物理必修 第三册8 焦耳定律 电路中的能量转化精品课后测评

这是一份物理必修 第三册8 焦耳定律 电路中的能量转化精品课后测评，共19页。试卷主要包含了0分），【答案】D，【答案】C，【答案】A等内容，欢迎下载使用。

绝密★启用前
2.8焦耳定律电路中的能量转化同步练习教科版（ 2019）高中物理必修第三册
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
注意：本试卷包含Ⅰ、Ⅱ两卷。第Ⅰ卷为选择题，所有答案必须用2B铅笔涂在答题卡中相应的位置。第Ⅱ卷为非选择题，所有答案必须填在答题卷的相应位置。答案写在试卷上均无效，不予记分。

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）
1. 关于电功和电热．以下说法正确的是：
A. 外电路电流做的功一定等于电热
B. 外电路中电流所做的功一定大于电热
C. 任何电路中电流所做的功一定大于电热
D. 当外电路有电动机、电解槽的情况下电流做的功将转化为热能、机械能、化学能，因此，电功大于电热
2. 一盏规格为“220V，60W”的白炽灯和一台规格为“220V，60W”的电风扇并联接入电压恒为220V的交流电中，均正常工作．则（）
A. 白炽灯和电风扇的热功率一定不同
B. 白炽灯和电风扇的热功率一定相同
C. 白炽灯和电风扇消耗的电功率一定不同
D. 白炽灯和电风扇的电阻一定相等
3. 某直流电动机，线圈电阻是0.5Ω，当它两端所加的电压为6V时，通过电动机的电流为2A．由此可知（　　）
A. 电动机发热的功率为72W B. 电动机消耗的电功率为72W
C. 电动机输出的机械功率为10W D. 电动机的工作效率为20%
4. 关于四个公式①P＝UI，②P＝I2R，③P＝，④P＝.下列说法中正确的是( )
A. 公式①适用于任何电路热功率的计算
B. 公式②适用于任何电路电功率的计算
C. 公式③适用于任何电路热功率的计算
D. 公式④适用于任何电路电功率的计算
5. 如图所示，直线A为电源的U-I图线，曲线B为小灯泡电阻的U-I图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是

A. 16W、24W B. 8W、24W C. 8W、16W D. 12W、24W
6. 在如图所示的U-I图像中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻元件的电压与电流的关系。现用该电源直接与元件连接成闭合电路。则此时

A. 电源将其它能转化为电能的功率为18W
B. 该元件的电阻为2Ω
C. 该元件发热功率为6W
D. 电源外电路与内电路消耗功率之比为2:3
7. 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. W=UIt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
8. 如图所示，电阻R和电动机M串联接到电路中，已知电动机线圈的电阻阻值跟电阻R的阻值相等，电键接通后，电动机正常工作．设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机M做功为W2，产生热量为Q2，则（）
A. U1< U2，Q1=Q2 B. U1=U2，Q1=Q2
C. W1=W2，Q1>Q2 D. W1< W2，Q1< Q2
9. 一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，则（　　）
A. 电动机消耗的总功率为UI
B. 电动机消耗的热功率为
C. 电源的输出功率为EI
D. 电动机输出的机械功率为UI －Ｉ2 r
10. 一内阻值为R的电动机接到如图甲所示的正弦交流电源上，另一内阻值为的电动机接到如图乙所示的正弦交流电源上．已知两电动机的输出效率相同，则在相同时间内，两电动机产生的电热之比Q1:Q2为

A. 2:1 B. 4:1 C. 1:2 D. 1:4
二、多选题（本大题共5小题，共20.0分）
11. 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只适用于纯电阻电路
C. 在非纯电阻电路中，UI>I2R
D. 焦耳定律Q＝I2Rt适用于任何电路
12. 一台线圈电阻为r的电动机可以等效为一台理想电动机M和纯电阻r串联，如图所示。如果将此电动机接入电压为U的电源，通过的电流为I，则在t时间内（　　）
A. M产生的电热为 B. M产生的电热为Q=IUt
C. M消耗的电能为E=I（U-Ir）t D. M消耗的电能为E=IUt
13. 如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈电阻RM＝1 Ω，则下列说法中正确的是（）
A. 通过电动机的电流为10 A B. 电动机的输入功率为20 W
C. 电源的输出功率为40W D. 电动机的输出功率为16 W
14. 如图所示的电路中，电源的输出电压恒为U，电动机M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. 电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
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. 电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率

