高中物理高考 2021届高三大题优练6 电功 电功率 教师版

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     例1．如图甲所示是一种家用电熨斗的原理图（额定电压为220 V），R0是定值电阻，R是可变电阻（调温开关），其电阻值均不受温度影响；(1)该电熨斗温度最低时的耗电功率为121 W，温度最高时的耗电功率为484 W，求R0的阻值及R的阻值变化范围；(2)假定电熨斗每秒钟散发的热量q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如图乙所示，现在温度为20 ℃的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求熨斗表面温度为220 ℃，且保持不变，问应将R的阻值调为多大？【解析】(1)温度最低档，即温度最高档，即解得：R0＝100 Ω，Rmax＝300 Ω所以变阻器阻值范围是0到300 Ω。(2)此时电熨斗表面温度与环境温度之差Δt＝220 ℃－20 ℃＝200 ℃由图像知电熨斗每秒钟散发的热量q＝440 J，要保持电熨斗的表面温度不变，则电熨斗的电功率P＝440 W由解得R＝10 Ω所以应将R调至10 Ω。例2．电动轿车是未来小轿车发展的趋势，某轻型电动轿车，质量(含载重) m＝200 kg，蓄电池组电动势E＝200 V，内阻r＝0.05 Ω，直接对超导电动机(线圈为超导材料，电阻为零)供电，供电电流I＝100 A，电动机通过传动效率η＝90％的传动装置带动车轮转动。保持电动机功率不变，假设轿车在运动过程中所受摩擦及空气阻力大小之和恒为f＝653 N，g＝10 m/s2。(1)若轿车在6 s内由静止在水平路面上加速到v＝72 km/h，则这6 s内轿车的位移大小为多少？(2)已知某斜坡路面的倾角为θ，轿车所受摩擦及空气阻力大小不变，则轿车在上坡过程中能达到的最大速度为多少？(sin θ＝0.2585)【解析】(1)电源输出电压：电动机功率：由动能定理：解得：。(2)当轿车加速度a＝0时，速度达到最大，此时轿车牵引力： 又解得：。1．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求： (1)通过电动机的电流；(2)输入电动机的电功率；(3)若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。(g取10 m/s2)【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V流过电阻R的电流IR＝＝A＝5A即通过电动机的电流，IM＝IR＝5A。(2)电动机的分压UM＝UV＝110V输入电动机的功率P电＝IMUM＝550W。(3)电动机的发热功率P热＝Ir＝20W电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝530W又因P出＝mgv，所以m＝＝53kg。 2．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＝0.10 kg，当将重物固定时，理想电压表的示数为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，求：(不计摩擦，g取10 m/s2) (1)串联入电路的电动机内阻；(2)重物匀速上升时的速度大小；(3)匀速提升重物3 m需要消耗的电能。【解析】(1)当将重物固定时，电压表的示数为5V，则根据闭合电路欧姆定律得电路中电流为电动机的电阻。(2)当重物匀速上升时，电压表的示数为，电路中电流为电动机两端的电压为故电动机的输入功率根据能量转化和守恒定律得代入解得，。(3)匀速提升重物3m所需要的时间则消耗的电能。3．如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机的内阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A。求：(1)电炉子的电阻及发热功率；(2)电动机的机械效率；(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：其发热功率：WW(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律：输出所以：(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律：化学所以：化学WW。4．用一个标有“12 V  24 W”的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图所示。(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300 K，求正常发光条件下灯丝的温度。(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20 V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？(4)当合上开关后，需要0.5 s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计算电流的最大值。【解析】(1)由题图知，正常发光时R＝8Ω，故电功率为：(2)由题图知，室温时电阻R′＝1Ω，由 得：(3)电阻的电压为：U′＝20－12＝8V电阻的电流为： 串联电路电阻为：Rx＝；(4)闭合开关后，灯丝温度升高，电阻增大，电压不变，因此电流减小；由图示可知，最小电阻为1欧姆，最大电流：。5．有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。则电动机正常工作时的输出功率多大？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？ 【解析】当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电阻电路，欧姆定律成立。当电动机转动时，一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻，故又在线圈上产生内能，输入的电功率P电＝P热＋P机。接U＝0.2 V电压时，电动机不转，电流I＝0.4 A，根据欧姆定律，线圈电阻R＝＝＝0.5 Ω当接U′＝2.0 V电压时，电流I′＝1.0 A，故输入电功率P电＝U′I′＝2.0×1.0 W＝2.0 W消耗热功率P热＝I′2R＝1.02×0.5 W＝0.5 W故输出功率即机械功率P机＝P电－P热＝(2.0－0.5) W＝1.5 W。如果正常工作时转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P热′＝＝ W＝8 W6．如图所示电路中，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，R3＝1.5 Ω，C＝20 μF，当开关S1闭合、S2断开电路稳定时，电源消耗的总功率P1＝2 W；当开关S1、S2都闭合电路稳定时，电源消耗的总功率P2＝4 W。求：(1)电源电动势E和内阻r；(2)当S1闭合，S2断开，电路稳定后，电容器所带的电量；(3)当S1、S2都闭合电路稳定时，电源的输出功率及电容器所带的电量。【解析】(1)S1闭合、S2断开电路稳定时，电源消耗的总功率S1、S2都闭合电路稳定时，R1、R2并联，电源消耗的总功率联立解得：E＝4 V，r＝0.5 Ω。(2)当S1闭合，S2断开，电路稳定后，外部总电阻干路上总电流电容器两端电压和电阻R2两端电压相同，电容器所带的电荷量。(3)当S1、S2闭合时，外部总电阻干路上总电流电源的输出功率。