高考物理复习冲刺专题20 焦耳定律（电磁学部分）（解析版）

专题20焦耳定律一、单选题1．如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘内壁放另一个圆环形电极接电源的正极做“旋转液体实验”，其中蹄形磁铁两极间正对部分的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小B=0.2T，磁铁上方为S极。电源的电动势E=6V，内阻未知，限流电阻R0=4.8Ω。闭合开关S后，当导电液体旋转稳定时理想电压表的示数恒为3.5V，理想电流表示数为0.5A。则（）A．从上往下看，液体顺时针旋转B．玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=7.0ΩC．液体消耗的电功率为1.75WD．1分钟内，液体里产生的热量为105J【答案】C【解析】A．由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘内壁放一个圆环形电极接电源的正极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心，玻璃皿所在处的磁场方向竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的安培力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A错误；B．对于非纯电阻元件，不满足欧姆定律，，B错误；C．液体消耗的电功率P＝UI＝1.75WC正确；D．1分钟电流做功为由能量守恒可知电流做功转化为热能和液体的转动动能，因此1分钟内液体里产生的热量小于UIt＝105J，D错误。故选C。2．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0.50A和2.0V．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2.0A和24.0V．则这台电动机正常运转时输出功率为（）A．32W B．44W C．47W D．48W【答案】A【解析】当电动机停止转动时,由题得电动机的电阻：当电动机正常转动时,电动机的总功率：电动机的发热功率：电动机正常运转时的输出功率是：故选A．3．学校为创建绿色校园改装了一批太阳能路灯，太阳能路灯技术参数如下：太阳能电池组件（太阳能单晶硅光电转换效率为18%，得到的电池功率为100W）；免维护蓄电池（60〜250Ah/12V，充电效率为80%）；照明时间（4〜12h可根据需要任意调节，阴雨天可连续工作5〜7d）；光控时LED照明恒流输出功率（15〜60W）；其他辅助系统组成部分．结合上述数据，下列说法不正确的是（）A．太阳照射2小时，光电系统可吸收太阳能为4.0×106JB．LED照明5小时，照明时恒流最多输出电能为1.08×106JC．利用太阳能电池给蓄电池充电，充满需要的最长时间为30小时D．利用免维护蓄电池给60W的LED供电，最长时间约为50小时【答案】C【解析】光电转换电池功率为100W，2小时可吸收的太阳能为：E=J=4.0×103J；故A正确；LED照明5小时，恒流输出的最多电能为：W=Pt=60×5×3600J=1.08×106J；故B正确；利用太阳能电池给蓄电池充电，充满需要的最长时间为：t=12×250÷100÷80%=37.5小时；故C不正确；利用免维护蓄电池给60W的LED供电，最长时间约为250×12÷60=50小时；故D正确；本题选不正确的，故选C.4．如图所示，在利用v-t图象研究匀变速直线运动的位移时，我们可以把运动过程按横轴t划分为很多足够小的小段，用细长矩形的面积之和代表物体的位移。应用上述的方法我们可以分析其他问题。下列说法正确的是（）A．若横轴表示绝热环境下一定质量理想气体的体积V，纵轴表示气体压强P，可以求得气体内能变化量B．若横轴表示电阻两端电压U，纵轴表示电流I，可以求得电阻消耗的功率C．若横轴表示距离d，纵轴表示电场强度E，可以求得电势差D．若横轴表示电流元，纵轴表示磁感应强度B，可以求得电流元所受安培力【答案】A【解析】A．若横轴表示绝热环境下一定质量理想气体的体积V，纵轴表示气体压强P，根据因为绝热，可以用面积求得气体内能变化量，A正确；B．