【解析】2023-2023学年人教版高中物理 选修3-1 2.5 焦耳定律 同步练习

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2023-2023学年人教版高中物理选修3-12.5焦耳定律同步练习

一、选择题

1．关于电功W和电热Q的说法正确的是（）

A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立

2．室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不可能同时使用的是（）

A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器

C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器

3．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调器运转1h用电（）

A．1.0度B．1.5度C．2.0度D．2.5度

4．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为R，电流为2I，则在时间内产生的热量为（）

A．4QB．2QC．D．

5．如图为某两个电阻的U-I图象，则R1：R2，把两电阻串联后接入电路，则消耗功率P1：P2，并联后接入电路，消耗功率之比P1’：P2’，分别为：（）

A．2∶12∶11∶2B．2∶11∶22∶1

C．1∶21∶22∶1D．1∶22∶11∶2

6．A、B为“220V100W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220V40W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为（）

A．PA＝PB，PC＝PDB．PA＝PD＞PB＝PC

C．PD＞PA＞PB＞PCD．PB＞PC＞PD＞PA

7．电阻R和电动机串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作．设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有（）

A．U1＜U2，Q1＝Q2B．U1＝U2，Q1＝Q2

C．W1＝W2，Q1＞Q2D．W1＜W2，Q1＜Q2

8．有一台电风扇，额定电压为220V，额定电功率为50W，线圈电阻为0.4Ω.当电风扇在额定电压下正常工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（）

A．Q＝I2Rt＝2×0.4×60J≈1.24J

B．Q＝Pt＝50×60J＝3000J

C．Q＝IUt＝×220×60J＝3000J

D．Q＝t＝×60J＝7.26×106J

9．日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干．设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是（）

A．IU＞PB．IU＝P

C．P＞I2(R1＋R2)D．P＝I2(R1＋R2)

10．有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，下列说法正确的是（）

A．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9W

B．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W

C．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9W

D．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W

二、解答题

11．有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4A；若把电动机接入U2＝2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0A，求：

（1）电动机正常工作时的输出功率多大？

（2）如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？

12．如图所示，A为电解槽，N为电炉，恒定电压U＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6A；当S2闭合、S1断开时，电流表的示数为4A，求：(电流表内阻不计)

（1）电炉的电阻及发热功率各多大？

（2）在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？

13．一台小型电动机在380V电压下正常工作时，能将30kg的货物在30s内匀速提升30m，通过它的电流是1A．除电动机线圈生热，其它能量损失不计，求在此过程中：

（1）拉力对货物做功的功率；

（2）电动机的输出功率；

（3）电动机线圈所产生的热量．

14．小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1Ω)与规格为“4V、4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5Ω的电阻串联，然后接至U＝12V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：

（1）通过电动机的电流；

（2）电动机的输出功率P出；

（3）电动机的效率．

答案解析部分

1．【答案】B

【知识点】焦耳定律

【解析】【解答】非纯电阻中，W=UIt用来求电功；Q=I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒电功和电热电相等，电功可用公式W=UIt计算，也可用公式W=I2Rt计算，A不符合题意；B符合题意；W=UIt可用于任何电路求总电功；而Q=I2Rt可以适用任何电路求热功，CD不符合题意；

故答案为：B．

【分析】本题考查电功和电热的关系。在纯电阻电路中，电流所做功全部用于发热，此时电功等于电热；而在非纯电阻电路中，电流所做功一部分用于发热，一部分转化为其他形式的能，电功大于电热。

2．【答案】C

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】本室内充许的最大功率P=UI=，而电饭煲和电冰箱总功率为1500+200=1700W小于，可以同时使用，A可以；取暖器和空调器总功率为750+2000=2750W小于，可以同时使用，B可以；电饭煲和空调器总功率为1500+2000=3500W，C不能同时使用；电冰箱、电视机和空调器总功率为200+250+2000=2450W小于，可以同时使用，D可以。

故答案为：C

【分析】安全用电时，用电器工作总功率不能超过允许最大功率。解决本题时，根据室内保险丝和供电电压可知室内最大允许总功率，然后可判断可同时使用的用电器。

3．【答案】B

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】由图可知：1h内制冷时间：t1=40min=h，t2=20min=h，则空调消耗的电能：W=P1t1+P2t2=2kW×h+0.5kW×h=1.5kWh=1.5度。

