高中物理 第二章 直流電路 第6節(jié) 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化課時(shí)訓(xùn)練（含解析）教科版選修3-1

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1、高中物理 第二章 直流電路 第6節(jié) 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化課時(shí)訓(xùn)練（含解析）教科版選修3-1 【測(cè)控導(dǎo)航】 知識(shí)點(diǎn) 題號(hào) 1.電功率、熱功率和電源效率 1(易),2(易),3(易), 5(易),7(中),8(中) 2.純電阻電路和非純電阻電路 4(易),6(中) 3.電功、電功率的綜合應(yīng)用 9(中),10(中),11(難) 1.(多選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是(　BCD　) A.電功率越大,電流做功越快,電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多 B.W=UIt適用于任何電路,而W=I2Rt=t只適用于純電阻的電路 C.在不是純電阻的電路中,UI>I2R

2、 D.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路 解析:電功率公式P=,功率越大,表示電流做功越快.對(duì)于一段電路,有P=IU,I=,焦耳熱Q=（）2Rt,可見Q與P,U,t都有關(guān).所以,P越大,Q不一定越大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;W=UIt是電功的定義式,適用于任何電路.而I=只適用于純電阻電路,選項(xiàng)B正確;在不是純電阻的電路中,電流做的功等于焦耳熱與其他形式的能之和,所以W>Q,即UI>I2R,選項(xiàng)C正確;Q=I2Rt是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱,選項(xiàng)D正確. 2.(xx·曲師大附中高二質(zhì)檢)電源的效率η定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比.在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)

3、圖線如圖所示,圖中U為路端電壓,I為干路電流,a,b為圖線上的兩點(diǎn),相應(yīng)狀態(tài)下電源的效率分別為ηa,ηb.由圖可知ηa,ηb的值分別為(　D　) A., B., C., D., 解析:電源效率η=,E為電源的總電壓(即電動(dòng)勢(shì)),根據(jù)圖像可知Ua=E,Ub=E,所以選項(xiàng)D正確. 3.當(dāng)電阻兩端加上某一穩(wěn)定電壓時(shí),通過該電阻的電荷量為0.3 C,消耗的電能為0.9 J.為在相同時(shí)間內(nèi)使0.6 C的電荷量通過該電阻,在其兩端需加的電壓和消耗的電能分別是(　D　) A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J

4、 解析:設(shè)兩次加在電阻R上的電壓分別為U1和U2,通電的時(shí)間都為t.由公式W1=U1q1和W1=t可得U1=3 V,=0.1.再由W2=U2q2和W2=t可求出U2=6 V,W2=3.6 J,故選項(xiàng)D正確. 4.在如圖所示的電路中,定值電阻的阻值為10 Ω,電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻值為2 Ω,a,b兩端加有44 V的恒定電壓,理想電壓表的示數(shù)為 24 V,由此可知(　C　) A.通過電動(dòng)機(jī)的電流為12 A B.電動(dòng)機(jī)消耗的功率為24 W C.電動(dòng)機(jī)線圈在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生的熱量為480 J D.電動(dòng)機(jī)輸出的功率為8 W 解析:通過電動(dòng)機(jī)的電流與通過定值電阻的電流相同,為I== A=2 A

5、,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)消耗的功率為P=U1I=24×2 W=48 W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)的電熱功率P熱=I2r=22×2 W=8 W,其1分鐘內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=P熱t(yī)=8×60 J=480 J,選項(xiàng)C正確;電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=P-P熱= (48-8) W=40 W,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 5.(xx·新余高二期中)如圖所示,R1和R2的規(guī)格為“4 W,100 Ω”,R3的規(guī)格為“1 W,100 Ω”,當(dāng)A,B端加電源通電時(shí),這部分電路允許消耗的最大功率為(　D　) A.9 W B.4.5 W C.2.5 W D.1.5 W 解析:對(duì)R1和R2,額定電流I1=I2==0.2 A.對(duì)

6、R3,額定電流I3== 0.1 A.若R1,R2,R3均能工作,則當(dāng)I3=0.1 A時(shí),I1=I2=0.05 A,此時(shí)P3= 1 W, P1=P2= W.故該電路允許消耗的最大功率P=P3+P1+P2=1.5 W,選項(xiàng)D正確. 6.如圖所示,有一內(nèi)電阻為4.4 Ω的電解槽和一盞標(biāo)有“110 V　60 W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 V的直流電路兩端,燈泡正常發(fā)光,則(　C　) A.電解槽消耗的電功率為120 W B.電解槽的發(fā)熱功率為60 W C.電解槽消耗的電功率為60 W D.電路消耗的總功率為60 W 解析:燈泡能正常發(fā)光,說明電解槽和燈泡均分得110 V電壓,且干

7、路電流I=I燈= A,則電解槽消耗的電功率P=P燈=60 W,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,C正確;電解槽的發(fā)熱功率P熱=I2R內(nèi)≈1.3 W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;整個(gè)電路消耗的總功率P總=220× W=120 W,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 7.(多選)如圖所示的電路中,L1,L2是兩個(gè)不同的小燈泡,a,b間有恒定的電壓,它們都正常發(fā)光,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí),發(fā)生的現(xiàn)象是(　BCD　) A.L1亮度不變,L2變暗 B.L1變暗,L2變亮 C.電路消耗的總功率變小 D.流過滑動(dòng)變阻器的電流變小 解析:滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)阻值增大,并聯(lián)部分的電阻變大,分得電壓變大,所以L2兩端電壓增大,L2變亮.L1分得

