物理必修 第三册1 电路中的能量转化优秀测试题

一、单选题

1.输电导线的电阻为R，输送电功率为P，现在分别用 和 两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为（   ）           

A.                             B.                             C.                             D. 

【答案】 C  

【解析】由题意知输送的功率一定，由

可知

则

知输电线上损失的电功率与电压的平方成反比，故 。

故答案为：C。

2.电热器用电阻丝加热。为了使热功率变为原来的两倍，以下做法可行的是（   ）           

A. 将通过电阻丝的电流强度变为原来的2倍
B. 将电阻丝两端的电压变为原来的2倍
C. 在保持电压不变的情况下，将另一根相同的电阻丝和原电阻丝并联后接入电路
D. 在保持电压不变的情况下，将另一根相同的电阻丝和原电阻丝串联后接入电路

【答案】 C  

【解析】A. 由 ，将通过电阻丝的电流强度变为原来的2倍，功率变为原来的4倍，A不符合题意；

B. 由 ，将电阻丝两端的电压变为原来的2倍，功率变为原来的4倍，B不符合题意；

C. 由 ，在保持电压不变的情况下，将另一根相同的电阻丝和原电阻丝并联后接入电路，R变为原来的一半，功率变为原来的2倍，C符合题意；

D. 由 ，在保持电压不变的情况下，将另一根相同的电阻丝和原电阻丝串联后接入电路，R变为原来的2倍，功率变为原来的一半，D不符合题意。

故答案为：C。

3.作为一个负责任的大国，我国今年在联合国大会中承诺2060年实现碳中和。发展电动汽车是实现这一目标的重要一步，电动汽车的核心部件之一是直流电机。小明在科创实验中将直流电机和电源相连，调整电机的转速以改变电机的输出功率。已知整个过程中，电源电动势、电源内阻r以及电机线圈内阻R都保持不变，且R=3r。则当电机的输出功率达到最大值时，电机输出功率与电源总功率之比为（   ）           

A. 0                                       B. 0.25                                       C. 0.5                                       D. 0.75

【答案】 C  

【解析】设当电机的输出功率达到最大值时回路中的电流为I，则此时电动机输出功率

则当

时电机输出功率最大，此时

电源总功率

电机输出功率与电源总功率之比为0.5.

故答案为：C。

4.将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知(   ) 

A. 电源最大输出功率可能大于45W                         B. 电源内阻一定等于5Ω
C. 电源电动势为45V                                               D. 电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%

【答案】 B  

【解析】A．由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数P变化的曲线可知，电阻箱所消耗功率P最大为45W，所以电源最大输出功率为45W，A不符合题意；

B．电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻一定等于5Ω，B符合题意；

C．由电阻箱所消耗功率P最大值为45W可知，此时电阻箱读数为R=5Ω，则有：

解得：E=30V，C不符合题意；

D．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，D不符合题意．

故答案为：B

5.如图所示是一个直流电动机提升重物的装置重物质量m = 50kg，电源电压U = 100V，不计各处的摩擦，当电动机以v = 0.9m/s的恒定速度将重物向上提升1m时，电路中的电流I = 5A，g取10m/s2  ， 由此可知（   ） 

A. 电动机线圈的电阻r = 2Ω
B. 电动机线圈的电阻r = 1Ω
C. 此过程中无用功为50J
D. 该装置的效率为80%

【答案】 A  

【解析】AB．电动机以v = 0.9m/s的恒定速度将重物向上提升有F = mg = 500N，P机 = Fv = 450W

对于电动机有P机 = UI - I2r，U = 100V，I = 5A

代入数据有r = 2Ω

A符合题意、B不符合题意；

C．此过程中无用功W无 = I2rt

由于重物做匀速运动有h = vt

解得W无 = J

C不符合题意；

D．该装置的效率为η =  × 100% =  × 100% =  × 100% = 90%

D不符合题意。

故答案为：A。

6.如图所示定值电阻R1、R2的阻值不同，且R1>R2  ， 闭合开关S一段时间内，下列说法正确的是（   ） 

A. R1两端的电压大于R2两端的电压                        B. 通过R1的电流大于通过R2的电流
C. R1消耗的功率小于R2消耗的功率                        D. R1产生的热量大于R2产生的热量

【答案】 C  

【解析】A．并联电路中各支路电压相等，即R1两端的电压等于R2两端的电压，A不符合题意；

B．由

R1两端的电压等于R2两端的电压，由于R1>R2  ， 所以，通过R1的电流小于通过R2的电流，B不符合题意；

C．因为是纯电阻，根据

R1两端的电压等于R2两端的电压，R1>R2  ， R1消耗的功率小于R2消耗的功率，C符合题意；

D．因为是纯电阻，根据

R1两端的电压等于R2两端的电压，R1>R2  ， R1产生的热量小于R2产生的热量，D不符合题意。

故答案为：C。

二、填空题

7.在研究焦耳定律的演示实验中，为了研究电流通过导体时放出的热量与电阻的关系，两烧瓶中煤油的质量应________，通过两烧瓶中两根电阻丝的电流应________，两烧瓶中两根电阻丝的阻值应________。（均选填“相同”或“不同”）   