故答案为：B。

【分析】根据计算空调消耗的电能。

4．【答案】B

【知识点】焦耳定律

【解析】【解答】由焦耳定律可知：，则可知热量与电流的平方成正比，与电阻成反比，故在时间内，热量变为，B符合题意，A、C、D不符合题意；

故答案为：B。

【分析】本题考查焦耳定律的应用。根据公式电阻的焦耳热。

5．【答案】A

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】根据U—I图线，电压相等时，电流和电阻成反比，则R1：R2=2.0：1.0=2：1，串联电路的特点是：电流处处相等，电功率和电阻成正比，则把两电阻串联后接入电路，消耗功率P1：P2=R1：R2=2：1，并联电路的特点是：各部分电压相等，电功率和电阻成反比，则并联后接入电路，消耗功率之比P1’：P2’=R2：R1=1：2

故答案为：A．

【分析】在U—I图象中，图线斜率表示电阻，求出图中图线斜率之比可得电阻之比；当两电阻并联时，电压相等，根据可得功率之比。

6．【答案】C

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】根据得：RA＝RB＝=484Ω，RC＝RD＝=1210Ω；由电路图可知，BC并联，所以电压相等，根据P＝可知：PB＞PC；AD串联，电流相等，根据P=I2R可知，PD＞PA；AD的电流大于BC的电流，根据P=I2R可知：PA＞PB，PD＞PC；所以PD＞PA＞PB＞PC；

故答案为：C.

【分析】本题考查学生根据功率关系式和串、并联规律比较功率的大小。解答时首先根据各灯的额定功率和额定电压可知各灯的电阻大小，然后根据各灯的电压或电流关系由功率表达式或可比较它们功率的大小关系。

7．【答案】A

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】设开关接通后，电路中电流为I．对于电阻R，由欧姆定律得U1=IR；对于电动机，U2＞IR，则U1＜U2．根据焦耳定律得Q1=I2Rt，Q2=I2Rt，则Q1=Q2．

故答案为：A．

【分析】本题中电阻为纯电阻元件，电流做功全用于发热；电动机为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出。所以，电阻元件遵循欧姆定律，而电动机中电功大于电热，根据和可比较题中两元件电压、电功和电热的关系。

8．【答案】A

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】电风扇正常工作时产生的热量是由于内阻发热产生的，所以每分钟产生的热量为：，A符合题意，B、C、D不符合题意；

故答案为：A。

【分析】电动机是非串电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出。所以电动机线圈电阻产生的热量只能根据焦耳定律公式计算。

9．【答案】B

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该是用P=IU来计算，所以总功率P=IU，所以AC不符合题意．电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2（R1+R2），吹风机的总功率P=IU要大于发热部分的功率，所以D不符合题意，B符合题意．

故答案为：B．

【分析】本题考查学生对非纯电阻元件的功率关系的理解。题中电吹风为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出，所以，电功大于电热，电吹风机电流的总功率的大小应该是用P=IU来计算，热功率用P热=I2R计算。

10．【答案】B,C

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】AB、由P=UI可得，两灯泡的额定电流分别为：，，由可得，两灯泡的电阻分别为：，，因串联电路中各处的电流相等，所以，两灯泡串联时，电路中的最大电流，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，由可得，电源的最大电压：，电路的最大总功率：，A不符合题意，B符合题意；

CD、因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，甲乙并联接入电路时，电源的最大电压，因额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，且电路的总功率等于各用电器功率之和，所以，电路的最大总功率：，C符合题意，D不符合题意；

故答案为：BC。

【分析】本题考查用电器功率的计算。当两灯串联时，由于两灯电阻阻值不等，故它们不能同时正常工作，应根据串联电路特点分析电路最大允许电流在计算它们的最大电功率；当把两灯并联时，两灯都能正常发光，最大功率为9W。

11．【答案】（1）解：当电动机不转时，电动机的内阻为；

电动机正常工作时输出功率为；

（2）解：卡住后热功率：

【知识点】电功率和电功

【解析】【分析】电动机不转动时，电动机没有机械能输出，相当于纯电阻元件，可用欧姆定律得出电动机内阻；当电动机正常工作时，由于电动机为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出，P出=P总-P热；当电动机正常工作转子被卡住时，没有机械能输出，电流做功全用于发热。

12．【答案】（1）解：电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律I1＝

得R＝＝2Ω，

其发热功率为：PR＝UI1＝12×6W＝72W

（2）解：电解槽为非纯电阻元件，

【知识点】电功率和电功

【解析】【分析】本题考查学生对纯电阻元件和非纯电阻元件的功率关系的理解。题中电炉为纯电阻元件，电流做功等于发热，电解槽为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为化学能，电功大于电热，热功率用P热=I2R，P总=UI，P出=P总-P热。

