高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化一课一练

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化一课一练，共6页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

合格考训练
一、选择题(本题共7小题，每题7分，共49分)
1．(多选)(2023·四川凉山高二上月考)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( BCD )
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＝eq \f(U2,R)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
解析：电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的焦耳热的多少还与电路是否为纯电阻电路以及做功的时间长短有关，选项A错误；公式W＝UIt计算的是电路的总功的大小，适用于任何电路，在纯电阻电路中，根据欧姆定律I＝eq \f(U,R)，可以推导出W＝I2Rt和W＝eq \f(U2,R)t，所以W＝I2Rt和W＝eq \f(U2,R)t只适用于纯电阻电路，选项B正确；在非纯电阻电路中，UI表示的是总功率的大小，而I2R表示的是电路中的发热功率，所以UI>I2R，选项C正确；焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路中的焦耳热的计算，选项D正确。
2．(2023·广西钟山中学高二阶段练习)电烙铁、电风扇和电视机三个用电器的铭牌上均标有“220 V 60 W ”。现让它们在额定的电压下工作相同的时间，产生的热量( A )
A．电烙铁最多 B．电风扇最多
C．电视机最多 D．一样多
解析：电烙铁工作时，电能转化为内能，电风扇工作时，主要是电能转化为机械能，电视机利用了电场、磁场、电路等原理接收、播放电视声音和图像，不是利用电流的热效应，故可得，它们在额定的电压下工作相同的时间，产生的热量电烙铁最多，B、C、D错误，A正确。
3．一学校物理兴趣小组用蓄电池、电动机、皮带、自行车组装了一辆电动自行车，假设人骑上后总质量为50 kg，假定蓄电池能提供的电压为24 V，电阻不计，当电动自行车在水平地面上以0.8 m/s的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5 A，设电动自行车所受的阻力恒为车重的eq \f(1,5)，忽略电动自行车自身的摩擦，则电动机的阻值是(g取10 m/s2)( C )
A．4.8 Ω B．3.2 Ω
C．1.6 Ω D．0.4 Ω
解析：电动自行车所受的阻力恒为车重的eq \f(1,5)，则阻力的大小为f＝eq \f(1,5)mg＝100 N，电动自行车匀速行驶，则电动机的机械功率P机＝Fv＝fv＝80 W；电动机的总功率P＝UI＝120 W，电动机的热功率P热＝I2r＝P－P机＝120 W－80 W＝40 W，所以电动机的阻值r＝eq \f(P热,I2)＝1.6 Ω，C正确。
4．如图所示为电动机与定值电阻R1并联的电路，电路两端所加的电压恒为U，S断开时电流表的示数为I1，S闭合后电动机正常运转，电流表的示数为I2，电流表为理想电表，电动机的内阻为R2，则下列关系式正确的是( D )
A.eq \f(U,I1－I2)＝R2
B.eq \f(U,I2)＝eq \f(R1R2,R1＋R2)
C．I2U＝eq \f(U2,R1)＋eq \f(U2,R2)
D．I2U＝(I2－I1)U＋Ieq \\al(2,1)R1
解析：由于电动机是非纯电阻用电器，因此欧姆定律不成立，选项A、B错误；由于欧姆定律不成立，则电动机消耗的功率不能用P＝eq \f(U2,R2)表示，选项C错误；电动机消耗的功率为(I2－I1)U，根据能量关系可知，I2U＝(I2－I1)U＋Ieq \\al(2,1)R1，选项D正确。
5．(2023·浙江长兴县教育研究中心高二期中)扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件吸尘清扫，如图所示为某品牌扫地机器人。已知其工作额定电压15 V、额定功率30 W，充电时额定电压24 V、额定电流0.5 A、充电时间约240分钟，充电完成时电池容量2 000 mAh，则下列说法正确的是( D )
A．电池容量是指电池储存电能的大小
B．机器人正常工作的电压为24 V
C．机器人正常工作时的电流为0.5 A
D．机器人充满电后工作时间最多为1小时
解析：由q＝It可知，电池容量2 000 mAh，从单位上看可以看出电池容量是指电池储存电荷量的大小，A错误；机器人正常工作的电压为15 V,24 V是充电时额定电压，B错误；由P＝UI可知，机器人正常工作时的电流为2 A，C错误；机器人充满电后工作时间t＝eq \f(q,I)＝eq \f(2 000×10－3,2) h＝1 h，D正确。
6．(2023·河南洛阳高二上段考)四个相同的小灯泡按照如图甲、乙所示的两种方式接入电源电压都为U的电路中，调节R1、R2使四个小灯泡都正常发光，这时可变电阻R1、R2消耗的电功率P1和P2的关系为( B )
A．P1＝2P2 B． P1>2P2
C．P1<2P2 D．P1＝P2
解析：四个灯泡规格相同且正常发光，题图甲中两灯泡并联，总电流为I1＝2I额，题图乙中两灯泡串联，电流为I2＝I额，电阻R1两端的电压为U1＝U－U额，消耗的电功率为P1＝U1I1＝(U－U额)·2I额，电阻R2两端的电压为U2＝U－2U额，消耗的电功率P2＝U2I2＝(U－2U额)I额＝eq \f(1,2)·(U－2U额)·2I额，U－U额>U－2U额，所以P1>2P2，故A、C、D错误，B正确。
