粤教版 (2019)必修 第三册第一节 电路中的能量当堂检测题

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基础过关练
题组一 电功和电功率
1.(2021甘肃会宁期中)当电阻两端加上某一稳定电压时,一定时间内通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( )
A.3 V,1.8 J B.3 V,3.6 J
C.6 V,1.8 J D.6 V,3.6 J
2.白炽灯的灯丝由钨丝制成,当灯丝烧断后脱落一段,剩余灯丝刚好能搭接上使用。若灯泡功率原来为45 W,搭接起来的灯丝长度大约为原来的34,则现在灯泡的功率为( )
A.30 W B.45 W
C.60 W D.80 W
题组二 焦耳定律
3.(2021江苏响水中学期中)一个电热器电阻为R,当通过它的电流为I、通电时间为t时,产生的热量为Q。若要使它产生的热量为4Q,下列方法正确的是( )
A.电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变
B.电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变
C.电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍
D.电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变
4.两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量均为Q,第一次用时t串,第二次用时t并,则t串∶t并为( )
A.1∶1 B.2∶1
C.4∶1 D.1∶4
题组三 闭合电路中的能量
5.(2021山东临沂月考)(多选)下列用电器在正常使用时,电流做功W不等于产生的热量Q的是( )
A.电风扇和电吹风 B.白炽灯和电炉
C.洗衣机和电冰箱 D.电动机和电解槽
6.一台直流电动机的额定电压为U=20 V,电动机线圈电阻R=0.5 Ω,当它正常工作时通过的电流I=10 A,在电动机正常运转t=1 s的时间内,求:
(1)电流所做的功;
(2)线圈上产生的热量;
(3)电动机输出的机械能。
能力提升练
题组一 纯电阻电路和非纯电阻电路
1.(2021江苏阜宁中学期中)电饭锅工作时有两个状态:一个是锅内的水烧干以前的加热状态,另一个是水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅电路的简化图,R1是一辅助电阻,R2是加热用的电热丝,已知R1=2R2。则( )
A.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍
B.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍
C.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍
D.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍
2.(2022广东普宁华侨中学期中)如图所示,用输出电压为1.4 V、输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍-氢电池充电。下列说法不正确的是( )
A.电能转化为化学能的功率为0.12 W
B.充电器输出的电功率为0.14 W
C.充电时,电池消耗的热功率为0.02 W
D.充电时,在1 s的时间内有0.14 J的电能转化为化学能
题组二 含电动机电路的分析方法
3.(2021重庆期中)如图所示,电源电动势E=6 V,小灯泡L标有“3 V,0.9 W”,
开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则( )
A.电源的内阻为10 Ω
B.电动机的内阻为4 Ω
C.电动机正常工作的电压为1.8 V
D.电源的效率为70%
4.(2021湖南长郡中学期中)利用电动机通过如图所示的电路提升重物,已知电源电动势E=6 V,电源内阻r=1 Ω,电阻R=3 Ω,重物质量m=0.20 kg。当将重物固定时,电压表的示数为5 V。当重物不固定,且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时,电压表的示数为5.5 V。不计摩擦,g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A.电动机内部线圈的电阻为1 Ω
B.稳定匀速提升重物时,流过电动机的电流为1 A
C.重物匀速上升时的速度为0.75 m/s
D.匀速提升重物时电动机输出的机械功率是2 W
5.(2021甘肃张掖期中)有一个直流电动机,给它接0.2 V电压,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.5 A;若给电动机接2 V 的电压,电动机正常工作,工作电流是1.0 A。则:
(1)电动机正常工作时的输出功率为多大?
(2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?
答案全解全析
基础过关练
1.D 由q=It可知,相同时间内通过电阻的电荷量为原来的2倍,则电流为原来的2倍,由U=IR可知电阻两端的电压为原来的2倍;由W=qU可知原来电阻两端的电压为3 V,故现在电阻两端所加电压为6 V。由于电压变为原来的2倍,电荷量也变为原来的2倍,由W=qU可知,消耗的电能为原来的4倍,即消耗3.6 J的电能,选项D正确。
2.C 由电阻定律知,灯丝长度减为原来的34,电阻变为原来的34,照明电路中电压为220 V不变,则由电功率的公式P=U2R知功率变为原来的43倍,现在灯泡的功率为P'=43P=60 W,选项C正确。
3.A 电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=(2I)2Rt=4I2Rt=4Q,选项A正确;电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=(2I)2R2t=2I2Rt=2Q,选项B错误;电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍,则产生的热量为Q'=I2R·2t=2I2Rt=2Q,选项C错误;电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变,则产生的热量为Q'=I2·2R·t=2I2Rt=2Q,选项D错误。
4.C 设一根电阻丝的电阻为R,则R串=2R,R并=R2,由Q=U2Rt得t串∶t并=R串∶R并=4∶1,选项A、B、D错误,C正确。
5.ACD 电风扇、电吹风、电动机、电解槽、洗衣机、电冰箱工作时将电能转化为内能和其他形式的能,白炽灯和电炉工作时将电能转化为内能,选项A、C、D正确。
6.答案 (1)200 J (2)50 J (3)150 J
解析 (1)电流所做的功为W=UIt=20×10×1 J=200 J。
(2)线圈上产生的热量为Q=I2Rt=102×0.5×1 J=50 J。
(3)根据能量守恒定律,电动机输出的机械能E=W-Q=200 J-50 J=150 J。
能力提升练
1.A 在纯电阻电路中,由电功率公式P=U2R可以知道,S闭合时,R1被短路,只有电热丝R2接入电路,电饭锅功率最大,处于加热状态,加热的功率为P1=U2R2;S断开时,R1、R2串联,电路电阻最大,电热丝R2上的电压减小,电功率变小,电饭锅处于保温状态,保温功率P2=R2R1+R2U2R2=U29R2。选项B、C、D错误,A正确。
2.D 电池充电过程中电能转化为化学能和内能,根据能量守恒定律,有UI=I2r+P化学能,解得P化学能=UI-I2r=1.4×0.1 W-0.12×2 W=0.12 W,故A正确;充电器输出的电功率为P出=UI=1.4×0.1 W=0.14 W,故B正确;充电时,电池消耗的热功率为P热=I2r=0.12×2 W=0.02 W,故C正确;电能转化为化学能的功率为0.12 W,故充电时,在1 s的时间内有0.12 J的电能转化为化学能,故D错误。
易错警示
求电功、电热需要注意的几点:
(1)解答此类问题首先要关注电路中是否含有非纯电阻用电器。
(2)若电路是纯电阻电路,如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路,电流做功全部转化为内能,电功等于电热,有W=Q,即IUt=I2Rt,在计算电热和电功时,可采用公式W=Q=UIt=Pt=U2Rt=I2Rt中任一形式进行计算。
(3)若电路是非纯电阻电路,如含有电动机、电解槽、日光灯等的电路,电流做功将除转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q,即IUt>I2Rt,此种情况下,电功只能用公式W=IUt进行计算,电热Q只能用公式Q=I2Rt计算。
3.D 小灯泡的额定电流为I=PU=0.93 A=0.3 A,电阻为RL=UI=30.3 Ω=10 Ω。当开关S接1时,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=6 Ω,选项A错误;当开关S接2时灯泡正常发光,流过灯泡的电流为I=0.3 A,电源内阻分得的电压为U=Ir=0.3×6 V=1.8 V,故电动机分得的电压为U动=E-UL-U=(6-3-1.8) V=1.2 V,电动机的内阻R