2019届高中物理第二章7第6节焦耳定律电路中的能量转化随堂演练教科版 8页

焦耳定律电路中的能量转化1．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)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．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻的电路C．在不是纯电阻的电路中，UI＞I2RD．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路解析：选BCD.电功率公式P＝，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝，焦耳热Q＝Rt，可见Q与P、U、t都有关．所以，P越大，Q不一定越大，A不对．W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路．而I＝只适用于纯电阻电路，B对．在不是纯电阻的电路中，电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以W＞Q，即UI＞I2R，C对．Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D对．2．对计算任何用电器的热功率都适用的公式是(P表示用电器的热功率，W表示电流对用电器做的功，U表示用电器两端电压，I表示通过用电器上的电流)(　　)A．P＝I2R　　　　　　　　B．P＝IUC．P＝D．P＝解析：选A.公式P＝I2R计算热功率适用于所有电器．则A正确，B、C、D三项若求得热功率，则只能是纯电阻电路才可用的公式．3．小亮家有一台电风扇，内阻为20Ω，额定电压为220V，额定功率为66W，将它接上220V电源后，发现因扇叶被东西卡住不能转动．则此时电风扇消耗的功率为(　　)A．66WB．2420WC．11WD．不确定解析：选B.当扇叶被东西卡住不能转动时，电路为纯电阻电路，所以电风扇消耗的功率也就是热功率．P＝＝2420W．B对，A、C、D错．4．R1和R2分别标有“2Ω，1.0A”和“4Ω，0.5A”，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(　　)nA．1.5WB．3.0WC．5.0WD．6.0W解析：选A.把R1和R2串联后，由于R2的最大电流较小，所以串联后的最大电流为0.5A，串联后的总电阻为6Ω，所以电路的最大功率为P＝I2R＝0.52×6W＝1.5W，所以A正确．5.如图所示，已知电源的电动势为E，内阻r＝2Ω，定值电阻R1＝0.5Ω，滑动变阻器的最大阻值为5Ω，求：(1)当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？解析：(1)因为电路是纯电阻电路，则满足闭合电路欧姆定律，有PR1＝R1.当R2＝0时，电阻R1消耗的功率最大，PR1m＝R1.(2)方法一　极值法PR2＝R2＝R2＝.当R2＝R1＋r＝2.5Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，即PR2m＝.方法二　等效电源法如果把电源和R1的电路等效为一个新电源，则整个电路等效为一个新电源和滑动变阻器组成的闭合电路，“外电路”仅一个滑动变阻器R2，这个等效电源的E′和r′可以这样计算：把新电源的两端断开，电源电动势E等于把电源断开时电源两端的电压，则新电源的电动势E′＝E，而等效电源的内阻r′＝R1＋r，即两个电阻的串联．根据电源的输出功率随外电阻变化的规律，在R2上消耗的功率随外电阻R2的增大而先变大后变小，当R2＝r′＝R1＋r＝2.5Ω时，在R2上消耗的功率达到最大值，即PR2m＝.(3)原理同(2)，很容易得出当R1＋R2＝r，即R2＝r－R1＝1.5Ω时，电源输出的功率最大，Pm＝.n答案：(1)0　(2)2.5Ω　(3)1.5Ω[学生用书P119(单独成册)]一、单项选择题1．功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W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．假设每户家庭有2只60W的白炽灯，均用10W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近(按每户一天亮灯5小时，全国共有4亿户家庭计算)(　　)A．8×108kW·h　　　　B．8×1010kW·hC．8×1011kW·hD．8×1013kW·h解析：选B.按每户一天亮灯5小时计算，每户一年节省的电能为(2×60－2×10)×10－3×5×365kW·h＝182.5kW·h，全国共有4亿户家庭，则全国一年节省的电能为182.5×4×108kW·h＝7.3×1010kW·h，最接近于B选项，故选项B正确，选项A、C、D错误．2．微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转．当加在电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，这时电动机正常工作，则该吸尘器的效率为(　　)A．20%B．40%C．60%D．80%解析：选C.电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r＝＝Ω＝1Ω，电动机转动时，热功率：P热＝I2r＝0.82×1W＝0.64W，其输入的电功率为：P入＝I1U1＝0.8×2W＝1.6W，消耗的电能转化为内能和机械能，故电动机的机械功率：P出＝P入－I2r＝1.6W－0.82×1W＝0.96W，吸尘器电动机的效率：η＝×100%＝×100%＝60%，故选C.3.如图所示，电源的电动势为30V，内电阻为1Ω，一个“6V，12W”的电灯与一个绕线电阻为2Ω的电动机串联．已知电路中的电灯正常发光，则电动机输出的机械功率为(　　)A．36WB．44WC．48WD．60W解析：选A.由电路和题意可知，I＝IL＝＝2A，则U机＝E－Ir－UL＝30V－2V－6V＝22V，所以P出＝IU机－I2r机＝(22×2－22×2)W＝36W.4.如图所示，R1和R2的规格为“4W、100Ω”，R3的规格为“1W、100nΩ”，当A、B端加电源通电时，这部分电路允许消耗的最大功率为(　　)A．9WB．4.5WC．2.5WD．1.5W解析：选D.对R1和R2，额定电流I1＝I2＝＝0.2A．对R3，额定电流I3＝＝0.1A.