高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化优秀同步练习题

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12.1 电路中的能量转化培优第一阶——基础过关练1．（多选）关于电功和焦耳热，下列说法错误的是（　　）A．在纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2RtB．在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2RtC．在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q＝IUtD．在纯电阻电路中，计算焦耳热可以用Q＝IUt【答案】BC【详解】A．在纯电阻电路中，满足欧姆定律因此电流做功联立可得A正确，不符合题意；B．在非纯电阻电路中，不满足欧姆定律，即因此电流做功B错误，符合题意；C．在非纯电阻电路中，电流做的功不是全部用来产生焦耳热，因此C错误，符合题意；D．在纯电阻电路中，电流做的功全部转换为焦耳热，因此D正确，不符合题意。故选BC。2．如图所示，a、b两点间的电压为9V，三个电阻的阻值分别为R1=R2=6Ω、R3=3Ω。下列说法正确的是（　　）A．R1、R2、R3两端的电压之比为2：1：1B．R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2C．在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2：2：1D．在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1：2：2【答案】B【详解】A．电路中的总电阻为R=R3+=3Ω+Ω=6Ω电路中的电流I==A=1.5A则R3两端电压U3=IR3=1.5×3V=4.5V并联部分两端电压为U'=I=4.5V所以R1、R2、R3两端的电压之比为1：1：1，选项A错误；B．根据P=可得R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2，选项B正确；C．根据欧姆定律I=可得通过R1、R2、R3的电流之比为1：1：2，根据I=可得在相等时间内通过R1、R2、R3的电荷量之比为等于通过它们的电流之比，即1：1：2，选项C错误；D．根据Q=I2Rt可以得到在相等时间内产生的焦耳热之比为1：1：2，选项D错误。故选B。3．如图是额定电压均为220V的灯泡L1和L2的U－I图像。下列分析不正确的是（　　）A．当L1两端的电压为100V时，其实际功率为20WB．当通过L2的电流为0.45A时，其1min消耗的电能为4320JC．将L1、L2串联，若L1两端的电压为40V，则L2的功率为8WD．将L1、L2并联，若通过L2的电流为0.5A，则L1的功率为66W【答案】C【详解】A.当L1两端的电压为100V时，根据图像可知，通过L1的电流为0.2A，其实际功率为故A正确，不符合题意；B.当通过L2的电流为0.45A时，L2两端的电压为160V，其1min消耗的电能为故B正确，不符合题意；C.将L1、L2串联，若L1两端的电压为40V，由图像可知，通过灯泡L1的电流为根据串联电路电流规律可知，通过灯泡L2的电流由图像可知，此时灯泡L2两端的电压为L2的功率为故C错误，符合题意；L1、L2并联，若通过L2的电流为0.5A，由图像可知，L2两端的电压为根据并联电路电压规律可知，灯泡L1两端的电压由图像可知，通过L1的电流L1的功率为故D正确，不符合题意。故选C。4．额定电压均为110V，额定功率PA=100W，PB=40W的A、B两盏灯泡，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是（　　）A． B． C． D．【答案】C【详解】判断灯泡能否正常发光，就要判断实际电压是不是额定电压或实际电流是不是额定电流，对灯泡有可知RA<RB。对于A电路，由于RA<RB，所以UB>UA，又UB＋UA=220V则UB>110V，B灯被烧毁，UA<110V，A灯不能正常发光；对于B电路，由于RB>RA，A灯与滑动变阻器并联，并联电阻小于RB，所以UB>U并，则UB>110V，B灯被烧毁，A灯不能正常发光；对于C电路，B灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于RA，所以可能UA=UB=110V两灯可以正常发光；对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A灯、B灯的并联电阻，则UA=UB=110V两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，当灯A、B均正常发光时，由于C电路中滑动变阻器功率为PC=（IA-IB）×110V而D电路中滑动变阻器功率为PD=（IA＋IB）×110V所以C电路消耗电功率最小。