2021学年高中物理课时作业13焦耳定律电路中的能量转化课件教科版选修31

课时作业13焦耳定律电路中的能量转化时间：45分钟一、单项选择题1.有四盏电灯，如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220V100W”字样，L3和L4都标有“220V40W”字样，把电路接通后，下列说法正确的是()A．L1和L4一样亮B．L2和L3一样亮C．L3比L4亮D．L1比L2亮D解析：根据串联电路的电压分配原则知L2、L3两端的电压最小，L4两端的电压最大．根据并联电路的电流分配原则知通过L3的电流小于通过L2的电流．由此可知L4最亮，L1次之，L3最暗．选项D正确．2．室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器．如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不可能同时使用的是()A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器C解析：电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2860W．用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可能同时使用，故选C.3．功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W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．假设全国按5.5亿用户，每户家庭有2只60W的白炽灯，均用10W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近()A．8×108kW·hB．8×1010kW·hC．8×1011kW·hD．8×1013kW·hB解析：该题考查电能的估算问题．解题思路是一年按365天，全国按5.5亿用户，每天按4小时估算．考查应变能力.2只节能灯比2只白炽灯节省的功率为100W，即0.1kW，所以一年节约的电能E＝0.1×4×365×5.5×108kW·h≈8×1010kW·h，B选项正确．4．三个阻值相同的灯泡，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，则整个电路允许消耗的最大功率为()A．30WB．20WC．15WD．10WC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，则分配在L1与L2两灯电压都是灯L3两端电压的一半．所以P1＝P2＝U22R＝U24R＝P34＝104W＝2.5W则整个电路消耗的功率P＝P1＋P2＋P3＝(2.5＋2.5＋10)W＝15W.5．改革开放以来，人们的生活水平和生活质量有了较大的改善，电冰箱、空调机、电视机等家用电器得到了普遍使用．根据下图中铭牌上提供的信息，判断在12小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是()BC—65B电冰箱额定电压220V工作频率50Hz额定功率70W耗电量：0.50kW·h/24hPS—69电风扇规格400mm额定电压220V工作频率50Hz额定功率65WBA．电冰箱比电风扇多B．电风扇比电冰箱多C．电风扇与电冰箱一样多D．电冰箱比电风扇可能多，也可能少解析：依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在12h内耗电0.25kW·h，而电风扇在12h内耗电W＝Pt＝0.78kW·h，故B项正确．6.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V．重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V，则这台电动机正常运转时的输出功率为()A．32WB．44WC．47WD．48WA解析：电动机不转时，可得电动机的内阻为r＝UVIA＝4Ω；电动机正常运转时，有UI＝I2r＋P出，得到电动机正常运转时的输出功率为P出＝32W.7.如图所示，A、B两点间电压为18V，R1＝0.2Ω，电动机M的内阻也是0.2Ω，线路中的电流是25A，则此电路中电能转化为机械能的效率是()A．72%B．28%C．55.6%D．44.4%D解析：电路中总的电功率P＝UI＝450W，电路中的电热功率P热＝I2(R＋r)＝250W，则电路中电能转化为机械能的效率为η＝P－P热P×100%≈44.4%.二、多项选择题8.电饭锅工作时有两种状态，一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后的保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，S是用感温材料制造的开关，下列说法正确的是()ABDA．其中R2是供加热用的电阻丝B．当开关S接通时电饭锅为加热状态，S断开时为保温状态C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，R1R2应为21D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，R1R2应为(2－1)1解析：由电路图可知，当S闭合时，只有R2中有电流，当S断开时，R1、R2串联，所以断开时电路的电功率较小，而闭合时电路的功率较大，故R2是供加热用的电阻丝，A、B选项正确；要使保温功率为加热功率的一半，由P＝I2R2可知，电流应为22I，则UR2＝I，UR2＋R1＝22I，得R1R2＝(2－1)1.故D选项正确．9．通常一次闪电过程历时约0.2～0.3s，它由若干个相继发生的闪击构成．每个闪击持续时间仅40～80μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109V，云地间距离约为1km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C，闪击持续时间约为60μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是()A．闪电电流的瞬时值可达到1×105AB．整个闪电过程的平均功率约为1×1014WC．闪电前云地间的电场强度约为1×106V/mD．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106JAC解析：I＝qt＝660×10－6A＝105AE＝Ud＝109103V/m＝106V/mW＝Uq＝6×109JP＝Wt＝6×1090.2W＝3×1010W.10.如图所示，电阻R1＝20Ω，电动机绕线电阻R2＝10Ω，当开关S断开时，电流表的示数是I1＝0.5A，当开关S合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是()A．I＝1.5AB．I1.5AC．P＝15WD．P15WBD解析：当开关S断开时，电动机没有通电，欧姆定律成立，所以电路两端的电压U＝I1R1＝10V；当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压U＝10V，通过电动机的电流应满足I2UI22R2，所以I21A．所以电流表的示数I1.5A，电路消耗的电功率P15W，即B、D正确．三、非选择题11．一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表，质量为M＝70kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力Ff恒为车和人总重的k＝0.02倍．取g＝10m/s2，求：(1)此车电机在额定电压下正常工作的效率．(2)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度．(3)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，当车速为v1＝1.0m/s时，人骑车的加速度．答案：(1)85.7%(2)6.0m/s(3)1.0m/s2解析：(1)由表可知，电机的额定电压为U0＝40V、额定电流为I0＝3.5A，所以电机正常工作时输入功率为P入＝U0I0＝140W又因电机的输出功率为P出＝120W，所以电机的效率为η＝P出P入≈85.7%.(2)行驶时所受阻力为Ff＝k(M＋m)g式中m为车的质量．当达到最大速度vmax时，应有P出＝Ffvmax，所以最大速度vmax＝P出Ff＝6.0m/s.(3)当车速为v1＝1.0m/s时，牵引力F＝P出v1＝120N.设此时车的加速度为a，根据牛顿第二定律F－Ff＝(M＋m)a，解得a＝1.0m/s2.12．一台电风扇的额定功率是60W，内阻为2Ω，当它接在220V的电压下正常运转，求：(1)电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒钟有多少电能转化为机械能？(2)若接上电源后，电风扇因故不能转动，这时通过它的电流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？此时可能会发生什么问题？答案：(1)0.27A59.85J(2)110A24200W电风扇将被烧坏解析：(1)电风扇正常运转，消耗的电功率为额定功率P＝UI所以I＝PU＝60220A≈0.27A由能量守恒W＝Q＋E得：E＝Pt－I2Rt≈59.85J.(2)电风扇不转动，相当于纯电阻，由欧姆定律得通过电风扇的电流I′＝UR＝2202A＝110A．实际消耗的电功率P′＝U2R＝22022W＝24200W.由于电风扇实际消耗的功率远大于额定功率，且电能全部转化为内能，电风扇将被烧坏．13．两用电器A和B上分别标有“110V12.1Ω”和“110V6．05Ω”．现将A、B串联接在电压为220V的电源两端，电源内阻不计，且A和B均为电阻元件．试计算用电器A和B的实际功率，并说明哪一个用电器可能被烧毁．答案：1778W889W用电器A可能被烧毁解析：用电器A、B串联后，R总＝RA＋RB＝18.15Ω，总电流I＝UR＝22018.15A.PA＝I2RA＝220218.152×12.1W≈1778WP额A＝110212.1W＝1000W；PB＝I2RB＝220218.152×6.05W≈889WP额B＝11026.05W＝2000W．所以用电器A可能被烧毁．