第十二章第1节电路中的能量转化培优练习-2021-2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册word版含答案

2021-2022学年高二物理人教版（2019）必修第三册第十二章第1节电路中的能量转化培优练习
第I卷（选择题）
一、单选题
1．关于电热的利用，下列说法中正确的是（　　）
A．电热对我们来说总是有利的
B．电热对我们来说总是不利的
C．电饭锅是利用电流热效应的原理制成的
D．电视机工作过程中没有产生电热
2．有两个电阻R1和R2，且R1>R2，下列说法正确的是（　　）
A．由公式P＝I2R可知，电阻大的消耗的功率多，所以有P1>P2
B．由公式
可知，电阻小的消耗的功率多，所以有P1C．由公式P＝IU可知，消耗的功率多少与电阻无关，所以有P1＝P2
D．在所加电压相同的情况下，由公式
可知，P13．额定电压都是110V、额定功率PA=110W和PB=40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不太热，原因是（　　）
A．通过电炉丝的电流大，而通过导线的电流小
B．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以不热
C．铜导线的电阻比电炉丝的电阻小得多，在串联的情况下铜导线的发热量小
D．电炉丝的两端电压比铜导线两端的电压小得多
5．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（　　）
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．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路
C．在非纯电阻电路中，
D．焦耳热适用于任何电路
6．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多．下列电器中主要利用电流的热效应工作的是（
）
A．电风扇
B．电视机
C．洗衣机
D．电饭煲
7．理发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，得到热风将头发吹干．设电动机线圈电阻为R1，它与电热丝电阻值R2串联后接到直流电源上，吹风机两端电压为U，电流为I、消耗的功率为P，则下列关系式中正确的是（
）
A．P=I2（R1+R2）
B．P=UI
C．P>UI
D．P8．如图是某款能一键加水的全自动智能电热壶，当壶内水位过低时能自动加满水，加热之后的水经过一段时间后冷却，机器又可以自动加热到设定温度，某同学为了研究其工作原理，进一步查阅厂家相关技术说明，了解到“一键加水”是由一水泵（电动机）和传感器来实现的，单独对这一部分进行测试时发现，当其两端所加电压时，电动机带不动负载，因此不转动，此时通过它的电流；当其两端所加电压时，电动机能带动负载正常运转，这时电流。则下列说法正确的是（　　）
A．这种电热壶工作时加热部分的电阻约为
B．水泵正常工作时，其输出的机械功率为31W
C．水泵正常工作时消耗的热功率为10W
D．使用一天该电热壶消耗的电能为
9．有四盏灯，如图所示连接在电路中，和都标有“220V，100W”字样，和都标有“220V，40W”字样，把电路接通后，四盏灯都能发光。最暗的是（设实际功率越大，灯越亮）（　　）
A．
B．
C．
D．
10．如图所示的电路中，，接在电源上时，它们的电功率分别为、、，则（　　）
A．
B．
C．
D．
11．现有电灯L1（3V、3W）和电灯L2（3V、6W）两只及一个可变电阻R（0→10Ω，5A），接在电压恒为6V的电路中，要求两只灯都正常发光，并且电路消耗功率最小，则用图中那个电路（　　）
A．
B．
C．
D．
12．如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路，其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子．由于家用交流电是单相的，启动时必须靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场．在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件．这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转动正常以后．PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是(　　)
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少　
②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少　
③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的　
④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
A．①③
B．②④
C．①④
D．②③
13．电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一只开关并联，然后再接到市电上（如图所示），下列说法正确的是（
）
A．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大
B．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小
C．开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少
D．开关断开时，灯泡发光，可供在焊接时照明使用，消耗的总功率不变
14．如图所示电路中，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流．R0为定值电阻，移动滑动变阻器的滑片，则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中，可能正确的是
A．
B．
C．
D．
第II卷（非选择题）
二、填空题
15．现有两只电阻，规格分别为“0.1W，250Ω”和“1W，100Ω”，则将它们串联在电路中允许消耗的最大功率为_____W；将它们并联在电路中允许消耗的最大功率为_____W。
