2019-2020学年高中物理第二章恒定电流5焦耳定律课后检测含解析新人教版选修3-1 9页

‎5　焦耳定律 记一记 焦耳定律知识体系 ‎4个概念——电功、电功率、电热、热功率 ‎4个公式——W＝IUt、P＝IU、Q＝I2Rt、P＝I2R ‎2种电路——纯电阻电路和非纯电阻电路 辨一辨 ‎1.电流做功越多，电功率越大．(×)‎ ‎2．电功率越大，电流做功越多．(×)‎ ‎3．电流做功的过程实质上是静电力做功的过程．(√)‎ ‎4．热功率一定等于电功率．(×)‎ ‎5．在任何电路中都可以用Q＝I2Rt求电热．(√)‎ ‎6．电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功．(√)‎ ‎7．电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热．(√)‎ 想一想 ‎1.纯电阻电路和非纯电阻电路的区别是什么？‎ 提示：纯电阻电路中消耗的电能全部转化为内能，而非纯电组电路中消耗的电能只是部分转化为内能．‎ ‎2．在一般电路中消耗的电能和产生的内能有什么关系？‎ 提示：在任何电路中，产生的内能不会大于消耗的电能，即E内≤E电．‎ ‎3．一个电路消耗的总功率和各部分消耗电功率的关系与电路结构有关吗？‎ 提示：在任何电路中，整个电路消耗的定功率都等于各部分电路消耗的功率之和，与电路结构无关．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　练一练 ‎1.[2019·山东省普通高中学业水平考试]如图所示为某品牌的扫地机器人，其内部电机的电阻为0.5 Ω，额定功率为24 W，额定工作电压为8 V，锂电池容量为‎9 A·h，则该扫地机器人正常工作时(　　)‎ A．额定工作电流为‎3 A - 9 -‎ B．额定工作电流为‎16 A C．充满电后最长工作时间约为9 h D．每秒消耗能量为128 J 答案：A ‎2．[2019·湖北广水一中月考]有一台电风扇，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内产生热量的方法中正确的是(　　)‎ A．Q＝　　　　　　　　　B．Q＝Pt C．Q＝()2Rt D．以上三种方法均正确 答案：C ‎3.‎ ‎[2019·山东实验中学期中]如图所示的电路中，电源的输出电压恒为U，电动机M的线圈电阻与电炉L的电阻相同，电动机正常工 作，在相同的时间内，下列判断正确的是(　　)‎ A．电炉放出的热量大于电动机放出的热量 B．电炉两端电压小于电动机两端电压 C．电炉两端电压等于电动机两端电压 D．电动机消耗的电功率等于电炉消耗的电功率 答案：B ‎4．[2019·湖南湘潭市一中期中考试]如图甲所示的电路，三个小灯泡并联后与电阻箱串联，如图乙所示的电路，三个小灯泡与电阻箱串联，两个电路中的小灯泡均完全相同．现将两个电路接在相同的电压两端，调节电阻箱的旋钮使所有的灯泡正常发光．电路甲消耗的电功率为P1，电路乙消耗的电功率为P2.则下列关系式正确的是(　　)‎ A.<3 B.＝3‎ C.>3 D.< 答案：B 要点一 纯电阻电路和非纯电阻电路 ‎1.‎ 如图所示电路中，R1＝R3P1>P3>P4‎ C．P2>P1>P4>P3 D．P1>P2>P3>P4‎ 解析：根据并联电阻的特点，R3、R4两电阻的并联值R34要小于R3‎ - 9 -‎ ‎，所以根据串联电路中功率分配关系可知，P2>P1>P34.再根据并联电路中功率分配关系可知P3>P4，故B项正确．‎ 答案：B ‎2．额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V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(　　)‎ 解析：判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝，可知RAUA，且有UB>110 V，B灯被烧毁，UA<110 V不能正常发光，A项错误．‎ 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>U并，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UA＝UB＝110 V，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＝110 V，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 V，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110 V，所以C电路消耗电功率最小．‎ 答案：C ‎3．