高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化课后作业题

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(建议用时：25分钟)
◎考点一 电功和电功率
1．功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2个60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年能节省的电能最接近( )
A．5×108 kW·h B．5×1010 kW·h
C．5×1012 kW·hD．5×1013 kW·h
B [解答本题的关键是要了解全国有多少家庭及每天亮灯的时间，全国大约有4.5亿户人家，每天亮灯时间大约3 h，已知白炽灯和LED灯的额定功率分别为60 W和10 W，根据公式W＝Pt得全国一年节省的电能最接近W＝2ΔPt＝2×(0.06－0.01)×4.5×108×3 h×365 kW·h＝4.9×1010kW·h，故B正确。]
2．在直流电路中，两个电阻的阻值之比R1∶R2＝2∶1，通过的电流之比I1∶I2＝2∶1，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q1∶Q2为( )
A．1∶1B．2∶1
C．4∶1D．8∶1
D [已知两个电阻的阻值之比是2∶1，通过的电流之比是2∶1，则相等时间内产生的热量之比eq \f(Q1,Q2)＝eq \f(I\\al(2,1)R1t,I\\al(2,2)R2t)＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,1)))eq \s\up12(2)×eq \f(2,1)＝eq \f(8,1)，故D正确。]
3．(多选)如图所示为某电学元器件的伏安特性曲线，图中虚线为曲线上P点的切线。当通过该元器件的电流为0.4 A时( )
A．该元器件的阻值为250 Ω
B．该元器件的阻值为125 Ω
C．该元器件消耗的电功率为20 W
D．该元器件消耗的电功率无法求解
BC [由题图可知，当电流为0.4 A时，电压为50 V，则由欧姆定律可知，阻值为R＝eq \f(U,I)＝eq \f(50,0.4) Ω＝125 Ω，故B正确，A错误；由P＝UI可知，该元器件消耗的电功率为20 W，故C正确，D错误。]
4．把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是( )
甲 乙
A．P甲＝P乙B．P甲＝3P乙
C．P乙＝3P甲D．P乙>3P甲
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 V×3I，乙图中电路的总电流为I，P乙＝12 V×I，故有P甲＝3P乙，B正确。]
5．如图所示的电路中，电流表均为理想电流表，电阻R1＝40 Ω，闭合开关后，电流表A1的示数为0.2 A，电流表A的示数为0.3 A。试求：
(1)R1的电功率；
(2)R2的阻值及在1 min内R2消耗的电能。
[解析] (1)R1的电功率P1＝Ieq \\al(2,1)R1＝1.6 W。
(2)由电路图可知，R2两端的电压U2＝I1R1＝8 V
通过R2的电流为I2＝0.3 A－0.2 A＝0.1 A
因此R2的阻值为R2＝eq \f(U2,I2)＝eq \f(8,0.1) Ω＝80 Ω
在1 min内R2消耗的电能
Q＝W＝U2I2t＝8×0.1×60 J＝48 J。
[答案] (1)1.6 W (2)80 Ω 48 J
◎考点二 纯电阻电路和非纯电阻电路
6．有一个电风扇，标有“200 V 50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中正确的是( )
A．Q＝eq \f(U2t,R)B．Q＝Pt
C．Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))eq \s\up12(2)·RtD．以上三种方法均正确
C [通过电风扇的电流为I＝eq \f(P,U)，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))eq \s\up12(2)·Rt，而不应该是Q＝eq \f(U2t,R)或Q＝Pt，C正确。]
7．如图所示，A、B两点间电压为18 V，R1＝0.2 Ω，电动机M线圈的电阻也是0.2 Ω，电路中的电流是25 A，则此电路中电能转化为机械能的效率是( )
A．72%B．28%
C．55.6%D．44.4%
D [电路中总的电功率P＝UI＝450 W，电路中的热功率P热＝I2(R1＋r)＝250 W，则电路中电能转化为机械能的效率为η＝eq \f(P－P热,P)×100%≈44.4%，D正确。]
8．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。下列说法错误的是( )
A．充电器输出的电功率为0.14 W
B．充电时，电池消耗的热功率为0.02 W
C．电能转化为化学能的功率为0.12 W
D．充电器每秒把0.14 J的能量存储在电池内
