2022-2022学年高中物理第二章恒定电流5焦耳定律课后检测含解析新人教版选修3-1

5焦耳定律记一记焦耳定律知识体系4个概念——电功、电功率、电热、热功率4个公式——W＝IUt、P＝IU、Q＝I2Rt、P＝I2R2种电路——纯电阻电路和非纯电阻电路辨一辨1.电流做功越多,电功率越大.(×)2．电功率越大,电流做功越多．(×)3.电流做功的过程实质上是静电力做功的过程.(√)4.热功率一定等于电功率.(×)5.在任何电路中都可以用Q＝I2Rt求电热.(√)6.电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.(√)7．电动机消耗的电能,一局部转化为机械能,一局部转化为线圈内阻上的电热．(√)想一想1.纯电阻电路和非纯电阻电路的区别是什么?提示:纯电阻电路中消耗的电能全部转化为内能,而非纯电组电路中消耗的电能只是局部转化为内能．2.在一般电路中消耗的电能和产生的内能有什么关系?提示:在任何电路中,产生的内能不会大于消耗的电能,即E内≤E电．3.一个电路消耗的总功率和各局部消耗电功率的关系与电路结构有关吗?提示：在任何电路中,整个电路消耗的定功率都等于各局部电路消耗的功率之和,与电路结构无关．思考感悟:练一练1.[2022·山东省普通高中学业水平考试]如下图为某品牌的扫地机器人,其内部电机的电阻为0.5Ω,额定功率为24W,额定工作电压为8V,锂电池容量为9A·h,那么该扫地机器人正常工作时()A.额定工作电流为3AB.额定工作电流为16AC.充满电后最长工作时间约为9hD.每秒消耗能量为128J答案：A2.[2022·湖北广水一中月考]有一台电风扇,标有"220V50W〞,电动机线圈的电阻为0.4Ω,把它接入220V的电路中,以下几种计算时间t内产生热量的方法中正确的选项是()A.Q＝

B.Q＝PtC.Q＝(

)2RtD.以上三种方法均正确答案：C3.[2022·山东实验中学期中]如下图的电路中,电源的输出电压恒为U,电动机M的线圈电阻与电炉L的电阻相同,电动机正常工作,在相同的时间内,以下判断正确的选项是()A.电炉放出的热量大于电动机放出的热量B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的电功率等于电炉消耗的电功率答案：B4.[2022·湖南湘潭市一中期中考试]如图甲所示的电路,三个小灯泡并联后与电阻箱串联,如图乙所示的电路,三个小灯泡与电阻箱串联,两个电路中的小灯泡均完全相同.现将两个电路接在相同的电压两端,调节电阻箱的旋钮使所有的灯泡正常发光.电路甲消耗的电功率为P1,电路乙消耗的电功率为P2.那么以下关系式正确的选项是()A.eq\f(P1,P2)<3B.eq\f(P1,P2)＝3C.eq\f(P1,P2)>3D.eq\f(P1,P2)<eq\f(1,3)答案：B要点一纯电阻电路和非纯电阻电路1.如下图电路中,R1＝R3<R2＝R4,在ab两端接上电源后,设每个电阻所消耗的电功率分别为P1.P2.P3.P4,那么它们的大小关系是()A.P1＝P3<P2＝P4B.P2>P1>P3>P4C.P2>P1>P4>P3D.P1>P2>P3>P4解析：根据并联电阻的特点,R3、R4两电阻的并联值R34要小于R3,所以根据串联电路中功率分配关系可知,P2>P1>P34.再根据并联电路中功率分配关系可知P3>P4,故B项正确．答案：B2.额定电压都是110V,额定功率PA＝100W,PB＝40W的电灯两盏,假设接在电压是220V的电路上,使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗功率最小的电路是()解析:判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有P＝UI＝

,可知RA<RB,对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,且有UB>110V,B灯被烧毁,UA<110V不能正常发光,A项错误.对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B灯烧毁.对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA＝UB＝110V,两灯可以正常发光.对于D电路,假设变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,那么UA＝UB＝110V,两灯可以正常发光.比拟C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110V,而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110V,所以C电路消耗电功率最小．答案：C3.加在某电动机上的电压是U(V),电动机消耗的电功率为P(W),电动机线圈的电阻为r(Ω),那么电动机线圈上消耗的电热功率为()A.PB.

C.

