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1、焦耳定律 电路中的能量转化焦耳定律 电路中的能量转化 1(多选)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，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 BWUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻的电路 U2 R C在不是纯电阻的电路中，UII2R D焦耳热QI2Rt适用于任何电路 解析 ： 选 BCD.电功率公式P ， 功率越大， 表示电流做功越快 对于一段电路， 有PIU，I W t ，焦耳热QRt，可见Q与P、U、t都有关所以，P越大，Q不一定越大，A 不对 P U( P U) 2 WUIt是电功的定义式，适用于任何电路而I 只适用于纯电阻电路，B 对 U
2、 R 在不是纯电阻的电路中，电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以WQ，即UI I2R，C 对 QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 对 2对计算任何用电器的热功率都适用的公式是(P表示用电器的热功率，W表示电流对用电 器做的功，U表示用电器两端电压，I表示通过用电器上的电流)( ) API2R BPIU CP DP U2 R W t 解析 ： 选 A.公式PI2R计算热功率适用于所有电器则 A 正确，B、C、D 三项若求得热功率， 则只能是纯电阻电路才可用的公式 3 小亮家有一台电风扇， 内阻为 20 ， 额定电压为 220 V， 额定功率为 66 W， 将它接
3、上 220 V 电源后，发现因扇叶被东西卡住不能转动则此时电风扇消耗的功率为( ) A66 W B2 420 W C11 W D不确定 解析：选 B.当扇叶被东西卡住不能转动时，电路为纯电阻电路，所以电风扇消耗的功率也 就是热功率P2 420 WB 对，A、C、D 错 U2 R 4R1和R2分别标有“2 ，1.0 A”和“4 ，0.5 A” ，将它们串联后接入电路中，如图所示， 则此电路中允许消耗的最大功率为( ) A1.5 W B3.0 W C5.0 W D6.0 W 解析：选 A.把R1和R2串联后，由于R2的最大电流较小，所以串联后的最大电流为 0.5 A， 串联后的总电阻为 6 ，所以
4、电路的最大功率为PI2R0.526 W1.5 W，所以 A 正确 5.如图所示，已知电源的电动势为E，内阻r2 ，定值电阻R10.5 ，滑动变阻器的最大阻值为 5 ，求： (1)当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？ (2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？ (3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？ 解析：(1)因为电路是纯电阻电路，则满足闭合电路欧姆定律，有 PR1R1. E2 （R1R2r）2 当R20 时，电阻R1消耗的功率最大， PR1mR1. E2 （R1r）2 (2)方法一 极值法 PR2R2 E2 （R1R2r）2 R2 E2 （R
5、1r）R22 . E2 （R1r）R22 R2 4（R1r） 当R2R1r2.5 时，滑动变阻器消耗的功率最大，即PR2m. E2 4（R1r） 方法二 等效电源法 如果把电源和R1的电路等效为一个新电源，则整个电路等效为一个新电源和滑动变阻器组 成的闭合电路， “外电路”仅一个滑动变阻器R2，这个等效电源的E和r可以这样计算： 把新电源的两端断开， 电源电动势E等于把电源断开时电源两端的电压， 则新电源的电动势 EE，而等效电源的内阻rR1r，即两个电阻的串联 根据电源的输出功率随外电阻变化的规律，在R2上消耗的功率随外电阻R2的增大而先变大 后变小， 当R2rR1r2.5 时， 在R2上消
6、耗的功率达到最大值， 即PR2m . E2 4（R1r） (3)原理同(2)，很容易得出当R1R2r，即R2rR11.5 时，电源输出的功率最大，Pm . E2 4r 答案：(1)0 (2)2.5 (3)1.5 学生用书 P119(单独成册) 一、单项选择题 1功率为 10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为 60 W 的白炽灯相当根据国家节能战 略，2016 年前普通白炽灯应被淘汰假设每户家庭有 2 只 60 W 的白炽灯，均用 10 W 的 LED 灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近(按每户一天亮灯 5 小时，全国共有 4 亿户家庭 计算)( ) A8108 kWh B810
