人教版高二物理选修3-1课堂同步精选练习
2.5
焦耳定律（原卷版）
链接高考
在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50
A和
2.0
V。重新调节R并使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0
A和
24.0
V。则这台电动机正常运转时的输出功率为( )
A.32
W B.44
W
C.47
W
D.48
W
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内可使该物体被匀速提升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。
基础过关
(多选)关于电功和电功率,下列说法正确的是( )
A.电流做功就是电场力对电荷做功,从而把电能转化为其他形式的能
B.电功率越大,电流做功越多
C.电功率越大,电流做功越快
D.在相等时间内,额定功率越大的用电器,电流做功一定越多
(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=UIt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,UI>I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是( )
A.P甲=P乙
B.P甲=3P乙
C.P乙=3P甲
D.P乙>3P甲
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在任何电路中均成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立
(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同的时间内( )
A.电炉放热和电动机放热相等
B.电炉两端电压小于电动机两端电压
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
D.电动机消耗的电功率大于电炉的电功率
(多选)日常生活用的电吹风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,得到热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2串联,接到直流电源上,电吹风两端的电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下关系式正确的是( )
A.UI>P
B.UI=P
C.P>I2(R1+R2)
D.P=I2(R1+R2)
(多选)如图所示,R1=20
Ω,电动机M的线圈电阻R2=10
Ω,当开关断开时,电流表示数为0.5
A;当开关合上时,若电压U不变,电流表的示数I及电路消耗的功率P应是( )
A.I=1.5
A
B.I<1.5
A
C.P=15
W
D.P<15
W
电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,如图所示为某种电热式用电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:
(1)当开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?
(2)用电器由照明电路供电,U=220
V,设加热时用电器的功率为400
W,保温时用电器的功率为40
W,则R1和R2分别为多大?
如图所示的电路中,电源电压为60
V,内阻不计,电阻R=2
Ω,电动机的内阻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。
高考模拟
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,开关闭合后,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.U1B.U1=U2,Q1=Q2
C.W1=W2,Q1>Q2
D.W1(多选)在如图甲所示的电路中,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关S闭合后,电路中的总电流为0.25
A,则此时( )
A.L1两端的电压为L2两端电压的2倍
B.L1消耗的电功率为0.75
W
C.L2的电阻为12
Ω
D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4
如图所示,有一内阻为4.4
Ω的电解槽和一盏标有“110
V 60
W”的灯泡串联后接在电压为220
V的直流电路两端,灯泡正常发光,则( )
A.电解槽消耗的电功率为120
W
B.电解槽的发热功率为60
W
C.电解槽消耗的电功率为60
W
D.电路消耗的总功率为60
W人教版高二物理选修3-1课堂同步精选练习
2.5
焦耳定律（解析版）
链接高考
在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50
A和
2.0
V。重新调节R并使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0
A和
24.0
V。则这台电动机正常运转时的输出功率为( )
A.32
W B.44
W
C.47
W
D.48
W
【答案】A
【解析】当电动机停止转动时,电动机相当于一个纯电阻,所以由题中的两表读数,可以计算出电动机的内阻为:r=,代入数据得:r=4
Ω,重新调节R并使电动机恢复正常运转,根据题中的两表读数,计算出电动机的输出功率为:P=UI-I2r,代入数据解得:P=32
W,B、C、D错误,A正确。
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内可使该物体被匀速提升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。
【答案】(1)0.6
W (2)6
J (3)5
Ω
【解析】(1)电动机的输入功率
P入=UI=3×0.2
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,得生热的功率
PQ=P入-P机=0.6
W-0.4
W=0.2
W。
所产生热量Q=PQt=0.2×30
J=6
J。
(3)根据焦耳定律Q=I2Rt,得线圈电阻
R==
Ω=5
Ω。
基础过关
(多选)关于电功和电功率,下列说法正确的是( )
A.电流做功就是电场力对电荷做功,从而把电能转化为其他形式的能
B.电功率越大,电流做功越多
C.电功率越大,电流做功越快
D.在相等时间内,额定功率越大的用电器,电流做功一定越多
【答案】AC
【解析】从电功实质可知A正确。电功率是描述电流做功快慢的物理量,故B错,C正确。额定功率是用电器正常工作时的功率,而电流做功的多少由用电器的实际功率和做功所用时间共同决定,与额定功率无关,故D错。
(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=UIt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,UI>I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
【答案】BCD