若横轴表示电阻两端电压U，纵轴表示电流I，根据可知，其斜率是电阻的倒数，根据电功率是与相对应的电压和电流的乘积，不是面积，B错误；C．若横轴表示距离d，纵轴表示电场强度E，根据得这个公式中的场强是匀强电场，场强E是定值，则可以用面积去求电势差，否则不能用面积求，C错误；D．若横轴表示电流元，纵轴表示磁感应强度B，根据这个公式中的磁感应强度B是对应磁场中的某点的磁感应强度，而该点的磁感应强度是一个固定值，所以不能用面积求，D错误。故选A。5．某简易电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220V电压下工作。下列说法正确的是（）电吹风额定电压220V电吹风额定功率热风时：990W冷风时：110WA．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风B．该电吹风中电动机的内电阻为440ΩC．吹热风时电热丝的功率为990WD．吹热风时通过电热丝的电流为4A【答案】D【解析】A．由电路图可知，开关S1、S2都闭合时，电动机和电热丝同时接入电路，电吹风吹热风，故A错误；B．只闭合开关S2时，仅电动机接入电路，若电动机为纯电阻，则电阻为由于电动机为非纯电阻，则内阻不为440，故B错误；C．开关S1、S2都闭合时，电动机和电热丝同时接入电路，电吹风吹热风，总功率为990W，即为电动机的功率和电热丝的功率之和，则吹热风时电热丝的功率为880W，故C错误；D．吹热风时电热丝的功率为880W，通过电热丝的电流为故D正确。故选D。6．如图所示，由均匀导线绕成的直角扇形导线框OMN绕O点在竖直面内从匀强磁场边界逆时针匀速转动，周期为T，磁场的方向垂直于纸面向里，线框电阻为R，线框在进入磁场过程中回路的电流强度大小为I，则（）A．线框在进入磁场过程中回路产生的电流方向为顺时针B．线框在进入与离开磁场的过程中ON段两端电压大小相等C．线框转动一周过程中产生的热量为I2RTD．线框转动一周过程中回路的等效电流大小为【答案】C【解析】A．线框在进入磁场过程中，磁通量向里增加，由楞次定律判断知回路产生的电流方向为逆时针，故A错误；

B．线框在进入磁场时，ON段电压是外电压的一部分；线框在离开磁场时，ON段电压是外电压，而两个过程外电压相等，所以线框在进入与离开磁场的过程中ON段两端电压大小不等，故B错误；

C．线框转动一周过程中产生的热量为故C正确；

D．设线框转动一周过程中回路的等效电流大小为I′，则Q=I′2RT解得故D错误。

故选C。7．如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间内（）A．充电宝输出的电功率为B．充电宝产生的热功率为C．手机电池产生的焦耳热为D．手机电池储存的化学能为【答案】D【解析】A．充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为A错误；BC．手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，BC错误；D．输出的电能一部分转化为手机的化学能，一部分转化为电池的热能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为D正确。故选D。8．“世纪工程”﹣港珠澳大桥已于2018年10月24日9时正式通车，大桥主桥部分由约为6.7km海底隧道和22.9km桥梁构成，海底隧道需要每天24小时照明，而桥梁只需晚上照明。假设该大桥的照明电路可简化为如图所示电路，其中太阳能电池供电系统可等效为电动势为E、内阻为r的电源，电阻R1、R2分别视为隧道灯和桥梁路灯，已知r小于R1和R2，则下列说法正确的是（）A．夜间，电流表示数为B．夜间，开关K闭合，电路中电流表、电压表示数均变小C．夜间，由于用电器的增多，则太阳能电池供电系统损失的电功率增大D．当电流表示数为I则太阳能电池供电系统输出电功率为EI【答案】C【解析】A．夜间，桥梁需要照明，开关K闭合，电阻R1、R2并联，根据闭合电路欧姆定律可知，电流表示数，故A错误；B．夜间，开关K闭合，总电阻减小，干路电流增大，电路中电流表示数变大，故B错误；C．