2024-2025学年新教材高中物理第五章电能与能源的可持续发展第一节电路中的能量检测含解析粤教版必修3

PAGE10-电路中的能量(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是 ()A.电功率越大,说明电流做功越快,则电路中产生的焦耳热肯定越多B.W=UIt=I2Rt=t,对任何电路都适用C.U=IR对于纯电阻和非纯电阻电路都适用D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路【解析】选D。电功率越大,表示电流做功越快,但是电路中产生的焦耳热量的多少还与做功的时间的长短有关,所以A错误;公式W=UIt是计算电路的总功的大小,适用于任何的电路,当为纯电阻电路时,依据欧姆定律I=,可以推出W=I2Rt,W=t,所以W=I2Rt,W=t只能适用于纯电阻电路,所以B错误。U=IR只适用于纯电阻电路,对非纯电阻电路电路不适用,选项C错误;焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路中的焦耳热量的计算,所以D正确。故选D。2.电子产品制作车间里经常运用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个电灯串联运用,电灯还和一只开关并联,然后再接到220V的电源上(如图所示)。下列说法中正确的是 ()A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大B.开关接通时,电灯熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小C.开关断开时,电灯发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热功率较小D.开关断开时,电灯发光,可供在焊接时照明运用,消耗总功率不变【解析】选A。开关接通将灯短路,电灯熄灭,电路中总阻值减小,由P=知,电路的总电功率增大,故A项正确,B项错误;开关断开时,电灯发光,电路中总阻值较大,由P=知,电路的总电功率较小,电烙铁发热功率较小,故C、D项错误。3.粗细匀称的金属环上A、B、C、D四点把其周长分成四等份,如图所示,当A、B两点接入电路中时,圆环消耗的电功率为P;当A、D两点接入电路中时,圆环消耗的电功率为(电源内阻不计) ()A.3PB.PC.PD.P【解析】选B。设金属环的总电阻为4R,则当A、B两点接入电路中时,等效电阻为R,圆环消耗的电功率为P=;当A、D两点接入电路中时,等效电阻为R1==,圆环消耗的电功率P1==P,故B项正确。4.如图所示,电阻R和电动机M串联接到电路中,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。设电阻R和电动机M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>Q2 B.U1=U2,Q1=Q2C.U1<U2,W1<W2 D.W1<W2,Q1<Q2【解析】选C。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,则有U1<U2,电功W1=U1I,W2=U2I,则有W1<W2,依据焦耳定律得Q1=I2Rt,Q2=I2Rt,则有Q1=Q2,故C正确,A、B、D错误。5.汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗,如图所示,在打开车灯的状况下,电动机未启动时电流表读数为10A,电动机启动时电流表读数为58A,若电源电动势为12.5V,内阻为0.05Ω,电流表内阻不计,A.35.8W B.43.2WC.48.2W D.76.8W【解析】选B。电动机未启动时,由E=I1(R+r)得车灯的电阻为:R==1.2Ω,车灯消耗的功率为:P1=R=120W;电动机启动时,路端电压为:U2=E-I2r=9.6V,则车灯消耗的功率为:P2==76.8W,车灯的电功率降低了ΔP=P1-P2=43.2W,故B项正确。6.如图所示的U-I图像中,直线I为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线,用该电源干脆与电阻R连接成闭合电路,由图像可知 ()A.R的阻值为1.5ΩB.电源电动势为3V,内阻为0.5ΩC.电源的输出功率为3.0WD.电源内部消耗功率为3.0W【解析】选A。由图像Ⅱ可知,外电阻R==Ω=1.5Ω,故A正确。由图像Ⅰ可知,电源电动势E=3.0V,短路电流I短=2.0A,电源内阻r==1.5Ω,故B错误。