加在某电动机上的电压是U(V)，电动机消耗的电功率为P(W)，电动机线圈的电阻为r(Ω)，则电动机线圈上消耗的电热功率为(　　)‎ A．P B. C. D．P－ 解析：由P＝UI知电路中的电流I＝，所以线圈消耗的热功率PQ＝I2r＝()2r＝.即C项正确．‎ 答案：C ‎4．小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中．请问：‎ 电动机的电压/V 电动机工作状态 通过电动机的电流/A ‎0.2‎ 不转动 ‎0.4‎ ‎2.0‎ 正常转动 ‎1.0‎ ‎(1)这只电动机线圈的电阻为多少？‎ ‎(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？‎ ‎(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？‎ ‎(4)该玩具电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是多少？‎ 解析：(1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得：‎ r＝＝ Ω＝0.5 Ω ‎(2)当电动机正常工作时，‎ - 9 -‎ P机＝UI－I2r＝(2×1－12×0.5) W＝1.5 W ‎(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能 E＝UIt＝2×1×60 J＝120 J ‎(4)电能转化为机械能的效率 η＝×100%＝×100%＝75%.‎ 答案：(1)0.5 Ω　(2)1.5 W　(3)120 J　(4)75%‎ 要点二串、并联电路中电功率、电功和电势的综合分析与计算 ‎5.(多选)[2019·山东济南二中高二检测]如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等．则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法，正确的是(　　)‎ A．U甲>2U乙 B．U甲＝2U乙 C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙 解析：设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等．P＝U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙；又由U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，故B、C两项正确．‎ 答案：BC ‎6．三只电阻R1、R2和R3按如图所示连接，在电路的A、B端加上恒定电压后，电阻R1消耗的功率最大，则三只电阻的阻值大小关系为(　　)‎ A．R1>R2>R3 B．R2>R1>R3‎ C．R3>R2>R1 D．R1>R3>R2‎ 解析：电阻R1、R2并联，电阻两端的电压相等，因为电阻R1消耗的功率最大，由功率公式P＝，可判断R2>R1，由串、并联电路的特点可知，通过电阻R1的电流小于通过电阻R3的电流，根据功率公式P＝I2R，可判断R1>R3，故选B项．‎ 答案：B ‎7．将两个定值电阻R1、R2并联在电压为U的电源两端，R1消耗的功率为P1，R2消耗的功率为3P1，当把它们串联在电压为4U的电源两端时，下列说法正确的是(　　)‎ A．R1两端的电压为U B．R2消耗的功率变小 C．通过R2的电流变小 D．两个电阻消耗的总功率为12P1‎ 解析：由P2＝＝3P1＝得：R1＝3R2.R1、R2串联后接在4U电路中，由＝得：U1＝3U，U2＝U，所以A、B、C三项均错误．R1、R2消耗的总功率P＝＋＝＋＝12P1.即D项错误．‎ 答案：D - 9 -‎ 基础达标 ‎1.关于电功率的下列说法中，正确的是(　　)‎ A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关 B．用电器的实际功率取决于用电器的额定功率 C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率 D．电功率越小，则电流做功越少 解析：用电器的额定功率是它正常工作时的功率．其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和电压无关，故A项错误，C项正确；而用电器实际功率是多大，是由加在它两端的电压和通过的电流决定的，故B项错误；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与时间有关，故D项错误．‎ 答案：C ‎2．一台电动机，额定电压是100 V，电阻是1 Ω.正常工作时，通过的电流为‎5 A，则电动机因发热损失的功率为(　　)‎ A．500 W　　　　　　　　　B．