12.1电路中的能量转化 同步检测Word版含答案— 2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册

(
…………○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
)
(
※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
)
(
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
)
12.1电路中的能量转化
一、单选题
1.一个阻值为10Ω的定值电阻，在10s内产生的热量为400J，则通过该定值电阻的恒定电流为（??
）
A.?4A????????????????????????????????????????B.?3A????????????????????????????????????????C.?2A????????????????????????????????????????D.?1A
2.如图所示，一直流电动机与阻值R=10
的电阻串联接在电源上。电源电动势E=36V、内阻不计，用理想电压表测出电动机两端的电压U=18V，则（??
）
A.?电动机的内阻为10
??????????????????????????????????????????B.?通过电动机的电流为1.8A
C.?电动机的内阻消耗的功率为18W?????????????????????????D.?电动机的机械功率为32.4W
3.能源问题是当今社会重要的一个难题。关于节约能源已经深入到我们的家庭生活中。现有两盏节能灯A和B，其额定功率相同，额定电压A灯大于B灯，则（??
）
A.?两灯正常发光时，IA
>
IB????????????????????????????????????B.?两灯电阻RA
<
RB
C.?将两灯串联后接入电路中，灯的功率PA
>
PB?????D.?将两灯并联后接入电路中，灯的功率
4.安全出口指示灯通常被用到一些人口比较密集的场所，一般处于常亮状态。如图所示的安全指示灯的功率为3W，某学校共装了300盏这样的指示灯，请你估算该学校一年指示灯消耗的总电能约为（
??）
A.?8000
kW·h???????????????????????B.?5000
kW·h???????????????????????C.?3000
kW·h???????????????????????D.?300
kW·h
5.一台电动机的额定电压是220V，额定电流为5A，电动机线圈的电阻是0.4Ω．当该电动机正常工作时，每秒钟产生的热量是（??
?）
A.?1100J???????????????????????????????????B.?110J???????????????????????????????????C.?1210J???????????????????????????????????D.?10J
6.2019年5月27日，天合光能股份有限公司宣布其光伏科学与技术国家重点实验室所研发的高效N型单晶i﹣TOPCon太阳电池光电转换效率高达24.58%，创造了大面积TOPCon电池效率新的世界纪录。另据中国光伏协会统计数据显示，中国硅片产量约占全球的83%，但我国光伏发电量约占总发电量的2.6%，远低于德国和意大利等发达国家。假定在光伏发电政策的推动下，浙江省有100万户家庭采用N型单晶i﹣TOPCon材料制作的太阳电池屋顶光伏发电系统。已知省域内每年能正常发电的时间约为1200h，太阳垂直照射到地面上单位面积的平均功率约为1kW．若全省的光伏发电系统户平均面积为10m2
，
则全省年总发电量约为（　　）
A.?2.95×108kW?h??????????????????B.?2.95×109kW?h??????????????????C.?1.06×1013J??????????????????D.?1.06×1015J
7.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡均正常发光，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＝3P乙?????????????????????????B.?P甲＞3P乙?????????????????????????C.?P乙＝3P甲?????????????????????????D.?P乙＞3P甲
8.家电待机耗电问题常常被市民所忽视。据有关部门测量，电视机待机一天的耗电量在0.2度左右。据统计潍坊市的常住人口900多万人，以家庭户300万户，用电器平均每天待机20小时计，参考下表数据，估算每年潍坊市家庭用电器待机耗电总量约为（??
）
家庭常用电器
电视机
洗衣机
空调
电脑
户均数量（台）
1
1
2
1
电器待机功耗（W/台）
10
2
3
10
A.?
度??????????????????????????B.?
度??????????????????????????C.?
度??????????????????????????D.?
度
9.如图所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置,导轨平面与水平面的夹角为θ,导轨的下端接有电阻．当导轨所在空间没有磁场时,使导体棒ab以平行于导轨平面的初速度v0冲上导轨平面,ab上升的最大高度为H;当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时,再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面,ab上升的最大高度为h．两次运动中ab始终与两导轨垂直且接触良好．关于上述情景,下列说法中正确的是
(???
)
A.?两次上升的最大高度比较,有HC.?无磁场时,导轨下端的电阻中有电热产生??????????????D.?有磁场时,导轨下端的电阻中有电热产生
10.扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫。如图为某品牌的扫地机器人，已知其电池容量300mA·h，额定工作电压12V，额定功率18W，则下列说法正确的是（??