根据能量守恒定律可知，夜间，由于用电器的增多，则太阳能电池供电系统损失的电功率增大，故C正确；D．当电流表示数为I，则太阳能电池供电系统总功率为EI，输出功率为EI﹣I2r，故D错误。故选C.9．电动自行车越来越受到人们的欢迎，不少人用电动自行车替代了汽车上下班．使用之前，先对自行车车内的蓄电池进行充电．已知某款家庭经济型小汽车每百公里平均油耗为7L，每升汽油6.4元．家庭用电每度(1度＝1kW·h)0.52元．小明家里某款电动自行车的一些主要参数如下表所示，假定电动自行车载人行驶时，受到的阻力是人与车总重力的0.02倍，小明自身质量为60kg．下列说法正确的是()外形尺寸1630mm×600mm×1100mm额定输出功率100～200W整车质量40kg标准载重90kg额定电压36V电池容量12A·h欠压保护31.5V过流保护6A一次充电连续行驶里程20km充电时间4～8hA．小明骑电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，电动自行车的输出功率为100WB．小明骑电动自行车在水平路面上匀速行驶时的最大速度为15m/sC．额定电压下，将完全没电的电池充满电需要耗电0.432度D．骑该电动自行车比开小汽车每行驶10km节省4.26元【答案】C【解析】A.匀速行驶时，牵引力等于阻力，F＝f＝0.02×100×10N＝20N，输出功率P＝F·v＝120W，故A错误；B.最大输出功率为200W，故，故B错误；C.额定电压下，将完全没电的电池充满电需要耗电W＝UIt＝36×12×10－3kW·h＝0.432kW·h，即0.432度，C正确；D.骑行电动自行车10km耗电为W＝0.432kW·h×0.5＝0.216kW·h，需花费0.216×0.52元≈0.11元，小汽车每行驶10km花费7×6.4×0.1元＝4.48元，骑电动自行车比开小汽车每行驶10km节省4.37元，故D错；二、多选题10．磁流体发电机是一种把物体内能直接转化为电能的低碳环保发电机，下图为其原理示意图，平行金属板C、D间有匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒）水平喷入磁场，两金属板间就产生电压．定值电阻R0的阻值是滑动变阻器最大阻值的一半，与开关串联接在C、D两端，已知两金属板间距离为d，喷入气流的速度为v，磁流体发电机的电阻为r(R0<r<2R0)．则滑动变阻器的滑片P由a向b端滑动的过程中()A．金属板C为电源负极，D为电源正极B．发电机的输出功率一直增大C．电阻R0消耗功率最大值为D．滑动变阻器消耗功率最大值为【答案】AC【解析】A．因等离子体喷入磁场后，由左手定则可知正离子向D板偏，负离子向C板偏，即金属板C为电源负极，D为电源正极，故A正确；B．等离子体稳定流动时，洛伦兹力与电场力平衡，即，所以电源电动势为E=Bdv，又R0<r<2R0，所以滑片P由a向b端滑动时，外电路总电阻减小，期间某位置有r=R0+R，由电源输出功率与外电阻关系可知，滑片P由a向b端滑动的过程中，发电机的输出功率先增大后减小，故B错误；C．由题图知当滑片P位于b端时，电路中电流最大，电阻R0消耗功率最大，其最大值为，故C正确；D．将定值电阻R0归为电源内阻，由滑动变阻器的最大阻值2R0＜r+R0，则当滑动变阻器连入电路的阻值最大时消耗功率最大，最大值为，故D错误．11．如图所示，完全一样的导线绕成单匝线圈ABCD和EFGH，它们分别绕成扇形，扇形的内径r=0.2m，外径为R=0.5m，它们处于同一个圆面上，扇形ABCD对应的圆心角为30°，扇形EFGH对应的圆心角为60°。在BCGF圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度均匀增大。则（）A．线圈ABCD中电流的方向为ADCBAB．线圈ABCD和线圈EFGH中电动势之比为1：2C．线圈ABCD和线圈EFGH中电流之比1：1D．线圈ABCD和线圈EFGH中产生的电功率之比1：2【答案】AB【解析】A．根据楞次定律可知，线圈ABCD中电流的方向为ADCBA，选项A正确；B．根据可知，线圈ABCD和线圈EFGH面积之比为1:2，则电动势之比为1：2，选项B正确；CD．