高中物理粤教版（2019）必修第三册第五章电能与能源的可持续发展-第一节电路中的能量优化练习

高中物理粤教版（2019）必修第三册第五章电能与能源的可持续发展-第一节电 路中的能量优化练习 一、单选题 1.一个电阻 R 和一个电动机 M 串联接在电动势为 E，内电阻为 r 的直流电源上，电路中的电流为 I，电动机 正常转动，电阻 R 两端的电压为 U1 ， 电功率为 P1 ， 电动机两端的电压为 U2 ， 电功率为 P2 ， 则 下列关系式正确的是（ ） A. U1=E－Ir B. U2=IR C. P1=EI D. P2=U2I 2.某学习小组在探究闭合电路的电源的输出功率随电流变化时，得到如图所示电源输出功率随电流变化的关 系图像，图像为开口向下抛物线的一部分，通过图像可以判断（ ） A. 电源的内阻消耗的最大功率为 9 W B. 输出功率最大时，外电路的总电阻为 4 Ω C. 电源的效率最大为 50% D. 电源的电动势为 12 V 3.华为 P30 Pro 手机，用自己新的吉尼斯世界纪录告诉全世界什么叫中国科技。其中 4200 毫安时超大电池 +40W 华为超级快充，极速充电每 30 秒充 1%，30 分钟 70%，充电速度是苹果 iPhone X 的 4 倍，碾压苹果！ 现用 40W 华为快充为一手机电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为 U，输出电流为 I，手 机电池的内阻为 r，下列说法正确的是（ ） A. 电能转化为化学能的功率为 UI B. 充电器输出的电功率为 UI＋I2r C. 充电器输出的电功率为 UI－I2r D. 充电器的充电效率为 电 × 电uua4.微型吸尘器的直流电动机内阻一定，把它接入电压为 U1=0.2V 的电路时，电动机不转，测得此时流过电动 机的电流是 I1=0.4A；若把电动机接入电压为 U2=2.0V 的电路中，电动机正常工作，工作电流是 I2=1.0A，则 （ ） A. 电动机线圈的电阻为 2Ω B. 电动机正常工作时的输出功率为 0.5W C. 电动机的效率为 75% D. 电动机正常工作时线圈在 1min 内产生的焦耳热为 120J 5.图为某型号的海尔电热水器铭牌，其正常工作时电流约为（ ） A. 5A B. 7A C. 10A D. 15A 6.两个完全相同的电热器分别通以如图甲、乙所示的交变电流，两电热器的实际电功率之比 甲： 乙 为 （ ） A. 4：3 B. 4：9 C. 8：9 D. 16：9 7.一块手机电池的背面印有如图所示的一些符号，另外在手机使用说明书上还写有“通话时间 3 h，待机时间 100 h”，则该手机通话和待机时消耗的功率分别约为（ ） A. 1.8 W，5.4×10-2W B. 3.6 W，0.108 W C. 0.6 W，1.8×10-2W D. 6.48×103 W，1.94×102W 8.一质量为 m，电阻为 R 的长方形（长为 a，宽为 b）的金属线框，放在光滑的水平面上，磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直水平面向下，磁场只存在虚线左侧，其俯视图如图所示。线框在水平恒力 F 的作用下，静 止开始向右运动，直到完全出磁场区域，以下说法正确的是（ ） A. 感应电流方向为逆时针 B. 线框可能匀加速出磁场 C. 若线框匀速出磁场，则产生的焦耳热为 Fa D. 若线框匀速出磁场，则拉力 F 的功率可能为 P= 9.某同学采用如图所示的电路给一个小电动机供电，电动机线圈的电阻为 r，电动机正常工作时，电压表的 示数为 U，电流表的示数为 I。