◆ 知识点三 电路中的能量转化
6.如图所示,小灯泡的电阻和电动机M的内阻都等于R,串联接到电路中,开关接通后,电动机正常工作.设灯泡和电动机M两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过灯泡做功为W1,产生热量为Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q2,则 ( )
A.U1>U2
B.W1>W2
C.Q1=Q2
D.W2=Q2
7.[2024·辽宁大连八中月考] 如图甲所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图乙所示.在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的电阻为r,则时间t内 ( )
A.充电宝输出的电功为UIt
B.充电宝产生的热功率为I2r
C.手机电池产生的焦耳热为t
D.手机电池储存的化学能为UIt+I2rt
8.[2024·山东济宁期中] 如图所示,将一盏标有“20 V,20 W”的灯泡和一电阻为4 Ω的电解槽串联后,接在电压恒为60 V的直流电源两端,灯泡正常发光,则 ( )
A.电路消耗的总功率为150 W
B.电解槽消耗的电功率为400 W
C.电解槽的发热功率为40 W
D.电解槽的输出电功率为36 W
9.[2024·天津实验中学月考] 如图甲所示为一台冬天取暖用的暖风机.其内部电路可简化为图乙所示,加热电阻丝与电动机串联,电动机带动风叶转动,将加热后的热空气吹出.设电动机的线圈电阻为R1,电阻丝的电阻为R2,将暖风机接到额定电压为U的电源上,正常工作时,电路中的电流为I,电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为P1、P2、P,则下列关系式正确的是( )
A.P1=I2R1 B.P2>I2R2
C.P=UI D.P=I2(R1+R2)
10.某学习小组用图示的电路图研究小电动机的电流与电压关系.通过调节滑动变阻器R接入电路的阻值,测量得到下表记录的信息.若认为小电动机的电阻是不变的,则 ( )
序号 电压U/V 电流I/A 电动机工作状态
1 1.25 0.50 卡住未转动
2 2.00 0.20 稳定转动
3 3.50 0.30 稳定转动
A.小电动机的电阻大约为10 Ω
B.当小电动机两端的电压为2.00 V时,其发热功率为0.1 W
C.当小电动机两端的电压为2.00 V时,其电功率为0.3 W
D.当小电动机两端的电压为3.50 V时,其对外做功的功率为1.05 W
11.(多选)[2024·山东烟台二中月考] 如图所示,一个电饭煲和一台洗衣机同时并联接在恒压电源上,均正常工作.设电饭煲的电阻为R1、洗衣机电动机线圈的电阻为R2.测得流过电饭煲的电流为I1,流过洗衣机的电流为I2,电饭煲消耗的电功率为P1、热功率为P1',洗衣机消耗的电功率为P2、热功率为P2'.则下列关系正确的是 ( )
A.
B.
C.
D.
12.某国产品牌电动汽车的铭牌如下,已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压,则下列说法正确的是 ( )
规格 后轮驱动直流电动机
车型:60″电动汽车 电动机额定输出功率:1675 W
整车质量:400 kg 额定转速:600 r/min
蓄电池(容量800 A·h, 输出电压:约为36 V) 额定工作电压/电流:36 V/50 A
A.电动机正常工作时消耗的电功率为1675 W
B.电动机的内阻为0.72 Ω
C.蓄电池充满电后储存的电能约为2.88×104 J
D.电动汽车在额定功率下能连续行驶的最长时间约为16 h
13.有一个直流电动机,把它接入0.2 V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4 A;把它接入2 V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1 A.
(1)求这台电动机的内阻;
(2)求电动机正常工作时的输出功率;
(3)若在正常工作时,转子突然被卡住,则此时电动机的热功率为多大 (共51张PPT)
1 电路中的能量转化
学习任务一 电功和电功率
学习任务二 焦耳定律
学习任务三 电路中的能量转化
备用习题
练习册
◆
随堂巩固
学习任务一 电功和电功率
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空.
(1) 电功
① 定义:电流流过一段电路,自由电荷在________的作用下发生定向移动,静电力对自由电荷做了功,简称为电功.