）
A.?扫地机器人的电阻是82Ω
B.?题中“mA·h”是能量单位
C.?扫地机器人正常工作时的电流是1.5A
D.?扫地机器人充满电后能够连续正常工作的最长时间约为2h
11.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（??
）
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
12.夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调器运转1
h用电(???
)
A.?1.0度??????????????????????????????????B.?1.5度??????????????????????????????????C.?2.0度??????????????????????????????????D.?2.5度
13.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q
，
若电阻为R
，
电流为2I
，
则在时间
内产生的热量为(???
)
A.?4Q????????????????????????????????????????B.?2Q????????????????????????????????????????C.?????????????????????????????????????????D.?
14.如图所示，A灯与B灯电阻相同，当变阻器滑动片向上滑动时，对两灯明暗变化判断正确的是（
　
）
A.?A，B灯都变亮????????????B.?A，B灯都变暗????????????C.?A灯变亮，B灯变暗????????????D.?A灯变暗，B灯变亮
15.有一种自行车，它有能向车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示：图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。关于此装置，下列说法正确的是（??
）
A.?自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期加倍
B.?自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期不变
C.?小灯泡的电功率与自行车的速度成正比
D.?小灯泡的电功率与自行车速度的平方成正比
16.作为一个负责任的大国，我国今年在联合国大会中承诺2060年实现碳中和。发展电动汽车是实现这一目标的重要一步，电动汽车的核心部件之一是直流电机。小明在科创实验中将直流电机和电源相连，调整电机的转速以改变电机的输出功率。已知整个过程中，电源电动势、电源内阻r以及电机线圈内阻R都保持不变，且R=3r。则当电机的输出功率达到最大值时，电机输出功率与电源总功率之比为（??
）
A.?0???????????????????????????????????????B.?0.25???????????????????????????????????????C.?0.5???????????????????????????????????????D.?0.75
二、解答题
17.某商场安装了一台倾角为
的自动扶梯，该扶梯在电压为U
=
380
V的电动机带动下以v
=0.4
m/s的恒定速度沿斜上方移动；电动机的最大输出功率为Pm=5.59kW，不载人时测得电动机中的电流为I
=5.5A，若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度
相同，则这台自动扶梯可同时承载的最多人数为多少？（设每个人的平均质量为m
=50
kg，
g
=
10
m/
s2）
18.电动自行车已经成为人们日常出行的一种常用交通工具，以下是某型号电动自行车的相关参数：
名称
车身
质量
满载
载重
前后
车轮
直径
额定转速
电动机额定
电压
电动机额定
电流
额定机械
输出功率
参数
40kg
80kg
40cm
r/min
48V
20A
835W
该电动自行车采用后轮驱动直流电动机，其中额定转速是电动自行车在满载情况下在平直公路上以额定功率匀速行进时的车轮转速，求：电动自行车以额定转速行进时的速度v0；在额定工作状态时，损失的功率有80%是由于电动机绕线电阻生热而产生的，则电动机的绕线电阻为多大；满载（车身质量+满载载重）情况下，该车以速度v=5m/s沿着坡度为θ=4.59°的长直坡道向上匀速行驶时，受到的摩擦阻力为车重（含载重）重量的0.02倍，求此状态下电动自行车实际运行机械功率（sin4.59°=0.08；重力加速度g=10m/s2）。
