粤教版（2019）高中物理 必修第三册 课时分层作业16 电路中的能量word版含答案

课时分层作业(十六)　
(建议用时：25分钟)
考点1　电功、电功率的理解和计算
1．R1和R2分别标有“2 Ω，1.0 A”和“4 Ω，0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图所示，则此电路中允许消耗的最大功率为(　　)
A．1.5 W　　　 B．3.0 W
C．5.0 W D．6.0 W
A　[串联电路中各用电器电流相同，允许最大电流应小于等于0.5 A，由P＝I2R，可知R1和R2在最大允许电流时的功率分别为0.5 W、1 W，故A项正确。]
2．粗细均匀的金属环上，A、B、C、D四点把其周长四等分，如图所示，当A、C点接入电路中时，圆环消耗的电功率为P；当A、D点接入电路中时，圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)(　　)
A． B．
C．P D．3P
A　[设电源的电动势为E，金属环每一等份的电阻为R，则当A、C点接入电路中时总电阻R1＝R，当A、D点接入电路中时总电阻R2＝＝，由功率公式P＝，U＝E，得到P2∶P1＝R1∶R2＝4∶3，又P1＝P，得到P2＝。选项A正确。]
考点2　电功与电热的比较
3．通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为(　　)
A．4Q　　　　　　 B．2Q
C．Q D．Q
C　[根据焦耳定律知Q＝I2Rt，Q′＝()2·2Rt，故Q′＝Q，C正确。]
4．有一只电风扇，标有“220 V　50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法，正确的是(　　)
A．Q＝ B．Q＝Pt
C．Q＝()2Rt D．以上三种方法均正确
C　[对纯电阻电路电热的计算可用Q＝UIt＝I2Rt＝，而电风扇工作时不能看成纯电阻电路，故电热计算要用Q＝I2Rt计算，而电流计算I＝用于任何电路，所以C项正确。]
5．如图所示，有一内电阻为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
C　[灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流I＝I灯＝＝A，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝IU＝60 W，C正确，A错误；电解槽的发热功率P热＝I2R内＝1.3 W，B错误；整个电路消耗的总功率P总＝220× W＝120 W，D错误。]
考点3　电源的功率和效率
6．如图所示电路中，r是电源的内阻，R1和R2是外电路中的电阻，如果用Pr、P1和P2分别表示电阻r、R1和R2上所消耗的功率，当R1＝R2＝r时，Pr∶P1∶P2等于(　　)
A．1∶1∶1 B．2∶1∶1
C．1∶4∶4 D．4∶1∶1
D　[设干路电流为I，流过R1和R2的电流分别为I1和I2，由题，R1和R2并联，电压相等，电阻也相等，则电流相等，故I1＝I2＝0.5I；根据公式P＝I2R，三个电阻相等，功率之比等于电流平方之比，即Pr∶P1∶P2＝4∶1∶1。故选D。]
7．如图所示，直线A为电源的U?I图线，直线B为电阻R的U?I图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是(　　)
A．4 W,8 W B．2 W,4 W
C．4 W,6 W D．2 W,3 W
C　[从图可知，此时电路的电流是2 A，路端电压是2 V，由此可得：P出＝IU＝4 W，P总＝IE＝6 W。]
8．电动势为E，内阻为r的电源与固定电阻R0、可变电阻R串联，如图所示，设R0＝r，Rab＝2r，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是(　　)
A．电源的输出功率
B．变阻器消耗的功率
C．固定电阻R0上消耗的功率
D．电池内电阻上消耗的功率
B　[当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，滑动片自a端向b端滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，由于R0＝r，Rab＝2r，则得知，电源的输出功率增大，故A不符合题意；将R0看成电源的内阻，则有R0＋r＝2r，而Rab＝2r，利用推论可知，变阻器消耗的功率减小，故B符合题意；电路中电流增大，固定电阻R0上和电源的内阻上消耗功率增大，故C、D均不符合题意。]
9．如图所示的电路中，电源电动势E＝6.0 V，内阻r＝0.6 Ω，电阻R2＝0.5 Ω。当开关S断开时，电流表的示数为1.5 A，电压表的示数为3.0 V，试求：