② 表达式:________ ；单位:______,符号为.
静电力
焦耳
(2) 电功率
①定义:电流在一段电路中所做的功与通电______之比叫作电功率.表示电流做功的______.
②表达式:_______.单位:______,符号为.
③额定功率是用电器正常工作时的输出功率,也就是用电器两端的电压为额定电压时的功率;在实际使用过程中,用电器两端的电压通常不会刚好是额定电压,此时的功率叫作实际功率.
时间
快慢
瓦特
［物理观念］ 串、并联电路中电功率的计算
(1)串联电阻的功率分配规律：各电阻上的电功率与电阻成正比，即.
(2)并联电阻的功率分配规律：各支路电阻上的电功率与电阻成反比，即.
(3)串、并联电路的总功率：电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和，即
例1 有两盏电灯，额定电压都是，额定功率、，若接在电压是的电路上，能使两盏电灯均正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是图中的( )
C
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 额定电压相同，额定功率，由，可知，图A的电路中两灯串联，由串联分压特点可知，灯将被烧坏，A错误；图B的电路中，灯与滑动变阻器并联后与灯串联，同理可知灯将被烧坏，B错误；图C的电路中，灯与滑动变阻器并联后的电阻，则和可以相同，从而两灯均可正常发光，且，图D的电路中，两灯均可正常发光，且，故正常发光情况下，图C的电路消耗功率最小，C正确，D错误.
学习任务二 焦耳定律
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
(1) 焦耳定律
① 内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟____________及通电时间成正比.
② 表达式：_____.
导体的电阻
(2) 热功率
① 定义：电流流过导体时释放的热量与释放这些热量所用______的比值,称为热功率.
② 表达式：________.
时间
例2 在直流电路中，两个电阻的阻值之比，通过的电流之比，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比为( )
D
A. B. C. D.
[解析] 已知两个电阻的阻值之比是，通过的电流之比是，则相等时间内两电阻产生的热量之比
，故D正确.
学习任务三 电路中的能量转化
［物理观念］ 纯电阻电路与非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的内能.
(2)非纯电阻电路：电流通过非纯电阻电路做功时,电能除了转化为内能外,还转化为其他形式的能.
(3)纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
纯电阻电路 非纯电阻电路
能量转化情况 _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________
纯电阻电路 非纯电阻电路
电功和电热的关系
电功率和热功率的关系
欧姆定律是否成立 成立
不成立
续表
例3 [2024·河北唐山一中月考] 如图是某款能自动上水的电热壶，某同学得知其“上水”功能是由一电动机和传感器来实现的.某次测试时发现，当其两端所加电压时，电动机带不动负载，因此不转动，此时通过它的电流；当其两端所加电压时，电动机能带动负载正常运转，这时电流.下列说法正确的是( )
D
A.电动机的内阻为
B.正常运转时，电动机消耗的热功率为
C.正常运转时，电动机消耗的总功率为
D.正常运转时，电动机输出的机械功率为
[解析] 由题意，电机不转动时，可看成纯电阻电路，则可得电机的内阻 ，A错误；正常运转时，电动机消耗的热功率为，B错误；正常运转时，电动机消耗的总功率为，C错误；正常运转时，电动机输出的机械功率为，D正确.
例4 (多选)在如图所示的电路中,输入电压恒为,灯泡标有“”字样,电动机线圈的电阻 .若灯泡恰能正常发光,则下列说法正确的是( )
AB
A.电动机两端的电压是 B.流过电动机的电流是
C.电动机的效率是 D.整个电路消耗的电功率是
[解析] 灯泡恰能正常发光,说明灯泡两端电压为,电流为,则电动机两端的电压是,流过电动机的电流是,选项A、B正确;电动机线圈发热的功率为,电动机的输入功率为,输出功率为,效率为,选项C错误；整个电路消耗的电功率是,选项D错误.