13．【答案】（1）解：货物匀速上升，故牵引力等于重力，故有：

F=mg=30×10=300N；

上升的速度为：v==1m/s；

故牵引力的功率为：P=FV=300×1W=300W；

（2）解：电动机的输出功率为300W

（3）解：由能量守恒定律可知：Q=UIt﹣mgh=380×1×30﹣300×30=2400J；

【知识点】电功率和电功

【解析】【分析】电动机为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，一部分转化为机械能输出。题中电动机输出机械能转化为重物的机械能，故电动机输出功率等于提升重物的功率；

14．【答案】（1）解：流经灯泡的电流

流经电阻R的电流

流经电动机的电流

（2）解：电动机消耗的总功率

电动机产生的热功率

电动机的输出功率

（3）解：电动机的效率

【知识点】电功率和电功

【解析】【分析】本题中小灯泡和电阻为纯电阻元件，可根据欧姆定律计算通过它们的电流，然后由并联电路电流关系可求通过电动机的电流；电动机为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，一部分转化为机械能输出，根据P出=P总P热可计算输出功率，电动机的效率等于输出功率与总功率之比.。

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2023-2023学年人教版高中物理选修3-12.5焦耳定律同步练习

一、选择题

1．关于电功W和电热Q的说法正确的是（）

A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立

【答案】B

【知识点】焦耳定律

【解析】【解答】非纯电阻中，W=UIt用来求电功；Q=I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒电功和电热电相等，电功可用公式W=UIt计算，也可用公式W=I2Rt计算，A不符合题意；B符合题意；W=UIt可用于任何电路求总电功；而Q=I2Rt可以适用任何电路求热功，CD不符合题意；

故答案为：B．

【分析】本题考查电功和电热的关系。在纯电阻电路中，电流所做功全部用于发热，此时电功等于电热；而在非纯电阻电路中，电流所做功一部分用于发热，一部分转化为其他形式的能，电功大于电热。

2．室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不可能同时使用的是（）

A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器

C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器

【答案】C

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】本室内充许的最大功率P=UI=，而电饭煲和电冰箱总功率为1500+200=1700W小于，可以同时使用，A可以；取暖器和空调器总功率为750+2000=2750W小于，可以同时使用，B可以；电饭煲和空调器总功率为1500+2000=3500W，C不能同时使用；电冰箱、电视机和空调器总功率为200+250+2000=2450W小于，可以同时使用，D可以。

故答案为：C

【分析】安全用电时，用电器工作总功率不能超过允许最大功率。解决本题时，根据室内保险丝和供电电压可知室内最大允许总功率，然后可判断可同时使用的用电器。

3．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调器运转1h用电（）

A．1.0度B．1.5度C．2.0度D．2.5度

【答案】B

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】由图可知：1h内制冷时间：t1=40min=h，t2=20min=h，则空调消耗的电能：W=P1t1+P2t2=2kW×h+0.5kW×h=1.5kWh=1.5度。

故答案为：B。

【分析】根据计算空调消耗的电能。

4．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为R，电流为2I，则在时间内产生的热量为（）

A．4QB．2QC．D．

【答案】B

【知识点】焦耳定律

【解析】【解答】由焦耳定律可知：，则可知热量与电流的平方成正比，与电阻成反比，故在时间内，热量变为，B符合题意，A、C、D不符合题意；

故答案为：B。

【分析】本题考查焦耳定律的应用。根据公式电阻的焦耳热。

5．如图为某两个电阻的U-I图象，则R1：R2，把两电阻串联后接入电路，则消耗功率P1：P2，并联后接入电路，消耗功率之比P1’：P2’，分别为：（）

A．2∶12∶11∶2B．2∶11∶22∶1

C．1∶21∶22∶1D．1∶22∶11∶2

【答案】A

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】根据U—I图线，电压相等时，电流和电阻成反比，则R1：R2=2.0：1.0=2：1，串联电路的特点是：电流处处相等，电功率和电阻成正比，则把两电阻串联后接入电路，消耗功率P1：P2=R1：R2=2：1，并联电路的特点是：各部分电压相等，电功率和电阻成反比，则并联后接入电路，消耗功率之比P1’：P2’=R2：R1=1：2

故答案为：A．

【分析】在U—I图象中，图线斜率表示电阻，求出图中图线斜率之比可得电阻之比；当两电阻并联时，电压相等，根据可得功率之比。

6．A、B为“220V100W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220V40W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为（）

A．PA＝PB，PC＝PDB．PA＝PD＞PB＝PC

C．PD＞PA＞PB＞PCD．PB＞PC＞PD＞PA

【答案】C

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】根据得：RA＝RB＝=484Ω，RC＝RD＝=1210Ω；由电路图可知，BC并联，所以电压相等，根据P＝可知：PB＞PC；AD串联，电流相等，根据P=I2R可知，PD＞PA；AD的电流大于BC的电流，根据P=I2R可知：PA＞PB，PD＞PC；所以PD＞PA＞PB＞PC；

故答案为：C.

