高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-1第二章 恒定电流5 焦耳定律课时练习

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知识点一 电功和电功率、电热、热功率
1.
图2－5－2
如图2－5－2所示是电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现在把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别为P1和P2，并联总电阻设为R.下列关于P1和P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域正确的是( )．
A．特性曲线在Ⅰ区，P1B．特性曲线在Ⅲ区，P1>P2
C．特性曲线在Ⅰ区，P1>P2
D．特性曲线在Ⅲ区，P1解析 I－U特性曲线的斜率k＝eq \f(I,U)＝eq \f(1,R)，k越大，R就越小，所以R1P2.
答案 C
2．关于三个公式P＝UI， P＝I2R，P＝eq \f(U2,R)的适用范围，以下说法正确的是( )．
A．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率
B．在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率
C．在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义
D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率
解析 首先要明确，欧姆定律U＝IR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同．其次，P＝UI表示电功率，而P＝I2R表示热功率．因此，在纯电阻电路中，UI＝I2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中，UI>I2R，即消耗的电能只有部分转化为内能．
答案 BC
3．三个电阻分别标有“100 Ω、4 W”，“200 Ω、2W”，“50 Ω、8 W”，若将它们并联起来，允许消耗的最大功率是多少？
解析 三个电阻正常工作时的电压为：
U1＝eq \r(P1R1)＝20 V
U2＝eq \r(P2R2)＝20 V
U3＝eq \r(P3R3)＝20 V
当三者并联时应接在20 V的电源上，此时三者均正常工作，故允许消耗的最大功率为
P总＝4 W＋2 W＋8 W＝14 W.
答案 14 W
4．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )．
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＝eq \f(U2,R)t只适用于纯电阻的电路
C．在不是纯电阻的电路中，UI>I2R
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
解析 本题考查的是电功、电功率和焦耳定律，关键是正确区分电功和电功率．电功率公式P＝eq \f(W,t)，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝eq \f(P,U)，焦耳热Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2Rt，可见Q与P、U、t都有关．所以，P越大，Q不一定越大，A不对．W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝eq \f(U,R)只适用于纯电阻的电路，B对．在不是纯电阻的电路中，电流所做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正确．Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确．
答案 BCD
知识点二 非纯电阻电路中的电功和电热
5．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内
( )．
A．电炉放热与电动机放热相等
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的功率
解析 电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻，对于电炉有：U＝IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R，对于电动机有：U>IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.
答案 ABD
6.
图2－5－3
如图2－5－3所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V、60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )．
A．电解槽消耗的电功率为120 W
B．电解槽的发热功率为60 W
C．电解槽消耗的电功率为60 W
D．电路消耗的总功率为60 W
解析 灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流I＝I灯＝eq \f(60,110) A，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60 W，C对、A错；电解槽的发热功率P热＝I2R内＝1.3 W，B错；整个电路消耗的总功率P总＝220×eq \f(60,110) W＝120 W，D错．
答案 C
7．(2012·潍坊高二检测)额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间．比较它们产生的热量，结果是( )．
A．电风扇最多 B．电烙铁最多
C．日光灯最多 D．一样多
解析 在三种用电器中，只有电烙铁是纯电阻用电器．将电能全部转化为内能，故B选项正确．
答案 B
8.
图2－5－4
如图2－5－4所示，电阻R1＝20 Ω，电动机的绕组的电阻R2＝10 Ω.当电键打开时，电流表的示数是0.5 A，当电键合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率应是 ( )．
A．I＝1.5 A B．I＜1.5 A
C．P＝15 W D．P＜15 W
解析 电路两端的电压为：U＝I1R1＝0.5 A×20 Ω＝10 V．电动机是非纯电阻用电器，UI2＞Ieq \\al(2,2)R2，所以I2＜eq \f(U,R2)＝1 A．电流表的示数I＝I1＋I2＜1.5 A，A错误、B正确．电路总功率为P＝U(I1＋I2)＜15 W，C错误、D正确．
答案 BD
9.
图2－5－5
如图2－5－5所示的电路中，L1、L2是两个不同的小灯泡，a、b间有恒定的电压，它们都正常发光，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，发生的现象是( )．
A．L1亮度不变，L2变暗
B．L1变暗，L2变亮
C．电路消耗的总功率变小
D．流过滑动变阻器的电流变小
解析 变阻器滑片向右滑动时阻值增大，并联部分的电阻变大，分得电压变大，所以L2两端电压增大，变亮．L1分得电压变小，L1变暗，A错、B对．因为滑动变阻器电阻变大，总电阻变大，由P＝eq \f(U2,R)可知，U一定，P减小，即电路总功率减小，C对．又因为总电阻增大，总电流减小，而L2电压变大，电流变大，所以流过变阻器的电流减小，D正确．
答案 BCD
10.
图2－5－6
如图2－5－6所示的电路中，电炉电阻R＝10 Ω，电动机线圈的电阻r＝1 Ω，电路两端电压U＝100 V，电流表的示数为30 A，问通过电动机的电流强度为多少？通电一分钟，电动机做的有用功为多少？
解析 题图中的两个支路分别为纯电阻电路(电炉)和非纯电阻电路(电动机)．在纯电阻电路中可运用欧姆定律I＝eq \f(U,R)直接求出电流强度，而非纯电阻电路中的电流强度只能运用干路和支路中电流强度的关系求出．在非纯电阻电路中，电功大于电热，两者的差值才是有用功．根据欧姆定律，通过电炉的电流强度为I1＝eq \f(U,R)＝eq \f(100,10) A＝10 A.
根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，则通过电动机的电流强度为I2＝30 A－I1＝20 A.
电动机的总功率为P＝UI2＝100×20 W＝2×103 W.
因发热而损耗的功率为P′＝Ieq \\al(2,2)·r＝0.4×103 W
电动机的有用功率(机械功率)为P″＝P－P′＝1.6×103 W，电动机通电1 min做的有用功为W＝P″t＝1.6×103×60 J＝9.6×104 J.
答案 20 A 9.6×104 J