粤教版高中物理必修第三册5.1 电路中的能量同步练习含答案

5.1电路中的能量(建议用时：40分钟)◎题组一 电功和电功率 电热和热功率1．在电源电压不变的前提下，增加电炉的电热丝在相同时间内的发热量，可采取的措施是(  )A．增大电热丝的电阻 B．减小电热丝的电阻C．在电热丝上并联电阻D．在电热丝上串联电阻B [电炉可以看成是纯电阻用电器，电流产生的热等于电流所做的功，所以有Q＝W＝I2Rt＝t，根据题意知U不变，t相等，故由Q＝t可以看出R越大，发热量越小，要使发热量增加，应减小电热丝电阻，故A错误，B正确；对于C选项，能增加电炉相同时间内的发热量，但不能使原电热丝发热量增加，对于D选项，会减少电炉相同时间内的发热量，故C、D错误。]2．一根电阻丝，通过2C电荷量所消耗的电能是8J。若在相同的时间内通过4C的电荷量，则该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(  )A．4V,16JB．8V,16JC．4V,32JD．8V,32JD [设电阻丝的电阻为R，开始时所加电压为U1，则W1＝q1U1，即8J＝2C×U1，解得U1＝4V。设后来所加电压为U2，消耗的电能为W2，则I2＝＝，又I1＝＝，由此得I2＝2I1，所以U2＝2U1＝8V，W2＝q2U2＝4×8J＝32J，D正确。]3．美国和日本的三位科学家，在发现新型高效、环境友好型蓝色发光二极管(LED)光源方面做出巨大贡献。若某汽车LED日行灯的工作电压为12V，工作电流为30mA，则汽车LED日行灯工作时消耗的功率为(  )A．60WB．3.6W C．0.36WD．150WC [由P＝UI得，日行灯工作时消耗的功率为P＝0.36W，选项C正确。]◎题组二 电源的各种功率4．如图所示电路中，r是电源的内阻，R1和R2是外电路中的电阻，如果用Pr、P1和P2分别表示电阻r、R1、R2上所消耗的功率，当R1＝R2＝r时，Pr∶P1∶P2等于(  )A．1∶1∶1B．2∶1∶1C．1∶4∶4D．4∶1∶1D [在如图所示电路中，内阻上通过的电流与外电路的总电流相同，内阻与外电阻是串联关系(不能认为内阻与外电阻并联)，但R1与R2是并联的，因R1＝R2，则I1＝I2＝I，Ir＝I1＋I2＝2I，Pr∶P1∶P2＝Ir∶IR1∶IR2＝4∶1∶1，故正确答案为D。]5．如图所示，电源电动势E＝10V，内阻r＝0.2Ω，标有“8V 16W”的灯泡L恰好正常发光，电动机线圈电阻R0＝0.15Ω，则电源的输出功率为(  )A．16WB．440WC．80WD．400WC [由E＝U外＋U内，U内＝E－U外＝(10－8)V＝2V，U内＝Ir，所以I＝10A，电源的输出功率P出＝IE－I2r＝(10×10－102×0.2)W＝80W。]6．如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器。当R3的滑片P向右移动时，下列说法中正确的是(  ) A．R1的功率P1必然减小B．R2的功率P2必然变大C．电源总功率必然增加D．电源热功率必然减小D [P向右移动时，R3增大。因此电路的总电阻R增大，由I＝知，I减小，由U＝E－Ir知路端电压U增大。所以由部分电路欧姆定律知，I1增大，则I2减小，因而可得P1增大，P2减小，则A、B错误；P总＝EI，由于总电流减小，电源的总功率减小，电源内部消耗的热功率减小，故C错误，D正确。]◎题组三 纯电阻电路和非纯电阻电路7．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＝QB．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D．W＝UIt在任何电路中成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立B [W＝UIt、Q＝I2Rt适用于一切电路，但在纯电阻电路中W＝Q，在非纯电阻电路中W>Q，B正确，A、C、D错误。]8．(多选)电阻R和电动机一起串联在电路中，如图所示。已知电阻R跟电动机线圈的电阻相等，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、U2，经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1，产生的电热为Q1；电流通过电动机做的功为W2，产生的电热为Q2，则有(  )A．U1＜U2，Q1＝Q2B．W1＝W2，Q1＝Q2C．W1＜W2，Q1＜Q2D．