故选C。5．如图所示，三个电阻、、的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为、、，则此电路中允许消耗的最大功率为（　　）A． B． C． D．【答案】C【详解】令电阻值为，额定功率为，则额定电流为则三个电阻的额定电流分别为，，由于电阻、的阻值相同，并联电路电压相同，则通过两电阻的电流相等，两电阻消耗的实际功率相同，因此并联电路应该先确保电阻的安全，由分析可知表明若使电阻的功率达到额定功率，则电阻安全，但电阻将被烧毁，因此为确保安全，当电阻的功率达到额定功率时，此电路中允许消耗的最大功率ABD错误，C正确。故选C。6．如图所示，一个灯泡L和一个电动机M串联接在电压恒为U的电源上，电路中的电流为I，灯泡两端的电压为，电功率为，电阻为；电动机两端的电压为，电功率为，其线圈电阻为，则下列关系式正确的是（　　）A． B． C． D．【答案】C【详解】A．灯泡的电功率为故A错误；BD．电动机是非纯电阻元件，所以则电动机的电功率为故BD错误；C．电源输出的总功率为故C正确。故选C。7．在如图所示的电路中，输入电压U恒为8V，灯泡L标有“3V  6W”字样，电动机线圈的电阻RM=1Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是（　　）A．整个电路消耗的电功率是10W B．电动机的输出功率8WC．电动机的效率是80% D．流过电动机的电流是2A【答案】D【详解】D．灯泡正常发光，则电路中的电流为由于电路串联，因此流过电动机的电流是2A，故D正确；A．整个电路消耗的功率为故A错误；B．灯泡正常发光时的电压等于其额定电压，故电动机的输入电压为电动机的热功率为电动机的输出功率为故B错误；C．电动机的效率为故C错误。故选D。8．某小组用如图甲所示的电路进行实验探究，小灯泡L标有“6V 1.2W”字样，R为定值电阻，小组根据记录的电流表和电压表的示数变化，绘制了如图所示的I-U关系图。则：（1）灯泡L正常发光时的电流为___________A；（2）定值电阻R的阻值为___________Ω；（3）如调节电源电压使电路消耗的总功率为0.8W时，此时灯泡的实际功率为___________W。【答案】     0.2     20     0.6【详解】（1）[1]灯泡L正常发光时电流为 （2）[2]由图像可知，电压表读数为6V时，安培表读数为0.5A，则定值电阻R的阻值为 （3）[3]当P=0.8W时，由乙图可知U′=2V，I′=0.4A，所以 根据并联电路干路电流等于各支路电流之和可得IL′=I′-IR′=IL=0.4A-0.1A=0.3A所以P实=U′IL′=2V×0.3A=0.6W9．如图所示的电路中，若把小型直流电动机接入电压为的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是；若把电动机接入的电路中，电动机正常工作，工作电流是，求：（1）电动机线圈内阻为；（2）电动机正常工作时的输出功率。【答案】（1）0.5Ω；（2）1.5W【详解】（1）电动机接入电压为时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻（2）电动机接入电压为的电路时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，电动机正常工作时的输入功率电动机正常工作时的热功率由能量守恒，电动机的输出功率培优第二阶——拓展培优练10．在如图所示的电路中，有四盏灯，L1和L2都标有“220V，100W”字样，L3和L4都标有“220V，40W”字样，把电路接通后，最暗的是（　　）A．L1 B．L2C．L3 D．L4【答案】C【详解】由题意可知，L1、L2的电阻相等，L3、L4的电阻相等。由公式解得则有设L1、L2、L3、L4实际消耗的功率分别为P1、P2、P3、P4，由题图可知，通过L1的电流大于通过L2的电流，由公式P=I2R得到P1>P2同理可得P4>P3，P4>P1由于L2和L3的电压相等，由公式可知P2>P3则有P4>P1>P2>P3所以L3最暗。故选C。11．