(1)电阻R1和R3的阻值；
(2)当S闭合后，电压表的示数以及R2上消耗的电功率。
[解析]　(1)R3＝＝ Ω＝2.0 Ω
由E＝I3(R1＋R3＋r)
代入数据有6.0＝1.5(R1＋2.0＋0.6)
解得R1＝1.4 Ω。
(2)S闭合后，
R总＝R1＋r＋＝2.4 Ω
电压表的示数U＝×
＝×0.4 V＝1.0 V
R2上消耗的功率P2＝＝ W＝2.0 W。
[答案]　(1)1.4 Ω　2.0 Ω　(2)1.0 V　2.0 W

(建议用时：15分钟)
10．如图所示，直线A为某电源的U?I图线，曲线B为标识不清的小灯泡L1的U?I图线，将L1与该电源组成闭合电路时，L1恰好能正常发光。若将相同材料制成的标有“3 V，20 W”的灯泡L2与该电源组成闭合电路，下列说法中正确的是(　　)
A．电源的内阻 Ω
B．把灯泡L1换成L2，L2可能正常发光
C．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率可能相等
D．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率一定变小
C　[由图读出电源的电动势为E＝4 V，图线A的斜率大小表示电源的内阻，则r＝ Ω＝0.5 Ω，故A错误；灯泡与电源连接时，A、B两图线的交点表示灯泡的工作状态，则知其电压U＝3 V，I＝2 A，则灯泡L1的额定电压为3 V，功率为P1＝UI＝6 W。把灯泡L1换成“3 V,20 W”的灯泡L2，不能正常发光，而由P＝知：灯泡L2的正常工作时的电阻为R2＝＝＝0.45 Ω，灯泡L1的电阻为R1＝＝ Ω＝1.5 Ω，则知正常发光时灯泡L2的电阻更接近电源的内阻，但是这里灯泡并没有达到正常发光，此时L2的电阻是不确定的；电源的输出功率可能变大，可能相等，也有可能变小，故BD错误，C正确。]
11．如图所示为汽车蓄电池与车灯(电阻不变)、电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.05 Ω，电流表和电压表均为理想电表。只接通S1时，电流表示数为10 A，电压表示数为12 V；再接通S2，启动电动机工作时，电流表示数变为9 A，则(　　)
A．蓄电池的电动势为12 V
B．此时通过电动机的电流是34 A
C．此时通过电动机的电流是25 A
D．此时电动机的输入功率为500 W
C　[只接通S1时，由闭合电路欧姆定律得：E＝U＋Ir＝12 V＋10×0.05 V＝12.5 V，故A错误；车灯的电阻为R灯＝＝ Ω＝1.2 Ω，再接通S2后，流过电动机的电流为I电动机＝－I′＝ A－9 A＝25 A，故B错误，C正确；此时电动机的输入功率为PM＝U′·I电动机＝I′R灯·I电动机＝9×1.2×25＝270 W，故D错误。]
12．某品牌小汽车电动机和车灯的实际电路可以简化为如图所示的电路，电源电动势E＝12.5 V，内阻r＝0.05 Ω，电动机的线圈电阻r′＝0.02 Ω，只闭合S1时，电流表示数I1＝10 A，再闭合S2，电动机正常工作，电流表示数I2＝58 A(电流表内阻不计)，不考虑灯丝电阻的变化。求：
(1)在只闭合S1时，车灯两端电压UL和车灯的功率PL；
(2)再闭合S2后，车灯两端的电压UL′和电动机输出功率P出。
[解析]　(1)只闭合S1时，设车灯灯丝电阻为R，
由欧姆定律得I1＝
解得R＝1.2 Ω
车灯两端的电压UL＝I1R＝12 V
车灯消耗功率PL＝IR＝120 W。
(2)闭合S1、S2后，UL′＝E－I2r＝9.6 V
流过车灯的电流IL′＝＝8 A
电动机的输出功率
P出＝P入－P消＝UL′(I2－IL′)－(I2－IL′)2r′＝430 W。
[答案]　(1)12 V　120 W　(2)9.6 V　430 W
13．如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω，“10 V　20 W”的灯泡L与直流电动机M并联在电源两极间，灯泡恰能正常发光，已知电动机线圈的电阻为RM＝1 Ω，求：
(1)流过内阻的电流为多少？
(2)电动机的输出功率为多少？
(3)电源的效率为多少？
[解析]　(1)设流过灯泡的电流为IL，则
IL＝＝＝2 A
内阻r的电压Ur＝E－UL＝12 V－10 V＝2 V
流过内阻的电流为I＝＝＝4 A。
(2)设流过电动机的电流为IM，IM＝I－IL＝(4－2) A＝2 A
电动机的输入功率为PM总＝IMU＝2×10 W＝20 W
电动机线圈的热功率为PQ＝IRM＝22×1 W＝4 W
电动机输出功率为：PM出＝PM总－PQ＝(20－4) W＝16 W。
(3)电源的效率为η＝×100%＝×100%＝83%。
[答案]　(1)4 A　(2)16 W　(3)83%
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