1、第1讲电流电阻电功及电功率基础巩固1.(2016北京通州潞河中学期中,7)如图所示,一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,单位体积内的电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为() A.vqB. C.qvSD.2.在长度为l、横截面积为S、单位体积内的自由电子数为n的金属导体两端加上电压,导体中就会产生匀强电场。导体内电荷量为e的自由电子受电场力作用先做加速运动,然后与阳离子碰撞而减速,如此往复所以,我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v(不随时间变化)的定向运动。已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比,即f=kv(k
2、是常数),则该导体的电阻应该等于() A.B.C.D.3.(多选)如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r。当开关S闭合后,小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知指示灯L的电阻为R0,额定电流为I,电动机M的线圈电阻为R,则下列说法中正确的是() A.电动机的额定电压为IR B.电动机的输出功率为IE-I2RC.电源的输出功率为IE-I2rD.整个电路的热功率为I2(R+R0+r) 4.(2017北京朝阳期末,5)现有规格为“220 V,36 W”的排气扇,如图所示,排气扇电动机的线圈电阻为40 。当正常工作时,排气扇的()A.通电电流计算式为I= AB.输出功率计算式为P出=(36-)
3、 WC.发热功率计算式为P热=()240 WD.电功率大于36 W5.(2015北京理综,19,6分)如图所示,其中电流表A的量程为0.6 A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02 A;R1的阻值等于电流表内阻的;R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是()A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04 AB.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 AC.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 AD.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A6.(2018北京西城期末)在如图所示的电路中,电压表、电
4、流表均为理想电表。电源电动势为12 V,内阻为1 ,电动机线圈电阻为0.5 。开关闭合,电动机正常工作,电压表示数为10 V。则()A.电源两端的电压为12 VB.电源的输出功率为24 WC.电动机消耗的电功率为80 WD.电动机所做机械功的功率为18 W7.(2017北京丰台二模,20)如图所示是某电路的示意图,虚线框内是超导限流器。超导限流器是一种短路故障电流限制装置,它由超导部件和限流电阻并联组成。当通过超导部件的电流大于其临界电流I0时,超导部件由超导态(可认为电阻为零)转变为正常态(可认为是一个纯电阻),以此来限制故障电流。超导部件正常态电阻R1=6 ,临界电流I0=0.6 A,限流
5、电阻R2=12 ,灯泡L上标有“6 V,3 W”字样,电源电动势E=6 V,内阻忽略不计,则下列判断不正确的是()A.当灯泡正常发光时,通过灯泡L的电流为0.5 AB.当灯泡正常发光时,通过R2的电流为0.5 AC.当灯泡L发生故障短路时,通过R1的电流为1 AD.当灯泡L发生故障短路时,通过R2的电流为0.5 A8.四川省“十二五”水利发展规划指出,若按现有供水能力测算,我省供水缺口极大,蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高 20 m,进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80% 的皮带,带动效率为60% 的离心水泵工作。工作电压为380 V,此时输入电动机的电功率为1
6、9 kW,电动机的内阻为0.4 。已知水的密度为1103 kg/m3,重力加速度取10 m/s2。求:(1)电动机内阻消耗的热功率;(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。综合提能1.两根不同金属导体制成的长度相等、横截面积相同的圆柱形杆,串联后接在某一直流电源两端,如图所示。已知杆a的质量小于杆b的质量,杆a金属的摩尔质量小于杆b金属的摩尔质量,杆a的电阻大于杆b的电阻,假设每种金属的每个原子都提供相同数目的自由电子(载流子)。当电流达到稳恒时,若a、b内存在电场,则该电场可视为匀强电场。下面结论中正确的是()A.两杆内的电场强度都不等于零,且a内的场强大于
7、b内的场强B.两杆内的电场强度都等于零C.两杆内载流子定向运动的速率一定相等D.a内载流子定向运动的速率一定大于b内载流子定向运动的速率2.如图所示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,电动机驱动风叶旋转,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。已知电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风,下列说法正确的是()A.电热丝的电阻为55 B.电动机线圈的电阻为 C.当电吹风吹热风时,电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 JD.当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为1 0