7、10 kWh C81011 kWh D81013 kWh 解析 ： 选 B.按每户一天亮灯 5 小时计算， 每户一年节省的电能为(260210)1035 365 kWh182.5 kWh，全国共有 4 亿户家庭，则全国一年节省的电能为 182.54108 kWh7.31010 kWh，最接近于 B 选项，故选项 B 正确，选项 A、C、D 错误 2微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上 0.3 V 的电压时，通过的电流为 0.3 A，此时 电动机不转当加在电动机两端的电压为 2.0 V 时，电流为 0.8 A，这时电动机正常工作， 则 该吸尘器的效率为( ) A20% B40% C60% D8
8、0% 解析：选 C.电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧 姆定律得电动机线圈内阻 ：r 1 ， 电动机转动时， 热功率 ：P热I2r0.821 U0 I0 0.3 0.3 W0.64 W，其输入的电功率为：P入I1U10.82 W1.6 W，消耗的电能转化为内能和机 械能，故电动机的机械功率 ：P出P入I2r1.6 W0.821 W0.96 W，吸尘器电动机的 效率：100%100%60%，故选 C. P出 P入 0.96 W 1.6 W 3.如图所示，电源的电动势为 30 V，内电阻为 1 ，一个“6 V，12 W”的 电灯与一个绕线电阻为 2 的电动机串联已
9、知电路中的电灯正常发 光，则电动机输出的机械功率为( ) A36 W B44 W C48 W D60 W 解析：选 A.由电路和题意可知，IIL2 A， PL UL 则U机EIrUL30 V2 V6 V22 V， 所以P出IU机I2r机(222222) W36 W. 4.如图所示，R1和R2的规格为 “4 W、 100 ” ，R3的规格为 “1 W、 100 ” ，当A、B端加电源通电时，这部分电路允许消耗的最大功率 为( ) A9 W B4.5 W C2.5 W D1.5 W 解析：选 D.对R1和R2，额定电流I1I20.2 A对R3，额定电流I30.1 A. P R P R 若R1、R2
10、、R3均能工作，则当I30.1 A 时，I1I20.05 A，此时P31 WP1P2 W. 1 4 故该电路允许消耗的最大功率PP3P1P21.5 W，D 对 5 电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比 在测电源电动势和内 电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上 的两点，相应状态下电源的效率分别为a、b.由图可知a、b的值分别为( ) A. 、 B、 3 4 1 4 1 3 2 3 C. 、 D、 1 2 1 2 2 3 1 3 解析 ： 选 D.电源效率 ，E为电源的总电压(即电动势)，根据图像可知UaE，UbE， U E 2 3
11、1 3 所以选项 D 正确 6某实物投影机有 10 个相同的强光灯 L1L10(24 V 220 W)和 10 个相同的指示灯 X1 X10(220 V 2 W)，将其连接在 220 V 交流电源上，电路如图所示若工作一段时间后 L2灯丝 烧断，则( ) AX1的功率减小，L1的功率增大 BX1的功率增大，L1的功率增大 CX2的功率增大，其他指示灯的功率减小 DX2的功率减小，其他指示灯的功率增大 解析：选 C.L2灯丝烧断后电路的总电阻增大，电路中总电流减小，流过其他指示灯、强光 灯的电流都同比例的减小，消耗的功率都减小，两端的电压都减小，则 X2两端电压增大， 消耗的功率也增大，C 正确
12、 二、多项选择题 7一直流电动机正常工作时两端的电压为U，通过的电流为I，电动机线圈的电阻为r.该 电动机正常工作时，下列说法正确的是( ) A电动机消耗的电功率为IU B电动机的输出功率为IUI2r C电动机的发热功率为U 2 r DI、U、r三个量间满足IU r 解析：选 AB.电动机正常工作时，电动机消耗的电功率P电UI，故 A 正确电动机的发热 功率P热I2r，由于欧姆定律不再成立，P热.根据能量守恒定律得到，电动机的输出功 U2 r 率P出P电P热UII2r，故 B 正确，C 错误电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电 路，电能一部分转化为内能，则有UItI2rt，得到UIr，故 D