1. 有两个标有“110 V,25 W”和“110 V,60 W”字样的灯泡,要把它们接在220 V的电源上,灯泡既正常发光,又最省电的连接方式应是图中的 ( )
B
[解析]额定电压相同而额定功率不相同的电灯,它们的电阻是不相同的,由P=可知,功率大的灯泡的电阻比功率小的灯泡的电阻小,也就是说60 W灯泡的电阻比25 W灯泡的电阻小,对于A,两灯并联后与一个滑动变阻器串联,若滑动变阻器分得的电压与两灯并联后的电压相等,则两灯能正常工作,整个电路消耗的电功率为P=2(P1+P2)=2×(25+60) W=170 W,有用电功率为85 W;
对于B,若滑动变阻器与25 W灯并联后的总电阻与60 W灯的电阻相等,则两灯均能正常发光,此时电路中消耗的总电功率为P=2P2=2×60 W=120 W,有用电功率为85 W;
对于C,因60 W灯的电阻比25 W灯的电阻小,根据串联电路的分压原理知,此时灯(110 V,25 W)的电压将大于110 V,所以C的电路不可能使两灯正常工作;
在D中,当两个滑动变阻器和与其串联的灯泡电阻分别相等时,两灯均能正常发光,电路消耗的总功率为170 W,有用的电功率为85 W,综上所述,选项B符合题意.
2.如图所示,某品牌电动汽车电池储存的电能为60 kW·h,充电时,直流充电桩的充电电压为400 V,充电时间为4.5 h,充电效率为95%.汽车以v=108 km/h的速度在高速公路匀速行驶时,输出功率为15 kW,转化成机械能的效率为90%,则 ( )
A.充电电流约为33 A
B.匀速行驶距离可达432 km
C.匀速行驶时每秒钟消耗电能为1.5×104 J
D.匀速行驶时所受阻力为500 N
D
[解析]电能E=60 kW·h=6×104 W·h,由W=UIt可知,充电电流I= A= 35 A,故A错误;
汽车能匀速行驶的时间t= h=3.6 h,故汽车匀速行驶的最大距离为x=vt=108×3.6 km=388.8 km,故B错误;
匀速行驶时每秒钟输出的机械能W=Pt=15×103×1 J=1.5×104 J,因消耗的电能中有一部分转化为内能,故消耗的电能一定大于1.5×104 J,故C错误;
匀速行驶时,v=108 km/h=30 m/s,F=F阻,由P=Fv=F阻v,可得F阻= N= 500 N,故D正确.
3.如图所示,2022年长江流域发生严重干旱灾害期间,农民通过潜水泵抽取地下水灌溉农田.已知潜水泵由电动机、水泵、输水钢管组成,某地下水源距离地表6 m深,安装潜水泵时将一根输水钢管竖直打入地底下与地下水源连通,水泵出水口离地表高度为0.45 m,水流由出水口水平喷出时的速度为4 m/s,每秒出水量为3 kg.水泵由功率为330 W的电动机带动,已知电动机额定电压为220 V,水泵的抽水效率为75%,水的密度为1.0×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,则 ( )
A.出水口钢管横截面积为2.5×10-3 m2
B.每秒内水流机械能增加24 J
C.水泵的输出功率为217.5 W
D.电动机线圈的电阻为 Ω
D
[解析]设每秒出水量为m,根据题意有m=ρV,V=S·vt=Sv,联立解得S=7.5×10-4 m2,A错误;
以每秒出水量为研究对象,每秒内水流机械能增加量为ΔE=mgh+mv2,h=6+0.45 m=6.45 m,解得ΔE=217.5 J,B错误;
水泵的输出功率为P出==== W=290 W,C错误;
对电动机,有P总=P出+I2r,P总=UI,联立可得r= Ω,D正确.
4.一辆电动自行车的铭牌上给出的技术参数如下表所示.质量M=70 kg的人骑着此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力F阻恒为车和人总重力的k倍, k=0.02,g取10 m/s2.
