2.5 焦耳定律—2020-2021学年高中物理选修3-1练习册

5　焦耳定律
知识点一　电功和电热
1.下列关于电功的说法中错误的是
(　　)　
A.导体内静电力移动电荷所做的功叫作电功
B.电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程
C.电流做功消耗的能量由电源提供
D.电功就是电能
2.(多选)关于电功和焦耳热,下列说法正确的是
(　　)
A.在纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2Rt
B.在非纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2Rt
C.在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=I2Rt
D.在纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=UIt
3.(多选)用一个额定电压为220
V的电热水壶煮沸一壶水需要t
s,如果不考虑电热水壶的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么
(　　)
A.当线路电压为110
V时,煮沸一壶水需要2t
s
B.当线路电压为110
V时,煮沸一壶水需要4t
s
C.当线路电压为55
V时,煮沸一壶水需要4t
s
D.当线路电压为55
V时,煮沸一壶水需要16t
s
知识点二　电功率和热功率
4.如图L2-5-1所示,R1、R2两个电阻串联接在电压恒为U的电源上,电路中的电流为I,R1、R2两端的电压分别为U1、U2,R1、R2消耗的电功率分别为P1、P2,下列关系正确的是
(　　)
图L2-5-1
A.=
B.=
C.=
D.P1+P2=UI
5.两个电阻R1=4
Ω、R2=1
Ω串联在电路中,欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行的办法是
(　　)
A.用一个
Ω的电阻与R2并联
B.用一个4
Ω的电阻与R2并联
C.用一个
Ω的电阻与R1并联
D.用一个4
Ω的电阻与R1并联
6.如图L2-5-2所示,一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民,所以整幢居民楼里有各种不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电脑等.停电时,用欧姆表测得A、B间电阻为R;供电后,各家电器同时使用,测得A、B间电压为U,进线电流为I,则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是
(　　)
图L2-5-2
A.P=I2R
B.P=
C.P=IU
D.P=I2R+
知识点三　电动机
7.电吹风机中有电动机和电热丝两部分,已知电动机线圈的电阻为R1,它和阻值为R2的电热丝串联.设电吹风机工作时两端的电压为U,通过线圈的电流为I,消耗的电功率为P,则下列关系正确的是
(　　)
A.P>UI
B.P=I2(R1+R2)
C.U=I(R1+R2)
D.P>I2(R1+R2)
8.在研究微型电动机的性能时,应用如图L2-5-3所示的实验电路.闭合开关S,当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,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
(　　)
图L2-5-3
A.32
W
B.44
W
C.47
W
D.48
W
9.(多选)有两个灯泡L1、L2,额定电压均为6
V,额定功率分别为6
W、3
W,将它们接在电路中,下列说法正确的是
(　　)
A.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9
W
B.若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5
W　
C.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为9
W
D.若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为4.5
W　
10.将4只相同的小灯泡连接成如图L2-5-4所示的两个电路,分别加上不同的恒定电压,调节滑动变阻器R1和R2,使4只小灯泡都能正常发光,则此时R1和R2消耗的电功率之比为
(　　)
图L2-5-4
A.1∶1
B.2∶1
C.1∶2
D.以上都不对
11.(多选)马路上的“微公交”是用蓄电池向车上的电动机供电,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
(　　)
图L2-5-5
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5760
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,通过的电荷量为4.32×105
C
12.(多选)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1.3
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
13.如图L2-5-6所示,已知UAB=6
V,当滑动变阻器触头P位于正中位置时,额定电压为3
V的灯泡L正常发光,当触头滑至最左端时,灯泡实际功率为2
W,求此灯泡的额定功率和变阻器的总电阻.
图L2-5-6
14.图L2-5-7为电动机提升重物的装置示意图,电动机线圈电阻为r=1
Ω,电动机两端的电压为5
V,电路中的电流为1
A,重物A所受的重力为20
N,不计摩擦力.
(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少?
(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少?
(3)电动机在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?
图L2-5-7
15.一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.g取10
m/s2.　
规格
后轮驱动直流永磁铁电动机
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
(1)求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)在电动机以额定功率提供动力的情况下,求人骑车行驶的最大速率;
(3)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,求人骑车的加速度大小.
5　焦耳定律
1.D　[解析]
电功是过程量,电能是状态量;在纯电阻电路中,尽管电功的数值等于消耗的电能,但电功不是电能.选项D错误.