【答案】 相同；相同；不同  

【解析】在研究焦耳定律的演示实验中，为了研究电流通过导体时放出的热量与电阻的关系，两烧瓶中煤油的质量应相同，通过两烧瓶中两根电阻丝的电流应相同，两烧瓶中两根电阻丝的阻值应不同。
8.如图所示，直线A、B分别是电源1与电源2的路端电压随干路电流变化的特性图线，直线C是一个定值电阻R的伏安特性曲线，则电源1与电源2的电动势之比为________；该电阻R分别与电源1、2连接时，消耗的功率之比为________． 

【答案】 1:1；4:1  

【解析】由图可知，电源1与电源2的电动势相等，则电动势之比为1:1；该电阻R分别与电源1、2连接时，消耗的功率 ； ；功率之比为4:1.
9.在“研究导体通电时发热的规律”的实验中，下图是“比较电流热效应的装置图和电路图”，阻值分别为RA和RB的两电阻丝A和B，浸在相同质量和相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插一支温度计，则闭合开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过________反映出来的，采用串联连接方式的目的是________． 

【答案】 温度计的示数变化；控制电流相同  

【解析】解：在“研究导体通电时发热的规律”的实验中，通电导体放出热量，煤油吸收热量，而吸收热量多少无法捕捉，但质量相等的煤油吸收热量的越多，煤油升高的温度就越多，所以可能采用“转换法”，通过温度计的示数变化反映通电导体产生热量的多少；

根据控制变量法可知，要观察煤油的升高温度的多少，应只改变煤油的吸收热量的多少，控制两个烧瓶装相同质量和相同初温度的煤油中，而此实验，应只改变导体的电阻，控制两个烧瓶中的导体的电流和通电时间相同，所以两个烧瓶中的导体，采取串联接在同一电路中，

故答案为：温度计的示数变化，控制电流相同．

三、解答题

10.某商场安装了一台倾角为 的自动扶梯，该扶梯在电压为U = 380 V的电动机带动下以v =0.4 m/s的恒定速度沿斜上方移动；电动机的最大输出功率为Pm=5.59kW，不载人时测得电动机中的电流为I =5.5A，若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度 相同，则这台自动扶梯可同时承载的最多人数为多少？（设每个人的平均质量为m =50 kg， g = 10 m/ s2）   

【答案】 解：设可同时乘载的最多人数为n，此时电动机处于最大输出功率Pm状态； 

扶梯自身移动所需功率P1＝IU＝5.5×380W＝2090W＝2.09kW

n个人以恒定速度v＝0.4m/s斜向上移动所需功率P2＝Pm－P1＝（5.59－2.09）kW＝3.5kW

由P2＝nmgvsin θ

可得n＝ ＝ ＝35（人）

【解析】已知扶梯工作时的电压和电流大小，利用功率的表达式可以求出空载时功率的大小；利用最大的输出功率减去电梯本身消耗的功率可以求出载人消耗的最大功率；结合重力的瞬时功率可以求出承载的人数。

11.电动自行车已经成为人们日常出行的一种常用交通工具，以下是某型号电动自行车的相关参数： 

该电动自行车采用后轮驱动直流电动机，其中额定转速是电动自行车在满载情况下在平直公路上以额定功率匀速行进时的车轮转速，求：电动自行车以额定转速行进时的速度v0；在额定工作状态时，损失的功率有80%是由于电动机绕线电阻生热而产生的，则电动机的绕线电阻为多大；满载（车身质量+满载载重）情况下，该车以速度v=5m/s沿着坡度为θ=4.59°的长直坡道向上匀速行驶时，受到的摩擦阻力为车重（含载重）重量的0.02倍，求此状态下电动自行车实际运行机械功率（sin4.59°=0.08；重力加速度g=10m/s2）。

【答案】 解：在额定状态下电机以额定的转速转动，则   ①  

  ②

由①②两式联立得：

电动机在额定工作状态时，    ③

损失的电功率80％转化为电热功率，则   ④

由③④两式联立得：

当电动自行车在斜坡上匀速行驶时，受力分析如图：

由牛顿定律得：   ⑤

电动自行车的实际功率：   ⑥

由⑤⑥得：

【解析】在额定转速中转动，利用转速的大小可以求出车轮转动的线速度大小；利用总功率和输出功率可以求出损耗的功率，结合热功率的表达式可以求出电阻的大小；利用电动自行车的匀速运动可以求出时间运动的电动机牵引力大小，再结合线速度的大小可以求出实际机械功率的大小。

12.为方便游客，很多景区都提供了电动观光车。现测得某电动观光车沿平直道路匀速行驶时，电动观光车中电动机两端的电压为U，电动机中通过的电流为I。若该电动机的效率为 ，观光车的质量为m，观光车受到的阻力大小是车重的k倍，重力加速度大小为g，求该电动观光车匀速行驶的速率v。   

【答案】 解：该电动观光车中电动机的输出功率为    

当该电动观光车匀速行驶时，电动机提供的牵引力大小为

又

解得

【解析】已知通过电动机的电流和电压，结合效率可以求出电动机的输出功率；利用输出功率等于牵引力和速度的乘积可以求出速率的大小。