物理选修35 焦耳定律课堂检测

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eq \a\vs4\al(1.)(2012·福州一中高二检测)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．公式W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2t/R只适用于纯电阻电路
C．在非纯电阻电路中，UIt>I2Rt
D．焦耳定律Q＝I2Rt适用于任何电路
答案：BCD
eq \a\vs4\al(2.)(2011·高考大纲全国卷)通常一次闪电过程历时约0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成．每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V，云地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是( )
A．闪电电流的瞬时值可达到1×105 A
B．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W
C．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/m
D．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J
解析：选AC.由电流的定义式I＝eq \f(Q,t)知I＝eq \f(6,60×10－6)＝1×105(A)，A正确；整个过程的平均功率P＝eq \f(W,t)＝eq \f(qU,t)＝eq \f(6×1.0×109,0.2)＝3×1010 (W)(t代0.2或0.3)，B错误；由E＝eq \f(U,d)＝eq \f(1.0×109,1×103)＝1×106(V/m)，C正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W＝qU＝6×109(J)，D错．
eq \a\vs4\al(3.)两个小灯泡的标识分别是L1“6 V，6 W”，L2“6 V，9 W”，把它们串联后接在同一直流电源上(电源内阻可忽略不计)，L1消耗的功率恰好为6 W，则L2消耗的功率为( )
A．6 W B．9 W
C．4 W D．条件不足，不能确定
解析：选C.两个灯泡的电阻为：
R1＝eq \f(Ueq \\al(2,1),P1)＝eq \f(62,6) Ω＝6 Ω
R2＝eq \f(Ueq \\al(2,2),P2)＝eq \f(62,9) Ω＝4 Ω
由串联电路的电压与电阻成正比，所以L2的电压为4 V，它实际消耗的功率为：P＝eq \f(U2,R2)＝eq \f(42,4) W＝4 W，故C正确，A、B、D错误．
eq \a\vs4\al(4.)
图2－5－4
有四盏灯，接入如图2－5－4所示的电路中．L1和L2都标有“220 V，100 W”，L3和L4都标有“220 V，40 W”．把电路接通后，最暗的灯将是( )
A．L1 B．L2
C．L3 D．L4
解析：选C.由P＝eq \f(U2,R)可知，R1＝R2P3；对L1和L2，电阻相同，IL1>IL2，由P＝I2R可知，P1>P2，故P3最小，L3最暗，C正确．
eq \a\vs4\al(5.)一台直流电动机的额定电压为U＝110 V，电枢的电阻R＝0.5 Ω，当它正常工作时通过的电流I＝20 A，若电动机正常运转时间t＝1分钟．求：
(1)电流所做的功；
(2)电枢上产生的热量；
(3)电动机输出的机械能．
解析：(1)电流所做的功为：
W＝UIt＝110×20×60 J＝1.32×105 J
(2)电枢上产生的热量为：
Q＝I2Rt＝202×0.5×60 J＝1.2×104 J
(3)电动机输出的机械能：
E＝W－Q＝1.32×105 J－1.2×104J＝1.2×105 J.
答案：(1)1.32×105 J (2)1.2×104 J (3)1.2×105 J
一、单项选择题
eq \a\vs4\al(1.)(2012·江苏盐城中学高二检测)电功率的计算公式P＝U2/R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
解析：选C.公式P＝U2/R是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故C正确，A、B、D错误．
eq \a\vs4\al(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．1000 W D．475 W
解析：选B.电动机的热功率P＝I2r＝52·1 W＝25 W，B正确，A、C、D错误．
eq \a\vs4\al(3.)
图2－5－5
(2012·六安二中高二期中)如图2－5－5所示为某两个电阻的U－I图象，则R1∶R2的值和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是( )
A．2∶1 2∶1 1∶2
B．2∶1 1∶2 2∶1
C．1∶2 1∶2 2∶1
D．1∶2 2∶1 1∶2
解析：选A.由U－I图象可知，R1∶R2＝2∶1.把R1、R2串联接入电路，由P＝I2R知P1∶P2＝R1∶R2＝2∶1.并联时P1′∶P2′＝R2∶R1＝1∶2.故A选项正确．
eq \a\vs4\al(4.)把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串∶t并为( )
A．1∶1 B．2∶1
C．4∶1 D．1∶4
解析：选C.串联后电阻为R1＝2r，产生的热量为Q1＝eq \f(U2,R1)·t串＝eq \f(U2,2r)·t串；并联后电阻为R2＝eq \f(r,2)，产生的热量为Q2＝eq \f(U2,R2)·t并＝eq \f(U2,\f(r,2))·t并，若Q1＝Q2，则有t串∶t并＝4∶1.
eq \a\vs4\al(5.)