W1＜W2，Q1＝Q2AD [设电路中的电流为I，则R两端的电压U1＝IR ；对于电动机，欧姆定律不再适用，但电动机线圈上的电压仍有U2′＝IR，而电动机两端的电压U2一定大于U2′，所以，应有U1＜U2。对于R，经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1＝U1It，将电能全部转化为电热Q1，则Q1＝W1＝I2Rt；对于电动机，经过时间t，电流通过电动机做的功为W2＝U2It，所以有W1＜W2，电流通过电动机线圈产生的电热Q2＝I2Rt，故有Q1＝Q2。故选项A、D正确。]9．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？[解析] (1)U1＝0.2V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r＝＝Ω＝0.5Ω，U2＝2.0V时，电动机正常工作。此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式，得P电＝U2I2＝2.0×1.0W＝2W。P热＝Ir＝1.02×0.5W＝0.5W。所以由能量守恒定律可得电动机的输出功率P出＝P电－P热＝2W－0.5W＝1.5W。(2)此时若电动机转子突然被卡住，则电动机又变为纯电阻，其热功率P热′＝＝W＝8W。[答案] (1)1.5W (2)8W10．如图所示为一台冬天取暖用的暖风机。其内部电路可简化为加热电阻丝与电动机串联，电动机带动风叶转动，将加热后的热空气吹出。设电动机的线圈电阻为R1，电阻丝的电阻为R2，将暖风机接到额定电压为U的交流电源上，正常工作时，电路中的电流为I，电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为P1、P2、P，则下列关系式正确的是(  ) A．P1＝I2R1B．P2＞I2R2C．P＝UID．P＝I2(R1＋R2)C [暖风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小为P＝IU，故C正确；电动机两端的电压为U′＝U－IR2，电动机消耗的电功率为P1＝U′I＝UI－I2R2，故A错误；电阻丝为纯电阻，所以消耗的电功率P2＝I2R2，故B错误；因为电动机是非纯电阻，所以暖风机消耗的电功率P>I2(R1＋R2)，故D错误。]11．(多选)直流电路如图所示，闭合开关，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的(  )A．总功率一定减小B．效率一定增大C．内部损耗功率一定减小D．输出功率一定先增大后减小ABC [滑动变阻器的滑片P向右移动时，电路的总电阻变大，根据I＝可知总电流变小，电源的总功率P总＝IE减小，选项A正确；电源的效率η＝＝，又U＝IR，E＝I(R＋r)，所以η＝＝，当R增大时，电源的效率增大，选项B正确；电源内部损耗功率P损＝I2r减小，选项C正确；电源的输出功率P＝IU，经推导可知，当外电路电阻等于电源内阻时输出功率最大，由于电源内阻未知，故不能确定电源输出功率的变化情况，选项D错误。]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)[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＝1.9kWn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＝＝＝25(人)。[答案] 25人13．如图所示电路中，电阻R1＝9Ω，R2＝15Ω，电源电动势E＝12V，内电阻r＝1Ω。求：(1)当电流表示数为0.4A时，变阻器R3的阻值是多大？(2)R3阻值多大时，它消耗的电功率最大？(3)R3阻值多大时，电源的输出功率最大？[解析] (1)由电路图得U并＝I2R2＝0.4×15V＝6V据闭合电路欧姆定律得E＝U并＋I(R1＋r)所以I＝＝0.6A据分流规律得IR3＝I－IR2＝0.6A－0.4A＝0.2A所以R3＝＝＝30Ω。(2)将R1、R2等效为电源内阻，则等效内电阻为r′＝＝Ω＝6Ω则当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大；故当R3＝6Ω时，R3 消耗的功率最大。(3)当外电路的总电阻等于电源的内电阻时，电源的输出功率最大，但外电阻R＞r，所以当R最接近r时输出功率最大，故只有当R3＝0时，R＝R1最接近r，此时电源的输出功率最大。[答案] (1)30Ω (2)6Ω (3)0