由两图像的交点坐标,可得电源的路端电压为1.5V,干路电流为1.0A,电源的输出功率为P=UI=1.5×1.0W=1.5W,故C错误。电源内部消耗功率为P内=I2r=12×1.5W=1.5W,故D错误。【加固训练】如图所示,图线AB是某电源的路端电压随电流改变的关系图线,OM是固定电阻R两端的电压随电流改变的图线,由图可知 ()A.该电源的电动势为6V,内阻是2ΩB.固定电阻R的阻值为1ΩC.该电源的最大输出功率为9WD.当该电源只向电阻R供电时,其效率约为33.3%【解析】选C。由图线AB可知电源的电动势E=6V,短路电流为I短=6A,则r==1Ω,故A项错误;由图线OM可知,R==2Ω,故B项错误;当外电路电阻等于内阻时,电源的输出功率最大,所以该电源的最大输出功率P==9W,故C项正确;当该电源只向电阻R供电时,电源效率η=×100%=×100%≈66.7%,故D项错误。二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)如图所示是始终流电动机工作时的电路图。电动机内阻r=0.8Ω,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V。试求:(1)通过电动机的电流;(2)输入电动机的总功率;(3)电动机输出的机械功率。【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=U-UV通过电阻R的电流IR==A=5A即通过电动机的电流IM=IR=5A。(2)电动机的分压UM=UV=110V输入电动机的总功率P总=IM·UM=550W。(3)电动机的热功率P热=r=20W电动机输出的机械功率P出=P总-P热=530W。答案:(1)5A(2)550W(3)530W【加固训练】有一内阻为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.电解槽消耗的电功率为60WC.电解槽的发热功率为60WD.电路消耗的总功率为60W【解析】选B。灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110V电压,且流过电解槽的电流I=I灯==A=A,则电解槽消耗的电功率P=IU=P灯=60W,选项A错误,选项B正确;电解槽的发热功率P热=I2r≈1.3W,选项C错误;电路消耗的总功率P总=IU总=×220W=120W,选项D错误。8.(12分)如图所示的电路中,电源的电动势E=12V,内阻未知,R1=8Ω,R2=1.5Ω,L为规格“3V3W”的灯泡,开关S断开时,灯泡恰好正常发光。(不考虑温度对灯泡电阻的影响)求:(1)灯丝电阻;(2)电源的内阻;(3)开关S闭合时,灯泡实际消耗的功率。【解析】本题考查闭合电路的欧姆定律的综合应用以及功率等相关基本概念的理解和应用。(1)由题意知灯泡正常发光,则灯丝的功率为额定功率,即灯丝电阻RL==Ω=3Ω;(2)断开S时,灯L正常发光,即I1=I0,依据闭合电路欧姆定律得E=I0(R1+RL+r),解得r=1Ω;(3)闭合S时,外电路总电阻为R外=+R1=9Ω,依据闭合电路的欧姆定律知,干路电流为I总==A=1.2A,灯泡两端的电压UL=I总·=1.2V,灯泡实际消耗的功率PL==W=0.48W。答案:(1)3Ω(2)1Ω(3)0.48W(15分钟·40分)9.(6分)(多选)有三个电阻的阻值及额定功率分别为R1=10Ω,P1=10W,R2=20Ω,P2=80W,R3=5Ω,P3=20W,它们组成的电路如图(甲)、(乙)、(丙)所示。下列关于各图的说法正确的是 ()A.图(甲)两端允许加的最大电压为35VB.图(乙)电路允许通过的最大电流为5.5C.图(丙)两端允许加的最大电压为17.5VD.图(丙)电路允许消耗的最大功率为110W【解析】选A、C。由公式P1=R1可得I1=1A,同理可求得R2的额定电流I2=2A,R3的额定电流I3=2A,当三个电阻串联时最大电流为1A,两端允许加的最大电压为U=I(R1+R2+R3)=35V,故A项正确;由公式P1=U1I1,可得U1=10V,同理可求得电阻R2、R3的额定电压分别为U2=40V,U3=10V,当三个电阻并联时最大电压为10V,所以最大电流为I=++=3.5A,图(乙)电路允许通过的最大电流为3.5A,故B错误;由前面分析可知R1、R2并联时最大电压为10V,并联后总电流为1.5A,图(丙)中流过R3的电流最大为1.5A,两端电压大小为U3=IR3=7.5V,所以两端允许加的最大电压为10.(6分)如图所示的电路中,两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态,电流表和电压表均为志向电表,由于某种缘由灯泡L的灯丝突然烧断,其余用电器均不会损坏,则下列说法正确的是 ()A.