若R1、R2、R3均能工作，则当I3＝0.1A时，I1＝I2＝0.05A，此时P3＝1W．P1＝P2＝W.故该电路允许消耗的最大功率P＝P3＋P1＋P2＝1.5W，D对．5．电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比．在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为(　　)A.、B．、C.、D．、解析：选D.电源效率η＝，E为电源的总电压(即电动势)，根据图像可知Ua＝E，Ub＝E，所以选项D正确．6．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24V　220W)和10个相同的指示灯X1～X10(220V　2W)，将其连接在220V交流电源上，电路如图所示．若工作一段时间后L2灯丝烧断，则(　　)A．X1的功率减小，L1的功率增大B．X1的功率增大，L1的功率增大C．X2的功率增大，其他指示灯的功率减小D．X2的功率减小，其他指示灯的功率增大n解析：选C.L2灯丝烧断后电路的总电阻增大，电路中总电流减小，流过其他指示灯、强光灯的电流都同比例的减小，消耗的功率都减小，两端的电压都减小，则X2两端电压增大，消耗的功率也增大，C正确．二、多项选择题7．一直流电动机正常工作时两端的电压为U，通过的电流为I，电动机线圈的电阻为r.该电动机正常工作时，下列说法正确的是(　　)A．电动机消耗的电功率为IUB．电动机的输出功率为IU－I2rC．电动机的发热功率为D．I、U、r三个量间满足I＝解析：选AB.电动机正常工作时，电动机消耗的电功率P电＝UI，故A正确．电动机的发热功率P热＝I2r，由于欧姆定律不再成立，P热≠.根据能量守恒定律得到，电动机的输出功率P出＝P电－P热＝UI－I2r，故B正确，C错误．电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，电能一部分转化为内能，则有UIt＞I2rt，得到U＞Ir，故D错误．8．表格中是一辆电动自行车的部分技术指标，参考表中数据判断以下说法正确的是(　　)载重电源输出电压充电时间电动机额定输出功率电动机额定工作电压和电流80kg≥36V6～8h180W36V/6AA.自行车每秒钟消耗的电能为216JB．电动机每秒钟消耗的电能为180JC．电动机的内电阻为6ΩD．电动机的内电阻为1Ω解析：选AD.电动机每秒消耗的电能W＝UIt＝36V×6A×1s＝216J，则自行车每秒消耗的电能是216J，故A正确，B错误；电动机的热功率PQ＝P－P出＝UI－P出＝36V×6A－180W＝36W，PQ＝I2r，则电动机内阻r＝1Ω，故C错误，D正确．9．如图所示是一直流电动机提升重物的装置．已知重物质量为m＝50kg，电源输出电压U＝110V保持不变，电动机线圈电阻R＝4Ω，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提升重物时，电路中的电流I＝5A(g＝10m/s2)，则(　　)nA．电源的输出功率为100WB．电动机线圈电阻R的发热功率为550WC．提升重物的功率为450WD．电动机的效率约为81.8%解析：选CD.电源输出功率P＝UI＝550W，选项A错误；电动机线圈电阻R的发热功率P热＝I2R＝100W，选项B错误；提升重物的功率为P机＝(550－100)W＝450W，选项C正确；电动机的效率为η＝＝×100%≈81.8%，选项D正确．10.如图所示的图线①表示某电池组的输出电压与电流的关系(U－I图线)，图线②表示其输出功率与电流的关系(P－I图线)．则下列说法正确的是(　　)A．电池组的电动势为50VB．电池组的内阻为ΩC．电流为2.5A时，外电路的电阻为15ΩD．输出功率为120W时，输出电压是30V解析：选ACD.电池组的输出电压和电流的关系为：U＝E－Ir，显然直线①的斜率的大小等于r，纵轴的截距为电池组的电动势，从题图中看出截距为50V，斜率的绝对值大小等于r＝Ω＝5Ω，A对，B错．当电流为I1＝2.5A时，回路中电流I1＝，解得外电路的电阻R外＝15Ω，C对．当输出功率为120W时，由图中P－I关系图线中看出对应干路电流为4A，再从U－I图线中读取对应的输出电压为30V，D对．三、非选择题11.如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1Ω，电动机两端的电压为5V，电路中的电流为1A，重物A重20N，不计摩擦力，求：(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？(3)10s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？n解析：(1)根据焦耳定律，热功率为P热＝I2r＝12×1W＝1W.(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＝1×5W＝5W，输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率P出＝P入－P热＝5W－1W＝4W.(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10s内，P出t＝Gh.解得h＝＝m＝2m.(4)机械效率η＝×100%＝80%.答案：(1)1W　(2)5W　4W　(3)2m　(4)80%12．一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V的电压后，正常运转，这时电风扇消耗的功率是66W．求：(1)通过电动机的电流是多少？(2)转化为机械能和内能的功率各是多少？电动机的效率是多大？(3)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流多大？电动机消耗的电功率和发热功率又是多大？解析：(1)电风扇消耗的电功率：P＝UI所以通过电动机的电流：I＝P/U＝0.3A.(2)电动机电阻消耗的电功率即为转化为内能的功率，所以P内＝I2r＝1.8W根据能量关系有，转化为机械能的功率为P机＝P－P内＝64.2W电动机的效率为η＝P机/P＝97.3%.(3)扇叶被卡住后电动机在电路中相当于电阻，这时通过电动机的电流I′＝U/r＝11A电动机消耗的电功率：P′＝UI′＝2.42×103W电动机的发热功率：P热＝(I′)2R＝P′＝2.42×103W.答案：(1)0.3A(2)P机＝64.2W　P内＝1.8W　97.3%(3)11A　2.42×103W　2.42×103Wn