【解析】解答本题的关键是正确区分电功和电功率。由电功率公式P=知,电功率越大,表示电流做功越快。对于一段电路,有P=IU,I=,焦耳热Q=Rt,可见Q与P、t都有关。所以,P越大,Q不一定越大,选项A错误。W=UIt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,选项B正确。在非纯电阻电路中,电流所做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即UI>I2R,选项C正确。Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,选项D正确。
把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是( )
A.P甲=P乙
B.P甲=3P乙
C.P乙=3P甲
D.P乙>3P甲
【答案】B
【解析】设每个灯泡正常工作时的电流为I,则甲图中电路的总电流为3I,P甲=12
V×3I,乙图中电路的总电流为I,P乙=12
V×I,故有P甲=3P乙,B正确。
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在任何电路中均成立,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。
(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同的时间内( )
A.电炉放热和电动机放热相等
B.电炉两端电压小于电动机两端电压
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
D.电动机消耗的电功率大于电炉的电功率
【答案】ABD
【解析】由Q热=I2Rt知A对;电炉为纯电阻用电器,UIt=I2Rt,U=IR,电动机为非纯电阻用电器,U'It>I2Rt,U'>IR,C错,B、D对。
(多选)日常生活用的电吹风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,得到热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2串联,接到直流电源上,电吹风两端的电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下关系式正确的是( )
A.UI>P
B.UI=P
C.P>I2(R1+R2)
D.P=I2(R1+R2)
【答案】BC
【解析】根据题意可知,通过电吹风的电流为I,它两端的电压为U,所以它消耗的电功率P=UI,B项正确,A项错;电吹风内部有两部分电阻,一是电热丝的电阻,二是电动机线圈的电阻,所以热功率为I2(R1+R2),因为电功还有一部分转化为电动机的机械能,所以P>I2(R1+R2)。C项正确,D项错误。
(多选)如图所示,R1=20
Ω,电动机M的线圈电阻R2=10
Ω,当开关断开时,电流表示数为0.5
A;当开关合上时,若电压U不变,电流表的示数I及电路消耗的功率P应是( )
A.I=1.5
A
B.I<1.5
A
C.P=15
W
D.P<15
W
【答案】BD
【解析】当开关断开时,U=I1R1=10
V。开关合上时,U>I2R2,所以流过电动机的电流I2<=1
A,而I1=0.5
A,故I<1.5
A,选项B对。P1=R1=5
W,P2W,即P2<10
W,P<15
W,选项D对。
电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,如图所示为某种电热式用电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:
(1)当开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?
(2)用电器由照明电路供电,U=220
V,设加热时用电器的功率为400
W,保温时用电器的功率为40
W,则R1和R2分别为多大?
【答案】(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态
(2)121
Ω 1
089
Ω
【解析】(1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,用电器消耗的电功率P1=;当S断开时,用电器消耗的电功率P2=,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。
(2)S闭合时,由P1=
得R1==
Ω=121
Ω,
S断开时,由P2=
得R2=-R1=
Ω=1
089
Ω。
如图所示的电路中,电源电压为60
V,内阻不计,电阻R=2
Ω,电动机的内阻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。
【答案】210
W
【解析】电动机正常工作时,电动机两端的电压U0=50
V,此时通过电路中的电流I===5
A,电动机的输出功率P出=U0I-I2R0=50
V×5
A-(5
A)2×1.6
Ω=210
W。
高考模拟
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,开关闭合后,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.U1B.U1=U2,Q1=Q2
C.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;电流做的功W1=IU1t,W2=IU2t,因此W1(多选)在如图甲所示的电路中,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关S闭合后,电路中的总电流为0.25
A,则此时( )
A.L1两端的电压为L2两端电压的2倍
B.L1消耗的电功率为0.75
W
C.L2的电阻为12
Ω
D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4
【答案】BD
【解析】电路中的总电流为0.25
A,L1的电流为0.25
A,由小灯泡的伏安特性曲线可知L1两端电压为3.0
V,故L1消耗的电功率为P=UI=0.75
W,选项B正确。根据并联电路中电流的规律知L2中电流为0.125
A,由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为0.3
V,L1两端的电压大约为L2两端电压的10倍,选项A错误。由欧姆定律可知L2的电阻为R==
Ω=2.4
Ω,选项C错误。L2消耗的电功率为P=UI=0.3×0.125
W=0.037
5
W,故L1、L2消耗的电功率的比值大于4,选项D正确。
如图所示,有一内阻为4.4
Ω的电解槽和一盏标有“110
V 60
W”的灯泡串联后接在电压为220
V的直流电路两端,灯泡正常发光,则( )
A.电解槽消耗的电功率为120
W
B.电解槽的发热功率为60
W
C.电解槽消耗的电功率为60
W
D.电路消耗的总功率为60
W
【答案】C
【解析】灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得
110
V
电压,则干路电流I=I灯==
A,电解槽消耗的功率P=P灯=60
W,C对,A错;电解槽的发热功率P热=I2R≈1.3
W,B错;整个电路消耗的总功率P总=220
V×
A=120
W,D错。
