2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)13焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化含解析教科版選修3-1

PAGEPAGE7課時(shí)作業(yè)13焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1.有四盞電燈，如圖所示連接在電路中，L1和L2都標(biāo)有“220V100W”字樣，L3和L4都標(biāo)有“220V40W”字樣，把電路接通后，下列說法正確的是(D)A．L1和L4一樣亮 B．L2和L3一樣亮C．L3比L4亮 D．L1比L2亮解析：依據(jù)串聯(lián)電路的電壓安排原則知L2、L3兩端的電壓最小，L4兩端的電壓最大．依據(jù)并聯(lián)電路的電流安排原則知通過L3的電流小于通過L2的電流．由此可知L4最亮，L1次之，L3最暗．選項(xiàng)D正確．2．室內(nèi)有幾種用電器：1.5kW的電飯煲、200W的電冰箱、750W的取暖器、250W的電視機(jī)和2kW的空調(diào)器．假如進(jìn)線處有13A的保險(xiǎn)絲，供電電壓為220V，下列狀況下不行能同時(shí)運(yùn)用的是(C)A．電飯煲和電冰箱B．取暖器和空調(diào)器C．電飯煲和空調(diào)器D．電冰箱、電視機(jī)和空調(diào)器解析：電路中允許的最大功率為Pm＝UI＝2860W．用電器的功率之和大于Pm時(shí)，用電器就不行能同時(shí)運(yùn)用，故選C.3．功率為10W的發(fā)光二極管(LED燈)的亮度與功率為60W的白熾燈相當(dāng)．依據(jù)國家節(jié)能戰(zhàn)略，2024年前一般白熾燈應(yīng)被淘汰．假設(shè)全國按5.5億用戶，每戶家庭有2只60W的白熾燈，均用10W的LED燈替代，估算出全國一年節(jié)約的電能最接近(B)A．8×108kW·h B．8×1010kW·hC．8×1011kW·h D．8×1013kW·h解析：該題考查電能的估算問題．解題思路是一年按365天，全國按5.5億用戶，每天按4小時(shí)估算．考查應(yīng)變實(shí)力.2只節(jié)能燈比2只白熾燈節(jié)約的功率為100W，即0.1kW，所以一年節(jié)約的電能E＝0.1×4×365×5.5×108kW·h≈8×1010kW·h，B選項(xiàng)正確．4．三個(gè)阻值相同的燈泡，其允許消耗的最大功率都是10W，現(xiàn)將其中的兩只燈泡串聯(lián)起來后再與第三只燈泡并聯(lián)接在電路中，則整個(gè)電路允許消耗的最大功率為(C)A．30W B．20WC．15W D．10W解析：連接后電路如圖，其中L3兩端電壓最高，它消耗的電功率為10W時(shí)，因L1與L2串聯(lián)，且電阻相等，則安排在L1與L2兩燈電壓都是燈L3兩端電壓的一半．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則整個(gè)電路消耗的功率P＝P1＋P2＋P3＝(2.5＋2.5＋10)W＝15W.5．改革開放以來，人們的生活水平和生活質(zhì)量有了較大的改善，電冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)等家用電器得到了普遍運(yùn)用．依據(jù)下圖中銘牌上供應(yīng)的信息，推斷在12小時(shí)內(nèi)正常運(yùn)用的電冰箱與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電風(fēng)扇消耗電能的狀況是(B)eq\x(\a\al(BC—65B電冰箱,額定電壓220V,工作頻率50Hz,額定功率70W,耗電量：0.50kW·h/24h))eq\x(\a\al(PS—69電風(fēng)扇,規(guī)格400mm,額定電壓220V,工作頻率50Hz,額定功率65W))A．電冰箱比電風(fēng)扇多B．電風(fēng)扇比電冰箱多C．電風(fēng)扇與電冰箱一樣多D．電冰箱比電風(fēng)扇可能多，也可能少解析：依據(jù)電冰箱銘牌可知，電冰箱在12h內(nèi)耗電0.25kW·h，而電風(fēng)扇在12h內(nèi)耗電W＝Pt＝0.78kW·h，故B項(xiàng)正確．6.在探討微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，應(yīng)用如圖所示的試驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)變阻器R使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.50A和2.0V．