高中物理教科版选修3-1检测：第二章　6.焦耳定律　电路中的能量转化 Word版含解析

6.焦耳定律　电路中的能量转化
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
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,选项B正确,选项A、C、D错误.
答案:B
2.一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=3.6×500100 mW=18 mW=1.8×10-2 W,选项C正确.
答案:C
3.室内有几种用电器: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.如果进线处配有13 A的保险丝,供电电压为220 V,下列情况下不可能同时使用的是(　　)
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
解析:电路中允许的最大功率Pmax=UI=2 860 W,用电器的功率之和大于Pmax时,用电器就不可以同时使用,故选C.
答案:C
4.电阻R1和R2的伏安特性曲线如图所示,图线把第一象限分为了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,现把R1和R2并联在电路中,消耗的电功率分别用P1和P2表示;并联的总电阻设为R,下列关于P1与P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域的描述正确的是(　　)
A.P1B.P1C.P1>P2,特性曲线在Ⅰ区
D.P1>P2,特性曲线在Ⅱ区
解析:由伏安特性曲线知R1P2.由电阻关系R答案:C
5.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=14R3=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
6.如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机绕线电阻R2=10 Ω,当开关S断开时,电流表的示数I1=0.5 A;当开关S合上后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,此时电流表的示数I和电路消耗的电功率P应满足(　　)
A.I=1.5 A B.I>1.5 A
C.P=15 W D.P<15 W
解析:当开关S断开时,电动机没有通电,欧姆定律成立,所以电路两端的电压U=I1R1=10 V;当开关S闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,通过电动机的电流应满足UI2>I22R2,故I2<1 A;所以电流表的示数I<1.5 A,电路消耗的电功率P=UI<15 W.
答案:D
7.如图所示,已知UAB=6 V,当滑动变阻器滑片P位于正中位置时,额定电压为3 V的灯泡L正常发光,当滑片滑至最左端时,电灯实际功率为2 W,求此灯泡的额定功率和滑动变阻器的总电阻.
解析:设滑动变阻器总电阻为Rm,灯泡电阻为RL,则根据P位于正中位置时灯泡正常发光,电压为3 V,滑动变阻器的电压为3 V,得RL=Rm2.
P位于最左端时滑动变阻器的有效电阻为R=Rm=2RL
由功率关系知此时滑动变阻器的功率
P'=2PL'=4 W
I=PL'+P'UAB=2+46 A=1 A
滑动变阻器的总电阻
Rm=P'I2=412 Ω=4 Ω,故RL=Rm2=2 Ω
灯泡的额定功率
P额=U额2RL=322 W=4.5 W.
答案:4.5 W　4 Ω
能力提升
1.加在某台电动机上的电压是U,电动机消耗的电功率为P,电动机线圈的电阻为R,则电动机的机械功率为(　　)
A.P
B.U2R
C.P2U2R
D.P?P2U2R
解析:由P=IU得,电路中的电流I=PU,电动机的发热功率Pr=P2U2·R,故电动机的输出功率P机=P?P2RU2,选项D正确.
答案:D
2.下图中的路灯为太阳能路灯,每只路灯的光伏电池板的有效采光面积约为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约为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约为(　　)
A.4.8% B.9.6%
C.16% D.44%
解析:每天(6 h)光电池吸收的太阳能W总=0.3×3×106×6 J=5.4×106 J,路灯工作8 h消耗的电能W有用=Pt=30×8×3 600 J=8.64×105 J,光电池的光电转换效率η=W有用W总=8.64×1055.4×106=16%,故选C.
答案:C
3.(多选)如图所示的电路中,L1、L2是两个不同的小灯泡,都正常发光,a、b间有恒定的电压.当滑动变阻器的滑片向右滑动时,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
解析:滑动变阻器滑片向右滑动时阻值增大,并联部分的电阻变大,分得的电压变大,所以L2两端电压增大,L2变亮,L1分得电压变小,L1变暗,选项A错误,选项B正确;因为滑动变阻器电阻变大,总电阻变大,由P=U2R可知,U一定,P减小,即电路总功率减小,选项C正确;又因为总电阻增大,总电流减小,而L2电压变大,电流变大,所以流过滑动变阻器的电流减小,选项D正确.
答案:BCD
4.(多选)如图所示的电路中,电压UAB=9 V,电阻R1消耗的功率P1=15 W,R2的电流I2=2 A,R3=2 Ω,则可得 (　　)
A.电阻R1=0.2 Ω
B.电阻R1=0.6 Ω
C.电阻R2=2 Ω
D.电阻R2=3 Ω
解析:根据题意可知I3+I2=I1,电阻R1消耗的功率 P1=I12R1,R2和R3并联,则U2=U3=I3R3,总电压 UAB=U1+U2,代入数据解得R1=0.6 Ω,R2=3 Ω,故选项B、D正确.
答案:BD
5.(多选)马路上的“微公交”是用蓄电池对车上的电动机供电,电动机为车提供动力.若车上蓄电池输出电压为48 V,电池容量为120 A·h,电动机额定电压为48 V,额定功率为1.2 kW,则(　　)
A.电动机在额定电压下工作时,额定电流为25 A
B.蓄电池充满电时能储存5 760 J的能量
C.蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作4.8 h
D.电动机在额定电压下工作1 h,流过的电荷量为4.32×105 C
解析:由P=UI知,电动机在额定电压下的额定电流为I=PU=1 20048 A=25 A,选项A正确;蓄电池储存的电能最多为E=UQ=48×120×3 600 J≈2.07×107 J,选项B错误;最长工作时间t=EP=2.07×1071.2×103 s=17 250 s≈4.8 h,选项C正确;电动机在额定电压下工作1 h,流过的电荷量q=It'=25×3 600 C=9×104 C,选项D错误.
答案:AC
6.电动机提升重物的装置如图所示,电动机线圈的电阻为r=1 Ω,电动机两端的电压为5 V,电路中的电流为1 A,物体A重20 N,不计摩擦力,求:
(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少?
(2)电动机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?
解析:本题考查的是电动机电路问题,关键是区分电动机的各种功率,并注意它们之间的联系.
(1)根据焦耳定律,热功率P热=I2r=12×1 W=1 W.
(2)输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积,P入=IU=1×5 W=5 W;输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率,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,转化为机械功率,在10 s内,P出t=mgh,解得h=P出tmg=4×1020 m=2 m.
(4)机械效率η=P出P入×100%=80%.
答案:(1)1 W　(2)5 W　4 W　(3) 2m　(4)80%
7.规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:
(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;
(2)如果接上电源后,扇叶被卡住不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率.
解析:(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为
I=PU=36220 A=0.16 A
发热功率为
P热=I2R=(0.16)2×40 W=1 W
转化为机械能的功率为
P机=P-P热=36 W-1 W=35 W.
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电器,电流做功全部转化为内能,此时电动机中电流为I'=UR=22040 A=5.5 A
电动机消耗的功率即电功率等于发热功率
P电'=P热'=UI'=220×5.5 W=1 210 W.
答案:(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W