2019-2020学年高中物理第二章恒定电流第5节焦耳定律练习 人教版选修3-1

2019-2020学年高中物理第二章恒定电流第5节焦耳定律练习 人教版选修3-1

‎　第5节　焦耳定律 ‎「基础达标练」‎ ‎1．(多选)关于三个公式P＝UI，P＝I2R，P＝的适用范围，以下说法正确的是(　　)‎ A．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率 B．在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率 C．在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义 D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率 解析：选BC　首先要明确，欧姆定律U＝IR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同．其次，P＝UI表示电功率，而P＝I2R表示热功率．因此，在纯电阻电路中，UI＝I2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中，UI>I2R，即消耗的电能只有部分转化为内能．‎ ‎2．(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．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．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＝2Rt，可见Q与P、U、t都有关．所以，P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝只适用于纯电阻的电路，所以W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流所做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的热量，D正确．‎ ‎3．中国是全球最大的家用电器生产和消费国．家用电器拥有量的迅速增长带来了巨大的能源消耗，同时也加重了对环境的污染．因此，我国通过制定和实施能效标准、推广能效标识制度来提高用能产品的能源效率，促进节能减排，减少对环境的污染．‎ 6‎ 如图是某型号空调的能效标识．其中，能效等级是依据能效比来划分的，目前中国的能效等级根据能效比由高到低依次分为1、2、3三个等级．能效比是指空调在额定工作条件下制冷时，制冷量与输入功率之比．制冷量是指空调制冷时，单位时间内从密闭空间内去除的热量总和．‎ 若空调在额定工作条件下制冷，根据以上资料可以判断，下列说法中正确的是(　　)‎ A．在制冷量相同的情况下，能效比大的空调输入功率大 B．在能效比相等的情况下，制冷量大的空调输入功率小 C．在输入功率相同的情况下，能效比大的空调制冷量大 D．在输入功率相同的情况下，制冷量大的空调能效比小 解析：选C　由题能效比是指空调在额定工作条件下制冷时，制冷量与输入功率之比，设能效比为k，制冷量功率为PQ，空调输入功率为P，则PQ＝kP.在制冷量相同的情况下，由PQ＝kP可知，能效比大的空调输入功率小，故A错误；由PQ＝kP可知，在能效比相等的情况下，制冷量大的空调输入功率大，故B错误；由PQ＝kP可知，在输入功率相同的情况下，能效比大的空调制冷量大，故C正确；由PQ＝kP可知，在输入功率相同的情况下，制冷量大的空调能效比大，故D错误．‎ ‎4．两个电阻R1＝8 Ω，R2＝2 Ω，并联在电路中，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可行的办法是(　　)‎ A．用一个阻值为2 Ω的电阻与R2串联 B．用一个阻值为1 Ω的电阻与R2串联 C．用一个阻值为6 Ω的电阻与R1串联 D．用一个阻值为2 Ω的电阻与R1串联 解析：选A　根据并联电路规律可知，两电阻的电压相等，功率公式P＝，则P1∶P2＝R2∶R1＝1∶4，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可使R2两端的电压减半，即串联一个等值电阻2 Ω，A选项正确．‎ ‎5．如图所示，把两相同的灯泡分别组成甲、乙两种电路，甲电路所加的电压为8 V，乙电路所加的电压为14 V．调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的电功率分别为P甲和P乙，下列关系中正确的是(　　)‎ A．P甲＞P乙 　　　　　　　 B．P甲＜P乙 C．P甲＝P乙 D．无法确定 解析：选A　设灯泡的额定电流为I，额定电压为U，根据串并联电路规律和功率公式得，P甲＝(8－U)·2I，P乙＝(14－2U)·I，比较可知，P甲＞P乙，A选项正确．‎ 6‎ ‎6．锂电池能量密度高、绿色环保．现用充电宝为一手机锂电池(图甲)充电，等效电路如图乙所示，充电宝的输出电压为U，输出电流为I，该锂电池的内阻为r，则(　　)‎ A．充电宝输出的电功率为UI＋I2r B．电能转化为化学能的功率为UI C．锂电池产生的热功率为I2r D．锂电池产生的热功率为 解析：选C　充电宝输出的电功率：P＝UI，故A错误；锂电池产生的热功率为Pr＝I2r，故电能转化为化学能的功率为P出＝UI－I2r，故B错误，C正确，D错误．‎ ‎7.粗细均匀的金属环上，A、B、C、D四点把其周长四等分，如图所示，当A、C点接入电路中时，圆环消耗的电功率为P；当A、D点接入电路中时，圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)(　　)‎ A. 　B. C．P D．3P 解析：选A　设电源的电动势为E，金属环每一等份的电阻为R，则当A、C点接入电路中时总电阻R1＝R.当A、D点接入电路中时总电阻R2＝＝，由功率公式P＝，U＝E，得到P2∶P1＝R1∶R2＝4∶3，又P1＝P，得到P2＝，选项A正确．‎ ‎8．一只规格为“220 V　2 000 W”的电炉，求在正常工作时的电阻．若电网电压为200 V，求电炉的实际功率．在220 V电压下，如果平均每天使用电炉2 h，求此电炉一个月要消耗多少度电？