高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化课后测评

电路中的能量转化

(25分钟　60分)

一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)

1.下列用电器正常工作相同时间,产生热量最多是 (　　)

【解析】选C。电脑工作的过程中电能转化为光能、内能等,电风扇工作过程中,电能主要转化为机械能,少部分转化为内能,电熨斗工作过程中,电能主要转化为内能,少部分属于能量损失,洗衣机正常工作时,电能大部分转化为机械能,少量的电能转化为内能,所以产生热量最多的是电熨斗;故C正确,A、B、D错误。

2.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.计算空调的功率

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=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。

3.一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

【解析】选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。

4.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

【解析】选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。

5.两个分别标有“6 V　6 W”和“6 V　3.6 W”的灯泡L1、L2按如图所示的方式连接,闭合开关后,下列结论正确的是              (　　)

A.通过两灯泡的电流I1∶I2=3∶5

B.灯泡两端的电压U1∶U2=3∶5

C.灯泡的电功率P1∶P2=5∶3

D.灯泡L1比L2暗

【解析】选C。由电路图可知,两灯泡并联,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,两灯泡两端的电压之比U1∶U2=1∶1,故B错误;由I=可得通过两灯泡的电流之比:I1∶I2=∶=R2∶R1=5∶3,故A错误;由P=UI可得L1与L2的消耗的功率之比:P1∶P2=UI1∶UI2=I1∶I2=5∶3,故C正确;由P1∶P2=5∶3可知L1的实际功率较大,因灯泡的亮暗取决于实际功率的大小,所以,灯泡L1比L2亮,故D错误。

6.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为32 Ω

【解析】选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。

二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)

7.(10分)一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升重量为4 N的物体时,通过它的电流是0.2 A。在30 s内可将该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:

(1)电动机的输入总功率;

(2)电动机的发热功率;

(3)线圈的电阻。

【解析】(1)电动机的输入总功率

P入=UI=3×0.2 W=0.6 W;

(2)电动机提升物体的速度

v==0.1 m/s,

电动机提升物体的机械功率

P机=Fv=mgv=0.4 W,

由P入=P机+PQ,

得发热的功率

PQ=P入-P机=(0.6-0.4) W=0.2 W;

(3)根据焦耳定律PQ=I2R,得线圈电阻R=5 Ω。

答案:(1)0.6 W　(2)0.2 W　(3)5 Ω

8.(14分)扫地机器人是智能家用电器的一种,正逐渐进入我们的生活,如图所示是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人,已知其质量为3 kg,它与地面的有效接触面积为0.01 m2。若该机器人工作时功率为75 W,在10 s内沿直线匀速清扫的距离为5 m。(g取10 N/kg)

(1)扫地机器人在工作时,将　　　　能转化为　　　　　能。 

(2)该机器人静止在水平地面上时,对地面的压强是多大?

(3)该机器人在10 s内所做的功是多少?

(4)该机器人在沿直线匀速清扫过程中受到的阻力为多少?

【解析】(1)扫地机器人在工作时,将电能转化为机械能。

(2)该机器人静止在水平地面上时,对地面的压力:

F压=G=mg=3 kg×10 N/kg=30 N,

对地面的压强:p压== Pa=3 000 Pa;

(3)机器人在10 s内所做的功:

W=Pt=75 W×10 s=750 J;

(4)由W=Fx可得,该机器人在沿直线匀速清扫过程中的牵引力:F== N=150 N,

因该机器人在沿直线匀速清扫过程中处于平衡状态,受到的阻力和牵引力是一对平衡力,所以,在此过程中受到的阻力:f=F=150 N。

答案:(1)电　机械　(2)3 000 Pa　(3)750 J

(4)150 N

(15分钟　40分)

9.(7分)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

【解析】选D。由于电阻器D与标准电阻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。

10.(7分)(多选)如图所示是某款理发用的电吹风的电路图,它主要由电动机和电热丝R构成。调节开关S1、S2的通断,可使电动机驱动风叶旋转,从进风口吸入冷空气,从出风口吹出冷风或热风。已知电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为100 W,吹热风时的功率为1 200 W。关于该电吹风,下列说法正确的是              (　　)

A.当开关S1、S2均闭合时,电吹风吹出冷风

B.电动机的内电阻为484 Ω

C.电热丝的电阻为44 Ω

D.电动机正常工作时,电动机每分钟消耗的电能为6 000 J

【解析】选C、D。当开关S2闭合、S1闭合时,电热丝工作,产生热量,所以此时电吹风吹出热风,故A错误;当吹冷风时,只有电动机工作,但电动机为非纯电阻元件,其内阻不能用R'== Ω=484 Ω进行求解,故B错误;当吹热风时,电动机M和电热丝R并联,电热丝消耗的功率为:P=P热-P冷=1 200 W-100 W=1100 W,由P=,可得:R== Ω=44 Ω,故C正确;当电吹风吹热风时,电动机M和电热丝R并联,电动机的功率仍为100 W,所以电动机每分钟消耗的电能为:Q=P冷t=100×60 J=6 000 J,故D正确。

11.(7分)(多选)如图所示,电源电动势为12 V,电源内阻为1.0 Ω,电路中的电阻R0为1.5 Ω,小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω,闭合开关S后,电动机正常转动时,电流表的示数为2.0 A。则以下判断中正确的是              (　　)

A.电动机的输出功率为12.0 W

B.电源输出的电功率为20.0 W

C.电动机产生的热功率为4.0 W

D.电动机两端的电压为5.0 V

【解析】选A、B。电路中电流表的示数为2.0 A,所以电动机的电压为:U=E-U内-UR0=E-Ir-IR0=(12-2.0×1.0-2.0×1.5) V=7 V,故D错误;电动机的总功率为:P总=UI=(7×2.0) W=14 W,电动机的发热功率为:P热=I2R=(2.02×0.5) W=2 W,所以电动机的输出功率为:P机=14 W-2 W=12 W,故A正确,C错误;电源输出的电功率为:P输出=EI-I2r=(12×2.0-2.02×1) W=20 W,故B正确。

12.(19分)2019年10月1日国庆阅兵时,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。

【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%。

答案:(1)3 000 W　(2)2 700 W　(3)3 Ω　90%