《学霸笔记 同步精讲》第12章 电能 能量守恒定律 1.电路中的能量转化 练习（教师版）物理人教版必修3

1.电路中的能量转化
课后训练巩固提升
基础巩固
1.关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　)
A.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=Q
B.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于Q
C.W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立
D.W=UIt在任何电路中成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立
答案:B
解析:W=UIt、Q=I2Rt适用于一切电路,但在纯电阻电路中W=Q,在非纯电阻电路中W>Q,B对,A、C、D错。
2.把6个相同的电灯接成如图甲、乙所示的两个电路,通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值,使两组电灯均能正常发光,并且两电路消耗的总电功率也相同,则R1、R2大小满足(　　)
A.R2=9R1 B.R2=6R1
C.R2=3R1 D.R1=R2
答案:A
解析:设每个灯泡正常发光时的电流为I,则题图甲中总电流为3I,题图乙中总电流为I;要使两电路消耗的总电功率也相同,需使PR1=PR2,即(3I)2R1=I2R2,故R2=9R1,所以选项A正确。
3.下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容,根据表中的信息,可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为(　　)
型号 ××× 额定功率 900 W
额定电压 220 V 额定容量 1.2 L
A.6.8 A B.4.1 A
C.1.2 A D.0.24 A
答案:B
解析:由铭牌读出电热水壶额定功率为P=900 W,额定电压为U=220 V。由P=UI得,电热水壶的额定电流为I= A=4.1 A。
4.电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,开关接通后,电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过电阻R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,则有(　　)
A.U1C.W1=W2,Q1>Q2 D.W1答案:A
解析:电动机是非纯电阻,其两端电压U2>IR=U1,B错;电流做的功W1=IU1t,W2=IU2t,因此,W15.右图为一种服务型机器人,其额定功率为48 W,额定工作电压为24 V。机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人(　　)
A.额定工作电流为20 A
B.充满电后最长工作时间为2 h
C.电池充满电后总电荷量为7.2×104 C
D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J
答案:C
解析:根据P=UI 可知,额定电流应该为2 A,选项A错误。电池的容量为20 A·h,即当在额定电流为2 A的情况下工作时,能够工作的最长时间为10 h,选项B错误。电池充满电后的总电荷量为Q=It=20×3 600 C=7.2×104 C,选项C正确。在额定电流下,机器人功率为48 W,即每秒消耗能量为48 J,选项D错误。
6.一个标有“110 V　10 W”的灯泡,灯泡的电阻恒定,求它正常工作时的电阻和正常工作时的电流;如果接在100 V的电路中实际功率多大 如果接在220 V的电路中,它的实际功率多大 会发生什么现象
答案:1 210 Ω　0.09 A　8.26 W　0　灯丝烧断
解析:由P=,得灯泡正常工作时的电阻为
R= Ω=1 210 Ω
正常工作时的电流为I= A=0.09 A
如果接在100 V的电路中,其实际功率为
P1= W=8.26 W
如果接在220 V的电路中,由P=,得灯泡刚接通时的功率P'=40 W,超过灯泡的额定功率,所以灯泡的灯丝会烧断,此时实际功率应为0。
能力提升
1.图中的路灯为太阳能路灯,每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2。晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能为3×106 J。如果每天等效日照时间约为6 h,光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h。光电池的光电转换效率为(　　)
A.4.8% B.9.6%
C.16% D.44%
答案:C
解析:太阳能电池板每天(6 h)吸收的太阳能W总=0.3×3×106×6 J=5.4×106 J,路灯正常工作,P=P额=30 W,路灯正常工作8 h消耗的电能W有=Pt=30 W×8×3 600 s=8.64×105 J,太阳能路灯利用太阳能的效率η=×100%=16%。
2.现有额定电压均为110 V、额定功率PA=100 W、PB=40 W的灯泡两盏,若接在电压为220 V的电路上,使两盏灯泡均能正常发光,且消耗功率最小的电路是(　　)
答案:C
解析:判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是不是额定电压,或电流是不是额定电流,对灯泡有P=UI=,可知RA对于A电路,由于RAUA,且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灯又并联滑动变阻器,并联电阻小于RB,所以UB>U并,B灯被烧毁,A灯不能正常发光。
对于C电路,B灯与滑动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,若滑动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,当灯A、B均正常发光时,由于C电路中滑动变阻器功率为(IA-IB)×110 V,而D电路中滑动变阻器功率为(IA+IB)×110 V,所以C电路消耗电功率最小。
3.如图所示的电路中,L1、L2是两个不同的小灯泡,a、b间有恒定的电压,它们都正常发光,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,不可能发生的现象是(　　)
A.L1亮度不变,L2变暗
B.L1变暗,L2变亮
C.电路消耗的总功率变小
D.流过滑动变阻器的电流变小
答案:A
解析:滑动变阻器的滑片向右滑动时阻值增大,并联部分的电阻变大,分得电压增大,所以L2两端电压增大,变亮。L1分得电压减小,L1变暗,A不可能,B可能;因为滑动变阻器接入电路中的电阻增大,总电阻增大,由P=可知,U一定,P减小,即电路总功率减小,C可能;又因为总电阻增大,总电流减小,而L2电压增大,电流增大,所以流过变阻器的电流减小,D可能。
4.如图所示,M为电动机,N为电炉子,电炉子的电阻R=4 Ω,电动机的内阻r=1 Ω,恒定电压U=12 V。当S1闭合、S2断开时,理想电流表A示数为I1;当S1、S2同时闭合时,理想电流表A示数为I2=5 A。
(1)求理想电流表的示数I1及电炉子发热功率。
(2)求电动机的输出功率。
答案:(1)3 A　36 W　(2)20 W
解析:(1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律得
I1= A=3 A
其发热功率为PR=R=32×4 W=36 W。
(2)当S1、S2同时闭合时,流过电动机的电流为
I3=I2-I1=2 A
电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得
UI3=P出+r
代入数据解得P出=20 W。
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