第2章 部分电路的欧姆定律　焦耳定律 Word版含解析

1.(2018·浙江6月学考,13)两根材料和长度均相同的合金丝a,b的伏安特性曲线分别如图中A,B所示,则a,b的电阻Ra,Rb以及横截面积Sa,Sb的关系正确的是(　B　)
A.Ra>Rb,Sa>Sb B.Ra>Rb,SaC.RaSb D.Ra解析:由图象可知Ra>Rb,由R=ρ可得Sa2.当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　D　)
A.3 V,1.8 J B.3 V,3.6 J
C.6 V,1.8 J D.6 V,3.6 J
解析:根据电流做功的定义W=UIt=qU可得,U1=3 V;为在相同时间内通过该电阻的电荷量加倍,即电流加倍,由U=IR知,U2=6 V;再由W=qU得W2=3.6 J。
3.小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大,加在灯泡两端的电压较小时,通过灯泡的电流也较小,灯丝的温度较低;加在灯泡两端的电压较大时,通过灯泡的电流也较大,灯丝的温度较高。已知一只灯泡两端的电压为1 V时,通过灯泡的电流为0.5 A;灯泡两端的电压为3 V时,通过灯泡的电流是1 A;则灯泡两端电压为2 V时,通过灯泡的电流可能是(　C　)
A.0.5 A B.0.6 A
C.0.8 A D.1 A
解析:灯泡两端的电压为1 V时,电流为0.5 A,灯泡的电阻R1=2 Ω,灯泡两端电压为3 V时,电流为1 A,灯泡的电阻R2=3 Ω。当灯泡两端电压为2 V时,灯泡的电阻大于2 Ω而小于3 Ω,所以这时通过灯泡的电流大于 A,而小于1 A,故选项C正确。
4.有Ⅰ,Ⅱ两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1∶l2=1∶5,横截面积之比为S1∶S2=2∶3,电阻之比为R1∶R2=2∶5,外加电压之比为U1∶U2=1∶2,则它们的电阻率之比为(　B　)
A.2∶3 B.4∶3 C.3∶4 D.8∶3
解析:由R=ρ得ρ=,ρ1∶ρ2==4∶3,选项B正确。
5.电话的话筒可以把声音信号转换为电流信号。碳精话筒的结构如图所示,碳精盘和振动膜之间充满了接触不紧密的碳粒。声音使振动膜振动,改变碳粒接触的紧密程度,可改变电路中电流的大小。对此,以下说法正确的是(　C　)
A.如果声波的频率越高,则电路中的电流越大
B.如果声波的频率越高,则电路中的电流越小
C.如果声波的振幅越高,则电路中的电流越大
D.如果声波的振幅越高,则电路中的电流越小
解析:改变碳粒接触的紧密程度,实际上改变的是其电阻,接触越紧密,电阻越小;而声波的振幅越高,则碳粒接触的程度越紧密,电阻越小,电流越大。
6.(2019·浙江1月学考)如图是常见的LED显示屏。现有一显示屏是由某种型号的LED灯组成的,每只灯在不同电压下发出不同颜色的光,发光时的工作电流均约为20 mA。当电压为1.4 V时发红光,当电压为1.8 V时发黄光,当电压为3.2 V 时发蓝光。已知该显示屏面积为3 m2,1 m2灯的数量为1.0×104个,则当整个显示屏上所有LED灯都发光时,LED灯的总电功率最接近(　B　)
A.1×102 W B.1×103 W
C.1×104 W D.1×106 W
解析:当整个显示屏上所有LED灯都发光时,可取LED灯的工作电压为3.2 V,则该显示屏的总电功率应为P=nUI=3×1.0×104×3.2×
0.02 W=1 920 W,故最接近于1×103 W,选项B正确。
7.一般金属材料的电阻率有以下特性:纯金属的电阻率小,合金的电阻率大;电阻率随温度的升高而增大,但有的金属电阻率随温度变化而显著变化,有的合金的电阻率几乎不受温度的影响。根据以上信息,判断以下说法中正确的是(　B　)
A.连接电路的导线一般用合金来制作
B.电炉、电阻器的电阻丝一般用合金来制作
C.电阻温度计一般是利用电阻率几乎不受温度影响的合金制成
D.标准电阻一般是利用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料
制成
解析:连接电路的导线电阻越小越好;电炉、电阻器的电阻丝需要有较大的电阻值;电阻温度计的电阻值需要随温度明显变化;标准电阻的阻值不能随温度变化而变化。
8.实验中,为调节电路中的电流强度的大小,常将两变阻器串联如图a或并联如图b在电路中,分别用以粗略和精细调节。已知图中变阻器R1的最大值远大于变阻器R2的最大值,则以下说法正确的是(　D　)
A.当电路a并联接入电路中时,起粗略调节作用的是电阻R2
B.当电路b串联接入电路中时,起精细调节作用的是电阻R2
C.把电路a无论串联还是并联接入电路中,电阻R1都起精细调节作用
D.把电路b无论串联还是并联接入电路中,电阻R2都起粗略调节作用
解析:变阻器R1与R2串联时,总电阻值主要取决于大电阻,故调节R1时电路中电流变化较大,即R1起粗略调节作用;而当变阻器R1与R2并联时,总电阻值则主要取决于小电阻,故调节R2时电路中电流变化较大,即R2起粗略调节作用。故选项D正确。