15. 如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内（）

A. 充电宝输出的电功率为UI+I2r
B. 手机电池产生的焦耳热为I2rt
C. 充电宝产生的热功率为I2r
D. 手机电池储存的化学能为UIt-I2rt
三、实验题（本大题共3小题，共27.0分）
16. 如图所示是利用DIS测定电动机效率的电路，在实验中，通过A、B测得的物理量的数值分别是x、y，电动机线圈的电阻为r，请完成下列问题：

图中方框A所采用的传感器分别是：______。
在实验中，由于电动机的转动使质量为m的物体在t时间内匀速上升了h高度，则电动机的效率______。
17. 如图所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根长l=0.4m的金属棒ab，其电阻r=0.1Ω，框架左端的电阻R=0.4Ω，垂直框面的匀强磁场的磁感应强度B=0.1T，当用外力F使棒ab以速度v=5m/s匀速右移时，ab两端的电势差Uab=______V，拉力F的功率PF=______W．
18. 某学习小组探究小电珠的伏安特性曲线，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接．
（1）请按实验要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接．

（2）某次测量中，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A．
（3）该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，当小电珠的两端电压为时，小电珠的电阻为________（保留一位有效数字），将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大．
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
19. 一内阻为直流电动机，标有“30V，15W”的字样．则该电动机在额定电压下工作20s，则：
（1）该电动机的额定电流为多少？
（2）该电动机在这20s内产生的热量是多少？
（3）该电动机在这20s内对外做功为多少？







20. 如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V、12 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.50 Ω.若灯泡恰能正常发光，

 求：（1）电动机的电流，
（2）电动机的输入功率
（3）电动机的输出功率







21. 一台直流电动机的额定电压为U＝20V，电动机线圈电阻R＝0.5Ω ，当它正常工作时通过的电流I＝10A，在电动机正常运转时间t＝1秒时间内，求：
(1)电流所做的功；
(2)线圈上产生的热量；
(3)电动机输出的机械能；







答案和解析
1.【答案】D

【解析】
【分析】
本题考查了电功和电热在的转化，纯电阻电路和非纯电阻电路的区别，注意灵活选取公式。
纯电阻电路，电功可用公式W=UIt计算，也可用公式W=I2Rt计算，非纯电阻电路，电功用公式W=UIt计算，电热用公式W=I2Rt计算。
【解答】
ABC.当外电路是纯电阻电路时外电路电流做的功等于外电路产生的热，当外电路有电动机时，电功大于电热，故ABC错误。
D.当外电路有电动机、电解槽的时候，外电路不是纯电阻，此时电流做的功将转化为热能和机械能或热能和化学能，因此电功大于电热，故D正确。
​故选D。  
2.【答案】A

【解析】
【分析】
电风扇属于非纯电阻，不符合欧姆定律，根据电流强度大小分析电热；二者正常工作的电功率均为60W，电阻不一定相等。
注意生活中常用电器的能量转化情况：一消耗电能全转化为内能的，例如白炽灯；二消耗电能转化为内能和机械能的：电风扇、电吹风、电动机等。
【解答】
AB.电风扇工作时会产生反电流，所以通过电风扇的电流较小，根据I2R可知白炽灯和电风扇的热功率一定不同，故A正确、B错误；
C.二者正常工作，消耗的电功率均为60W，相同，故C错误；
D.白炽灯和电风扇的电阻不一定相等，故D错误。
故选A.
  
3.【答案】C

【解析】
【分析】
在计算电功率的公式中，总功率用P=IU来计算，发热的功率用P热=I2R来计算，如果是计算纯电阻的功率，这两个公式的计算结果是一样的，但对于电动机等非纯电阻，第一个计算的是总功率，第二个只是计算发热的功率，这两个的计算结果是不一样的。
对于电功率的计算，一定要分析清楚是不是纯电阻电路，对于非纯电阻电路，总功率和发热功率的计算公式是不一样的。
【解答】
直流电动机线圈电阻为R，当电动机工作时通过的电流为I，两端的电压为U；
总功率为：P=UI=2×6W=12W
发热功率为：P热=I2R=22×0.5W=2W
根据能量守恒定律，其输出功率是：
P出=P-P热=12W-2W=10W
机械的工作效率为%=83.3%；故ABD错误，C正确
故选：C。  
4.【答案】D

【解析】
【分析】
本题考查了电功率的计算公式。区分纯电阻电路和非纯电阻电路是本题的关键。
公式P=UI，P=，适用于任意电路的功率的计算，而P=I2R、P=只适用于纯电阻电路。
【解答】
在纯电阻电路中，四个公式，都可以用来计算电路的电功率和热功率；对非纯电阻，计算电功率可用公式P=UI、P=，计算热功率只能用P=I2R，P＝不能用，故ABC错误，D正确。
故选D。  
5.【答案】A