(一个月＝30天)‎ 解析：设电炉电阻为R，由P＝得 R＝＝ Ω＝24.2 Ω 当电压为U′＝200 V时，电炉的实际功率为 P′＝＝ W＝1 653 W 在220 V的电压下，一个月耗用电能 W＝Pt＝2×30×2 kW·h＝120 kW·h.‎ 6‎ 答案：24.2 Ω　1 653 W　120度 ‎「能力提升练」‎ ‎1.(多选)电位器是变阻器的一种．如图所示，如果把电位器与灯泡串联起来，利用它改变灯泡的亮度，下列说法正确的是 (　　)‎ A．连接A、B使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗 B．连接A、C使滑动触头逆时针转动，灯泡变亮 C．连接A、C使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗 D．连接B、C使滑动触头顺时针转动，灯泡变亮 解析：选AD　连接A、B使滑动触头顺时针转动时，根据电阻定律，电位器接入电路的电阻增大，电流减小，灯泡的功率P＝I2R减小，灯泡变暗，故A正确；连接A、C，电位器接入电路的电阻不变，电流不变，灯泡亮度不变，故B、C错误；连接B、C使滑动触头顺时针转动时，电位器接入电路的电阻减小，电流增大，灯泡变亮，故D正确．‎ ‎2．如图，内阻为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恒压电源两端，灯泡正常发光，则(　　)‎ A．电解槽消耗的电功率为60 W B．电解槽的发热功率为60 W C．电解槽中将电能转化为化学能的功率为60 W D．整个电路消耗的总功率为60 W 解析：选A　由于灯泡正常发光，所以电解槽的电压为220－110＝110 V，由于电解槽和灯泡串联，它们的电流相等，所以I＝＝ A，所以电解槽的输入功率为P＝UI＝110× W＝60 W，所以A正确；电解槽的发热功率为P热＝I2r＝2×4.4 W＝1.3 W，所以B错误；电解槽中将电能转化为化学能的功率为：P化＝P－P热＝60 W－1.3 W＝58.7 W，所以C错误；电路消耗总功率为：P总＝220 V× A＝120 W，所以D错误．‎ ‎3.如图所示，一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36 V,10 Ah”字样，假设工作时电源(不计内阻)的输出电压恒为36 V，额定输出功率180‎ 6‎ ‎ W，由于电动机发热造成的损耗(其他损耗不计)，电动自行车电动机的效率为80%，则下列说法正确的是(　　)‎ A．额定工作电流为‎10 A B．电池充满电后总电量为3.6×‎‎103 C C．自行车电动机的内阻为7.2 Ω D．自行车保持额定功率行驶的最长时间是2 h 解析：选D　根据功率公式可知，额定电流I＝＝‎5 A，A选项错误；根据铭牌可知，电量q＝10 Ah＝3.6×‎104 C，B选项错误；电动车的热功率P热＝20%P＝36 W，P热＝I2r，解得内阻r＝1.44 Ω，C选项错误；根据电流的定义式可知，t＝＝2 h，D选项正确．‎ ‎4．(多选)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E，内阻不计，当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时，流过电动机的电流为I，电动车的质量为m，电动车受到的阻力是车重的k倍，忽略电动观光车内部的摩擦，则(　　)‎ A．电动机的内阻为R＝ B．电动机的内阻为R＝－ C．电动车的工作效率η＝ D．电动机的发热效率η＝ 解析：选BCD　根据能量守恒可知，总功率转化为电动机内部消耗功率和输出功率，EI＝kmgv＋I2R，解得电动机的内阻R＝－，A选项错误，B选项正确；电动车的工作效率等于输出功率与总功率之比，η＝，C选项正确；电动机的发热效率η＝，D选项正确．‎ ‎5.如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻为0.6 Ω，串联一个阻值为R＝5 Ω的电阻，它们两端的总电压为U＝160 V，理想电压表读数为110 V．求：‎ ‎(1)通过电动机的电流；‎ ‎(2)电动机的输入功率；‎ ‎(3)电动机的发热功率；‎ ‎(4)电动机工作1小时对重物做的功．‎ 解析：(1)根据题意可知，加在电动机两端的电压为U1＝110 V，则电阻R两端的电压为UR＝160 V－110 V＝50 V.‎ 通过R的电流为I＝＝‎10 A，通过电动机的电流为‎10 A.‎ 6‎ ‎(2)电动机的输入功率为P1＝U1I＝1 100 W.‎ ‎(3)根据焦耳定律可知，电动机的发热功率为 P2＝I2r＝60 W.‎ ‎(4)根据能量守恒定律解得电动机的输出功率为 P3＝P1－P2＝1 040 W.‎ 电动机工作1小时对重物做的功为 W＝P3t＝3.744×106 W.‎ 答案：(1)‎10 A　(2)1 100 W　(3)60 W　(4)3.744×106 W ‎6.国庆群众游行队伍中的国徽彩车，如图所示，不仅气势磅礴而且还是一辆电动车，充一次电可以走‎100千米左右．假设这辆电动彩车总质量为6.75×‎103 kg，当它匀速通过天安门前‎500 m的检阅区域时用时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0.02倍．g取‎10 m/s2，不计摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，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汽车前进的机械功率；‎ ‎(3)驱动电机的内阻和机械效率．‎ 解析：(1)驱动电机的输入功率 P入＝UI＝300 ×10 W＝3 000 W.‎ ‎(2)电动彩车通过天安门前的速度v＝＝‎2 m/s 电动彩车行驶时所受阻力为 F阻＝0.02mg＝0.02×6.75×103×10 N＝1.35×103 N 电动彩车匀速行驶时F＝F阻，故 电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率 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 解得驱动电机的内阻R＝3 Ω 驱动电机的机械效率η＝×100%＝90%.‎ 答案：(1)3 000 W　(2)2 700 W　(3)3 Ω　90%‎ 6‎ 6‎