高中物理教科版选修3-1练习题 2.6 焦耳定律　电路中的能量转化 Word版含解析

一、单项选择题
1.有四盏电灯，如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V　100 W”字样，L3和L4都标有“220 V　40 W”字样，把电路接通后，下列说法正确的是(　D　)
A．L1和L4一样亮 B．L2和L3一样亮
C．L3比L4亮 D．L1比L2亮
解析：根据串联电路的电压分配原则知L2、L3两端的电压最小，L4两端的电压最大．根据并联电路的电流分配原则知通过L3的电流小于通过L2的电流．由此可知L4最亮，L1次之，L3最暗．选项D正确．
2．室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器．如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是(　C　)
A．电饭煲和电冰箱
B．取暖器和空调器
C．电饭煲和空调器
D．电冰箱、电视机和空调器
解析：电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W．用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可能同时使用，故选C.
3．功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设全国按5.5亿用户，每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近(　B　)
A．8×108 kW·h B．8×1010 kW·h
C．8×1011 kW·h D．8×1013 kW·h
解析：该题考查电能的估算问题．解题思路是一年按365天，全国按5.5亿用户，每天按4小时估算．考查应变能力.2只节能灯比2只白炽灯节省的功率为100 W，即0.1 kW，所以一年节约的电能E＝0.1×4×365×5.5×108 kW·h≈8×1010 kW·h，B选项正确．
4．三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W，现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中，则整个电路允许消耗的最大功率为(　C　)
A．30 W B．20 W
C．15 W D．10 W
解析：
连接后电路如图，其中L3两端电压最高，它消耗的电功率为10 W时，因L1与L2串联，且电阻相等，则分配在L1与L2两灯电压都是灯L3两端电压的一半．
所以P1＝P2＝＝＝
＝ W＝2.5 W
则整个电路消耗的功率P＝P1＋P2＋P3＝(2.5＋2.5＋10) W＝15 W.
5．改革开放以来，人们的生活水平和生活质量有了较大的改善，电冰箱、空调机、电视机等家用电器得到了普遍使用．根据下图中铭牌上提供的信息，判断在12小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是(　B　)
　
A．电冰箱比电风扇多
B．电风扇比电冰箱多
C．电风扇与电冰箱一样多
D．电冰箱比电风扇可能多，也可能少
解析：依据电冰箱铭牌可知，
电冰箱在12 h内耗电0.25 kW·h，
而电风扇在12 h内耗电W＝Pt＝0.78 kW·h，
故B项正确．
6.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(　A　)
A．32 W B．44 W
C．47 W D．48 W
解析：电动机不转时，可得电动机的内阻为r＝＝4 Ω；电动机正常运转时，有UI＝I2r＋P出，得到电动机正常运转时的输出功率为P出＝32 W.
7.如图所示，A、B两点间电压为18 V，R1＝0.2 Ω，电动机M的内阻也是0.2 Ω，线路中的电流是25 A，则此电路中电能转化为机械能的效率是(　D　)
A．72% B．28%
C．55.6% D．44.4%
解析：电路中总的电功率P＝UI＝450 W，电路中的电热功率P热＝I2(R＋r)＝250 W，则电路中电能转化为机械能的效率为η＝×100%≈44.4%.
二、多项选择题
8.电饭锅工作时有两种状态，一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后的保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，S是用感温材料制造的开关，下列说法正确的是(　ABD　)
A．其中R2是供加热用的电阻丝
B．当开关S接通时电饭锅为加热状态，S断开时为保温状态
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2?1
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为(－1)?1
解析：由电路图可知，当S闭合时，只有R2中有电流，当S断开时，R1、R2串联，所以断开时电路的电功率较小，而闭合时电路的功率较大，故R2是供加热用的电阻丝，A、B选项正确；要使保温功率为加热功率的一半，由P＝I2R2可知，电流应为I，则＝I，＝I，得R1?R2＝(－1)?1.故D选项正确．
9．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.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是(　AC　)
A．闪电电流的瞬时值可达到1×105 A
B．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W
C．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/m
D．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J
解析：I＝＝ A＝105 A
E＝＝ V/m＝106 V/m　W＝Uq＝6×109 J
P＝＝ W＝3×1010 W.
10.如图所示，电阻R1＝20 Ω，电动机绕线电阻R2＝10 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是I1＝0.5 A，当开关S合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　BD　)
A．I＝1.5 A B．I<1.5 A
C．P＝15 W D．P<15 W
解析：当开关S断开时，电动机没有通电，欧姆定律成立，所以电路两端的电压U＝I1R1＝10 V；当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压U＝10 V，通过电动机的电流应满足I2U>IR2，所以I2<1 A．所以电流表的示数I<1.5 A，电路消耗的电功率P<15 W，即B、D正确．
三、非选择题
11．一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表，
质量为M＝70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力Ff恒为车和人总重的k＝0.02倍．取g＝10 m/s2，求：
(1)此车电机在额定电压下正常工作的效率．
(2)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度．
(3)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，当车速为v1＝1.0 m/s时，人骑车的加速度．
答案：(1)85.7%　(2)6.0 m/s　(3)1.0 m/s2
解析：(1)由表可知，电机的额定电压为U0＝40 V、额定电流为I0＝3.5 A，所以电机正常工作时输入功率为
P入＝U0I0＝140 W
又因电机的输出功率为P出＝120 W，
所以电机的效率为η＝≈85.7%.
(2)行驶时所受阻力为Ff＝k(M＋m)g式中m为车的质量．
当达到最大速度vmax时，应有P出＝Ffvmax，
所以最大速度vmax＝＝6.0 m/s.
(3)当车速为v1＝1.0 m/s时，牵引力F＝＝120 N.
设此时车的加速度为a，根据牛顿第二定律F－Ff＝(M＋m)a，解得a＝1.0 m/s2.
12．一台电风扇的额定功率是60 W，内阻为2 Ω，当它接在220 V的电压下正常运转，求：
(1)电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒钟有多少电能转化为机械能？
(2)若接上电源后，电风扇因故不能转动，这时通过它的电流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？此时可能会发生什么问题？
答案：(1)0.27 A　59.85 J　(2)110 A　24 200 W　电风扇将被烧坏
解析：(1)电风扇正常运转，消耗的电功率为额定功率P＝UI　所以I＝＝ A≈0.27 A　由能量守恒W＝Q＋E得：E＝Pt－I2Rt≈59.85 J.
(2)电风扇不转动，相当于纯电阻，由欧姆定律得通过电风扇的电流I′＝＝ A＝110 A．实际消耗的电功率
P′＝＝ W＝24 200 W.
由于电风扇实际消耗的功率远大于额定功率，且电能全部转化为内能，电风扇将被烧坏．
13．两用电器A和B上分别标有“110 V　12.1 Ω”和“110 V
6．05 Ω”．现将A、B串联接在电压为220 V的电源两端，电源内阻不计，且A和B均为电阻元件．试计算用电器A和B的实际功率，并说明哪一个用电器可能被烧毁．
答案：1 778 W　889 W　用电器A可能被烧毁
解析：用电器A、B串联后，R总＝RA＋RB＝18.15 Ω，总电流I＝＝A.PA＝I2RA＝×12.1 W≈1 778 W>P额A＝ W＝ 1 000 W；PB＝I2RB＝×6.05 W≈889 W