【分析】本题考查学生根据功率关系式和串、并联规律比较功率的大小。解答时首先根据各灯的额定功率和额定电压可知各灯的电阻大小，然后根据各灯的电压或电流关系由功率表达式或可比较它们功率的大小关系。

7．电阻R和电动机串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作．设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有（）

A．U1＜U2，Q1＝Q2B．U1＝U2，Q1＝Q2

C．W1＝W2，Q1＞Q2D．W1＜W2，Q1＜Q2

【答案】A

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】设开关接通后，电路中电流为I．对于电阻R，由欧姆定律得U1=IR；对于电动机，U2＞IR，则U1＜U2．根据焦耳定律得Q1=I2Rt，Q2=I2Rt，则Q1=Q2．

故答案为：A．

【分析】本题中电阻为纯电阻元件，电流做功全用于发热；电动机为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出。所以，电阻元件遵循欧姆定律，而电动机中电功大于电热，根据和可比较题中两元件电压、电功和电热的关系。

8．有一台电风扇，额定电压为220V，额定电功率为50W，线圈电阻为0.4Ω.当电风扇在额定电压下正常工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（）

A．Q＝I2Rt＝2×0.4×60J≈1.24J

B．Q＝Pt＝50×60J＝3000J

C．Q＝IUt＝×220×60J＝3000J

D．Q＝t＝×60J＝7.26×106J

【答案】A

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】电风扇正常工作时产生的热量是由于内阻发热产生的，所以每分钟产生的热量为：，A符合题意，B、C、D不符合题意；

故答案为：A。

【分析】电动机是非串电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出。所以电动机线圈电阻产生的热量只能根据焦耳定律公式计算。

9．日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干．设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是（）

A．IU＞PB．IU＝P

C．P＞I2(R1＋R2)D．P＝I2(R1＋R2)

【答案】B

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该是用P=IU来计算，所以总功率P=IU，所以AC不符合题意．电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2（R1+R2），吹风机的总功率P=IU要大于发热部分的功率，所以D不符合题意，B符合题意．

故答案为：B．

【分析】本题考查学生对非纯电阻元件的功率关系的理解。题中电吹风为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出，所以，电功大于电热，电吹风机电流的总功率的大小应该是用P=IU来计算，热功率用P热=I2R计算。

10．有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，下列说法正确的是（）

A．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9W

B．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W

C．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9W

D．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W

【答案】B,C

【知识点】电功率和电功

【解析】【解答】AB、由P=UI可得，两灯泡的额定电流分别为：，，由可得，两灯泡的电阻分别为：，，因串联电路中各处的电流相等，所以，两灯泡串联时，电路中的最大电流，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，由可得，电源的最大电压：，电路的最大总功率：，A不符合题意，B符合题意；

CD、因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，甲乙并联接入电路时，电源的最大电压，因额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，且电路的总功率等于各用电器功率之和，所以，电路的最大总功率：，C符合题意，D不符合题意；

故答案为：BC。

【分析】本题考查用电器功率的计算。当两灯串联时，由于两灯电阻阻值不等，故它们不能同时正常工作，应根据串联电路特点分析电路最大允许电流在计算它们的最大电功率；当把两灯并联时，两灯都能正常发光，最大功率为9W。

二、解答题

11．有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4A；若把电动机接入U2＝2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0A，求：

（1）电动机正常工作时的输出功率多大？

（2）如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？

【答案】（1）解：当电动机不转时，电动机的内阻为；

电动机正常工作时输出功率为；

（2）解：卡住后热功率：

【知识点】电功率和电功

【解析】【分析】电动机不转动时，电动机没有机械能输出，相当于纯电阻元件，可用欧姆定律得出电动机内阻；当电动机正常工作时，由于电动机为非纯电阻元件，电流做功一部分用于发热，另一部分转化为机械能输出，P出=P总-P热；当电动机正常工作转子被卡住时，没有机械能输出，电流做功全用于发热。

12．如图所示，A为电解槽，N为电炉