D.P－

解析：由P＝UI知电路中的电流I＝

,所以线圈消耗的热功率PQ＝I2r＝(

)2r＝

.即C项正确．答案：C4.小明准备参加玩具赛车比赛,他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机,实验时他先用手捏住电动机的转轴,使其不转动,然后放手,让电动机正常转动,分别将2次实验的有关数据记录在表格中.请问:电动机的电压/V电动机工作状态通过电动机的电流/A0.2不转动0.42.0正常转动1.0(1)这只电动机线圈的电阻为多少?(2)当电动机正常工作时,转化为机械能的功率是多少?(3)当电动机正常工作1分钟时,电动机消耗的电能是多少？(4)该玩具电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是多少?解析：(1)电动机不转动时,是纯电阻电路,根据欧姆定律得：r＝eq\f(Ur,Ir)＝eq\f(0.2,0.4)Ω＝0.5Ω(2)当电动机正常工作时,P机＝UI－I2r＝(2×1－12×0.5)W＝1.5W(3)当电动机正常工作1分钟时,电动机消耗的电能E＝UIt＝2×1×60J＝120J(4)电能转化为机械能的效率η＝

×100%＝

×100%＝75%.答案:(1)0.5Ω(2)1.5W(3)120J(4)75%要点二串、并联电路中电功率、电功和电势的综合分析与计算5.(多项选择)[2022·山东济南二中高二检测]如下图,把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后,灯泡都正常发光,且两个电路的总功率相等.那么以下对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法,正确的选项是()A.U甲>2U乙B.U甲＝2U乙C.R甲＝4R乙D.R甲＝2R乙解析：设灯泡的电阻为R,正常发光时电流为I,电压为U,由于两个电路的总功率相等．P＝U甲I＝U乙·2I,得U甲＝2U乙;又由U甲＝2U＋IR甲,U乙＝U＋2IR乙,得R甲＝4R乙,故B.C两项正确．答案:BC6．三只电阻R1.R2和R3按如下图连接,在电路的A.B端加上恒定电压后,电阻R1消耗的功率最大,那么三只电阻的阻值大小关系为()A.R1>R2>R3B.R2>R1>R3C.R3>R2>R1D.R1>R3>R2解析：电阻R1、R2并联,电阻两端的电压相等,因为电阻R1消耗的功率最大,由功率公式P＝

,可判断R2>R1,由串、并联电路的特点可知,通过电阻R1的电流小于通过电阻R3的电流,根据功率公式P＝I2R,可判断R1>R3,应选B项．答案：B7.将两个定值电阻R1.R2并联在电压为U的电源两端,R1消耗的功率为P1,R2消耗的功率为3P1,当把它们串联在电压为4U的电源两端时,以下说法正确的选项是()A.R1两端的电压为UB.R2消耗的功率变小C.通过R2的电流变小D.两个电阻消耗的总功率为12P1解析：由P2＝

＝3P1＝

得：R1＝3R2.R1、R2串联后接在4U电路中,由

＝

得：U1＝3U,U2＝U,所以A、B、C三项均错误．R1、R2消耗的总功率P＝

＋

＝

＋

＝12P1.即D项错误．答案：D根底达标1.关于电功率的以下说法中,正确的选项是()A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B.用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C.白炽灯正常工作时,实际功率等于额定功率D.电功率越小,那么电流做功越少解析：用电器的额定功率是它正常工作时的功率．其值是由用电器本身的结构决定的,与实际电流和电压无关,故A项错误,C项正确；而用电器实际功率是多大,是由加在它两端的电压和通过的电流决定的,故B项错误；电流做功的多少不仅与功率的大小有关,还与时间有关,故D项错误．答案：C2.一台电动机,额定电压是100V,电阻是1Ω.正常工作时,通过的电流为5A,那么电动机因发热损失的功率为()A.500WB.25WC.1000WD.475W解析：电动机的热功率P＝I2r＝(5A)2·1Ω＝25W,B项正确,A、C、D三项错误．答案：B3.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,那么()A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W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＝

,那么电解槽消耗的功率P＝P灯＝60W,C项正确,A项错误；电解槽的发热功率P热＝I2R≈1.3W,B项错误；整个电路消耗的功率P总＝220V×

＝120W,D项错误．答案：C4.[2022·江苏海安高级中学期末考试]如图为A.B两灯泡的I－U图象,把它们串联接在220V的恒压电源上.根据图象,计算A.B两灯泡的实际功率分别约为()A.5W、17WB.22W、48.4WC.48.4W、22WD.50W、170W解析：由两灯泡串联接在220V的恒压电源上,可知两灯泡中的电流相等,且总电压为220V,那么由题图可知,电流约为0.1A,A灯泡的电压为50V,B灯泡的电压约为170V,那么由P＝UI可知,A灯泡的功率为5W,B灯泡的功率为17W,A项正确．答案：A5.(多项选择)对电功及焦耳定律公式的理解正确的选项是()A.焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解B．电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适合于任何电路,因此W一定等于QC.非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D.电功的另一表达式W＝

t只适用于纯电阻电路解析：任何电路的焦耳热的求解都可用焦耳定律求解,A项正确;B项中的两个公式均适合于任何电路,但W不一定等于Q,B项错误;非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热,C项错误;W＝

t只适用于纯电阻电路,D项正确．答案:AD6．三个阻值相同的灯泡,其允许消耗的最大功率都是10W,现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中,那么整个电路允许消耗的最大功率为()A.30WB.20WC.15WD.10W解析：连接后电路如图,其中L3两端电压最高,它消耗的电功率为10W时,因L1与L2串联,且电阻相等,那么分配在L1与L2两灯电压都是灯L3两端电压的一半.所以P1＝P2＝eq\f(\f(U,2)2,R)＝eq\f(U2,4R)＝eq\f(P3,4)＝eq\f(10,4)W＝2.5W那么整个电路消耗的功率P＝P1＋P2＋P3＝(2.5＋2.5＋10)W＝15W.答案：C7.[2022·北京师大二附中期中考试]取两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电阻丝两端加相同的电压.假设两次两电阻丝产生的热量均为Q,第一次用时t串,第二次用时t并,那么先后两次所用时间之比为()A.1∶1B.2∶1C.4∶1D.1∶4解析：设每个电阻丝的电阻为R,那么R串＝2R,R并＝