规格 后轮驱动直流永磁铁电动机
车型 26″电动自行车 额定输出功率 120 W
整车质量 30 kg 额定电压 40 V
最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A
(1)求此电动自行车的电动机在额定电压下正常工作时的效率;
[答案] 85.7%
[解析] 由表可知,电动机的额定电压为U0=40 V,额定电流为I0=3.5 A,所以电动机正常工作时的输入功率为P入=U0I0=140 W
电动机的输出功率为P出=120 W
所以电动机的效率为η=×100%=85.7%.
规格 后轮驱动直流永磁铁电动机
车型 26″电动自行车 额定输出功率 120 W
整车质量 30 kg 额定电压 40 V
最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A
(2)在电动机以额定功率提供动力的情况下,求人骑车行驶的最大速率;
[答案] 6.0 m/s
[解析] 设车的质量为m,则车行驶时所受阻力为F阻=k(M+m)g
当达到最大速度vm时,应有P出=F阻vm
所以最大速度vm==6.0 m/s.
规格 后轮驱动直流永磁铁电动机
车型 26″电动自行车 额定输出功率 120 W
整车质量 30 kg 额定电压 40 V
最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A
(3)在电动机以额定功率提供动力的情况下,当车速v=2.0 m/s时,求人骑车的加速度大小.
[答案] 0.4 m/s2
[解析] 当车速为v=2.0 m/s时,牵引力F==60 N
设此时车的加速度大小为a,根据牛顿第二定律得F-F阻=(M+m)a
解得a=0.4 m/s2.
规格 后轮驱动直流永磁铁电动机
车型 26″电动自行车 额定输出功率 120 W
整车质量 30 kg 额定电压 40 V
最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A
5.如图所示为一款儿童电动汽车,该款电动汽车的部分参数如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.电机的输入功率等于54 W
B.电源规格中的4.5 A·h,A·h是电功的单位
C.电机在正常工作时突然被卡住不转动,此时通过电机的电流会超过2 A
D.电机线圈的电阻为6 Ω
C
适用年龄 6个月~3岁家长遥控,3~4岁可自驾
核定载重 25 kg
电源规格 12 V 4.5 A·h
充电器 12 V 1000 mA
电机 RS390-12 V 2 A
[解析]由参数可知,电机正常工作时的电流为2 A,额定电压为12 V,所以电机的输入功率为P=UI=24 W,A错误;
A·h是电流单位与时间单位的乘积,是电荷量的单位,B错误;
由参数可知,电机正常工作时的电流为2 A,若电机在正常工作时突然被卡住不转动,此时通过电机的电流会超过2 A,C正确;
根据题意,由欧姆定律可得R==6 Ω,由于电机为非纯电阻用电器,则电机线圈的电阻小于6 Ω,D错误.
适用年龄 6个月~3岁家长遥控,3~4岁可自驾
核定载重 25 kg
电源规格 12 V 4.5 A·h
充电器 12 V 1000 mA
电机 RS390-12 V 2 A
1.(电功和电热)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是( )
A
A.电功率越大，则电流做功越快，电路中产生的热量一定越多
B.适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中，
D.热量适用于任何电路
[解析] 电功率越大，则电流做功越快，但电路中产生的热量不一定越多，A错误.是电功的定义式，适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路，B正确.在非纯电阻电路中，电流所做的功等于产生的热量与其他形式的能之和，所以，即，C正确.是热量的定义式，适用于计算任何电路中产生的热量，D正确.
2.(电功率和热功率)[2024·山东莱阳一中月考] 如图所示，有一电阻为 的电解槽和一盏标有“”的灯泡串联后接在电压为的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )
C
A.电解槽消耗的电功率为
B.电解槽的发热功率为
C.电解槽消耗的电功率为
D.电路消耗的总功率为
[解析] 灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得电压，且干路电流，则电解槽消耗的电功率，A错误，C正确；电解槽的发热功率，B错误；整个电路消耗的总功率，D错误.
3.(纯电阻电路的功率)如图所示，电路两端的电压保持不变，电阻、、消耗的电功率一样大，则等于( )
C
A. B. C. D.
[解析] 对、，根据,可知由于，，所以；对、，根据，可知由于，，所以，C正确.