重新調(diào)整R使電動(dòng)機(jī)復(fù)原正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和24.0V，則這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率為(A)A．32W B．44WC．47W D．48W解析：電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，可得電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為r＝eq\f(UV,IA)＝4Ω；電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有UI＝I2r＋P出，得到電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率為P出＝32W.7.如圖所示，A、B兩點(diǎn)間電壓為18V，R1＝0.2Ω，電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻也是0.2Ω，線路中的電流是25A，則此電路中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是(D)A．72% B．28%C．55.6% D．44.4%解析：電路中總的電功率P＝UI＝450W，電路中的電熱功率P熱＝I2(R＋r)＝250W，則電路中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為η＝eq\f(P－P熱,P)×100%≈44.4%.二、多項(xiàng)選擇題8.電飯鍋工作時(shí)有兩種狀態(tài)，一種是鍋內(nèi)水燒開前的加熱狀態(tài)，另一種是鍋內(nèi)水燒開后的保溫狀態(tài)，如圖所示是電飯鍋電路原理示意圖，S是用感溫材料制造的開關(guān)，下列說法正確的是(ABD)A．其中R2是供加熱用的電阻絲B．當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)電飯鍋為加熱狀態(tài)，S斷開時(shí)為保溫狀態(tài)C．要使R2在保溫狀態(tài)時(shí)的功率為加熱狀態(tài)的一半，eq\f(R1,R2)應(yīng)為21D．要使R2在保溫狀態(tài)時(shí)的功率為加熱狀態(tài)的一半，eq\f(R1,R2)應(yīng)為(eq\r(2)－1)1解析：由電路圖可知，當(dāng)S閉合時(shí)，只有R2中有電流，當(dāng)S斷開時(shí)，R1、R2串聯(lián)，所以斷開時(shí)電路的電功率較小，而閉合時(shí)電路的功率較大，故R2是供加熱用的電阻絲，A、B選項(xiàng)正確；要使保溫功率為加熱功率的一半，由P＝I2R2可知，電流應(yīng)為eq\f(\r(2),2)I，則eq\f(U,R2)＝I，eq\f(U,R2＋R1)＝eq\f(\r(2),2)I，得R1R2＝(eq\r(2)－1)1.故D選項(xiàng)正確．9．通常一次閃電過程歷時(shí)約0.2～0.3s，它由若干個(gè)相繼發(fā)生的閃擊構(gòu)成．每個(gè)閃擊持續(xù)時(shí)間僅40～80μs，電荷轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在第一個(gè)閃擊過程中．在某一次閃電前云地之間的電勢(shì)差約為1.0×109V，云地間距離約為1km；第一個(gè)閃擊過程中云地間轉(zhuǎn)移的電荷量約為6C，閃擊持續(xù)時(shí)間約為60μs.假定閃電前云地間的電場(chǎng)是勻稱的．依據(jù)以上數(shù)據(jù)，下列推斷正確的是(AC)A．閃電電流的瞬時(shí)值可達(dá)到1×105AB．整個(gè)閃電過程的平均功率約為1×1014WC．閃電前云地間的電場(chǎng)強(qiáng)度約為1×106V/mD．整個(gè)閃電過程向外釋放的能量約為6×106J解析：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(6,60×10－6)A＝105AE＝eq\f(U,d)＝eq\f(109,103)V/m＝106V/mW＝Uq＝6×109JP＝eq\f(W,t)＝eq\f(6×109,0.2)W＝3×1010W.10.