19.如图所示电路中，电源电动势为18V，内阻为0.25Ω，R1=0.5Ω，R2=4Ω，电动机线圈电阻为0.2Ω，闭合开关电源内阻消耗的功率为16W，求这时电动机输出的机械功率。
答案解析
一、单选题
1.【答案】
C
【解析】根据焦耳定律有Q=I2Rt，其中Q=400J，R=10Ω，t=10s，解得I=2A
故答案为：C。
【分析】结合焦耳定律的表达式Q=I2Rt求解流过电阻的电流即可。
2.【答案】
B
【解析】AB．由题意可知
则电路电流
电动机不是纯电阻电路，则电动机的内阻
A不符合题意，B符合题意；
CD．电动机消耗的总功率为P=IU=1.8×18W=32.4W
而内阻消耗的功率无法确定，可知电动机输出的机械功率小于32.4W，CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】电动机是非纯电阻元件，利用电动机两端的电压乘以流过电动机的电流求出电动机的总功率，利用焦耳定律的变形公式求解电动机的发热功率，利用总功率减去发热功率即为电动机的机械功率。
3.【答案】
C
【解析】A．由P=UI
可得两灯功率相等，且UA>UB
，
所以电流IA，
A不符合题意；
B．由
可得两灯功率相等，且UA>UB
，
所以电阻RA>RB
，
B不符合题意；
C．将两灯串联后接入电路中时，电路中电流相等，又因为电阻RA>RB
，
由
得两灯的功率关系PA
>
PB
，
C符合题意；
D．将两灯并联后接入电路中时，两灯的电压相等，又因为电阻RA
>
RB
，
由
得两灯的功率关系
，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】结合题目给出的数据判断两只灯泡的电阻关系，再结合功率公式判断两个灯泡的功率。
4.【答案】
A
【解析】设一年指示灯消耗的总电能为
，则有：
代入数据，得：
结果与A接近，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A
【分析】根据功率和电能的关系，直接计算出一年时间内指示灯消耗的总电能。
5.【答案】
D
【解析】电流是5A，线圈电阻是0.4Ω，则线圈每秒钟产生的热量：Q=I2Rt=（5A）2×0.4Ω×1s=10J。
故答案为：D。
【分析】利用焦耳定律可以求出产生的热量大小。
6.【答案】
B
【解析】根据题意可知全省年总发电量为
，B符合题意，A、C、D不符合题意。
故答案为：B
【分析】结合电池板的发光功率、发电效率和工作时间，利用公式W=Pt求解产生的电能。
7.【答案】
A
【解析】设灯泡正常发光时的电流为I，对于甲图，电路的总的电流为3I，此时甲的总功率的大小为P甲＝U?3I，对于乙图，电流的总电流的大小就为I，此时乙的总功率的大小为P乙＝U?I，所以P甲＝3P乙。
故答案为：A
【分析】利用欧姆定律分别求出每个灯泡两端的电流和电压，利用公式P=UI求解每个灯泡的电功率。
8.【答案】
B
【解析】一户人家家电待机总功率为：P=10W+2W+2×3W+10W=28W；一户人家农机因待机一天消耗的电能为：
；则每年潍坊市家庭用电器待机耗电总量为：E=300×104×365×E0；代入数据并转换为度为单位可得：E=6.132×108度，B符合题意，ACD不符合题意。
故答案为：B
【分析】求出家庭用电器待机耗电总功率，再利用公式W=Pt求解消耗的电能。
9.【答案】
D
【解析】AB．无磁场时，根据能量守恒定律得，导体棒ab的初动能全部转化为重力势能．有磁场时，初动能一部分转化为重力势能，还有一部分转化为整个回路的内能．初动能相同，则有磁场时的最大重力势能小于无磁场时的最大重力势能，所以h＜H，AB不符合题意；
CD．无磁场时，不存在电磁感应现象，导轨下端的电阻中没有电热产生，有磁场时，由于导体棒切割磁感线，产生感应电流，导轨下端的电阻中有电热产生，C不符合题意，D符合题意．
故答案为：D
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律来计算。
10.【答案】
C
【解析】扫地机器人是非纯电阻用电器，欧姆定律不适用，无法计算扫地机器人的电阻，A不符合题意；mA是电流的单位，h是时间的单位，由Q=It可知，“mAh”是电荷量的单位，B不符合题意；由P=UI可得，扫地机器人正常工作时的电流
，C符合题意；由I=Q/t可得，扫地机器人充满电后一次工作时间
，D不符合题意．
故答案为：C．
【分析】根据题目中提供的机器人的额定电压和额定功率，利用公式P=UI求解额定电流。
11.【答案】
C
【解析】本室内充许的最大功率P=UI=
，而电饭煲和电冰箱总功率为1500+200
=1700W小于
，可以同时使用，A可以；取暖器和空调器总功率为750+2000
=2750W小于
，可以同时使用，B可以；电饭煲和空调器总功率为1500+2000
=3500W
?
