第二章 第5节 焦耳定律 课后作业 Word版含解析

1．(电功率)下列关于电功率的说法中，正确的是(　　)
A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关
B．用电器的实际功率取决于用电器的额定功率
C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率
D．电功率越小，则电流做功越少
答案　C
解析　用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，故A错误，C正确；用电器实际功率的大小是由加在它两端的电压和通过它的电流决定的，B错误；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D错误。
2．(焦耳定律和热功率)一台电动机，额定电压为100 V，电阻为1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为(　　)
A．500 W B．25 W C．1000 W D．475 W
答案　B
解析　电动机的热功率P＝I2r＝52×1 W＝25 W，B正确，A、C、D错误。
3．(电功与电热)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　电动机是非纯电阻元件，其两端电压U2>IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此W14．(电功和电热)(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝IUt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，IU>I2R
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
答案　BCD
解析　由P＝知，电功率越大，电流做功越快。对于一段电路，有P＝IU，I＝，焦耳热Q＝2Rt，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝IUt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即IU>I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确。
5.(多选)关于三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝的适用范围，以下说法正确的是(　　)
A．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率
B．在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率
C．在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义
D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率
答案　BC
解析　首先要明确，欧姆定律I＝只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同；其次，P＝UI表示电功率，而P＝I2R表示热功率。
6．(串、并联电路中的电功率)三只电阻R1、R2和R3按如图所示连接，在电路的A、B端加上恒定电压后，电阻R1消耗的功率最大，则三只电阻的阻值大小关系为(　　)
A．R1>R2>R3 B．R2>R1>R3
C．R3>R2>R1 D．R1>R3>R2
答案　B
解析　电阻R1、R2并联，电阻两端的电压相等，因为电阻R1消耗的功率最大，由功率公式P＝，可判断R2>R1，由串、并联电路的特点可知，通过电阻R1的电流小于通过电阻R3的电流，根据功率公式P＝I2R，可判断R1>R3，故选B。
7．(串、并联电路中电功率)(多选)如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等。则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法，正确的是(　　)
A．U甲＞2U乙 B．U甲＝2U乙
C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙
答案　BC
解析　设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，P＝U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙；又由U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，故正确答案为B、C。
8．(电功和电热)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，此时测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。求：
(1)电动机线圈的电阻；
(2)电动机正常工作时的输出功率；
(3)在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率。
答案　(1)0.5 Ω　(2)1.5 W　(3)8 W
解析　(1)电动机不转时，电动机电路为纯电阻电路，根据欧姆定律可得线圈的电阻R＝＝0.5 Ω。
(2)电动机正常工作时的输入功率
P输入＝UI＝2×1 W＝2 W，
此时线圈的发热功率为P热＝I2R＝0.5 W，
电动机的输出功率P输出＝P输入－P热＝1.5 W。
(3)当转子被卡住之后，电动机为纯电阻元件，电动机的发热功率P热′＝＝ W＝8 W。
B组：等级性水平训练
9．(串、并联电路中的电功率)(多选)如图所示，电路两端电压U保持不变，滑动变阻器R的总阻值与R2的阻值均为20 Ω，电阻R1的阻值为5 Ω。在滑动变阻器R的滑片P由a向b滑动的过程中(　　)
A．干路中的电流不断增大
B．R1上消耗的电功率不断增大
C．R1上消耗的电功率不断减小
D．R2上消耗的电功率不断减小
答案　ABD
解析　滑片P由a向b滑动的过程中滑动变阻器接入电路的电阻变小，R并变小，R总变小，电路中的总电流变大，R1两端电压变大，R1消耗的电功率变大；并联部分电压变小，R2消耗的电功率变小。故A、B、D正确。
10．(电功和电热)如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1000 W。关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)
A．电热丝的电阻为55 Ω
B．电动机线圈的电阻为 Ω
C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为1000 J
D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1000 J
答案　A
解析　电吹风吹热风时电热丝消耗的功率为P＝1000 W－120 W＝880 W，对电热丝，由P＝可得电热丝的电阻为R＝＝ Ω＝55 Ω，A正确；由于不知道电动机线圈的发热功率，所以电动机线圈的电阻无法计算，B错误；当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J，C错误；当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J，D错误。
11．(电功和电热)如图所示的电路中，电炉电阻R＝10 Ω，电动机线圈的电阻r＝1 Ω，电路两端电压U＝100 V，电流表的示数为30 A，问通过电动机的电流为多少？通电一分钟，电动机做的有用功为多少？
答案　20 A　9.6×104 J
解析　根据欧姆定律，通过电炉的电流为
I1＝＝ A＝10 A。
根据并联电路中干路电流和支路电流的关系，通过电动机的电流为I2＝I－I1＝20 A。
电动机的总功率为P＝UI2＝100×20 W＝2×103 W。
因发热而损耗的功率为P′＝Ir＝400 W。
电动机的有用功率(机械功率)为
P″＝P－P′＝1.6×103 W，
电动机通电1 min做的有用功为
W＝P″t＝1.6×103×60 J＝9.6×104 J。
12．(综合应用)一辆电动自行车的铭牌上给出的技术参数如下表。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恒为车和人总重力的k倍，k＝0.02。取g＝10 m/s2。求：
(1)此电动自行车的电动机在额定电压下正常工作时的效率；
(2)仅在电动机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速率；
(3)仅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，人骑车的加速度大小。
答案　(1)85.7%　(2)6.0 m/s　(3)0.4 m/s2
解析　(1)由题表可知，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
又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%。
(2)设车的质量为m，
则车行驶时所受阻力为f＝k(M＋m)g
当达到最大速度vm时，应有P出＝fvm
所以最大速度vm＝＝6.0 m/s。
(3)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＝(M＋m)a，解得a＝0.4 m/s2。