16．有一种由元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率随温度t变化的图像如图所示。该加热器向周围散热的功率为，其中t为加热器的温度，为室温（本题中取），。
①当时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为_____
②（单选）某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是（________）。
A．
B．
C．
D．
17．如图所示电路，电阻、、。保持闭合，接通和断开时电源的总功率之比为9：5，则电源的内电阻为______，接通和断开时电流表的示数之比为______。
18．如图所示，，，滑动变阻器总电阻，当滑动触头处于滑动变阻器中点时，加在上的电压值________V，而滑变阻器在1min内放出的热量________J．
三、解答题
19．某一用直流电动机提升重物的装置，重物的质量，电源电压为120V．当电动机以的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流．g取．则
（1）电动机线圈的电阻R等于多少？
（2）电动机的最大输出机械功率和该重物的最大提升速度分别是多少？
（3）若电动机因故障不能转动，这时通过电动机线圈的电流为多大？电动机消耗的电功率又为多大？
20．电饭锅的电路图如图所示。S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到103℃时，会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，定电阻R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，两灯电阻不计。
（1）分析电饭锅的工作原理；
（2）计算加热和保温两种状态下，电饭锅消耗的电功率之比。
21．如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压，当闭合，、断开时，电流表示数为；当闭合，、断开时，电流表示数为，且电动机的内阻；当闭合，、断开时，电流表示数为，且电解槽内阻。求：
(1)电炉子的电阻及发热功率；
(2)电动机的机械效率；
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。
22．电动汽车在行驶过程中，消耗电池能量对外做功使汽车前进。汽车安装的电池常用两个物理量衡量其性能，见下表：
物理量
定义
单位
电池容量
电池存储电量的多少
mAh
电池的能量密度ρ
单位质量携带电能的多少
Wh/kg
某质量m=0.056kg的电池以恒定电流放电时，端电压与流过电池电量的关系如下图所示。电池容量检测系统在电压为4V时显示剩余电量100%，电压为3V时显示剩余电量0%。通过计算机测得曲线与电量轴所围的面积约为7000V·mAh。
（1）该曲线与电量轴所围面积的物理意义是什么？
（2）该电池的能量密度ρ是多少？
（3）在放电过程中剩余电量从100%到80%用了时间t，由图像推测剩余电量从50%到30%约要多少时间？
（4）某电动汽车除电池外总质量为M，配上质量为m、能量密度为ρ的电池，单次充电后可以在水平路面行驶距离s（s较长，近似认为全程匀速行驶），行驶中所受阻力与总质量成正比，比例系数为k。假设电池能量的用来对外做功使汽车前进，写出汽车行驶距离s的表达式。为提升电动车单次充电行驶最大距离，国家大力支持研发提高电池的能量密度，而不是仅靠增加车上电池质量，请通过分析说明原因。
参考答案
1．C
【详解】
AB．电热在有些情况下对我们有利，比如利用电热可以取暖；有时对我们有害，电热会造成导线温度上升，引发事故，A、B错误；
C．电饭锅工作时，导体发热，电能主要转化为内能，电饭锅是利用电流的热效应工作的，C正确；
D．电视机工作过程中会产生电热，D错误。
故选C。
2．D
【详解】
若电阻R1和R2串联，流过的电流相等，根据
P＝I2R
可知电阻大的消耗的功率多
P1>P2
若电阻R1和R2并联，加在两个电阻上的电压相等，根据
可知，电阻小的消耗的功率多，
P1按不同接法，消耗的功率大小不同。
故选D。
3．C
【详解】
由P=和已知条件可知
RA＜RB
对于A电路，由于RA＜RB，所以UB>110V，B灯烧毁，两灯不能正常发光，对于B电路，由于RB>RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以
UB>110V
B灯烧毁，对于C电路，B灯与变阻器并联，电阻可能等于RA，所以可能有
UA=UB=110V
两灯可以正常发光，对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则
UA=UB=110V
两灯可以正常发光，比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110，所以C电路消耗电功率最小。
故选C。
4．C
【详解】
A．电炉在使用时，电炉丝和导线串联
故A项错误；
BC．通电时间t相同，根据
可知电流产生的热量
从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象，B项错误，
C项正确；
D．由于
根据
可知电炉丝两端的电压比铜导线两端电压大，D项错误。
故选C。
5．A
【详解】
A．电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的焦耳热量的多少还与做功的时间的长短有关，A错误；
B．公式是计算电路的总功的大小，适用于任何的电路。当为纯电阻电路时，根据欧姆定律，可以推导出，所以只能适用于纯电阻电路，B正确；
C．在不是纯电阻的电路中，UI表示的是总的功率的大小，而只是电路中发热的功率，电流中还对外做功的功率，所以，所以C正确；
D．焦耳热适用于任何电路中的焦耳热量的计算，D正确。
本题选错误的，故选A。
6．D
【详解】
AC．电风扇和洗衣机将电能转化为动能和少量的热能，故AC不符合题意；
C．电视机主要将电能转化为光能，C不符合题意；
D．电饭煲主要将电能转化为热能，D符合题意．
7．B
【详解】
BC．电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该是用
来计算，所以总功率
所以B正确，C错误；
AD．电吹风机中发热的功率要用来计算，所以总的发热功率为，吹风机做的功还有一部分转化为机械能，所以总功率要大于发热部分的功率，所以AD错误．
