2021学年1 电路中的能量转化一课一练

第十二章　电能　能量守恒定律

1　电路中的能量转化

基础过关练

题组一　电功和电功率

1.(2020安徽合肥一模)电功率的计算公式P=中,U是加在用电器上的电压,R是用电器的电阻,此式可用于　(　　)

A.计算电冰箱的功率

B.计算电风扇的功率

C.计算电烙铁的功率

D.计算洗衣机的功率

2.电阻R1、R2的I-U图线如图所示,则下列说法正确的是　(　　)

A.R1∶R2=3∶1

B.将R1与R2串联后接于电源上,则电压比U1∶U2=1∶3

C.将R1与R2并联后接于电源上,则电流比I1∶I2=1∶3

D.将R1与R2并联后接于电源上,则功率比P1∶P2=1∶3

3.(2019湖南长沙长郡中学检测)当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)

A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J

C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J

4.(2020江西南昌中学高三模拟)如图所示,电路两端的电压U保持不变,电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则电阻之比R1∶R2∶R3是(　　)

A.1∶1∶1 B.4∶1∶1

C.1∶4∶4 D.1∶2∶2

题组二　焦耳定律

5.(2020上海华师大二附中等八校联考)两个精制电阻,用锰铜电阻丝绕制而成,两电阻上分别标有“100 Ω　10 W”和“20 Ω　40 W”,则它们的额定电流之比为(　　)

A.∶5 B.∶20

C.∶10 D.1∶2 000

6.(2019山东德州模拟)一台电动机的额定电压是220 V,额定电流为5 A,电动机线圈的电阻是0.4 Ω。当该电动机正常工作时,每秒产生的热量是(　　)

A.1 100 J B.110 J

C.1 210 J D.10 J

7.(2020湖南邵阳洞口四中高二上期中)一台电动机,额定电压是220 V,线圈电阻是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.48 400 W B.1 100 W

C.220 W D.25 W

8.(2020福建漳州八校联考)通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q。若电阻为2R,电流为,则在t时间内产生的热量为(　　)

A.4Q B.2Q C. D.

题组三　电路中的能量转化

9.(2019湖南永州高级中学高二上期末)有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的铭牌均标有“220 V,60 W”。现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量(　　)

A.日光灯最多 B.电烙铁最多

C.电风扇最多 D.一样多

10.(2020湖北武汉武昌四校高二上期中联考)(多选)电动机的线圈电阻为R,电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,则下列说法中正确的是(　　)

A.电动机消耗的电能为UIt

B.电动机消耗的电能为I2Rt

C.电动机线圈产生的热量为I2Rt

D.电动机线圈产生的热量为t

能力提升练

题组一　电功和电功率

1.(2020云南玉溪新平三中高二上月考,)(多选)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,则关于这两个电路中的U甲、U乙和R甲、R乙之间的关系,正确的是(　　)

A.U甲>2U乙 B.U甲=2U乙

C.R甲=4R乙 D.R甲=2R乙

2.(2020江西丰城中学高二上期中,)一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端电压U变化的关系图像如图甲所示,若将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,3个用电器消耗的电功率均为P。现将它们连接成如图乙所示的电路,接在电压为U的电源两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2,它们之间的关系为(　　)

A.P1=4P2 B.PD=

C.PD=P2 D.P1<4P2

题组二　焦耳定律

3.(2020安徽江南十校联考,)电热水壶已进入千家万户,极大地方便了我们的生活。如果将一电热水壶接在220 V的电源两端,经时间t0电热水壶的开关自动切断,假设热量的损失不计、电热丝的阻值不受温度的影响。则(　　)

A.如果将电热水壶接在110 V的电源两端,需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断

B.如果将电热水壶接在110 V的电源两端,需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

C.如果将电热水壶接在55 V的电源两端,需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断

D.如果将电热水壶接在55 V的电源两端,需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

4.(2019山东济南一中高一下月考,)如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识,结合从该铭牌上获取的信息,得出该电热水壶(　　)

A.只能在220 V电压下工作

B.正常工作5 min耗电约0.5 kW·h

C.正常工作时的电流约为6.8 A

D.在非工作状态下电阻丝的电阻值约为32 Ω

题组三　电路中的能量转化

5.(2020四川自贡二诊,)一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是(　　)

A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω

B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W

C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J

D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

6.(2020浙江丽水四校联考,)国庆期间群众游行队伍中的国徽彩车,不仅气势磅礴,而且还是一辆电动车,充一次电可以行驶100千米左右。假设这辆电动彩车的总质量为6.75×103 kg,它匀速通过天安门前500 m的检阅区域用时250 s,驱动电机的输入电流I=10 A,电压为300 V,电动彩车行驶时所受阻力为车重的。g取10 m/s2,其他摩擦不计,只考虑驱动电机的线圈发热损耗的能量,求:

(1)驱动电机的输入功率;

(2)电动彩车通过天安门前时,牵引电动彩车前进的机械功率;

(3)驱动电机的内阻和机械效率。

答案全解全析

第十二章　电能　能量守恒定律

1　电路中的能量转化

基础过关练

1.C　公式P=是根据电功率公式P=UI和欧姆定律I=推导出来的,只能用于纯电阻电路中,故C正确,A、B、D错误。

2.B　由题图可知,当I=1 A时,U1=1 V,U2=3 V,所以R1==1 Ω,R2==3 Ω,则R1∶R2=1∶3,A错。R1与R2串联时,U1∶U2=R1∶R2=1∶3,B正确。R1与R2并联时,I1∶I2=R2∶R1=3∶1,P1∶P2=R2∶R1=3∶1,C、D均错。

3.D　设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t。由W1=U1q1和W1=t,可得U1=3 V,=0.1 s/Ω。再由W2=U2q2和W2=t,可求出U2=6 V,W2=3.6 J,故选项D正确。

4.C　由于三个电阻消耗的功率一样大,则有=,得R2=R3,所以通过R1的电流是通过R2电流的2倍,则有(2I)2R1=I2R2,得R1=。故R1∶R2∶R3=1∶4∶4,C正确。

5.C　由公式P=I2R得I=,所以I1∶I2=∶10,选项C正确。

6.D　额定电流是5 A,线圈电阻是0.4 Ω,则电动机每秒产生的热量Q=I2Rt=52×0.4×1 J=10 J,故选D。

7.D　电动机因发热损失的功率P=I2R=25×1 W=25 W,故选项D正确。

8.C　根据Q=I2Rt,若电阻变为原来的2倍,电流变为原来的,时间不变,则产生的热量变为原来的,C正确。

9.B　电烙铁是纯电阻用电器,工作时将电能全部转化为内能,而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能,B正确。

10.AC　电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,所以电动机消耗的电能为UIt,A正确,B错误。电动机为非纯电阻用电器,其线圈产生的热量为I2Rt,由于U>IR,则I2Rt<t,C正确,D错误。

能力提升练

1.BC　设灯泡正常工作时两端电压为U,通过的电流为I,则有U甲I=U乙×2I,得U甲=2U乙,A错误,B正确;因两电路的总功率相等,又知四个灯泡相同且均正常发光,则它们的实际功率相等,可得两电阻的功率也相等,则有I2R甲=(2I)2R乙,得R甲=4R乙,C正确,D错误。

2.D　由于电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端时,三者功率相同,则此时三者电阻相同。当三者按照题图乙所示电路连接时,电阻器D两端的电压小于U,由题图甲可知,电阻器D的电阻增大,则有RD>R1=R2,而RD与R2并联,两端电压相等,根据P=,可知PD<P2,C错误;按题图乙方式连接后,由欧姆定律可知,电流ID<I2,又I1=I2+ID,故I1<2I2,根据P=I2R,可知P1<4P2,A错误,D正确;由于电阻器D与电阻R2并联的总电阻R并<R1,所以D两端的电压小于,且D阻值变大,则PD<,B错误。

3.D　根据公式Q=t可知,煮沸一壶水所需的热量为Q=t0。当电压变为原来的时,所需热量没变,因此加热时间要变为原来的4倍,即4t0,A、B错误;当电压变为原来的时,加热时间要变为原来的16倍,即16t0,C错误,D正确。

4.C　该电热水壶可以在低于220 V的电压下工作,故A错误;正常工作5 min,电热水壶消耗的电能W=Pt=1.5 kW× h=0.125 kW·h,故B错误;由铭牌信息可知,额定功率为1 500 W,额定电压为220 V,则该电热水壶正常工作时的电流I===6.8 A,故C正确;金属丝的电阻率随温度的升高而增大,所以在非工作状态下电热水壶电热阻丝的电阻比正常工作时小,正常工作时电阻丝的电阻R===32 Ω,故D错误。

5.C　由于电饭煲是纯电阻用电器,所以R1==44 Ω,P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J,洗衣机为非纯电阻用电器,所以R2≠,P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。综上可知C正确。

6.答案　(1)3 000 W　(2)2 700 W　(3)3 Ω　90%

解析　(1)驱动电机的输入功率P入=UI=300×10 W=3 000 W

(2)电动彩车通过检阅区域时的速度v==2 m/s

电动彩车行驶时所受阻力f=mg=×6.75×103×10 N=1.35×103 N

电动彩车匀速行驶时牵引力F=f,故电动彩车通过天安门前时,牵引电动彩车前进的机械功率P机=Fv=2 700 W

(3)设驱动电机的内阻为R,由能量守恒定律得P入t=P机t+I2Rt

解得R=3 Ω

驱动电机的机械效率η=×100%=90%。