13、错误 8表格中是一辆电动自行车的部分技术指标，参考表中数据判断以下说法正确的是( ) 载重 电源输 出电压 充电时间 电动机额定输出功率 电动机额定工作 电压和电流 80 kg36 V 68 h180 W36 V/6 A A.自行车每秒钟消耗的电能为 216 J B电动机每秒钟消耗的电能为 180 J C电动机的内电阻为 6 D电动机的内电阻为 1 解析：选 AD.电动机每秒消耗的电能 WUIt36 V6 A1 s216 J，则自行车每秒消耗的 电能是 216 J，故 A 正确，B 错误；电动机的热功率PQPP出UIP出36 V6 A180 W36 W，PQI2r，则电动机内阻r1 ，故 C
14、错误，D 正确 9 如图所示是一直流电动机提升重物的装置 已知重物质量为m50 kg， 电源输出电压U 110 V 保持不变，电动机线圈电阻R4 ，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提 升重物时，电路中的电流I5 A(g10 m/s2)，则( ) A电源的输出功率为 100 W B电动机线圈电阻R的发热功率为 550 W C提升重物的功率为 450 W D电动机的效率约为 81.8% 解析 ： 选CD.电源输出功率PUI550 W，选项A错误 ； 电动机线圈电阻R的发热功率P热I2R 100 W，选项 B 错误；提升重物的功率为P机(550100) W450 W，选项 C 正确；电动机
15、的效率为100%81.8%，选项 D 正确 P机 P 450 550 10.如图所示的图线表示某电池组的输出电压与电流的关系(U I图线)， 图线表示其输出功率与电流的关系(PI图线)则下列 说法正确的是 ( ) A电池组的电动势为 50 V B电池组的内阻为 25 3 C电流为 2.5 A 时，外电路的电阻为 15 D输出功率为 120 W 时，输出电压是 30 V 解析：选 ACD.电池组的输出电压和电流的关系为：UEIr，显然直线的斜率的大小等 于r， 纵轴的截距为电池组的电动势， 从题图中看出截距为 50 V， 斜率的绝对值大小等于r 5 ，A 对，B 错当电流为I12.5 A 时，回
16、路中电流I1，解得外电路 5020 60 E rR外 的电阻R外15 ，C 对当输出功率为 120 W 时，由图中PI关系图线中看出对应干路电 流为 4 A，再从UI 图线中读取对应的输出电压为 30 V，D 对 三、非选择题 11.如图所示为电动机提升重物的装置， 电动机线圈的电阻为r1 ， 电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，重物A重20 N，不计摩 擦力，求： (1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10 s 内，可以把重物A匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？ 解析：(1)根据焦耳定律，热功率为 P热I2r1
17、21 W1 W. (2)输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积，即P入IU15 W5 W， 输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率 P出P入P热5 W1 W4 W. (3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在 10 s 内，P出tGh. 解得h m2 m. P出t G 4 10 20 (4)机械效率100%80%. P出 P入 答案：(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80% 12一台电风扇，内阻为 20 ，接上 220 V 的电压后，正常运转，这时电风扇消耗的功率 是 66 W求： (1)通过电动机的电流是多少？ (2)转化为机械能和内能的功率各是多少？电动
18、机的效率是多大？ (3)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流多大？电动机消耗的 电功率和发热功率又是多大？ 解析：(1)电风扇消耗的电功率：PUI 所以通过电动机的电流：IP/U0.3 A. (2)电动机电阻消耗的电功率即为转化为内能的功率，所以 P内I2r1.8 W 根据能量关系有，转化为机械能的功率为 P机PP内64.2 W 电动机的效率为P机/P97.3%. (3)扇叶被卡住后电动机在电路中相当于电阻，这时通过电动机的电流IU/r11 A 电动机消耗的电功率：PUI2.42103 W 电动机的发热功率：P热(I)2RP2.42103 W. 答案：(1)0.3 A (2)P机64.2 W P内1.8 W 97.3% (3)11 A 2.42103 W 2.42103 W