,由Q＝

t得t串∶t并＝4∶1,C项正确．答案：C8.(多项选择)[2022·重庆南开中学期中考试]一台直流电动机的电阻为R,额定电压为U,额定电流为I,当其正常工作时,以下表达正确的选项是()A.电动机所消耗的电功率I2RB.t时间内所产生的电热为UItC.t时间内所产生的电热为I2RtD.t时间内输出的机械能为(U－IR)It解析：电动机所消耗的电功率P＝UI,所以A项错误;I2R计算的是电动机的内阻发热的功率,所以t时间内产生的电热为I2Rt,所以B项错误,C项正确;t时间内所产生的机械能为电动机的总功减去电热,所以产生的机械能为(UIt－I2Rt),D项正确．答案:CD9．一个电阻接到某电路后,消耗的功率为110W,通过3C的电荷量时,有330J的电能转化为内能,那么()A.电阻所加电压为330VB.通过电阻的电流为1AC.电阻通电时间为3sD.这个电阻的阻值为110Ω解析:由W＝qU得U＝

＝

＝110V,故A项错误.由W＝pt得t＝

＝

＝3s,又由q＝It得I＝

＝

＝1A,故B.C两项正确．由W＝Q＝I2Rt得R＝

＝110Ω.故D项正确.答案:BCD10．电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等元件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到市电上(如下图),以下说法正确的选项是()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,灯泡熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,消耗的总电功率增大,但电烙铁发热较少D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗总电功率不变解析：开关接通时,灯泡被短路,灯泡熄灭,电路的总电阻变小,电路的总电功率变大,电烙铁的电功率变大,A项正确,B项错误；开关断开时,电路总电阻变大,电路的总电功率变小,C、D两项错误．答案：A11.[2022·山东师大附中期中考试]如下图是某款理发用的电吹风的电路图,它主要由电动机M和电热丝R构成,当闭合开关S1.S2后,电动机正常工作,将空气从进风口吸入,经电热丝加热,形成热风后从出风口吹出,断开开关S1,电吹风吹冷风.电吹风的额定电压为220V,吹热风时的功率为1000W,吹冷风时的功率为120W,关于该电吹风,以下说法正确的选项是()A．当电吹风吹热风时,电热丝每秒消耗的电能为1000JB.当电吹风吹冷风时,电热丝每秒消耗的电能为120JC.电热丝的电阻为55ΩD.电动机线圈的电阻为

Ω解析：吹热风时,电势丝和电动机并联,即电路消耗的电功率等于电热丝消耗的电功率与电动机消耗的电功率之和,故1000W＝120W＋P热,那么电热丝的功率为P热＝880W,根据公式W＝Pt,可得当电吹风吹热风时,电热丝每秒消耗的电能为880J,根据公式P＝

可得电热丝的电阻为R＝

＝55Ω,A项错误,C项正确；当吹冷风时,只有电动机工作,电热丝不工作,电热丝消耗的电能为0,B项错误；因为电动机是非纯电阻用电器,所以不能根据公式R＝

求解线圈电阻,D项错误．答案：C12.如下图,用输出电压为1.4V,输出电流为100mA的充电器对内阻为2Ω的镍—氢电池充电.以下说法错误的选项是()A.充电器输出的电功率为0.14WB．充电时,电池消耗的热功率为0.02WC.电能转化为化学能的功率为0.12WD.充电器每秒把0.14J的能量存储在电池内解析：充电器输出的电功率P电＝UI＝1.4×0.1W＝0.14W,A项正确；充电时,电池消耗的热功率为P热＝I2r＝0.02W,B项正确；电能转化为化学能的功率为P化＝P电－P热＝0.12W,C项正确；充电器每秒把0.12J的能量存储在电池内,D项错误．答案：D能力达标13.[2022·四川乐山中学高二月考]表中是一辆电动自行车说明书上的一些技术参数,根据表中提供的信息,探究以下问题:(g取10m/s2,计算结果均保存两位有效数字)规格后轮驱动直流电机车型26″电动自行车额定输出功率120W整车质量30kg额定电压40V最大载重120kg额定电流3.5A(1)在额定电压下工作时,该电机的内阻是多少?其效率为多大?(2)假设行驶过程中所受阻力是车和人总重的0.02,在最大载重量的情况下