9.如图是某品牌吊扇的相关参数,假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇叶的总质量为7 kg,则吊扇(g=10 m/s2)(　B　)
A.吊扇的内电阻为880 Ω
B.以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 A
C.正常工作时吊扇机械功率等于55 W
D.正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N
解析:由于吊扇不是纯电阻元件,根据题述和铭牌数据,不能计算出吊扇的内电阻,选项A错误;由P=UI可得,以额定功率工作时通过吊扇的电流为I==0.25 A,选项B正确;铭牌中给出的是吊扇额定功率55 W,由于电流热效应和机械损耗,正常工作时吊扇机械功率一定小于55 W,选项C错误;吊扇正常工作时,对空气有向下的作用力,根据牛顿第三定律,空气对吊扇有向上的作用力,所以正常工作时吊杆对转盘的拉力一定小于70 N,选项D错误。
10.夏天的空调器正常工作时,制冷状态与送风状态交替运行。若整晚开启额定电压为220 V、制冷时工作电流为7.4 A的空调,与整晚使用“220 V,65 W”的电风扇相比,则空调消耗的电能与电风扇消耗电能的倍数最接近于下列数值中的(　C　)
A.0.04倍 B.2倍 C.20倍 D.30倍
解析:空调制冷状态下的功率P=UI=220×7.4 W=1 628 W,该数值约为“65 W”的25倍;考虑到送风状态下的功率应明显小于制冷状态的功率,故D错误,A,B脱离实际,选C最合适。
11.下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大行驶速度行驶,则(　D　)
自重
40 kg
额定电压
48 V
载重
75 kg
额定电流
12 A
最大行驶速度
20 km/h
额定输出功率
350 W
A.电动机的输入功率为350 W
B.电动机的内电阻为4 Ω
C.该车获得的牵引力为104 N
D.该车受到的阻力为63 N
解析:由于U=48 V,I=12 A,则P入=IU=576 W,故选项A错误;因P入=
P出+I2r,得r= Ω= Ω,故选项B错误;由P出=Fv=Ffv,得F=Ff=
63 N,故选项C错误,D正确。
12.如图所示的电路中,电源的输出电压恒为U,电动机M线圈电阻与电炉L的电阻相同,电动机正常工作,在相同的时间内,下列判断正确的是(　A　)
A.电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
B.电炉两端电压大于电动机两端电压
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
D.电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率
解析:电炉是纯电阻电器,电动机是非纯电阻电器,由于电炉和电动机构成串联电路,二者的电流相等,而RL=RM,则电炉两端电压小于电动机两端电压,又Q=I2Rt,P=UI,故A正确,B,C,D错误。
13.如图所示,图甲有一电动机,当滑动变阻器的触头从一端滑到另一端的过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示,已知电流表读数在0.2 A以下时,电动机没有发生转动,不考虑电表对电路的影响,以下结论不正确的是(　C　)
A.电路中的电源电动势为3.9 V
B.电动机的电阻为4 Ω
C.此电路中,电动机的最大输出功率为0.90 W
D.变阻器的最大阻值为32 Ω
解析:由于图乙中最上面的图线表示电压表V2的电压与电流表A的电流的变化关系,此图线的斜率大小等于电源的内阻,即r= Ω=
3 Ω;因为电流I=0.1 A时,U=3.6 V,则电源的电动势E=U+Ir=3.6 V+
0.1×3 V=3.9 V,故A正确;由图乙中下方图线可知,电动机的电阻rM= Ω=4 Ω,故B正确;当I=0.3 A时,U=3 V,电动机的输入功率最大,最大输入功率为P=UI=3×0.3 W=0.9 W,电动机热功率为PrM=I2rM=0.32×4 W=0.36 W,则最大的输出功率为P出=0.9 W-0.36 W=
0.54 W,故C不正确;当I=0.1 A时,电路中电流最小,变阻器的电阻为最大值,所以R=-r-rM=（-3-4）Ω=32 Ω,故D正确。
能力提升
14.如图1是正被广泛使用的太阳能路灯,图2是其简化电路,光控开关S白天与触点1接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点2接触,蓄电池给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能
6 kW·h,能使“24 V,15 W”的路灯正常工作6天(假设路灯平均每天工作8 h)。则该路灯(　D　)
A.所采用蓄电池的电动势为24 V