知识点一 对电功和电热的理解
1.下列关于电功的说法中错误的是( )
D
A.导体内静电力移动电荷所做的功叫作电功
B.电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程
C.电流做功消耗的能量由电源提供
D.电功就是电能
[解析] 电功是过程量,电能是状态量，在纯电阻电路中,虽然电功的数值等于消耗的电能,但电功不是电能,选项D错误.
2.下列关于电功和电热的说法正确的是( )
B
A.在任何电路里都有，，且
B.在任何电路里都有，，但不一定等于
C.，均只在纯电阻电路中才成立
D.在任何电路中都成立，只在纯电阻电路中成立
[解析] 非纯电阻电路中，用来求电功，用来求电热，但，只有在纯电阻电路中，电功和电热在数值上相等，电功可用公式计算，也可用公式计算，故A错误，B正确；可用于任何电路求电功，而适用于任何电路求电热，故C、D均错误.
知识点二 电功和电热的相关计算
3.[2024·河北辛集中学月考] 室内有几种家庭常用电器：的电饭煲、的电冰箱、的取暖器、的电视机和的空调.如果进线处有的保险丝，供电电压为，下列用电器不能同时使用的是( )
C
A.电饭煲和电冰箱 B.取暖器和空调
C.电饭煲和空调 D.电冰箱、电视机和空调
[解析] 电路中允许的最大功率为.用电器的功率之和大于时，用电器就不可以同时使用，故选C.
4.(多选)有两个灯泡、,额定电压均为,额定功率分别为、,假设灯泡的电阻是定值，将它们接在电路中,下列说法正确的是( )
BC
A.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为
B.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为
C.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为
D.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为
[解析] 当两灯泡串联时,电流相等,的额定电流为,电阻 ,的额定电流为,电阻,要使两灯泡都不被烧坏,电路中的最大电流为,最大功率为,故A错误,B正确;当两灯泡并联时,电压相等,当电压为时,两灯泡均可正常发光,此时电路中最大功率为,故C正确,D错误.
5.[2024·福建福州一中月考] 实验原理图如图甲所示，实验中闭合开关后，调节电阻箱的电阻，并记录阻值和电流表的示数，用描点连线法得到如图乙所示的电流与电阻的关系图像.当电阻箱阻值 时，电阻箱消耗的电功率为( )
A
A. B. C. D.
[解析] 根据乙图可知，当电阻箱阻值 时，电流为，电阻箱消耗的电功率为，故A正确.
知识点三 电路中的能量转化
6.如图所示,小灯泡的电阻和电动机的内阻都等于,串联接到电路中,开关接通后,电动机正常工作.设灯泡和电动机两端的电压分别为和,经过时间,电流通过灯泡做功为,产生热量为,电流通过电动机做功为,产生热量为,则( )
C
A. B. C. D.
[解析] 设开关接通后电路中电流为,对于小灯泡,由欧姆定律得,对于电动机,有,则,故A错误;电流做的功,由于,所以,故B错误;根据焦耳定律得,,则,故C正确;电动机做的功大部分转化为机械能,所以,故D错误.
7.[2024·辽宁大连八中月考] 如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示.在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的电阻为，则时间内( )
A
A.充电宝输出的电功为 B.充电宝产生的热功率为
C.手机电池产生的焦耳热为 D.手机电池储存的化学能为
[解析] 充电宝的输出电压为、输出电流为，
所以时间内充电宝输出的电功为，A
正确；充电宝内的电流也是，但其电阻未知，
所以无法判断充电宝产生的热功率，B错误；
是充电宝的输出电压，不是手机电池的内电压，所以不能用计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为，故C错误；充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为手机电池产生的焦耳热，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为，D错误.
8.[2024·山东济宁期中] 如图所示，将一盏标有“，”的灯泡和一电阻为 的电解槽串联后，接在电压恒为的直流电源两端，灯泡正常发光，则( )
D
A.电路消耗的总功率为 B.电解槽消耗的电功率为
C.电解槽的发热功率为 D.电解槽的输出电功率为
[解析] 灯泡正常发光，灯泡两端电压为，电路中的电流为，电路消耗的总功率为，故A错误；电解槽与灯泡串联，电解槽两端的电压为，电解槽消耗的电功率为
，故B错误；电解槽的发热功率，故C错误；电解槽的输出功率为，故D正确.