电流表和电压表均可视为理想电表，电动机的机械功率为（ ） A. B. I2r C. UI－I2r D. UI 10.下列用电器中，主要利用电流的热效应工作的是（ ） A. 电风扇 B. 电动机 C. 抽油烟机 D. 电热毯 11.电阻接一直流电，通过 4A 的电流时热功率为 P，若换接一正弦交流电，它的热功率变为 ，则该交流 电电流的最大值为( ) A. 4A B. 6A C. 2A D. 12.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（ ） 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 B. ൌ 适用于任何电路，而 ൌ 只适用于纯电阻电路 C. 在非纯电阻电路中， 䁛 D. 焦耳热 ൌ 适用于任何电路 二、填空题 13.如图所示，电源电动势 E=14V．内阻 r=1Ω，小灯泡标有“2V，4W”，电动机内阻 r′=0.5Ω，当变阻器阻值为 1Ω时，电灯和电动机均为正常工作，则：电动机两端的电压为________ V，电动机输出的机械功率为 ________ W． 14.电源的电动势为 4.5V，内电阻为 1.5Ω，外电路接一个 3.0Ω的电阻，这时流过电源的电流为________ A， 路端的电压为________ V． 15.如图所示，电源的内阻 r=2.0Ω，电阻 R=8.0Ω，开关闭合后，电流表示数 I=0.30A，则电源的电动势 E=________V； 在 t=10s 时间内，电阻 R 产生的热量 Q=________J． 16.如图所示的电路中，电源的电动势为 6V，定值电阻为 5Ω，电流表和电压表均是理想电表．开关 S 闭合 后，电压表的示数为 5V，则电流表的示数为________A，电源内阻为________Ω． 三、综合题 17.如图示电路中，电源提供的电压 U=8V，D 为直流电动机，其电枢线圈电阻 R=3Ω，电阻 R′=4Ω，当电动机 正常工作时，电压表示数 UV 为 0.8V。求： （1）通过电动机的电流 I 是多大？ （2）电动机输入的电功率 P 入为多少？ （3）电动机的热功率 P 热和机械功率 P 出各是多少？ 18. （1）一个小型电动机，线圈电阻是 u圈电 ，当它两端所加的电压为 100V 时，通过的电流为 2A，这台 电动机 10 秒钟所做的机械功的大小为________焦耳。 （2）求下图 AB 部分电路中总电阻的最大值是________ 。 19.由小型直流电动机和小灯泡组成的电路，小灯泡 L 上标有“3V，4.5W”字样，电动机线圈电阻 r=1Ω，将其 接在 20V 的电路中，开关闭合时，小灯泡和电动机均恰好正常工作。求： （1）电路中电流强度； （2）电路的总功率； （3）电动机的输出功率。 参考答案 1.【答案】 D 【解析】A．由闭合电路欧姆定律可知 电+ൌ A 不符合题意； B．电动机为非纯电阻，不能用欧姆定律求电流和电压的关系，B 不符合题意； C．EI 求解的为电源的总功率，C 不符合题意； D．电动机的功率 P2=U2I，D 符合题意。 故答案为：D。 2.【答案】 D 【解析】D．由图可知，当电流为 1.5A 时电源的输出功率最大，这里内耗功率等于输出功率为 9W，电源的 效率为 50%，这时电源总功率为 18W，根据 P=IE 可得，电源的电动势： ൌ ൌ 电 电圈电 V ൌ 电VD 符合题意； B．由 P=I2r 可知，电源的内阻为 4Ω，由于不能明确外电路是否为纯电阻电路，故无法求得外电路的总电阻 大小，B 不符合题意； A．由 P=I2r 可得，随着电流的增大，电源内阻消耗的最大功率增大，当电流 I=3A 时，输出功率为零，内阻 消耗的功率：P=I2r=32×4W=36W A 不符合题意； C．