7．(多选)(2023·日照高二期末)如图所示，一个电饭煲和一台洗衣机同时并联接在恒压电源上，均正常工作。设电饭煲的电阻为R1、洗衣机电动机线圈的电阻为R2。测得流过电饭煲的电流为I1，流过洗衣机的电流为I2，电饭煲消耗的电功率为P1、热功率为P1′，洗衣机消耗的电功率为P2、热功率为P2′。则下列关系正确的是( AB )
A.eq \f(I1,I2)>eq \f(R2,R1) B．eq \f(P1,P2)＝eq \f(I1,I2)
C.eq \f(P1,P2)解析：电饭煲的电阻为R1＝eq \f(U,I1)，但洗衣机不是纯电阻用电器R2eq \f(R2,R1)，A正确；它们消耗的电功率分别为P1＝UI1，P2＝UI2，得eq \f(P1,P2)＝eq \f(I1,I2)>eq \f(R2,R1)，B正确，C错误；电饭煲和洗衣机热功率分别为P1′＝Ieq \\al(2,1)R1，P2′＝Ieq \\al(2,2)R2，得eq \f(P1′,P2′)>eq \f(R2,R1)，D错误。故选AB。
二、非选择题(共11分)
8．(11分)在如图所示的电路中，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。求：
(1)R1的电功率；
(2)R2的阻值及在1 min内R2消耗的电能。
答案：(1)1.6 W (2)80 Ω 48 J
解析：(1)R1的电功率P1＝Ieq \\al(2,1)R1＝1.6 W。
(2)由题图可知，R2两端的电压U2＝U1＝I1R1＝8 V，通过R2的电流I2＝0.3 A－0.2 A＝0.1 A，因此R2的阻值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。
等级考训练
一、选择题(本题共4小题，每题6分，共24分)
1.(2023·内蒙古乌兰察布市四子王旗一中高二上学期期中)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法不正确的是( B )
A．电能转化为化学能的功率为UI－I2r
B．充电器输出的电功率为UI＋I2r
C．电池产生的热功率为I2r
D．充电器的充电效率为eq \f(U－Ir,U)×100%
解析：由P＝UI可知充电器输出的电功率为P出＝UI，根据热功率公式可得电池产生的热功率为P热＝I2r，电能转化为化学能和热能，根据能量守恒定律有电能转化为化学能的功率为：P化＝UI－I2r，故A、C正确，B错误；充电器的充电效率为η＝eq \f(P化,P出)×100%＝eq \f(U－Ir,U)×100%，故D正确。
2．(多选)(2023·北京交大附中高二上期中)排气扇电动机的线圈电阻为0.2 Ω，当它两端电压为110 V时，通过的电流为5 A。则这台排气扇( ABC )
A．每分钟消耗的电能是33 000 J
B．每分钟产生的热量为300 J
C．输出功率是545 W
D．工作效率是82.5%
解析：排气扇的电功率为P＝UI＝110×5 W＝550 W，每分钟消耗的电能是E＝Pt＝550×60 J＝33 000 J，A正确；每分钟产生的热量为Q＝I2rt＝52×0.2×60 J＝300 J，B正确；排气扇的输出功率是P出＝UI－I2r＝110×5 W－52×0.2 W＝545 W，C正确；排气扇的工作效率是η＝eq \f(P出,P)×100%＝eq \f(545,550)×100%≈99%，D错误。
3．(2023·黑龙江佳木斯一中高二期末)在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V。重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.00 A和20.0 V。则这台电动机正常运转时输出功率为( B )
A．12 W B．24 W
C．30 W D．40 W
解析：电动机停止转动时，电动机为一电阻，根据欧姆定律得R＝eq \f(U1,I1)＝4 Ω，正常运转后，其输出功率为P＝U2I2－Ieq \\al(2,2)R＝20×2 W－22×4 W＝24 W。
4.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( C )
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
解析：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，所以不能根据R＝eq \f(U2,P)求解线圈电阻，选项D错误。
二、非选择题(共16分)
5．(16分)(2022·山东师大附中第三次学分认定)如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切摩擦，求：
(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？
(3)10 s内电动机可以把重物匀速提升多高？
(4)这台电动机的机械效率是多少？
答案：(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80%
解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动机的机械功率。
(1)电动机线圈上消耗的热功率为
P热＝I2r＝1 W。
(2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即
P入＝UI＝5×1 W＝5 W，
电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据P入＝P出＋P热得P出＝P入－P热＝5 W－1 W＝4 W。
(3)设物体A的重力为G，t＝10 s内物体上升的高度为h，根据能量守恒定律得P出t＝Gh
h＝eq \f(P出t,G)＝eq \f(4×10,20) m＝2 m。
(4)这台电动机的机械效率为η＝eq \f(P出,P入)×100%＝eq \f(4,5)×100%＝80%。