新教材2024版高中物理第5章电能与能源的可持续发展第1节电路中的能量课后提升训练粤教版必修第三册

第五章第一节A组·基础达标1．如图，便携式小风扇用可充电直流电源连接电动机驱动，电源电动势为E、内阻为r，电动机内部电阻为RM，电动机正常工作时，回路电流为I，则()A．t秒内电源的总功为EItB．电动机的额定电压为IRMC．电动机将机械能转化为电能D．通过电动机电流做功功率大小为I2RM【答案】A【解析】t秒内电源的总功P＝EIt，A正确；电动机为非纯电阻用电器，不适用欧姆定律，电动机的额定电压不等于IRM，B错误；电动机消耗的电能转化为机械能和内能，C错误；通过电动机电流做功功率即为电功率大于热功率I2RM，D错误．2．如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8V，乙电路两端的电压为16V．调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2，两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙，则下列关系中正确的是()A．P甲<P乙 B．P甲>P乙C．P1>P2 D．P1＝P2【答案】D【解析】由灯都正常发光可知，R1中电流是R2中电流的二倍，R1两端电压是R2两端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，D正确，A、B、C错误．3．如图所示，A、B两点间电压为18V，R1＝0.2Ω，电动机M线圈的电阻也是0.2Ω，电路中的电流是25A，则此电路中电能转化为机械能的效率是()A．72% B．28%C．55.6% D．44.4%【答案】D【解析】电路中总的电功率P＝UI＝450W，电路中的热功率P热＝I2(R1＋r)＝250W，则电路中电能转化为机械能的效率为η＝eq\f(P－P热,P)×100%≈44.4%，D正确．4．如图，电阻R和电动机M并联接到电路中，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．经过一段时间，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．W1＝W2，Q1＝Q2 B．W1>W2，Q1>Q2C．W1＜W2，Q1＝Q2 D．W1>W2，Q1＜Q2【答案】B【解析】设开关接通后，电路两端电压为U.对于电阻R，由欧姆定律得U＝I1R，对于电动机，U>I2R，则有I2＜I1.电功W1＝UI1t，W2＝UI2t，则有W1>W2，根据焦耳定律得Q1＝Ieq\o\al(2,1)Rt，Q2＝Ieq\o\al(2,2)Rt，则有Q1>Q2.故B正确，A、C、D错误．5．两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UA>UB，则下列说法正确的是()A．两灯正常发光时，灯泡的电流强度IA>IBB．两灯电阻RA<RBC．将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PA<PBD．将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PA′<PB′【答案】D【解析】由P＝eq\f(U2,R)可知RA>RB，由P＝UI可知额定电流IA<IB.两灯串联后，由串联电路的功率分配关系可知P∝R，所以PA>PB；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P∝eq\f(1,R)，所以PA′<PB′.6．如下页图所示，电路中各灯泡额定电压和额定功率分别是：A灯“10V10W”，B灯“60V60W”，C灯“20V20W”，D灯“20V20W”．在a、b两端加上电压后，四个灯泡都能发光．比较各灯泡消耗功率大小，以下说法正确的是()A．PB>PD>PA>PCB．PB>PA>PD＝PCC．PB>PD>PC>PAD．PA>PC>PD>PB【答案】B【解析】由R＝eq\f(U2,P)可知，灯的电阻RA＝10Ω，RB＝60Ω，RC＝RD＝20Ω，C、D并联部分的电阻为R并＝10Ω，电路中RB>RA＝R并，由串联电路的功率关系知PB>PA＝P并，而PC＝PD＝eq\f(P并,2)，故PB>PA>PD＝PC，B正确．7．功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当．假设每户家庭有2只60W的白炽灯，均用10W的LED灯替代，按全国有4亿户家庭，每户家庭每天亮灯6小时计算，估算出全国一年节省的电能最接近()A．8×108kW·h B．8×1010kW·hC．8×1011kW·h D．8×1013kW·h【答案】B【解析】因每只白炽灯和发光二极管的功率分别为60W和10W，则每户家庭每天节省的电能为(60－10)×10-3×2×6kW·h＝0.6kW·h，所以全国一年节省的电能为0.6×4×108×365kW·h＝8.76×1010kW·h，B正确，A、C、D错误．8．