B.正常工作时的电流是1.6 A
C.正常工作一天消耗的电能是0.015 kW·h
D.把光能转化为有效电能的转化效率为12%
解析:蓄电池有内阻,要使路灯正常工作,其电动势应大于24 V,A错误;由P=UI可得,路灯正常工作时的电流I== A=0.625A,B错误;路灯正常工作时的功率P=15 W=0.015 kW,该路灯正常工作一天消耗的电能W=Pt=0.015 kW×8 h=0.12 kW·h,C错误;路灯正常工作6天消耗的电能是W电=nW=6×0.12 kW·h=0.72 kW·h,太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率η=×100%=×100%=12%,D正确。
15.通常一次闪电过程历时约0.2～0.3 s,它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40～80 μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V,云地间距离约为1 km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为
6 C,闪击持续时间约为60 μs。根据以上数据,下列判断正确的是(　C　)
A.整个闪电过程向外释放的能量约为6×109 J
B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W
C.闪电电流的瞬时值可达到1×105 A
D.闪电过程电荷运动的速度约为1.67×108 m/s
解析:第一个闪击过程中电功约为W=QU=6×109 J,则整个闪电过程向外释放的能量E>W=6×109 J,故A错误;第一个闪击过程的平均功率约为P==1×1014 W,由于一次闪电过程的电荷转移主要发生在第一个闪击过程中,但整个闪电过程中的时间远大于60 μs,故B错误;根据题意第一个闪击过程中转移电荷量约为Q=6 C,时间约为t=60 μs,故平均电流为I平==1×105 A,闪电过程中的瞬时最大值一定大于平均值,故C正确;闪电过程电荷运动的速度与电流传播的速度没有关系,故D错误。
16.一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升所受重力为
4 N的物体时,通过它的电流是0.2 A。在30 s内可使该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:
(1)电动机的输入功率。
(2)在提升重物的30 s内,电动机线圈所产生的热量。
(3)线圈的电阻。
解析:(1)电动机的输入功率
P入=IU=0.2×3 W=0.6 W。
(2)电动机提升重物的机械功率
P机=Fv=4× W=0.4 W,
根据能量关系P入=P机+PQ,得热功率
PQ=P入-P机=(0.6-0.4)W=0.2 W,
所产生的热量
Q=PQt=0.2×30 J=6 J。
(3)根据焦耳定律Q=I2Rt,得线圈的电阻
R== Ω=5 Ω。
答案:(1)0.6 W　(2)6 J　(3)5 Ω
17.如果人或牲畜站在距离电线落地点8～10 m以内或雷雨天的大树附近,就可能发生触电事故,这种触电叫做跨步电压触电。人受到较高的跨步电压作用时,双脚会抽筋而身体倒地。经验证明,人倒地后电流在体内持续作用2 s,就会致命。当人发觉跨步电压威胁时,应赶快把双脚并在一起,或尽快用一条腿跳着离开危险区。跨步电压示意图如图所示,人受到跨步电压时,电流是沿着人的下身,从脚经腿、胯部又到脚与大地形成通路,若站在湿地上某人两脚间距离为0.5 m,一只脚的电阻是300 Ω,躯干内部电阻为1 000 Ω,设每米湿地的电阻为
100 Ω。
(1)若通过人体躯干的电流为0.1 A时,则跨步电压和通过人体和湿地的总电流为多大?
(2)若人两脚之间距离增大为1.0 m过程中通过人体和湿地的总电流不变,则跨步电压和通过人体产生的电功率各为多少?如果通过躯干的电流达到0.1 A至1.0 A时就能使心脏进入纤维性颤动而对人体产生伤害甚至导致死亡,那么以上两种情况对人体有危险吗?
解析:(1)把人体两脚之间和两脚之间湿地分别看成一个电阻,则两电阻并联,人体两脚间电阻为
R1=(300×2+1 000)Ω=1 600 Ω,
当两脚间距离为0.5 m时两脚间湿地电阻为
R2=100×0.5 Ω=50 Ω,
跨步电压为U=I1R1=0.1×1 600 V=160 V,
电路中总电阻为R总=,
电路中的总电流
I=×(R1+R2)=×(1 600+50) A
=3.3 A。
(2)当两脚间距离为1.0 m时两脚间湿地电阻为
R2′=ρ·L1′=100×1.0 Ω=100 Ω,
两脚间总电阻为R总′=,
跨步电压为U′=IR总′=3.3× V≈310.6 V。
通过人体的电流产生的电功率为
P==W≈60.3 W。
通过人体的电流I2==A≈0.19 A,
所以题目中所述两种情况对人体都有极大的危险。
答案:(1)160 V　3.3 A　(2)见解析