【解析】
【分析】
其实两图线的交点就表示该电源和该灯泡组成闭合电路时的工作状态，能直接知道电路电流和灯泡两端的电压，应用公式即可求出电源的输出功率和电路的总功率。
​本题考查对电源和灯泡伏安特性曲线的理解能力，知道交点为工作状态是求解的关键。
【解答】
由图象可知用该电源和灯泡组成闭合电路时，交点为它们工作时的电流和电压的大小，电路中电流为I=4A，路端电压为U=4V，电源的电动势的大小为E=6V，电源的输出功率为P=UI=4×4W=16W，电源的总功率，即电路的总功率为：P=EI=6×4W=24W，故A正确，BCD错误。
故选A。  
6.【答案】D

【解析】
【分析】
本题考查了闭合电路欧姆定律。
根据U−I图像正确读出电源的电动势和短路电流，根据U−I图像正确读出外电路两端的电压和流过电阻的电流，是解决此类问题的出发点。
【解答】
根据闭合电路欧姆定律，结合图像a可得电源电动势E=8V，内电阻r=2Ω；
AB.根据图像a和b的交点坐标为：U=3.2V，I=2.4A，该电阻的阻值为：，电源将其它能转化为电能的功率为：，代入数据解得：P=19.2W，故AB错误；
C.该元件的发热功率为：，故C错误；
D.电源外电路消耗功率为：，电源内部消耗的功率为P=I2r，故电源外电路与内电路消耗功率之比为2:3，故D正确。
故选D。  
7.【答案】A

【解析】
【分析】
本题考查功率公式的应用，每个公式的使用的条件是不同的，掌握住公式的使用的条件，这是做题的前提条件。
电功是表示电流做功的多少，电功率是表示电流做功的快慢，焦耳定律是表示电流产生的热量的多少。
【解答】
A.电功率越大，表示电流做功越快，电路中产生的焦耳热不一定越多，故A错误；
B.公式W=UIt是计算电路的总功的大小，适用于任何的电路，而只适用于纯电阻电路，故B正确；
C.在非纯电阻电路中，因为电流做功产生其它能量（如机械能、化学能等），所以电功大于电热，即UI＞I2R，故C正确；
D.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路中的焦耳热量的计算，故D正确。
本题选错误的，故选A。
  
8.【答案】A

【解析】
【分析】
本题考查纯电阻电路和非纯电阻电路知识，解题关键：纯电阻电路中欧姆定律适用:U=IR,W=UIt==；非纯电阻电路中欧姆定律不适用：U ，
【解答】
B、电动机是非纯电阻元件，其两端电压>IR=，B错误；
C、电流做的功=t，=t，因此<，C错误；
AD、​​​​​​​电流产生的热量由Q=Rt可判断=，A正确，D错误。
故选A  
9.【答案】A

【解析】
【分析】
在计算电功率的公式中，总功率用P=IU来计算，发热的功率用P=I2R来计算，如果是计算纯电阻的功率，这两个公式的计算结果是一样的，但对于电动机等非纯电阻，第一个计算的是总功率，第二个只是计算发热的功率，这两个的计算结果是不一样的。
对于电功率的计算，一定要分析清楚是不是纯电阻电路，对于非纯电阻电路，总功率和发热功率的计算公式是不一样的。
【解答】
A.电动机消耗的总功率应该用P=IU来计算，所以总功率为IU，所以A正确；
B.电动机消耗的热功率应该用P=I2R来计算，所以热功率P=I2R，所以B错误；
C.电源的输出功率等于电动机的输入功率，得P出=UI，故C错误；
D.电动机输出的机械功率为UI －Ｉ2R，所以D错误。
故选：A。  
10.【答案】A

【解析】
【分析】
根据u-t图得到两电源电压的有效值之比，根据电动机输出功率为UI-I2R分析电动机的效率，根据焦耳定律分析电热。
【解答】
 由题图可知，两电源电压的有效值之比为U1:U2＝2:1，依题意有，解得I1:I2＝U1:2U2．在相同时间内，两电动机产生的电热之比为．选项A正确．
故选A.  
11.【答案】BCD