25 W C．1 000 W D．475 W 解析：电动机的热功率P＝I2r＝(‎5 A)2·1 Ω＝25 W，B项正确，A、C、D三项错误．‎ 答案：B ‎3．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 解析：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＝，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60 W，C项正确，A项错误；电解槽的发热功率P热＝I2R≈1.3 W，B项错误；整个电路消耗的功率P总＝220 V×＝120 W，D项错误．‎ 答案：C ‎4．[2019·江苏海安高级中学期末考试]如图为A、B两灯泡的I－U图象，把它们串联接在220 V的恒压电源上．根据图象，计算A、B两灯泡的实际功率分别约为(　　)‎ A．5 W、17 W B．22 W、48.4 W C．48.4 W、22 W D．50 W、170 W 解析：由两灯泡串联接在220 V的恒压电源上，可知两灯泡中的电流相等，且总电压为220 V，则由题图可知，电流约为‎0.1 A，A灯泡的电压为50 V，B灯泡的电压约为170 V，则由P＝UI可知，A灯泡的功率为5 W，B灯泡的功率为17 W，A项正确．‎ 答案：A ‎5．(多选)对电功及焦耳定律公式的理解正确的是(　　)‎ A．焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解 - 9 -‎ B．电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适合于任何电路，因此W一定等于Q C．非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热 D．电功的另一表达式W＝t只适用于纯电阻电路 解析：任何电路的焦耳热的求解都可用焦耳定律求解，A项正确；B项中的两个公式均适合于任何电路，但W不一定等于Q，B项错误；非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热，C项错误；W＝t只适用于纯电阻电路，D项正确．‎ 答案：AD ‎6．三个阻值相同的灯泡，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(　　)‎ 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.‎ 答案：C ‎7．[2019·北京师大二附中期中考试]取两根完全相同的电阻丝，第一次将两电阻丝串联，第二次将两电阻丝并联，两次在电阻丝两端加相同的电压．若两次两电阻丝产生的热量均为Q，第一次用时t串，第二次用时t并，则先后两次所用时间之比为(　　)‎ A．1∶1 B．2∶1‎ C．4∶1 D．1∶4‎ 解析：设每个电阻丝的电阻为R，则R串＝2R，R并＝，由Q＝t得t串∶t并＝4∶1，C项正确．‎ 答案：C ‎8．(多选)[2019·重庆南开中学期中考试]一台直流电动机的电阻为R，额定电压为U，额定电流为I，当其正常工作时，下列叙述正确的是(　　)‎ A．电动机所消耗的电功率I2R B．t时间内所产生的电热为UIt C．t时间内所产生的电热为I2Rt D．t时间内输出的机械能为(U－IR)It 解析：电动机所消耗的电功率P＝UI，所以A项错误；I2R计算的是电动机的内阻发热的功率，所以t时间内产生的电热为I2Rt，所以B项错误，C项正确；t时间内所产生的机械能为电动机的总功减去电热，所以产生的机械能为(UIt－I2Rt)，D项正确．‎ 答案：CD ‎9．一个电阻接到某电路后，消耗的功率为110 W，通过‎3 C的电荷量时，有330 J的电能转化为内能，则(　　)‎ A．电阻所加电压为330 V B．通过电阻的电流为‎1 A - 9 -‎ C．电阻通电时间为3 s D．这个电阻的阻值为110 Ω 解析：由W＝qU得U＝＝＝110 V，故A项错误．‎ 由W＝pt得t＝＝＝3 s，又由q＝It得I＝＝＝‎1 A，故B、C两项正确．‎ 由W＝Q＝I2Rt得R＝＝110 Ω.故D项正确．‎ 答案：BCD ‎10．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元件，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，消耗的总电功率增大，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，消耗总电功率不变 解析：开关接通时，灯泡被短路，灯泡熄灭，电路的总电阻变小，电路的总电功率变大，电烙铁的电功率变大，A项正确，B项错误；开关断开时，电路总电阻变大，电路的总电功率变小，C、D两项错误．