D [充电器输出的电功率P电＝UI＝1.4×0.1 W＝0.14 W，A正确；充电时，电池消耗的热功率为P热＝I2r＝0.02 W，B正确；电能转化为化学能的功率为P化＝P电－P热＝0.12 W，C正确；充电器每秒把0.12 J的能量存储在电池内，D错误。]
9．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M和电热丝R构成，当闭合开关S1、S2后，电动机正常工作，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出，断开开关S1，电吹风吹冷风。已知电吹风的额定电压为220 V，吹热风时的功率为1 000 W，吹冷风时的功率为120 W，关于该电吹风，下列说法正确的是( )
A．当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为1 000 J
B．当电吹风吹冷风时，电热丝每秒消耗的电能为120 J
C．电热丝的电阻为55 Ω
D．电动机线圈的电阻为eq \f(1 210,3) Ω
C [吹热风时，电热丝和电动机并联，即电路消耗的电功率等于电热丝消耗的电功率与电动机消耗的电功率之和，故1 000 W＝120 W＋P热，则电热丝的功率为P热＝880 W，根据公式W＝Pt，可得当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J，根据公式P＝eq \f(U2,R)可得电热丝的电阻为R＝eq \f(U2,P热)＝55 Ω，选项A错误，C正确；当吹冷风时，只有电动机工作，电热丝不工作，电热丝消耗的电能为0，选项B错误；因为电动机是非纯电阻用电器，所以不能根据公式R＝eq \f(U2,P)求解线圈电阻，选项D错误。]
(建议用时：15分钟)
10．如图所示为甲、乙两灯泡的I­U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率分别约为( )
A．15 W、30 WB．30 W、40 W
C．40 W、60 WD．60 W、100 W
C [由图像可知，当U＝220 V时，通过甲、乙两灯的电流分别为I甲＝0.18 A、I乙＝0.27 A，则P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确。]
11．(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，在相同的时间内，下列说法正确的是 ( )
A．电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
B．电炉两端电压小于电动机两端电压
C．电炉两端电压等于电动机两端电压
D．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
ABD [电动机的线圈电阻与电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，根据Q＝I2Rt可知，电炉放出的热量与电动机放出的热量相等，选项A正确；电炉两端电压小于电动机两端电压，选项B正确，C错误；电动机消耗的功率等于线圈电阻上消耗的功率I2R和输出功率之和，而电炉消耗的功率等于I2R，故电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，选项D正确。]
12．如图所示电路中，各灯泡额定电压和额定功率分别是：A灯“10 V 10 W”，B灯“60 V 60 W”，C灯“20 V 20 W”，D灯“20 V 20 W”。在a、b两端加上电压后，四个灯泡都能发光。比较各灯泡消耗功率大小，以下说法正确的是( )
A．PB>PD>PA>PCB．PB>PA>PD＝PC
C．PB>PD>PC>PAD．PA>PC>PD>PB
B [由R＝eq \f(U2,P)可知，灯的电阻RA＝10 Ω，RB＝60 Ω，RC＝RD＝20 Ω，C、D并联部分的电阻为R并＝10 Ω，电路中RB>RA＝R并，由串联电路的功率关系知PB>PA＝P并，而PC＝PD＝eq \f(P并,2)，故PB>PA>PD＝PC，B正确。]
13．如图是家用电饭煲的电路图。将电饭煲接到稳压电源上，当开关接通“加热”挡时，电热丝以额定功率给食物加热，当食物蒸熟后，开关接通“保温”挡，给食物保温，这时电热丝的功率为其额定功率的eq \f(1,9)，电流为1.40 A，已知分压电阻的阻值是R＝100 Ω。求：
(1)保温时，电阻R两端的电压；
(2)稳压电源输出的电压；
(3)电热丝的额定功率。
[解析] (1)电阻R两端的电压为
UR＝IR＝1.40×100 V＝140 V。
(2)设电热丝的电阻为r，电源输出电压为U，则
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(U,R＋r)))eq \s\up12(2)r＝eq \f(1,9)·eq \f(U2,r)
解得r＝50 Ω
所以电源电压为
U＝I(R＋r)＝1.40×(100＋50) V＝210 V。
(3)电热丝的额定功率为
P＝eq \f(U2,r)＝eq \f(2102,50) W＝882 W。
[答案] (1)140 V (2)210 V (3)882 W