下面是某电热水壶的参数，由此可知该电热水壶正常加热1min产生的热量为()电热水壶型号SP—356A额定电压220V额定功率1800W额定频率50Hz额定容量1.5LA．1.80×103J B．1.10×104JC．1.32×104J D．1.08×105J【答案】D【解析】由铭牌可知，电热水壶的功率为1800W，所以正常加热1分钟产生的热量为Q＝Pt＝1800×60J＝1.08×105J.B组·能力提升9．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24V200W)和10个相同的指示灯X1～X10(24V2W)，如图连接在220V交流电源上，若工作一段时间后，L2灯丝烧断，则()A．X1功率减小，L1功率增大B．X1功率增大，L1功率增大C．X2功率增大，其他指示灯的功率减小D．X2功率减小，其他指示灯的功率增大【答案】C【解析】由图可知L1与X1并联、L2与X2并联…，然后它们再串联接在220V交流电源上，L2灯丝烧断，电路中总电阻变大，电路中电流变小，又L1与X1并联的电流分配关系不变，则L1与X1的电流都减小，电压也减小，由P＝I2R可知，除L2与X2外，各灯的功率都减小．由于电路电流减小，各并联部分的电压都减小，交流电源总电压220V不变，则X2上的电压增大，根据P＝eq\f(U2,R)可知X2的功率变大，故A、B、D错误，C正确．10．(多选)有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A．电解槽消耗的电功率为120WB．电解槽的发热功率为1.3WC．电解槽消耗的电功率为60WD．电路消耗的总功率为60W【答案】BC【解析】灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝eq\f(60W,110V)，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60W，C正确，A错误；电解槽的发热功率P热＝I2R＝1.3W，B正确；整个电路消耗的功率P总＝220V×eq\f(60W,110V)＝120W，D错误．11．一台线圈电阻为2Ω的电动机接在110V的电路中工作时，通过电动机的电流为10A，求这台电动机消耗的电功率、发热功率、转化成的机械功率和电动机的效率．【答案】1100W200W900W82%【解析】电动机消耗的电功率即电路输入给电动机的功率P′＝IU＝10×110W＝1100W，发热功率P热＝I2R＝102×2W＝200W，转化成的机械功率P＝P′－P热＝1100W－200W＝900W，机械效率η＝eq\f(P,P1)×100%＝eq\f(900,1100)×100%≈82%.12．某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.4m/s的恒定速度向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9kW.不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度相同，则这台自动扶梯可同时承载的最多人数为多少？(设每个人的平均质量为60kg，g取10m/s2)【答案】25人【解析】设可同时乘载的最多人数为n，此时电动机处于最大输出功率状态．该状态下，扶梯自身移动所需功率为P1＝IU＝5×380W＝1900W＝1.9kW，n个人以恒定速度v＝0.4m/s向上移动所需功率为P2＝P出－P1＝(4.9－1.9)kW＝3.0kW，所以n＝eq\f(P2,mgvsinθ)＝eq\f(3.0×103,60×10×0.4×\f(1,2))＝25(人).13．一个电风扇两端接恒压电源，电压为U1时能正常工作，此时流过电风扇电流为I1；将风扇的扇叶短时间卡住时测得电风扇电流为I2，此时电扇两端电压仍为U1.已测定各数据如下表所示：工作状态电压U/V电流I/A正常工作时5.00.02扇叶被卡住时(短时间)5.00.25(1)根据图表所给的数据，计算电风扇电动机线圈电阻为多少？(2)从能量转化与守恒的角度看，电风扇正常工作时，从电源获得能量，将电能转化为哪些其他形式的能？每秒钟转化的各种形式的能量各为多少？【答案】(1)20Ω(2)机械能0.092J热能0.008J【解析】(1)由题意可知，卡住时，风扇相当于电阻，由欧姆定律可知R＝eq\f(U2,I2)＝20Ω，(2)电风扇正常工作时将电能转化为机械能和热能．每秒钟电风扇消耗的电能为W＝U1I1t＝0.1J，每秒钟转化成的热能为W1＝Ieq\o\al(2,1)Rt＝0.008J，根据能量守恒，每秒钟转化成的机械能为W1＝W－W1＝0.092J.14．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＝12V，电源内阻r＝2Ω，电阻R＝3Ω，重物质量m＝0.30kg，当将重物固定且电动机不转动时，理想电压表的示数为U1＝8V．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，理想电压表的示数为U2＝11V，不计摩擦，g取10m