8、電壓變小,L1變暗,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器電阻變大,總電阻變大,由P=可知,U一定,P減小,即電路總功率減小,選項(xiàng)C正確;又因?yàn)榭傠娮柙龃?總電流減小,而L2電壓變大,電流變大,所以流過變阻器的電流減小,選項(xiàng)D正確. 8.(多選)如圖所示的電路,已知電源內(nèi)阻為r,定值電阻R0的阻值也為r,滑動(dòng)變阻器R的總電阻為2r,若滑動(dòng)變阻器的滑片P由A向B滑動(dòng),則下列說法中正確的是(　ABC　) A.電源輸出功率由小變大 B.固定電阻R0上獲得的功率由小變大 C.電源內(nèi)部電勢(shì)降落由小變大 D.滑動(dòng)變阻器消耗的功率變大 解析:當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由A向B滑動(dòng)時(shí),變阻器的電阻在

9、減小.外電路電阻由3r逐漸減小為r,由電源輸出的功率與外電阻的關(guān)系可知,電源輸出功率由小變到最大,故選項(xiàng)A正確;固定電阻R0消耗的功率為P0=I2r,而電流在不斷增大,則其消耗的功率也由小變大,電源內(nèi)部電壓Ir也由小變大,所以選項(xiàng)B,C正確;對(duì)于求滑動(dòng)變阻器消耗的功率的變化情況,可把R0+r=2r看成是新電源的內(nèi)阻,則可知當(dāng)R=2r時(shí)滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大,當(dāng)R變小時(shí),其消耗的功率變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 9.(多選)如圖,a,b分別表示一個(gè)電池組和一只電阻的伏安特性曲線.則以下說法正確的是(　AD　) A.電池組的內(nèi)阻是1 Ω B.電阻的阻值為0.33 Ω C.將該電阻接在該電池組兩

10、端,電池組的輸出功率將是 4 W D.改變外電阻的阻值時(shí),該電池的最大輸出功率為4 W 解析:根據(jù)圖線a可知電源的電動(dòng)勢(shì)為4 V,內(nèi)阻為1 Ω,根據(jù)圖線b可知電阻為3 Ω,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由圖像可知將該電阻接到該電池組的兩端時(shí)路端電壓和電流分別是3 V,1 A,電池的輸出功率是3 W,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;改變外電阻的阻值,內(nèi)外電阻相等時(shí),該電池輸出功率最大為4 W,選項(xiàng)D正確. 10.(xx·黃岡高二檢測(cè))如圖所示的電路中,電源電動(dòng)勢(shì)E=10 V,內(nèi)阻r=0.5 Ω,電動(dòng)機(jī)的電阻R0=1.0 Ω,電阻R1=1.5 Ω.電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),電壓表的示數(shù)U1=3.0 V,求: (1)電源釋放

11、的電功率; (2)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率; (3)電源的輸出功率和效率. 解析:(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),總電流為I==A=2 A,電源釋放的電功率為P釋=EI=10×2 W=20 W. (2)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為 U=E-Ir-U1=(10-2×0.5-3.0)V=6 V. 電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P電=UI=6×2 W=12 W. 電動(dòng)機(jī)的熱功率為P熱=I2R0=22×1 W=4 W. 根據(jù)能量守恒定律,電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率 P機(jī)=P電-P熱=12 W-4 W=8 W. (3)電源的輸出功率為P出=P釋-P內(nèi)=P釋-I2r=(20-22×0.5)

12、W=18 W, η=×100%=×100%=90%. 答案:(1)20 W　(2)12 W　8 W　(3)18 W　90% 11.如圖所示,變阻器R2的最大電阻是10 Ω,R3=5 Ω,電源的內(nèi)電阻r=1 Ω,當(dāng)開關(guān)S閉合,變阻器的滑片在中點(diǎn)位置時(shí),電源的總功率為16 W,電源的輸出功率為12 W.此時(shí)電燈R1正常發(fā)光,求: (1)電燈阻值R1(設(shè)R1阻值恒定不變); (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),要使電燈正常工作,應(yīng)使變阻器的電阻改變 多少? 解析:(1)由電源總功率為16 W,輸出功率為12 W可得,電源內(nèi)阻消耗功率P內(nèi)=(16-12)W=4 W. 又P內(nèi)=I2r,干路電流I== A=2 A, 路端電壓U== V=6 V, 流經(jīng)R3的電流I3== A=1.2 A, 流經(jīng)R1,R2的電流I12=I-I3=(2-1.2)A=0.8 A, 電燈的阻值R1=-=（-5）Ω=2.5 Ω. (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),要使電燈正常工作,由(1)知此時(shí)干路電流I′=0.8 A, 由(1)可求出電源電動(dòng)勢(shì)E=U+Ir=8 V, S斷開時(shí),滑動(dòng)變阻器的阻值 R2′=-r-R1=（-1-2.5）Ω=6.5 Ω. 滑動(dòng)變阻器阻值要增加ΔR=R2′-=1.5 Ω. 答案:(1)2.5 Ω　(2)增加1.5 Ω