电流表、电压表的读数均变小B.电源内阻消耗的功率变大C.液滴将向上运动D.电源的输出功率变大【解析】选C。当L的灯丝突然烧断可知电路中总电阻增大,则总电流减小,电源的内电压和R1电压减小,由闭合电路的欧姆定律可知,路端电压增大,故电容器C的电压增大,板间场强增大,带电液滴所受的电场力增大,则该液滴将向上运动,故C项正确;由于C两端的电压增大,R2、R3中的电流增大,则电流表、电压表的读数均变大,故A项错误;因干路电流减小,则电源内阻消耗的功率变小,故B项错误;由于电源的内外电阻的关系未知,不能推断电源的输出功率如何改变,故D项错误。【加固训练】(多选)在如图所示的电路中,开关闭合后,灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向左移动后,下列推断正确的是 ()A.定值电阻R0两端的电压变大B.灯泡L变暗C.电源消耗的总功率增大D.电容器C的电荷量增大【解析】选B、D。电路稳定时,与电容器串联的电路没有电流,R0两端的电压不变。当滑动变阻器的滑片向左移动时,变阻器在路电阻增大,外电阻增大,电路中电流减小,灯L变暗。电流减小,电源的内电压减小,则路端电压增大,而电容器的电压等于路端电压,所以电容器的电压增大,由Q=CU分析可知其电荷量增大。电源消耗的总功率为P=EI,电流减小,所以电源消耗的总功率将减小,故A、C错误,D正确。11.(6分)(多选)如图所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流的改变的特性图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线,假如把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接,则下列说法正确的是 ()A.电源1与电源2的内阻之比是11∶7B.电源1与电源2的电动势之比是1∶1C.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是2∶1D.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是1∶2【解析】选A、B。依据电源的路端电压随输出电流的改变的特性图线斜率的肯定值表示电源内阻可知,电源1与电源2的内阻之比是11∶7,故A项正确;依据电源的路端电压随输出电流的改变的特性图线在纵轴的截距表示电源电动势可知,电源1与电源2的电动势之比是1∶1,故B项正确;依据曲线交点表示实际工作点,交点的纵、横坐标的乘积表示电源输出功率,在这两种连接状态下,由P=UI可知,小灯泡消耗的功率之比是1∶2,故C项错误;依据曲线交点的纵、横坐标的比值表示小灯泡电阻,在这两种连接状态下,由R=可知,小灯泡的电阻之比是18∶25,故D项错误。12.(22分)如图所示电路,电源内阻r=1Ω,R1=2Ω,R2=5Ω,灯L标有“3V1.5W”字样,滑动变阻器最大值为R,当滑片P滑到最右端A时,电流表读数为1A,此时灯L恰好正常发光,(1)电源电动势E。(2)当滑片P滑到最左端B时,电流表读数。(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时,滑动变阻器上消耗的功率。【解析】(1)当P滑到A时,R2被短路,如图甲所示,由闭合电路欧姆定律得:E=UL+I(R1+r)=6V。(2)当P滑到B点时,电路如图乙所示,此时电流表的读数为I′==2A。(3)当滑片P位于滑动变阻器中点时等效电路如图丙所示,由图丙知R2与右侧被电流表短接,在图甲所示电路中总电流为I=1A,通过灯L的电流为IL==0.5A通过变阻器R的电流为IR=I-IL=0.5A,由并联电路的特点可得R=RL==6Ω,在图丙所示电路中并联部分电路的总电阻为R并==2Ω,并联部分电路的电压为U并=E=2.4V滑动变阻器上消耗的功率为PR==1.92W。答案:(1)6V(2)2A(3)1.92W【加固训练】如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个控温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103℃)时,会自动断开。S2是一个自动控温开关,当温度低于70℃时,会自动闭合;温度高于80℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯,定值电阻R1=R2=500Ω,加热电阻丝(1)分析电饭煲的工作原理。(2)简要回答,假如不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?(3)计算加热和保温两种状