如圖所示，電阻R1＝20Ω，電動(dòng)機(jī)繞線電阻R2＝10Ω，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表的示數(shù)是I1＝0.5A，當(dāng)開關(guān)S合上后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應(yīng)是(BD)A．I＝1.5A B．I<1.5AC．P＝15W D．P<15W解析：當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)沒有通電，歐姆定律成立，所以電路兩端的電壓U＝I1R1＝10V；當(dāng)開關(guān)合上后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電路兩端的電壓U＝10V，通過電動(dòng)機(jī)的電流應(yīng)滿意I2U>Ieq\o\al(2,2)R2，所以I2<1A．所以電流表的示數(shù)I<1.5A，電路消耗的電功率P<15W，即B、D正確．三、非選擇題11．一輛電動(dòng)自行車的銘牌上給出了如下的技術(shù)參數(shù)表，質(zhì)量為M＝70kg的人騎此電動(dòng)自行車沿平直馬路行駛，所受阻力Ff恒為車和人總重的k＝0.02倍．取g＝10m/s2，求：(1)此車電機(jī)在額定電壓下正常工作的效率．(2)僅在電機(jī)以額定功率供應(yīng)動(dòng)力的狀況下，人騎車行駛的最大速度．(3)僅在電機(jī)以額定功率供應(yīng)動(dòng)力的狀況下，當(dāng)車速為v1＝1.0m/s時(shí)，人騎車的加速度．答案：(1)85.7%(2)6.0m/s(3)1.0m/s2解析：(1)由表可知，電機(jī)的額定電壓為U0＝40V、額定電流為I0＝3.5A，所以電機(jī)正常工作時(shí)輸入功率為P入＝U0I0＝140W又因電機(jī)的輸出功率為P出＝120W，所以電機(jī)的效率為η＝eq\f(P出,P入)≈85.7%.(2)行駛時(shí)所受阻力為Ff＝k(M＋m)g式中m為車的質(zhì)量．當(dāng)達(dá)到最大速度vmax時(shí)，應(yīng)有P出＝Ffvmax，所以最大速度vmax＝eq\f(P出,Ff)＝6.0m/s.(3)當(dāng)車速為v1＝1.0m/s時(shí)，牽引力F＝eq\f(P出,v1)＝120N.設(shè)此時(shí)車的加速度為a，依據(jù)牛頓其次定律F－Ff＝(M＋m)a，解得a＝1.0m/s2.12．一臺(tái)電風(fēng)扇的額定功率是60W，內(nèi)阻為2Ω，當(dāng)它接在220V的電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，求：(1)電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過它的電流多大？每秒鐘有多少電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？(2)若接上電源后，電風(fēng)扇因故不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)通過它的電流多大？電風(fēng)扇實(shí)際消耗的電功率多大？此時(shí)可能會(huì)發(fā)生什么問題？答案：(1)0.27A59.85J(2)110A24200W電風(fēng)扇將被燒壞解析：(1)電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗的電功率為額定功率P＝UI所以I＝eq\f(P,U)＝eq\f(60,220)A≈0.27A由能量守恒W＝Q＋E得：E＝Pt－I2Rt≈59.85J.(2)電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律得通過電風(fēng)扇的電流I′＝eq\f(U,R)＝eq\f(220,2)A＝110A．實(shí)際消耗的電功率P′＝eq\f(U2,R)＝eq\f(2202,2)W＝24200W.由于電風(fēng)扇實(shí)際消耗的功率遠(yuǎn)大于額定功率，且電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電風(fēng)扇將被燒壞．13．兩用電器A和B上分別標(biāo)有“110V12.1Ω”和“110V6．05Ω”．現(xiàn)將A、B串聯(lián)接在電壓為220V的電源兩端，電源內(nèi)阻不計(jì)，且A和B均為電阻元件．試計(jì)算用電器A和B的實(shí)際功率，并說明哪一個(gè)用電器可能被燒毀．答案：1778W889W用電器A可能被燒毀解析：用