故选B。
8．B
【详解】
A．根据题意只能求出电动机的内阻，不能求出电热壶加热部分的电阻，A错误；
BC．电动机的内阻
水泵正常工作时的热功率
水泵的总功率
水泵输出的机械功率
故B正确，C错误；
D．该电热壶的额定功率是1500W，但一天内电热壶不是一直在工作的，所以使用一天电热壶消耗的电能不是，D错误。
故选B。
9．A
【详解】
根据公式可得和的电阻小于和的电阻，因为通过和的电流之和等于通过的电流，所以通过的电流大于通过的电流，通过的电流小于通过的电流，根据公式可得
，
因为和并联，所以电压相等，根据公式可得
所以
又
故最暗。
故选A。
10．A
【详解】
与并联，电流与电阻成反比，设通过的电流为3I，则通过的电流为2I，通过的电流为5I，根据可得
，，
所以有
故选A。
11．C
【详解】
由P=UI可知，L1的额定电流为1A，L2的额定电流为2A，由欧姆定律可知，L1的电阻为3Ω，L2的电阻为1.5Ω；由此可知A、D不能正确发光，B、C可以正常发光；
B图中总电流3A，电路消耗功率；C图中总电流2A，电路消耗功率，故可知C电路功率最小，故C正确，A、B、D错误；
故选C．
12．B
【详解】
由于PTC元件的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，当电动机转起来正常工作以后，PTC元件温度较高，启动绕组电流很小，由
I＝U/R和P=UI
可知电路中电流是先增大后减小，电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少，所以①错误，②正确；由于启动绕组是与PTC元件串联，而运动绕组是直接接在电源上，且PTC元件的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，因而电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运动绕组功率不变，所以③错误，④正确；故选B．
13．A
【详解】
开关接通时，灯泡发生短路，电阻小于开关断开时的电阻，有公式可知，开关接通时比开关断开时消耗的总功率大，故A正确；开关接通时，电灯熄灭，只有电烙铁通电，电路中电阻减小，有公式可知，消耗的功率增大；故B错误；开关断开时，电灯发光，电烙铁也通电，消耗的总功率减小，且电烙铁发热较少，故C错误；开关断开时，灯泡串联在电路中，电灯发光，总电阻增大，可供在焊接时照明使用，消耗总功率减小，故D错误；故选A．
14．C
【详解】
由题图知R0与R并联，电压表测电源电压，电流表测R支路的电流．若电源提供的电流恒定为，根据并联电路特点可知：，其中为定值，由，可知U与I的图象为一次函数，且，故AB错误；由电功率的计算公式：电路消耗总功率，其中为定值，由，可知P与I的图象为一次函数，，且I不能为0，P不会为0，故C正确，D错误．
15．0.14
0.35
【详解】
由
可知
则通过两个灯泡的额定电流为0.02A和0.1A，所以两灯泡串联允许通过的最大电流为0.02A，
此时电路允许消耗的最大功率为
由
可知，通过两个灯泡的额定电压为5V和10V，所以两灯泡并联允许的最大电压为5V，此时电路允许消耗的最大功率为
16．70（68~72）
B
【详解】
（1）[1]
，PQ与温度t之间关系的图像如图
由图可知，当温度为
时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化。
（2）[2]
根据图像说明，温度在内，功率越大，加热越快。
故选B。
17．0.3
9：4
【详解】
[1]保持S1闭合，S2接通时，外电路总电阻为
S2断开时，外电路总电阻为
由电源的总功率公式
总功率之比为9：5，得
代入解得
[2]根据电源的总功率公式P=I2(R+r)得
S2接通和断开时电流表的示数之比
18．80
【详解】
[1]R的上半部分与R0串联的总电阻
由欧姆定律可得：
R0两端的电压
[2]流过R的下半部分的电流为
R的下半部分的热量为
R的上半部分的热量为
所以总热量为
19．（1）
（2）600W
（3）20A
2400W
【详解】
（1）由能量关系
即
．
故
．
（2）由得
．
因为电动机线圈电阻，电源电压，均为定值，调节输入电动机线圈的电流I，可有最大值，因此对上式进行配方，有
当时，有最大值．
即时，电动机获得的最大机械功率
由，得重物的最大提升速度
．
（3）电动机转动时为非纯电阻，此时或．当因故障停止转动后，电动机转化为纯电阻，此时或，故电流增大了．此时电流
电动机消耗的电功率为
20．（1）见解析；（2）12：1
【详解】
（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合；当温度升高到103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态。
（2）加热时电饭煲消耗的电功率
保温时电饭煲消耗的电功率
联立方程，可得
21．(1)2Ω，72W；(2)58.3%；(3)16W
【详解】
(1)当闭合，、断开时，电炉子接入电路。电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得电炉子的电阻
其发热功率
(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律，有
所以
(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律知
所以
22．（1）表示对外做功的值
（2）125Wh/kg
（3）2t
（4）提高电池的能量密度ρ比增加电池质量m更合理
【详解】
(1)根据图像的坐标轴可知，图像所围面积物理意义是U·It，表示对外做功的值；
(2)由（1）知，能量密度
(3)q=It，I不变则电量与时间成正比，由U-q图像可知剩余电量从100到80，通过电池电量约300mAh，剩余电量从50到30，通过电池电量约600mAh，则时间约为2t
(4)设汽车质量M，电池质量m，单次充电行驶最大距离s，由题意，阻力与总质量成正比，即
f=k（m
+M）
汽车消耗电能，克服阻力做功
fs=k（m
+M）s
电池能量的用来对外做功
W=fs
=mρ
单次充电行驶最大距离
<
s与m为非线性关系，有上限。可见行驶的最大距离随着电池质量的增加，提升得越来越慢。s与ρ成正比，ρ增大并不增加阻力，不造成电能额外损耗，可见，提高电池的能量密度ρ比增加电池质量m更合理。