线圈ABCD和线圈EFGH周长之比不等于1:2，则电阻之比不等于1:2，根据可知，两线圈中的电流之比不等于1：1，根据P=IE可知，线圈ABCD和线圈EFGH中产生的电功率之比不等于1：2，选项CD错误；故选AB。12．如图所示，abcd是电阻不计的金属丝制成的正方形线框。质量为m的导体棒MN的长度为，电阻为R，可在ac边与bd边上无摩擦的滑动，且接触良好。线框处在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中。MN在力F的作用下，在ab与cd之间运动，且MN都与ab平行，其v-t图线是如图2所示的周期为T的余弦曲线。下列说法正确的是（）A．棒两端M、N的电势差是周期变化的B．时间内，电阻消耗的焦耳热为C．t=T时，电阻消耗的电功率为D．时间内，外力做功为【答案】CD【解析】A．abcd是电阻不计的金属丝制成的正方形线框，棒两端M、N的电势差即电路的外电压不变，A错误；B．根据公式，且速度满足即电路电流的最大值则电路中电流的有效值时间内，电阻消耗的焦耳热为B错误；C．t=T时，电阻消耗的电功率为C正确；D．由功能关系，时间内，外力做功为D正确。故选CD。三、解答题13．如图所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r＝1Ω，电炉电阻R＝19Ω，电解槽电阻r′＝0.5Ω.当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684W；S1、S2都闭合时，电炉消耗功率为475W(电炉电阻可看作不变)．试求：（1）电源的电动势；（2）S1、S2闭合时，流过电解槽的电流大小；（3）S1、S2闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率．【答案】（1）120V（2）20A（3）1700W【解析】（1）S1闭合，S2断开时电炉中电流电源电动势；（2）S1、S2都闭合时电炉中电流为电源路端电压为流过电源的电流为流过电槽的电流为；（3）电解槽消耗的电功率电解槽内热损耗功率电解槽转化成化学能的功率为．14．一台小型电动机在3V电压下工作，用此电动机提升重力为4N的物体时，通过它的电流是0.2A．在30s内可使该物体被匀速提升3m。若不计一切摩擦和阻力，求：(1)电动机的输入功率；(2)在提升重物的30s内，电动机线圈所产生的热量；(3)电动机的电阻。【答案】(1)0.6W；(2)；(3)【解析】（1）电动机的输入功率为（2）物体被匀速上升的速度电动机提升重物的机械功率根据能量关系有产生热的功率产生热量（3）由焦耳定律线圈电阻15．一台直流电动机所加电压U=110V，通过的电流I=5.0A。若该电机在10s内把一个质量M=50kg的物体匀速提升了9.0m，不计摩擦及空气阻力，取重力加速度g=10m/s2求：(1)电动机的输入功率P；(2)在提升重物的10s内电动机线圈产生的热量Q；(3)电动机线圈的电阻R。【答案】(1)550W；(2)1000J；(3)4Ω【解析】(1)电动机的输入功率P=UI解得P=550W(2)由能量守恒定律知Q=Pt-Mgh解得Q=1000J(3)由焦耳定律Q=I2Rt解得R=4Ω16．如图所示为磁流体发电机的原理图。金属板M、N之间的距离为d=20cm，磁场的磁感应强度大小为B=5T，方向垂直纸面向里。现将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，整体呈中性）从左侧喷射入磁场，发现在M、N两板间接入的额定功率为P=100W的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻为R=100Ω，不计离子重力和发电机内阻，且认为离子均为一价离子：(1)判断M、N两金属板哪端电势高，并求该发电机的电动势大小；(2)试求等离子体从左侧喷入磁场时的速度大小；(3)为使灯泡正常放光，需要每秒钟有多少个离子打在金属板N上。【答案】(1)M电势高，100V；(2)100m/s；(3)【解析】(1)根据左手定则可知，射入的等离子体中正离子将向金属板M偏转，负离子将向金属板N偏转，因此金属板M电势高；设电源的输出电压为U，则不考虑发电机的内阻，得E=U=100V(2)由解得v=100m/s(3)每秒钟经过灯泡L的电荷量Q=It