根据闭合电路欧姆定律可知，随着电流的减小，电源的外电阻增大，根据电源效率公式可知， ൌ + × 电uua外电阻增大，电源的效率增大，最大可以接近 100%，C 不符合题意； 故答案为：D。 3.【答案】 D 【解析】A．由于锂电池中存在内阻，故充电过程中电能转化为化学能和热能，由能量守恒定律得：UI=I2r+P， 故转化为化学能的功率为：P=UI-I2r A 不符合题意； BC．充电器输出的功率为：P=UI，B、C 不符合题意； D．充电的效率为： ൌ × 电uua ൌ 电 × 电uua ， D 符合题意； 故答案为：D。 4.【答案】 C 【解析】A．电动机不转时，设线圈电阻为 R，则 ൌ 电 电 ൌ u圈 u圈 ൌ u圈电 ，A 不符合题意； B．电动机正常工作时消耗的电功率为 ൌ ൌ 圈u × 电圈uWൌ圈uW电动机正常工作时线圈电阻损耗的电功率为 损 ൌ ൌ 电圈u × u圈电Wൌu圈电W电动机正常工作时输出功率为 出 ൌ 损 ൌ 电圈电W ， B 不符合题意； C．电动机正常工作时效率为 ൌ 电圈电 圈u × 电uua ൌ Ψ电a ，C 符合题意 ； D．电动机正常工作时线圈在 1min 内产生的焦耳热为 ൌ ൌ 电 × u圈电 × uJൌ3uJ ，D 不符合题意。 故答案为：C。 5.【答案】 B 【解析】该电热水器的额定功率为 1500W，额定电压为 220V，则正常工作时的电流为 ൌ ൌ 电电uu u A ΨA故答案为：B。 6.【答案】 C 【解析】正弦交流电的有效值 甲 ൌ ൌ u圈 A ൌ u圈 A根据功率公式 P=I2R 得到 甲 乙 ൌ 甲 乙 ൌ u圈 u圈3 ൌ 故答案为：C。 7.【答案】 C 【解析】由图知 ൌ 3圈Ψ , ൌ 电uu ．通话时 ൌ 3 ，由 ൌ ， ൌ 得 ൌ ൌ u圈 . 同理待机时 ൌ 电uu ， ′ ൌ ′ ൌ 电圈 × 电u ，C 对． 故答案为：C 8.【答案】 C 【解析】A．根据楞次定律可知，感应电流方向为顺时针方向，A 不符合题意； B．线框出离磁场时受到向左的安培力，由牛顿第二定律 ᦙ䁡 ᦙ ൌ 则随着速度的增加，加速度逐渐减小，可知线框不可能匀加速出磁场，B 不符合题意； C．若线框匀速出磁场，则由能量关系可知，产生的焦耳热等于外力做功，即 Q=Fa，C 符合题意； D．若线框匀速出磁场，则拉力等于安培力，即 ൌ ᦙ䁡 ᦙൌ ᦙ 䁡 则 䁡ൌ ᦙ 则拉力的功率 ൌ 䁡ൌ ᦙ ， D 不符合题意。 故答案为：C。 9.【答案】 C 【解析】电动机消耗的总功率 P=IU 电动机的热功率：Pr＝I2r 则输出的机械功率 P 输出=P-Pr=IU- I2r 故答案为：C。 10.【答案】 D 【解析】A．电风扇用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，主要将电能转化为机械能，A 不符合题意。 B．电动机是根据通电导线在磁场中受到磁场力作用而工作的，电动机工作时主要把电能转化为机械能，B 不符合题意。 C．抽油烟机利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，C 不符合题意。 D．电热毯利用了电流的热效应，D 符合题意。 故答案为：D. 11.【答案】 A 【解析】先根据直流电通过电阻的功率和交流电通过时功率之比。求解出交流电的有效值，再根据有效值 求最大值。根据有效值的物理意义， 电 I2R=（ ）2R， 所以 Im=4A 故答案为：A. 12.