【物理】2020届一轮复习人教版电功电功率课时作业 4页

‎2020届一轮复习人教版 电功 电功率 课时作业 ‎1．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求： ‎ ‎(1)通过电动机的电流；‎ ‎(2)输入电动机的电功率；‎ ‎(3)若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。(g取10 m/s2)‎ ‎【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V 流过电阻R的电流IR＝＝A＝‎‎5A 即通过电动机的电流，IM＝IR＝‎5A。‎ ‎(2)电动机的分压UM＝UV＝110V 输入电动机的功率P电＝IMUM＝550W。‎ ‎(3)电动机的发热功率P热＝Ir＝20W 电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝530W 又因P出＝mgv，所以m＝＝‎53kg。‎ ‎2．有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。则电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？ ‎ ‎【解析】当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电阻电路，欧姆定律成立。当电动机转动时，一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻，故又在线圈上产生内能，输入的电功率P电＝P热＋P机。‎ 接U＝0.2 V电压时，电动机不转，电流I＝‎0.4 A，根据欧姆定律，线圈电阻R＝＝＝0.5 Ω 当接U′＝2.0 V电压时，电流I′＝‎1.0 A，故 输入电功率P电＝U′I′＝2.0×1.0 W＝2.0 W 消耗热功率P热＝I′2R＝1.02×0.5 W＝0.5 W 故输出功率即机械功率 ‎ P机＝P电－P热＝(2.0－0.5) W＝1.5 W。‎ 如果正常工作时转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P热′＝＝ W＝8 W ‎ ‎1．有一电动机，其铭牌上标有“100 V 50 W”，当给此电动机接上100 V的电源使其正常工作时，测得它可以将重10 N的物体以4 m/s的竖直速度匀速提起，求：‎ ‎(1)此电动机的线圈电阻为多大；‎ ‎(2)为了让此电动机和一个“100 V 30 W”的白炽灯在一个输出电压为200 V的电源带动下都能正常工作，有人设计了如图电路，请计算电路中的附加电阻的阻值。‎ ‎【解析】（1）电动机正常工作时输出的机械功率为：P机＝Gv＝10×4W＝40W 所以其正常工作发热功率为：P热＝P-P机＝50-40＝10W 正常工作电流为：‎I＝PU＝‎50‎‎100‎A＝0.5A 根据焦耳定律：P热＝I2 r 根据以上可得电动机内阻：r＝‎10‎‎0．‎‎5‎‎2‎Ω＝40Ω。‎ ‎（2）白炽灯泡正常工作时的电流为：‎IL‎＝PLUL＝‎30‎‎100‎A＝0.3A 所以分流电阻R上应流过的电流为IR＝I-IL＝0.5-0.3＝0.2A 根据欧姆定律，分流电阻R的阻值应为R＝UIR＝‎100‎‎0.2‎Ω＝500Ω。‎ ‎2．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝0.10 kg，当将重物固定时，理想电压表的示数为5 V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5 V，求：(不计摩擦，g取10 m/s2) ‎ ‎(1)串联入电路的电动机内阻；‎ ‎(2)重物匀速上升时的速度大小；‎ ‎(3)匀速提升重物3 m需要消耗的电能。‎ ‎【解析】‎ (1)‎由题，电源电动势E＝6V，电源内阻r＝1Ω，当将重物固定时，电压表的示数为5V，则根据闭合电路欧姆定律得 电路中电流为I＝E-Ur＝‎6-5‎‎1‎＝1A 电动机的电阻RM‎＝U-IRI＝‎5-1×3‎‎1‎Ω＝2Ω ‎(2)‎当重物匀速上升时，电压表的示数为U＝5.5V，电路中电流为I'＝E-U'‎r＝0.5A 电动机两端的电压为UM‎＝E-I'(R+r)＝6-0.5×(3+1)V＝4V 故电动机的输入功率P＝UMI'＝4×0.5＝2W 根据能量转化和守恒定律得 UMI'＝mgv+I‎'‎‎2‎R 代入解得，‎v＝1.5m/s ‎(3)‎匀速提升重物3m所需要的时间t＝hv＝‎3‎‎1.5‎＝2s 则消耗的电能W＝EI't＝6×0.5×2＝6J ‎3．