【解析】
【分析】
本题考查功率公式的应用，每个公式的使用的条件是不同的，掌握住公式的使用的条件，这是做题的前提条件。
电功是表示电流做功的多少，电功率是表示电流做功的快慢，焦耳定律是表示电流产生的热量的多少。
【解答】
A.电功率越大，表示电流做功越快，电路中产生的焦耳热不一定越多，故A错误；
B.公式W=UIt是计算电路的总功的大小，适用于任何的电路，而只适用于纯电阻电路，故B正确；
C.在非纯电阻电路中，因为电流做功还产生其它能量（如机械能、化学能等），所以电功率大于热功率，即UI＞I2R，故C正确；
D.焦耳定律Q＝I2Rt适用于任何电路中的焦耳热量的计算，故D正确。
故选BCD。
  
12.【答案】AD

【解析】
【分析】
由焦耳定律判断M产生的热量，由电功的公式求解电动机消耗的电能。
本题主要考查非纯电阻电路的能量转化，难度不大。

【解答】
AB．根据焦耳定律得，M产生的电热为，故A正确，B错误；
CD．根据电功的公式得M消耗的电能为：E=IUt，故电动机输出的机械能为：E=I（U-Ir）t，故C错误，D正确。
​​​​​​​故选AD。  
13.【答案】BD

【解析】
【分析】
电动机正常工作时的电路是非纯电阻电路，欧姆定律U＞IR，对于R和r是纯电阻，可以用欧姆定律求电流，根据功率关系求出电动机输出的功率。 
对于电动机电路区分是纯电阻电路还是非纯电阻电路，可从从能量转化的角度理解：电能全部转化内能时，是纯电阻电路，电能转化为内能和其他能时，是非纯电阻电路。
【解答】
A.根据欧姆定律得回路中的电流为：，故A错误；
B.电动机的输入功率为：，故B正确；
C.电源的输出功率：，故C错误；
D.电动机的输出功率为：，故D正确。
故选BD。 

  
14.【答案】AB

【解析】
【分析】
对于电炉电路和电动机电路，焦耳定律都适用，欧姆定律只适用于电炉，不适用于正常工作的电动机；根据欧姆定律研究电炉两端的电压；电动机两端的电压大于电流与电阻的乘积。 
此题要明确电动机工作时电功只能用W=UIt求，电热只能用焦耳定律求；电炉为纯电阻电路，在工作时，电热等于电功，W=UIt=I2Rt。

【解答】
A.电炉电路和电动机电路焦耳定律都适用，根据焦耳定律Q=I2Rt，电炉和电动机的电阻相同，电流相同，则在相同的时间内电炉和电动机产生的电热相等，故A正确；
BC.设电流为I，电阻为R，则电炉两端电压U炉=IR，电动机两端电压U机＞IR，所以U机＞U炉，即电动机两端电压大于电炉两端电压，故B正确，C错误；
D.电动机消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为机械能，电炉消耗的电能全部转化为内能，而相等时间内它们产生的热量相等，则在相同的时间内，电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能，则电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，故D错误。
​故选AB。
  
15.【答案】BD

【解析】
【分析】
本题关键明确充电电路的能量转化情况，同时要知道电路电阻消耗功率的计算符合焦耳定律。
【解答】
A.充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为UI，故A错误；
B.根据焦耳定律可知，手机电池产生的焦耳热为I2rt，故B正确；
C.充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，所以产生的热功率不一定为I2r，故C错误；
D.手机电池的输入电能为UIt，内部电阻产生的焦耳热为I2rt，故手机电池储存的化学能为UIt-I2rt，故D正确。
故选：BD。
  
16.【答案】（1）电压传感器
2）​​​​​​​


【解析】解答：（1）与电动机并联的是电压传感器，与电动机串联的是电流传感器，所以图中方框A所采用的是电压传感器；
（2）A与电动机并联的是电压传感器，B与电动机串联的是电流传感器，通过A、B测得的物理量的数值分别是x、y及电动机两端的电压为x，流过电动机的电流为y，电动机t时间内消耗的电能是W电=xyt，产生的机械能等于重力势能的增加量，即=mgh，电动机的效率．
故答案为：
（1）电压传感器
（2）
（1）与电动机并联的一定是电压传感器，相当电压表；与电动机串联的一定是电流传感器，相当电流表；
（2）消耗的电能是xyt，产生的机械能等于重力势能的增加量mgh，根据效率的公式即可求解。
​​​​​​​本题关键是明确实验原理，明确x与y表示什么物理量是解题的关键，难度不大，属于基础题．