额定电压都是110 V，额定功率PL1=100W，PL2=40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，满足使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最大的电路是（　　）A． B． C． D．【答案】D【详解】A．由于、两个灯泡的电阻大小不同，所以直接把、串连接入电路，、的电压不会平分，、不会同时正常发光，A错误；B．由于额定电压都是，额定功率由此可知把灯泡与电阻并联，会使并联部分的电阻更小，所以、的电压不会平分，、不会同时正常发光，B错误；C．由于额定电压都是，额定功率由此可知把灯泡与电阻并联，可以使并联部分的电阻减小，可能使与并联部分的电阻 相同，所以、能同时正常发光，并且电路消耗的功率与灯泡的功率相同，所以 总功率的大小为；D．把 、并联之后与电阻串连接入电路，当电阻的阻值与 、并联的总的电阻相等时，、就可以正常发光，此时电阻消耗的功率为 、灯泡功率的和，所以电路消耗的总的功率的大小为；故选D。12．（多选）如图所示，直流电动机线圈的电阻为R，当该电动机正常工作时，电动机两端电压为U，通过电动机的电流为I，则（　　）A．电动机内部发热功率为I2RB．电动机的机械功率为IUC．电动机的总功率为IUD．电动机机械功率为IU-I2R【答案】ACD【详解】电动机的电功率P=UI，热功率P热=I2R，所以机械功率是P机=P-P热=UI-I2R故选ACD。13．（多选）如图甲为内阻及损耗均不计的理想直流电动机，电动机线圈与一电阻R连接，将电动机作为发电机使用，电动机牵引一质量为m1的物体，当物体以某速率匀速下落时，这时电路中的电流为I。若将这个电动机与一内阻为R、电动势为E的电源连接，如图乙所示，能够牵引质量为m2的物体以同样的速率匀速上升，这时电路中的电流也为I，关于I及电源的内耗功率P内，下列关系式正确的是（　　）A． B．C． D．【答案】AC【详解】当电动机作为发电机使用时，有当电动机与电源连接牵引物体匀速上升时，有联立上式解得故选AC。14．（多选）在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路，电路中电表均为理想电表。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V。则当这台电动机正常运转时（　　）A．电动机的内阻为1Ω B．电动机的内阻为7.50C．电动机的输出功率为26W D．电动机的输出功率为22W【答案】AC【详解】AB．电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V，则电动机的电阻故A正确，B错误。CD．电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V，电动机的总功率为电动机内阻消耗的热功率为电动机正常运转时的输出功率是故C正确，D错误。故选AC。15．如图所示，电源的电动势为12V，内阻为1Ω，小型直流电动机（其线圈内阻为1Ω）与规格为“4V，4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝3Ω的电阻串联，开关闭合后小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：（1）定值电阻R消耗的功率；（2）电动机的效率η。【答案】（1）12W；（2）75%【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律可得解得总电流定值电阻R消耗的功率（2）通过小灯泡的电流通过电动机的电流电动机消耗的电功率为电动机的热功率为电动机输出的机械功率为可得电动机的效率为η＝×100%＝×100%＝75%16．如图所示为某化学兴趣小组模拟工业制铝的装置，A为电解槽，N为电炉，先给电炉通电，利用电炉将三氧化二铝加热至熔融状态，保持闭合，再闭合，电解熔融状态下的三氧化二铝，最终将三氧化二铝电解为单质铝和氧气。已知电源电动势恒为，电源内阻，当闭合，断开时，理想电流表示数为；当、均闭合时，理想电流表示数为；已知电解槽内阻。求：（1）电炉的电阻和仅闭合时电炉的发热功率；（2）当、均闭合时，电炉的发热功率；（3）在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。【答案】（1）；40W；（2）25.6W；（3）15.36W【详解】（1）当闭合，断开时，由闭合电路欧姆定律得解得其发热功率（2）当、均闭合时，由闭合电路欧姆定律得流过电炉的电流（3）流过电解槽的电流电解槽消耗的电功率电解槽的发热功率由能量守恒定律知，电解槽电能转化为化学能的功率