‎ 答案：A ‎11．[2019·山东师大附中期中考试]如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成，当闭合开关S1、S2后，电动机正常工作，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出，断开开关S1，电吹风吹冷风．已知电吹风的额定电压为220 V，吹热风时的功率为1 000 W，吹冷风时的功率为120 W，关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)‎ A．当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为1 000 JB.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒消耗的电能为120 J C．电热丝的电阻为55 ΩD.电动机线圈的电阻为 Ω 解析：吹热风时，电势丝和电动机并联，即电路消耗的电功率等于电热丝消耗的电功率与电动机消耗的电功率之和，故1 000 W＝120 W＋P热，则电热丝的功率为P热＝880 W，根据公式W＝Pt，可得当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J，根据公式P＝可得电热丝的电阻为R＝＝55 Ω，A项错误，C项正确；当吹冷风时，只有电动机工作，电热丝不工作，电热丝消耗的电能为0，B项错误；因为电动机是非纯电阻用电器，所以不能根据公式R＝求解线圈电阻，D项错误．‎ 答案：C ‎12．如图所示，用输出电压为1.4 V，输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍—氢电池充电．下列说法错误的是(　　)‎ - 9 -‎ A．充电器输出的电功率为0.14 W B．充电时，电池消耗的热功率为0.02 W C．电能转化为化学能的功率为0.12 W D．充电器每秒把0.14 J的能量存储在电池内 解析：充电器输出的电功率P电＝UI＝1.4×0.1 W＝0.14 W，A项正确；充电时，电池消耗的热功率为P热＝I2r＝0.02 W，B项正确；电能转化为化学能的功率为P化＝P电－P热＝0.12 W，C项正确；充电器每秒把0.12 J的能量存储在电池内，D项错误．‎ 答案：D 能力达标 ‎13.[2019·四川乐山中学高二月考]表中是一辆电动自行车说明书上的一些技术参数，根据表中提供的信息，探究以下问题：(g取‎10 m/s2，计算结果均保留两位有效数字)‎ 规格 后轮驱动直流电机 车型 ‎26″电动自行车 额定输出功率 ‎120 W 整车质量 ‎30 kg 额定电压 ‎40 V 最大载重 ‎120 kg 额定电流 ‎3.5 A ‎(1)在额定电压下工作时，该电机的内阻是多少？其效率为多大？‎ ‎(2)假设行驶过程中所受阻力是车和人总重的0.02，在最大载重量的情况下，人骑车行驶的最大速度为多大？‎ 解析：(1)由题目提供信息可知，电机的输出功率为P出＝120 W，额定电压为U0＝40 V，额定电流为I0＝‎3.5 A.‎ 电机正常工作时输入功率为 P入＝U0I0＝40×3.5 W＝140 W 所以电机的效率为 η＝×100%＝×100%≈86%‎ 设电机的内阻为r，则P入－P出＝Ir 解得r≈1.6 Ω.‎ ‎(2)由题意知，行驶时所受阻力为F阻＝k(M＋m)g 当达到最大速度vmax时，应有P出＝F阻vmax 解得vmax＝‎4.0 m/s.‎ 答案：(1)1.6 Ω　86%　(2)‎4.0 m/s ‎14．[2019·天津静海县第一中学期中考试]有一个用直流电动机提升重物的装置，重物的质量m＝‎50 kg，电路电压为120 V，当电动机以v＝‎0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I＝‎5 A，求：(取g＝‎10 m/s2)‎ ‎(1)电动机线圈的电阻尺等于多少？‎ ‎(2)电动机对该重物的最大提升速度是多少？‎ ‎(3)若因故障电动机不能转动，这时通过电动机的电流是多大，电动机消耗的电功率又为多大？‎ 解析：(1)电动机提升重物时，根据能量守恒定律得P电＝P热＋P机，即UI＝I2R＋mgv 解得R＝6 Ω ‎(2)根据P电＝P热＋P机，得P机＝P电－P热＝UI－I2R＝－R(I－)2＋ 当I＝时，P机有最大值 - 9 -‎ 即I＝＝‎10 A时，P机max＝ W＝600 W 根据P机max＝mgvmax得vmax＝＝‎1.2 m/s ‎(3)若因故障电动机不能转动，则由欧姆定律得通过电动机线圈的电流为I′＝＝ A＝‎‎20 A 电动机消耗的电动率为P′串＝I′2R＝2 400 W 答案：(1)6 Ω　(2)‎1.2 m/s　(3)‎20 A　2 400 W - 9 -‎