图2－5－6
如图2－5－6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
解析：选C.对R2、R3，由P＝U2/R知R2∶R3＝1∶1，对R1、R2，由P＝I2R，I1＝2I2，所以R1∶R2＝Ieq \\al(2,2)∶Ieq \\al(2,1)＝1∶4，C选项正确．
eq \a\vs4\al(6.)有一台电风扇，内阻为20 Ω，额定电压为220 V，额定功率为66 W，将它接上220 V电源后，发现因扇叶被东西卡住不能转动．则此时电风扇消耗的功率为( )
A．66 W B．2420 W
C．11 W D．不确定
解析：选B.当扇叶被东西卡住不能转动时，电路为纯电阻电路，所以电风扇消耗的功率也就是热功率．P＝eq \f(U2,R)＝2420 W．B对，A、C、D错．
eq \a\vs4\al(7.)如图2－5－7所示，额定电压为110 V的两盏电灯，额定功率分别为PA＝100 W，PB＝25 W．把它们接到220 V的电路上，欲使它们都能正常发光且耗电最少，应采用的接法是( )
图2－5－7
解析：选C.要使它们正常发光且耗电最少，由串、并联电路的特点，由于RAeq \a\vs4\al(8.)(2012·郑州外国语学校高二检测)把六个相同的小灯泡接成如图2－5－8甲、乙所示的电路，调节变阻器使小灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是( )
图2－5－8
A．P甲＝P乙 B．P甲＝3P乙
C．P乙＝3P甲 D．P乙>3P甲
解析：选B.设每个灯泡正常工作时的电流为I，则甲图中电路的总电流为3I，P甲＝12×3I＝36I，乙图中电路的总电流为I，P乙＝12×I＝12I，故有P甲＝3P乙，B正确．
eq \a\vs4\al(9.)额定电压均为220 V的白炽灯L1和L2的U－I特性曲线如图2－5－9甲所示，现将和L2完全相同的L3与L1和L2一起按如图乙所示电路接入220 V电路中，则下列说法不正确的是( )
图2－5－9
A．L2的额定功率为99 W
B．L2的实际功率为17 W
C．L2的实际功率比L3的实际功率小17 W
D．L2的实际功率比L3的实际功率小82 W
解析：选C.由L2的伏安特性曲线可得，在额定电压220 V时的电流为0.45 A，则L2的额定功率为P额＝U额I额＝99 W，所以选项A正确；图示电路为L1和L2串联再与L3并联，所以L1和L2串联后两端的总电压为220 V，那么流过L1和L2的电流及两灯的电压满足I1＝I2，U1＋U2＝220 V，由L1和L2的U－I图线可知，I1＝I2＝0.25 A，U1＝152 V，U2＝68 V，故灯L2的实际功率P2＝I2U2＝17 W，故选项B正确；由于L3两端的电压为220 V，故P3＝P额＝99 W，则P3－P2＝82 W，故选项C错D对．
二、非选择题
eq \a\vs4\al(10.)
图2－5－10
如图2－5－10所示，两个灯泡A、B并联接在P、Q两点间，A、B的铭牌上分别标有“1 A 3 Ω”、“1.5 A 4 Ω”，求干路中允许通过的最大电流I为多大？
解析：欲使干路电流最大，须保证每个灯泡都不烧毁，即保证不超过允许加的最大电压就行，所以判定额定电压大小即可．由铭牌数据，应用欧姆定律U＝IR可知A、B允许加的最大电压分别为UA＝3 V、UB＝6 V．A、B并联，两灯泡两端电压相等，则P、Q两点间电压不超过3 V，两灯泡就不会烧毁，所以P、Q间允许加的最大电压为Um＝3 V.
则干路中允许通过的最大电流为
Im＝eq \f(Um,RA)＋eq \f(Um,RB)＝1.75 A.
答案：1.75 A
eq \a\vs4\al(11.)
图2－5－11
电热毯是人们常用的电热式家用电器，它一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同，如图2－5－11为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.
(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？
(2)用电器由照明电路供电(U＝220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？
解析：(1)当开关S闭合时，R2被短路，电路中只有R1，此时功率P1＝eq \f(U2,R1)；当开关S断开时，R1、R2串联，此时功率为P2＝eq \f(U2,R1＋R2)，显然有P1>P2，故S闭合时，用电器处于加热状态；S断开时，用电器处于保温状态．
(2)加热时有：P1＝eq \f(U2,R1)，保温时有P2＝eq \f(U2,R1＋R2)，代入数据解得：R1＝121 Ω，R2＝1089 Ω.
答案：(1)S闭合为加热状态，S断开为保温状态
(2)121 Ω 1089 Ω
eq \a\vs4\al(12.)(2012·黑龙江鸡西一中高二月考)以蓄电池为驱动能源的环保汽车总质量m＝3×103 kg.当它在水平路面上以v＝36 km/h的速率匀速行驶时，驱动电机的输入电流I＝50 A，电压U＝300 V．在此行驶状态下：
(1)求驱动电机的输入功率P电；
(2)若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重的比值(g取10 m/s2)．
解析：(1)驱动电机的输入功率P电＝IU＝1.5×104 W.
(2)在匀速行驶时，P机＝0.9P电＝Fv＝Ffv，得
Ff＝eq \f(0.9P电,v)＝1.35×103 N，
汽车所受阻力与车重之比eq \f(Ff,mg)＝0.045.
答案：(1)1.5×104 W (2)0.045