8、00 J3.(2017北京西城期末,14)(多选)电饭锅工作时有两种状态:一种是锅内的水烧开以前的加热状态,另一种是水烧开以后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图,R1是电阻,R2是加热用的电热丝,S是自动开关。下列说法正确的是()A.开关S接通时,电饭锅处于保温状态B.开关S接通时,电饭锅处于加热状态C.当R1R2=11时,R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的一半D.当R1R2=11时,R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的四分之一4.(2016北京丰台一模,24)经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中产生恒定电场,这种恒定电场的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用,导体内
9、自由电子定向移动的速率增加,而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速,可认为自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失,碰撞时间不计。某种金属中单位体积内的自由电子数量为n,自由电子的质量为m,带电荷量为e。 现取由该种金属制成的长为L,横截面积为S的圆柱形金属导体,将其两端加上恒定电压U,自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为t0。如图所示。(1)求金属导体中自由电子定向移动受到的电场力大小;(2)求金属导体中的电流I;(3)电阻的定义式为R=,电阻定律R=是由实验得出的。事实上,
10、不同途径认识的物理量之间存在着深刻的本质联系,请从电阻的定义式出发,推导金属导体的电阻定律,并分析影响电阻率的因素。答案精解精析基础巩固1.C电流的定义式I=,即单位时间通过导体截面的电荷量,由题意知整段导体总电荷量Q=qLS,L为导体长度,t=,所以等效电流大小I=qvS,C项正确。2.B由题意可知,对于电子有Ee=kv,又E=,U=IR,I=nevS,联立解得R=。3.CD电动机属非纯电阻电器,欧姆定律不适用,其电压不能用U=IR计算,电动机额定电压应为E-I(r+R0);选项A错误。电动机的输出机械功率为IE-I2(r+R0+R),故B选项错误;电源的输出功率为IE-I2r,整个电路的热
11、功率为I2(R+R0+r),故C、D项正确。4.C由于排气扇为非纯电阻电器,不满足欧姆定律R=,根据公式P=UI知,该排气扇正常工作时的电流I= A,A错误。发热功率P热=()240 W,输出功率P出=P总-P热=36-()240W,B错误,C正确;因为排气扇正常工作,电功率等于36 W,D错误。5.C设电流表的内阻为RA,则R1=RA,R2=2RA,将接线柱1、2接入电路时,流过接线柱1的电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06 A;将接线柱1、3接入电路时,流过接线柱1的电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06 A。选项A、B
12、、D错误,C正确。6.D电源两端的电压U=E-Ir=10 V,可得I=2 A,电源的输出功率P出=UI=20 W,A、B错误。电动机消耗的电功率P=UI=20 W,电动机所做机械功的功率P机=P-P热=UI-I2R=18 W,C错误、D正确。7.B若灯泡正常发光,通过灯泡的额定电流I=0.5 A,电阻R2被短路,A对,B错。若灯泡被短路,电源内阻忽略不计,电路中电流无穷大,大于I0=0.6 A,超导部件由超导态转变为正常态,则R1=6 ,I干=1.5 A,则通过R1的电流为1 A,通过R2的电流为0.5 A,C、D对。8.答案(1)1103 W(2)2104 s解析(1)设电动机的电功率为P,
13、则P=UI设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则Pr=I2r代入数据解得Pr=1103 W(2)设蓄水总质量为M,所用抽水时间为t。已知抽水高度为h,容积为V,水的密度为,则M=V设质量为M的河水增加的重力势能为Ep,则Ep=Mgh设电动机的输出功率为P0,则P0=P-Pr根据能量守恒定律得P0t60%80%=Ep代入数据解得t=2104 s综合提能1.A两杆串联,所以电流相等,因为RaRb,由欧姆定律可知UaUb,根据关系式U=Ed可知,两杆内电场强度都不为零,且a内的电场强度大于b内的电场强度,所以A正确、B错误;根据I=nqSv可知载流子的定向运动速率v=,由题意无法确定两杆内单位体积内
14、的自由电荷数n的大小关系,所以无法确定定向运动速率的大小关系,故C、D错误。2.A电吹风吹热风时电热丝消耗的功率为P=1 000 W-120 W=880 W,每秒钟消耗的电能为880 J,对电热丝,由P=得电热丝的电阻为R= =55 ,选项A正确,选项C错误;由题给条件无法计算电动机线圈的电阻,选项B错误;当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为120 J,选项D错误。3.BD当开关S断开时,R1与R2串联,当开关S接通时,只有R2工作,由P=知总电阻R越小,功率越大,故开关断开时处于保温状态,接通时处于加热状态,A选项错误,B选项正确;当R1=R2时,保温状态下电流是加热状态下电流的一半,R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的四分之一,C选项错误,D选项正确。4.答案见解析解析(1)恒定电场的场强E=则自由电子所受电场力大小F=Ee=(2)设自由电子在恒定电场中由静止经加速时间t0的速度为v,由动量定理有:Ft0=mv-0解得v=自由电子定向移动的平均速率 =金属导体中产生的电流I=neS=(3)由电阻定义式可得R=其中为定值,此定值即电阻率,所以R=电阻率的影响因素有:单位体积内自由电子的数目n,自由电子在恒定电场中由静止加速的平均时间t0。
