高中物理鲁科版选修3-1 练习焦耳定律Word版含解析

　焦耳定律
基础巩固
1一阻值为10 Ω的定值电阻,通有0.5 A的恒定电流,10 s内产生的热量为(　　)
A.2.5 J B.5 J C.25 J D.50 J
答案:C
2(多选)一个电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻值相同,都为R,设通过它们的电流相同(电动机正常运转),则在相同的时间内(　　)
A.电炉和电动机产生的电热不相等
B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D.电炉和电动机两端电压相等
解析:电炉和电动机的电流与电阻相同,所以电炉和电动机产生的电热相等,选项A错误;电动机的电压要大于电炉上的电压,电动机消耗功率大于电炉消耗功率,故选项B、C正确,选项D错误。
答案:BC
3通过电阻R的电流为I时,在时间t内产生的热量为Q;若电阻为2R,电流为I2时,则在时间t内产生的热量为 (　　)
A.4Q　 　　 B.2Q　 　　 C.Q2 　　　D.Q4
解析:由电热公式Q=I2Rt可得Q'=I22×2Rt=12I2Rt=12Q。
答案:C
4一根电阻丝,通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J。若在相同的时间内通过4 C电荷量,则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
解析:由W=qU,知U1=W1q1=4 V
当q2=4 C时,I2=2I1,所以U2=I2R=8 V
W2=q2U2=32 J,选项D正确。
答案:D
5(多选)如图所示,两电阻R1和R2的伏安特性曲线。若在两电阻两端加相同的电压,关于它们的电阻值及发热功率的比较正确的是(　　)
A.电阻R1的阻值较大
B.电阻R2的阻值较大
C.电阻R1的发热功率较大
D.电阻R2的发热功率较大
解析:由伏安特性曲线知R1P2。选项B、C正确。
答案:BC
6一块手机电池的背面印有如图所示的一些符号,另外在手机使用说明书上还写有“通话时间3 h,待机时间 100 h”,则该手机通话和待机时消耗的功率分别约为(　　)
A.1.8 W,5.4×10-2 W B.3.6 W,0.108 W
C.0.6 W,1.8×10-2 W D.6.48×103 W,1.94×102 W
解析:题图中所提供的电池的容量为500 mA·h,则通话时消耗的功率P1=Uqt=3.6×5003 mW=600 mW=0.6 W,同理待机时消耗的功率为P2=18 mW=1.8×10-2 W,C正确。
答案:C
7如图所示,灯L1和L2的铭牌标有“12 V 4 W”的字样,灯L3和L4的铭牌标有“24 V 4 W”的字样,如A、B两端电压为24 V,则下述结论正确的是(　　)
A.四个灯同样亮 B.L4灯最亮,L3灯最暗
C.L4灯最暗,L3灯最亮 D.L1灯最亮,L2灯最暗
解析:由额定值可知R1=R2=14R2=14R4,根据串、并联电路的电流关系I1=I4,I2=45I1,I3=15I1,所以P4最大,P3最小,选项B正确。
答案:B
8如图所示电路中,电源电压为60 V,内阻不计,电阻R=2 Ω,电动机M的内阻R0=1.6 Ω,电压表的示数为50 V,电动机正常工作,求电动机的输出功率。
解析:电压表的示数为电动机两端的电压,电源电压已知,可得UR=U源-U机=(60-50) V=10 V
由欧姆定律I=URR=5 A
对电动机由能量关系得P电=P热+P出
解得P出=P电-P热=U机I-I2R0
=(50×5-52×1.6) W=210 W。
答案:210 W
能力提升
1图中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.U2R
C.UI D.UI-I2R
解析:A、B项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,选项C正确。
答案:C
2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是(　　)
A.1∶1∶1 B.4∶1∶1
C.1∶4∶4 D.1∶2∶2
解析:对R2、R3,由P=U2R知R2∶R3=1∶1,对R1、R2,由P=I2R;I1=2I2,所以R1∶R2=I22∶I12=1∶4,选项C正确。
答案:C
3(多选)一个用半导体材料制成的电阻D,其电流I随它两端的电压U的关系图像如图甲所示,将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源上,如图乙所示,三个用电器消耗的电功率均为P。现将它们连接成如图丙所示的电路,仍然接在该电源的两端,设电阻D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2,它们之间的大小关系为(　　)
A.P1=4P2 B.PDC.P1<4P2 D.PD>P2
解析:由题意,电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,三个用电器消耗的电功率均为P,此时三个电阻的阻值相等;当将它们连接成如图丙所示的电路,接在该电源的两端时,电阻器D的电压小于电源的电压,由图甲可知,电阻器D的电阻增大,则有RD>R1=R2,而RD与R2并联,电压相等,根据欧姆定律得知,电流ID2ID;P1=I12R1,P2=I22R2,所以得到P1<4P2,故A错误,C正确;PD=U并2RD,P2=U并2R2,RD>R2,故PD答案:BC
4(多选)理发用的电吹风机中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到热风将头发吹干,设电动机的线圈电阻为R1,它与电热丝的电阻R2串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,电流为I,消耗的电功率为P,则有(　　)
A.PC.P=UI D.P>I2(R1+R2)
解析:电动机电路在电机正常转动时,电动机消耗的功率P=UI,且大于发热功率,选项C、D正确。
答案:CD
5(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机线圈的电阻R2=10 Ω。当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I或电路消耗的电功率P是(　　)
A.I=1.5 A B.I<1.5 A
C.P=15 W D.P<15 W
解析:电路两端的电压为U=I1R1=0.5 A×20 Ω=10 V。电动机是非纯电阻元件,UI2>I22R2,所以I2<UR2=1 A。电流表的示数I=I1+I2<1.5 A,A错误,B正确。电路总功率为P=U(I1+I2)<15 W,C错误,D正确。
答案:BD
6如图所示,电源电压恒为U=14 V,小灯泡L标有“4 V 8 W”,电动机的线圈电阻rM=1.0 Ω,当滑动变阻器调到 2 Ω 时,小灯泡与电动机均正常工作,求电动机的机械效率。
解析:因为小灯泡和电动机均正常工作。
对灯泡PL=IUL,I=84 A=2 A。
电动机的发热功率
PrM=I2rM=22×1.0 W=4 W
电动机的总功率P=I(U-UL-UR)=12 W
电动机的输出功率
P机=P-PrM=8 W
η=P机P=66.7%。
答案:66.7%
7★一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表:
规格
后轮驱动直流永磁铁电机
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
质量为70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力Ff恒为车和人总重的150。g取10 m/s2,求:
(1)此车电机在额定电压下正常工作的效率;
(2)仅在电机以额定功率提供动力的情况下,人骑车行驶的最大速度;
(3)仅在电机以额定功率提供动力的情况下,当车速为v1=1.0 m/s时,人骑车的加速度。
解析:(1)电机的额定电压为U0=40 V,额定电流为I0=3.5 A,所以电机正常工作时输入功率为P入=U0I0=140 W
又因电机的输出功率为P出=120 W,所以电机的效率为η=P出P入×100%≈85.7%。
(2)行驶时所受阻力为Ff=k(m人+m车)g
当达到最大速率vmax时,应有
P出=Ffvmax
所以最大速率vmax=P出Ff=6.0 m/s。
(3)当车速为v1=1.0 m/s时,牵引力F=P出v1=120 N
设此时车的加速度为a,根据牛顿第二定律得F-Ff=(m人+m车)a
解得a=1.0 m/s2。
答案:(1)85.7%　(2)6.0 m/s　(3)1.0 m/s2