9.[2024·天津实验中学月考] 如图甲所示为一台冬天取暖用的暖风机.其内部电路可简化为图乙所示,加热电阻丝与电动机串联,电动机带动风叶转动,将加热后的热空气吹出.设电动机的线圈电阻为,电阻丝的电阻为,将暖风机接到额定电压为的电源上,正常工作时,电路中的电流为,电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为、、,则下列关系式正确的是( )
C
A. B. C. D.
[解析] 暖风机消耗的电功率是总的功率,总功率的大小为,故C正确;电动机两端的电压,电动机消耗的电功率为,故A错误;电阻丝为纯电阻用电器,所以消耗的电功率,故B错误;因为电动机是非纯电阻用电器,所以暖风机消耗的电功率,故D错误.
10.某学习小组用图示的电路图研究小电动机的电流与电压关系.通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，测量得到下表记录的信息.若认为小电动机的电阻是不变的，则( )
序号 电压 电流 电动机工作状态
1 1.25 0.50 卡住未转动
2 2.00 0.20 稳定转动
3 3.50 0.30 稳定转动
B
A.小电动机的电阻大约为
B.当小电动机两端的电压为时，其发热功率为
C.当小电动机两端的电压为时，其电功率为
D.当小电动机两端的电压为时，其对外做功的功率为
[解析] 将电压表当作理想电压表，当小电动机两端的电压为时，小电动机卡住未转动，电功率等于内阻发热功率，，将第一组数据代入可解得 ，故A错误；当小电动机两端的电压为时，电流是，由，得其发热功率为，故B正确；
当小电动机两端的电压为时，其电功率，故C错误；当小电动机两端的电压为时，其对外做功的功率，故D错误.
11.(多选)[2024·山东烟台二中月考] 如图所示，一个电饭煲和一台洗衣机同时并联接在恒压电源上，均正常工作.设电饭煲的电阻为、洗衣机电动机线圈的电阻为.测得流过电饭煲的电流为，流过洗衣机的电流为，电饭煲消耗的电功率为、热功率为，洗衣机消耗的电功率为、热功率为.则下列关系正确的是( )
AB
A. B. C. D.
[解析] 电饭煲的电阻为，洗衣机不是纯电阻用电器，，求得，A正确；消耗的电功率分别为、，解得，B正确，C错误；电饭煲和洗衣机热功率分别为、，解得，D错误.
12.某国产品牌电动汽车的铭牌如下，已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压，则下列说法正确的是( )
规格 后轮驱动直流电动机
车型：电动汽车 电动机额定输出功率：
整车质量： 额定转速：
蓄电池(容量，输出电压：约为) 额定工作电压/电流：
D
A.电动机正常工作时消耗的电功率为
B.电动机的内阻为
C.蓄电池充满电后储存的电能约为
D.电动汽车在额定功率下能连续行驶的最长时间约为
[解析] 电动机正常工作时消耗的电功率，故A错误；电动机的发热功率，则电动机内阻 ，故B错误；蓄电池充满电后储存的电能，故C错误；电动汽车在额定功率下连续行驶的最长时间为，故D正确.
13.有一个直流电动机,把它接入电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是;把它接入电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是.
(1) 求这台电动机的内阻;
[答案]
[解析] 电动机不转时电路为纯电阻电路,由欧姆定律可知,电动机线圈的内阻
(2) 求电动机正常工作时的输出功率;
[答案]
[解析] 电动机正常工作时电路为非纯电阻电路,消耗的总功率
线圈内阻的热功率
则电动机正常工作时的输出功率
(3) 若在正常工作时,转子突然被卡住,则此时电动机的热功率为多大
[答案]
[解析] 电动机的转子突然被卡住时,此时电路为纯电阻电路,热功率