【答案】 A 【解析】电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的焦耳热量的多少还与做功的时间的长短有关， A 错误，符合题意；公式 ൌ 是计算电路的总功的大小，适用于任何的电路，当为纯电阻电路时，根 据欧姆定律 ൌ ，可以推到出 ൌ ， ൌ ，所以 ൌ ， ൌ 只能适用于纯电阻电路， B 不符合题意；在不是纯电阻的电路中，UI 表示的是总的功率的大小，而 只是电路中发热的功率，还 有对外做功的功率的大小，所以 䁛 ，所以 C 不符合题意；焦耳热 ൌ 适用于任何电路中的焦 耳热量的计算，D 不符合题意． 故答案为：A 13.【答案】 8；14 【解析】解：（1）灯泡正常工作，电路电流 I=IL= = =2A， 电动机两端电压 UM=E﹣Ir﹣IR﹣UL=14﹣2×1﹣2×1﹣2=8V；（2）电动机的输入功率 PM=UMI=8×2=16W， 热功率 PQ=I2r′=22×0.5=2W， 电动机的机械功率 P 机=PM﹣PQ=16﹣2=14W；故答案为：8，14． 14.【答案】1；3 【解析】解：根据闭合电路欧姆定律得： I= + = 圈电 电圈电+3 ൌ 电路端的电压为： U=IR=1×3V=3V 故答案为：1，3 15.【答案】3.0；7.2 【解析】解：开关闭合后，根据闭合电路欧姆定律得： 电源的电动势 E=I（R+r）=0.30×（8.0+2.0）V=3.0V， 在 t=10s 时间内，电阻 R 产生的焦耳热 Q=I2Rt=0.302×8.0×10J=7.2J 故答案为：3.0，7.2． 16.【答案】1；1 【解析】电路电流 ൌ ൌ 电 电 ൌ 电 根据闭合电路的欧姆定律，有：E=U+Ir 即：6=5+1r 解得：r=1Ω 故答案为：1 1 17.【答案】 （1）解：通过电动机的电流 I 与流过限流电阻 R′的电流相同，则 ൌ V ൌ u圈 ൌ u圈A（2）解：电动机两端电压 D ൌ V ൌ u圈V ൌ Ψ圈V电动机输入的电功率 入 ൌ D ൌ Ψ圈 × u圈W ൌ 电圈W（3）解：电动机的发热功率 热 ൌ ൌ u圈 × 3W ൌ u圈电W电动机的机械功率，也就是电动机的输出功率 出 ൌ 入 热 ൌ 电圈-u圈电W ൌ 电圈3W 【解析】1.串联电路， 电动机的电流 I 与流过限流电阻 R′的电流相同 ， ൌ V ； 2.根据串联电路电压关系， D ൌ V ，所以 入 ൌ D ； 3.热功率计算式， 热 ൌ ， 机械功率=总功率-热功率，即 出 ൌ 入 热。 18.【答案】 （1）1980 （2）6 【解析】（1）电动机消耗的的总功率 ൌ ൌ 电uuV × A ൌ uuW线圈消耗的热功率 电 ൌ ൌ A × u圈电 ൌ W 所以，电动机对外做功的功率 ൌ 电 ൌ 电W则 10 秒钟所做的机械功 ൌ ൌ 电uJ （2）设滑片以上部分的电阻为 x，则滑片以下部分的电阻为(6-x)， 其中 u ，则总电阻 ൌ Ψ+ × 电电+ Ψ++电电+ ൌ +电u+电电 当 x=5 时，R 取最大值： max ൌ 电 +电u × 电+电电 ൌ19.【答案】 （1）解：小灯泡恰好正常发光，所以电路中的电流为 ൌ L L ൌ 圈电 3 A ൌ 电圈电A（2）解：电路的总功率为 总 ൌ ൌ u × 电圈电Wൌ3uW（3）解：电动机消耗的电功率为 M ൌ 总 L ൌ 电圈电W电动机的热功率为 r ൌ ൌ 电圈电 × 电W ൌ 圈电W故电动机的输出功率为 输出 ൌ M r ൌ 3圈电W【解析】（1）灯泡恰好正常发光，利用额定功率和额定电压可以求出灯泡的电流大小； （2）由于知道电路中的电压和电流，利用功率的表达式可以求出电路总功率的大小； （3）由于电路中的总功率等于灯泡的功率和发电机的电功率之和，利用总功率减去灯泡的功率可以求出 发动机的电功率；利用热功率的表达式可以求出发动机热功率的大小，利用发动机的电功率和热功率之差 可以求出机械功率的大小。