，C不能同时使用；电冰箱、电视机和空调器总功率为200+250+2000
=2450W小于
，可以同时使用，D可以。
故答案为：C
【分析】安全用电时，用电器工作总功率不能超过允许最大功率。解决本题时，根据室内保险丝和供电电压可知室内最大允许总功率，然后可判断可同时使用的用电器。
12.【答案】
B
【解析】由图可知：1h内制冷时间：t1=40min=
h，t2=20min=
h，则空调消耗的电能：W=P1t1+P2t2=2kW×
h+0.5kW×
h=1.5kW?h=1.5度。
故答案为：B。
【分析】根据计算空调消耗的电能。
13.【答案】
B
【解析】由焦耳定律可知：
，则可知热量与电流的平方成正比，与电阻成反比，故在
时间内，热量变为
，B符合题意，A、C、D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】本题考查焦耳定律的应用。根据公式电阻的焦耳热。
14.【答案】
A
【解析】解：由电路图可知，灯泡A与灯泡B、滑动变阻器R、R1组成的电路并联，且B与R为并联；
当滑片向上滑动时，滑动变阻器的阻值变大，那它与A灯并联的等效电阻变大，电路的总电阻都会变大，所以总电流变小；根据欧姆定律可知，总电流变小时，内阻分压变小，外电压变大，所以灯泡A两端的电压增大，A灯变亮；
因为外电压是变大的，所以B灯和滑阻上的电压就变大了，B灯泡变亮．
故答案为：A．
【分析】结合题目中提供的条件，利用串并联电路中的电流和电压规律，结合欧姆定律求解各个用电器两端的电流和电压，再结合功率公式P=UI求解功率，从而判断小灯泡的亮暗程度。
15.【答案】
D
【解析】AB.设自行车的速度为v，摩擦轮的半径为r，则后轮、摩擦轮的速度都等于v，线圈转动产生正弦电流，周期
，v加倍，T减小为原来的
，A、B不符合题意；
CD．若线圈的匝数为N、面积为S、磁感应强度为B，则线圈产生的电动势最大值
有效值为
小灯泡的电功率
C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据线速度与周期的关系求出速度加倍后的周期，根据感应电动势最大值求出有效值，从而求出小灯泡的功率。
16.【答案】
C
【解析】设当电机的输出功率达到最大值时回路中的电流为I，则此时电动机输出功率
则当
时电机输出功率最大，此时
电源总功率
电机输出功率与电源总功率之比为0.5.
故答案为：C。
【分析】利用电源电动势及外电压可以求出电动机的输出功率；当输出功率最大时可以判别电动机和电源总功率的比值。
二、解答题
17.【答案】
解：设可同时乘载的最多人数为n，此时电动机处于最大输出功率Pm状态；
扶梯自身移动所需功率P1＝IU＝5.5×380W＝2090W＝2.09kW
n个人以恒定速度v＝0.4m/s斜向上移动所需功率P2＝Pm－P1＝（5.59－2.09）kW＝3.5kW
由P2＝nmgvsin
θ
可得n＝
＝
＝35（人）
【解析】【分析】已知扶梯工作时的电压和电流大小，利用功率的表达式可以求出空载时功率的大小；利用最大的输出功率减去电梯本身消耗的功率可以求出载人消耗的最大功率；结合重力的瞬时功率可以求出承载的人数。
18.【答案】
解：在额定状态下电机以额定的转速转动，则
?
①
?
②
由①②两式联立得：
电动机在额定工作状态时，
??
③
损失的电功率80％转化为电热功率，则
?
④
由③④两式联立得：
当电动自行车在斜坡上匀速行驶时，受力分析如图：
由牛顿定律得：
?
⑤
电动自行车的实际功率：
?
⑥
由⑤⑥得：
【解析】【分析】在额定转速中转动，利用转速的大小可以求出车轮转动的线速度大小；利用总功率和输出功率可以求出损耗的功率，结合热功率的表达式可以求出电阻的大小；利用电动自行车的匀速运动可以求出时间运动的电动机牵引力大小，再结合线速度的大小可以求出实际机械功率的大小。
19.【答案】
解：电源内阻消耗的功率
由闭合电路欧姆定律得
通过R2的电流
通过电动机的电流
电动机输出的机械功率
解得P出=55W
【解析】【分析】电动机是非纯电阻元件，利用电动机两端的电压乘以流过电动机的电流求出电动机的总功率，利用焦耳定律的变形公式求解电动机的发热功率，利用总功率减去发热功率即为电动机的机械功率。