如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机的内阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A。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。‎ ‎【解析】（1）电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：‎R＝UI‎1‎＝‎12‎‎6‎Ω＝2Ω 其发热功率：P＝I‎1‎U＝12×6‎W‎＝72‎W ‎（2）电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律：I‎2‎U＝I‎2‎‎2‎rM+P输出 所以：‎η＝I‎2‎U-‎I‎2‎‎2‎rMI‎2‎U＝‎5×12-‎5‎‎2‎×1‎‎5×12‎＝58.3%‎ ‎（3）电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律：P化学‎＝I‎3‎U-‎I‎3‎‎2‎rA 所以：P化学‎＝(12×4-‎4‎‎2‎×2)‎W ‎＝16‎W ‎4．用一个标有“12 V 24 W”的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图所示。‎ ‎(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？‎ ‎(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300 K，求正常发光条件下灯丝的温度。‎ ‎(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20 V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？‎ ‎(4)当合上开关后，需要0.5 s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计算电流的最大值。‎ ‎【解析】（1）由题图知，正常发光时R＝8Ω，故电功率为：‎P＝U‎2‎R＝‎12‎‎2‎‎8‎＝18W ‎（2）由题图知，室温时电阻R′＝1Ω，由TT'‎‎＝‎RR'‎ 得：‎T＝RR'‎T'＝‎8‎‎1‎×300＝2400K ‎（3）电阻的电压为：U′＝20-12＝8V 电阻的电流为：I'＝UR＝‎12‎‎8‎＝1.5A ‎ 串联电路电阻为：Rx＝U'‎I'‎‎＝‎8‎‎1.5‎＝5.33Ω；‎ ‎（4）闭合开关后，灯丝温度升高，电阻增大，电压不变，因此电流减小；‎ 由图示可知，最小电阻为1欧姆，最大电流：I＝UR最小＝‎12‎‎1‎A＝12A。‎ ‎5．如图所示，用电动势E＝14 V电源的电路控制电动机，带动传送带向高处传送物品，电路中接有一标有“6 V　12 W”字样的小灯泡L。现将一质量kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点，此后灯泡正常发光，电动机正常工作，其额定电压为6 V ‎，电动机带动传送带以v＝4 m/s的速度匀速运动，传送带长为20 m，与水平面之间的夹角θ＝37°，小物体与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.8，g＝10 m/s2。在传送带将小物体从A点传送到最高点B点的过程中，求：‎ ‎(1)电源内阻r；‎ ‎(2)为传送小物体，电动机输出多少能量? （设传送带无货物时，电动机输出功率为零）‎ ‎【解析】（1）电源内电压U内＝E-UL-UM＝14V-6V-6V＝2V 电流I＝U内r＝‎PLUL ‎ 即‎2‎r‎＝‎‎12‎‎6‎ ‎ 解得电源内阻r＝1Ω ‎（2）物体刚放上A点时，受到的滑动摩擦力沿传送带向上，物体作匀加速直线运动，此时：‎ a＝μmgcosθ-mgsinθm＝0.4m/s2‎ 假设物体能与皮带达到相同的速度，则物体加速上滑的位移为：‎x‎1‎‎＝v‎2‎‎2a＝‎4‎‎2‎‎2×0.4‎m＝20m＝L 说明到达B点时速度为v＝4m/s 从A到B，传送带对物体做的功，根据动能定理W传‎＝mgh+‎1‎‎2‎mv‎2‎＝50J；t‎1‎‎＝va＝‎4‎‎0.4‎s＝10s ‎ 相对位移为：S相＝x传-x1＝vt1-‎1‎‎2‎vt1＝‎1‎‎2‎vt1＝‎1‎‎2‎×4×10m＝20m 所以由功能关系得电动机输出能量：E电＝W传+μmgcosθ•S相＝100J。‎