17.【答案】0.16；0.08

【解析】解；根据法拉第电磁感应定律可得ab棒中产生的感应电动势为：
E=Blv=0.1×0.4×5V=0.2V
根据闭合电路的欧姆定律可得通过ab棒的电流为：
I==A=0.4A
所以ab棒两端的电势差为：
Uab=IR=0.4×0.4V=0.16V
根据平衡条件可得拉力为：
F=BIl=0.1×0.4×0.4N=0.016N
故拉力F 的功率为：
PF=Fv=0.016×5W=0.08W．
故答案为：0.16，0.08．
棒向右运动垂直切割磁感线，根据公式E=BLv求出感应电动势，根据欧姆定律求解通过ab棒的电流I．ab棒两端的电势差等于R两端的电压，根据平衡条件求解拉力大小，再根据P=Fv求解拉力功率．
本题关键要掌握感应电动势公式E=BLv、欧姆定律、功率公式等等电磁感应基本知识，即可正确解题．求ab间电势差时要注意，金属棒是电源，ab间电势差是路端电压，不是感应电动势，也不是内电压．

18.【答案】（1）​；
（2）0.34；
（3）4（3.90~4.00）；4。​

【解析】
【分析】
本题考查了连接实物电路图、电流表读数、求灯泡个数、求灯泡总功率；当电压与电流从零开始变化时滑动变阻器只能采用分压接法，根据题意确定滑动变阻器的接法是正确连接实物电路图的前提与关键。
（1）根据题意确定滑动变阻器的接法，然后连接实物电路图；
（2）根据图示电流表确定其量程与分度值，读出其示数；
（3）当内外电阻相等时电源的输出功率最大，即小电珠的总功率最大，由图示图象求出此时电珠两端电压与电流，由欧姆定律求出电珠的电阻，然后求出灯泡的个数，应用功率公式可以求出小电珠的总功率。
【解答】
（1）滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，则滑动变阻器采用分压接法，电路图如图所示：

（2）由图乙所示电流表可知，其量程为0.6A，分度值为0.02A，示数为0.34A；
（3）由图丙可知，电压为1.5V时通过小电珠的电流为0.375A，可知小灯泡的电阻为；
电源内阻为1Ω，当外电路电阻与电源内阻相等，即灯泡并联总电阻为1Ω时灯泡的总功率最大，由于内外电阻相等，则内外电压相等，电源电动势为3V，则路端电压为1.5V，4只小电珠的并联阻值为1Ω，因此需要4只小电珠并联。
故答案为：（1）
​​​​​​​​；
（2）0.34；
（3）4（3.90~4.00）；4。  
19.【答案】解：
（1）直流电动机的电流为：，  ；
（2）电动机线圈产生的热量为：，  ；
​（3）消耗的电能为：，对外做功为W’=W-Q  ，W’=295J。

【解析】
【分析】
本题考查非纯电阻电路，额定功率以及焦耳定律的应用，注意电功和电热的区别是解题的关键。
根据电功率的计算公式求解额定功率；
根据焦耳定律计算电热；
根据电功公式计算电能，根据能量守恒定律计算输出功。  
20.【答案】解：（1）整个电路中的电流为：，
则电动机的热功率为：，
（2）电动机两端的电压为：，
电动机的输入功率为：，
（3）则电动机的输出功率为：
答：（1）电动机的热功率P热为2W；
（2）电动机的输入功率为12W；
（3）电动机的输出功率是10W

【解析】解答本题要注意电动机是非纯电阻电路，消耗的电能没有全部用于发热，知道灯泡正常发光时，电压为其额定电压，功率为其额定功率，难度适中。
由灯泡铭牌可知灯泡额定电是6V，额定功率是12W，由电功率的变形公式可以求出灯泡正常发光时的电流，由串联电路特点可以求出电动机的电压，由电功率公式可以求出电机总功率与热功率，进一步求出电动机的输出功率。

21.【答案】解：（1）电流所做的功为： 
W=UIt=20×10×1 J=200J 
（2）线圈上产生的热量为： 
Q=I2Rt=102×0.5×1 J=50J 
（3）根据能量守恒定律，电动机输出的机械能： 
E=W-Q=200J-50J=150J

【解析】电动机为非纯电阻，电动机在工作时，把电能转化成机械能的同时，还有一部分电能转化成了热能，并且线圈与电动机串联。
（1）已知通过电动机的电流、电动机两端的电压和时间，可利用公式W=UIt计算电动机消耗的电能。 
（2）已知电动机线圈的电阻、通过线圈的电流和时间，可利用公式Q=I2Rt计算线圈产生的热量。
（3）已知电动机消耗的电能和线圈产生的热量，便可以计算出电动机做的机械功。