高中物理人教版 (新课标)选修35 焦耳定律一课一练

第二章　恒定电流

5　焦耳定律

基础过关练

题组一　电功、电功率

1.(2020安徽合肥一模)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.计算电风扇的功率

C.计算电烙铁的功率

D.计算洗衣机的功率

2.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

3.(2021天津静海大邱庄中学高二月考)如图所示,三个电阻的阻值相同,在A、B间接上电源后,三个电阻的功率之比为              (　　)

A.4∶1∶1　　　　　　　　  B.1∶4∶4

C.2∶1∶1　　　　　　　　  D.1∶2∶2

题组二　焦耳定律

4.(2021吉林长春外国语学校高二月考)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是              (　　)

A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多

B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路

C.在非纯电阻电路中,UI>I2R

D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路

5.(2020上海华师大二附中等八校联考)两个精制电阻,用锰铜电阻丝绕制而成,两电阻上分别标有“100 Ω　10 W”和“20 Ω　40 W”,则它们的额定电流之比为              (　　)

A.∶5　　　　　　　　  B.∶20

C.∶10　　　　　　　　  D.1∶2 000

6.(2021辽宁省协作校高二第一次联考)甲、乙两只完全相同的电炉分别接入两个电路中,工作时甲的电流是乙的一半,下列说法正确的是              (　　)

A.甲的热功率是乙的

B.甲的热功率是乙的4倍

C.若乙通电时间是甲的2倍,则它们产生的热量相同

D.因为甲、乙完全相同,所以功率也相同

题组三　纯电阻、非纯电阻电路

7.(2020湖北武汉武昌四校高二上期中联考)(多选)电动机的线圈电阻为R,电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,则下列说法中正确的是              (　　)

A.电动机消耗的电能为UIt

B.电动机消耗的电能为I2Rt

C.电动机线圈产生的热量为I2Rt

D.电动机线圈产生的热量为t

8.(2020湖南衡阳祁东一中高二上期末)如图,灯泡D与电动机M串联在一个稳压电源上,电源的输出电压为U=26 V,灯泡D的电阻为RD=6 Ω,电动机M线圈的电阻为RM=1 Ω,与电动机并联的理想电压表读数为UM=14 V。电动机转轴的摩擦可忽略,求:

(1)通过灯泡的电流大小;

(2)电动机M线圈的发热功率;

(3)电动机M输出的机械功率。

能力提升练

题组一　电功和电功率

1.(2021河北沧州第一中学高二月考,)A、B两灯的额定电压都是110 V,A灯的额定功率PA=100 W,B灯的额定功率PB=60 W,若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路中,且使两灯均能正常发光,同学们设计了如图所示的甲、乙两种电路,则甲、乙两电路消耗的电功率之比为              (　　)

A.2∶7　　　B.2∶5　　　C.5∶8　　　D.3∶7

2.(2020江西丰城中学高二上期中,)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变化的关系图象如图甲所示,若将它与两个标准电阻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

题组二　焦耳定律

3.(2020安徽江南十校联考,)电热水壶已进入千家万户,极大地方便了我们的生活。如果将一电热水壶接在220 V的电源两端,经时间t0电热水壶的开关自动切断,假设热量的损失不计、电热丝的阻值不受温度的影响。则              (　　)

A.如果将电热水壶接在110 V的电源两端,需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断

B.如果将电热水壶接在110 V的电源两端,需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

C.如果将电热水壶接在55 V的电源两端,需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断

D.如果将电热水壶接在55 V的电源两端,需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

4.(2019山东济南一中高一下月考,)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约为32 Ω

题组三　纯电阻、非纯电阻电路

5.(2020四川自贡二诊,)一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是              (　　)

A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω

B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W

C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J

D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

6.(2021黑龙江大庆第一中学高二月考,)如图所示,电路的输入电压U=220 V,每条输电线的电阻r=5 Ω,电炉RA的电阻RA=100 Ω,电动机M的线圈电阻是RM=4 Ω。

(1)求开关S断开时电炉RA两端的电压和它消耗的电功率。

(2)开关S闭合以后,电动机正常工作,且电动机两端的电压为180 V。求这台电动机的热功率和机械功率各是多少。

答案全解全析

基础过关练

1.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。

2.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。

3.A　设通过R1的电流为I,由于三个电阻的阻值相同,故通过R2、R3两个电阻的电流均为,故三个电阻的电功率之比为P1∶P2∶P3=I2R1∶()2R2∶()2R3=I2∶()2∶()2=4∶1∶1,故选A。

4.A　电功率越大,电流做功越快,但电路中产生的焦耳热还与做功时间有关,A错误;公式W=UIt用于计算电路的总功,适用于任何电路,当电路为纯电阻电路时,结合欧姆定律I=,可以推导出W=I2Rt,W=t,所以W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路,B正确;在非纯电阻电路中,电能转化为内能和其他形式的能,UI表示的是总功率,而I2R表示电路中的发热功率,UI>I2R,C正确;焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路中的焦耳热的计算,D正确。本题要求选错误的,故选A。

5.C　由公式P=I2R得I=,所以I1∶I2=∶10,选项C正确。

6.A　甲、乙两只电炉完全相同,因此R甲=R乙,工作时甲的电流是乙的一半,即I乙=2I甲,则由热功率公式P=I2R,可得P甲=P乙,A正确,B、D错误;若乙通电时间是甲的2倍,由焦耳定律Q=I2Rt可得Q甲=Q乙,它们产生的热量不相同,C错误。故选A。

7.AC　电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作的时间为t,所以电动机消耗的电能为UIt,A正确,B错误。电动机为非纯电阻用电器,其线圈产生的热量为I2Rt,由于U>IR,则I2Rt<t,C正确,D错误。

8.答案　(1)2 A　(2)4 W　(3)24 W

解析　(1)灯泡两端的电压为UD=U-UM=26 V-14 V=12 V

所以通过灯泡的电流为I== A=2 A

(2)电动机M线圈的发热功率PQ=I2RM=22×1 W=4 W

(3)电动机M消耗的电功率为PM=UMI=14×2 W=28 W

电动机M输出的机械功率P机=PM-PQ=28 W-4 W=24 W

能力提升练

1.C　由P=UI可得IA= A,IB= A,甲、乙两电路消耗的电功率之比为==5∶8,故选C。

2.D　由于电阻器D与两个标准电阻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。

3.D　根据公式Q=t可知,煮沸一壶水所需的热量为Q=t0。当电压变为原来的时,所需热量没变,因此加热时间要变为原来的4倍,即4t0,A、B错误;当电压变为原来的时,加热时间要变为原来的16倍,即16t0,C错误,D正确。

4.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。

5.C　由于电饭煲是纯电阻用电器,所以R1==44 Ω,P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J,洗衣机为非纯电阻用电器,所以R2≠,P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。综上可知C正确。

6.答案　(1)200 V　400 W　(2)19.36 W　376.64 W

解析　(1)开关S断开时,根据欧姆定律,有I1== A=2 A

电炉RA两端的电压URA=I1RA=2×100 V=200 V

电炉RA消耗的电功率PRA=URAI1=200×2 W=400 W

(2)闭合S后,干路电流为I2== A=4 A

流过RA的电流IRA== A=1.8 A

流过电动机M的电流IM=I2-IRA=4 A-1.8 A=2.2 A

电动机的热功率P热=RM=2.22×4 W=19.36 W

电动机的机械功率P机=UMIM-P热=(180×2.2-19.36) W=376.64 W