2.ACD　[解析]
电功的计算式W=UIt适用于任何形式的电路,焦耳热计算式Q=I2Rt也是普遍适用的,但是只有在纯电阻电路中,电功W才等于焦耳热Q,A、C、D正确,B错误.
3.BD　[解析]
由公式Q=t知,当电压变为原来的时,煮沸一壶水所需的热量不变,因此时间要变为原来的4倍,即4t
s,选项B正确.当电压变为原来的时,时间要变为原来的16倍,即16t
s,选项D正确.
4.D　[解析]
R1、R2两个电阻串联,则电流相等,即I==,功率之比==,总功率P=P1+P2=UI,选项D正确.
5.D　[解析]
电阻的电功率P=I2R,欲使这两个电阻消耗的电功率相等,则电阻R1的电流是R2的,用一个4
Ω的电阻与R1并联即可,选项D正确.
6.C　[解析]
家用电器中有纯电阻用电器也有非纯电阻用电器,故总电功率只能用P=UI来计算,C正确.
7.D　[解析]
电吹风机中有电动机,而电动机为非纯电阻用电器,工作时将有一部分电能转化为机械能,P=UI对纯电阻电路和非纯电阻电路都成立,选项A错误;对非纯电阻电路有P>I2(R1+R2),U>I(R1+R2),选项B、C错误,选项D正确.
8.A　[解析]
电动机停止转动时,线圈的电阻r==4
Ω,电动机恢复正常运转时,电功率P=UI=48
W,热功率为P热=I2r=16
W,电动机输出功率P机=P-P热=32
W,选项A正确.
9.BC　[解析]
当两灯泡串联时,电流相等,L1的额定电流为I1==1
A,电阻R1==6
Ω,L2的额定电流为I2==0.5
A,电阻R2==12
Ω,要使两灯泡不致被烧坏,电路中的最大电流为0.5
A,最大功率为Pmax=I2R1+I2R2=4.5
W,故A错误,B正确;当两灯泡并联时,电压相等,当电压为6
V时,两灯皆可正常发光,此时电路最大功率为9
W,故C正确,D错误.
10.A　[解析]
设小灯泡正常工作的电压和电流分别为U0和I0,滑动变阻器R1的电功率P1=(U-U0)×2I0,滑动变阻器R2的电功率P2=(2U-2U0)×I0,则电功率之比为1∶1,选项A正确.
11.AC　[解析]
对电动机,额定电流I==25
A,选项A正确;蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作的时间t==4.8
h,选项C正确;蓄电池充满电时储存的能量E=UQ=2.07×107
J,选项B错误;电动机在额定电压下工作1
h,通过的电荷量q=It'=25×3600
C=9.0×104
C,选项D错误.
12.BC　[解析]
灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡两端电压均为110
V,且电流I=I灯=,则电解槽消耗的电功率P=P灯=60
W,C正确,A错误;电解槽的发热功率P热=I2R=1.3
W,B正确;整个电路消耗的功率P总=220
V×=120
W,D错误.
13.4.5
W　4
Ω
[解析]
设滑动变阻器总电阻为Rm,灯泡电阻为RL,根据P位于正中位置时灯泡正常发光,灯泡两端电压为3
V,则滑动变阻器两端的电压为3
V,得RL=
解法1:找电流,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==
A=1
A
滑动变阻器的总电阻Rm==
Ω=4
Ω
故RL==2
Ω
灯泡的额定功率P额==
W=4.5
W.
解法2:找电压,P位于最左端时,变阻器有效电阻R'=Rm=2RL,则UL=2
V
故RL==
Ω=2
Ω
灯泡额定功率P额==
W=4.5
W
变阻器总电阻Rm=2RL=4
Ω.
14.(1)1
W　(2)5
W　4
W　(3)2
m　(4)80%
[解析]
(1)根据焦耳定律,热功率为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,即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,即P出=P入-P热=5
W-1
W=4
W.
(3)电动机输出的功率用来提升重物,转化为机械功率,在10
s内有P出t=Gh
解得h==
m=2
m.
(4)机械效率η=×100%=80%.
15.(1)85.7%　(2)6.0
m/s　(3)0.4
m/s2
[解析]
(1)由表可知,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
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.