1、电路中的能量转化(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.下列用电器正常工作相同时间,产生热量最多是()【解析】选C。电脑工作的过程中电能转化为光能、内能等,电风扇工作过程中,电能主要转化为机械能,少部分转化为内能,电熨斗工作过程中,电能主要转化为内能,少部分属于能量损失,洗衣机正常工作时,电能大部分转化为机械能,少量的电能转化为内能,所以产生热量最多的是电熨斗;故C正确,A、B、D错误。2.电功率的计算公式P=中,U是加在用电器上的电压,R是用电器的电阻,此式可用于()A.计算电冰箱的功率B.计算空调的功率C.计算电烙铁的功率 D.计算洗衣机的功率【解析】选C。公
2、式P=是根据电功率公式P=UI和欧姆定律I=推导出来的,只能用于纯电阻电路中,故C正确,A、B、D错误。3.一台电动机的额定电压是220 V,额定电流为5 A,电动机线圈的电阻是0.4 。当该电动机正常工作时,每秒产生的热量是()A.1 100 JB.110 JC.1 210 JD.10 J【解析】选D。额定电流是5 A,线圈电阻是0.4 ,则电动机每秒产生的热量Q=I2Rt=520.41 J=10 J,故选D。4.电阻R1、R2的I-U图线如图所示,则下列说法正确的是()A.R1R2=31B.将R1与R2串联后接于电源上,则电压比U1U2=13C.将R1与R2并联后接于电源上,则电流比I1I
3、2=13D.将R1与R2并联后接于电源上,则功率比P1P2=13【解析】选B。由题图可知,当I=1 A时,U1=1 V,U2=3 V,所以R1=1 ,R2=3 ,则R1R2=13,A错。R1与R2串联时,U1U2=R1R2=13,B正确。R1与R2并联时,I1I2=R2R1=31,P1P2=R2R1=31,C、D均错。5.两个分别标有“6 V6 W”和“6 V3.6 W”的灯泡L1、L2按如图所示的方式连接,闭合开关后,下列结论正确的是()A.通过两灯泡的电流I1I2=35B.灯泡两端的电压U1U2=35C.灯泡的电功率P1P2=53D.灯泡L1比L2暗【解析】选C。由电路图可知,两灯泡并联,
4、因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,两灯泡两端的电压之比U1U2=11,故B错误;由I=可得通过两灯泡的电流之比:I1I2=R2R1=53,故A错误;由P=UI可得L1与L2的消耗的功率之比:P1P2=UI1UI2=I1I2=53,故C正确;由P1P2=53可知L1的实际功率较大,因灯泡的亮暗取决于实际功率的大小,所以,灯泡L1比L2亮,故D错误。6.如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识,结合从该铭牌上获取的信息,得出该电热水壶()A.只能在220 V电压下工作B.正常工作5 min耗电约0.5 kWhC.正常工作时的电流约为6.8 AD.在非工作状态下电阻丝的电阻值为32 【
5、解析】选C。该电热水壶可以在低于220 V的电压下工作,故A错误;正常工作5 min,电热水壶消耗的电能W=Pt=1.5 kW h=0.125 kWh,故B错误;由铭牌信息可知,额定功率为1 500 W,额定电压为220 V,则该电热水壶正常工作时的电流I=6.8 A,故C正确;金属丝的电阻率随温度的升高而增大,所以在非工作状态下电热水壶电阻丝的电阻比正常工作时小,正常工作时电阻丝的电阻R=32 ,故D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(10分)一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升重量为4 N的物体时,通过它的电流
6、是0.2 A。在30 s内可将该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:(1)电动机的输入总功率;(2)电动机的发热功率;(3)线圈的电阻。【解析】(1)电动机的输入总功率P入=UI=30.2 W=0.6 W;(2)电动机提升物体的速度v=0.1 m/s,电动机提升物体的机械功率P机=Fv=mgv=0.4 W,由P入=P机+PQ,得发热的功率PQ=P入-P机=(0.6-0.4) W=0.2 W;(3)根据焦耳定律PQ=I2R,得线圈电阻R=5 。答案:(1)0.6 W(2)0.2 W(3)5 8.(14分)扫地机器人是智能家用电器的一种,正逐渐进入我们的生活,如图所示是一
7、款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人,已知其质量为3 kg,它与地面的有效接触面积为0.01 m2。若该机器人工作时功率为75 W,在10 s内沿直线匀速清扫的距离为5 m。(g取10 N/kg)(1)扫地机器人在工作时,将能转化为能。(2)该机器人静止在水平地面上时,对地面的压强是多大?(3)该机器人在10 s内所做的功是多少?(4)该机器人在沿直线匀速清扫过程中受到的阻力为多少?【解析】(1)扫地机器人在工作时,将电能转化为机械能。(2)该机器人静止在水平地面上时,对地面的压力:F压=G=mg=3 kg10 N/kg=30 N,对地面的压强:p压= Pa=3 000 Pa;
8、(3)机器人在10 s内所做的功:W=Pt=75 W10 s=750 J;(4)由W=Fx可得,该机器人在沿直线匀速清扫过程中的牵引力:F= N=150 N,因该机器人在沿直线匀速清扫过程中处于平衡状态,受到的阻力和牵引力是一对平衡力,所以,在此过程中受到的阻力:f=F=150 N。答案:(1)电机械(2)3 000 Pa(3)750 J(4)150 N(15分钟40分)9.(7分)一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端电压U变化的关系图像如图甲所示,若将它与标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,3个用电器消耗的电功率均为P。现将它们连接成如图乙所示的电路,接在电压为U的
9、电源两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2,它们之间的关系为()A.P1=4P2B.PD=C.PD=P2D.P1R1=R2,而RD与R2并联,两端电压相等,根据P=,可知PDP2,C错误;按题图乙方式连接后,由欧姆定律可知,电流IDI2,又I1=I2+ID,故I12I2,根据P=I2R,可知P14P2,A错误,D正确;由于电阻器D与电阻R2并联的总电阻R并R1,所以D两端的电压小于,且D阻值变大,则PD,B错误。10.(7分)(多选)如图所示是某款理发用的电吹风的电路图,它主要由电动机和电热丝R构成。调节开关S1、S2的通断,可使电动机驱动风叶旋转,从进风口吸入冷空
10、气,从出风口吹出冷风或热风。已知电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为100 W,吹热风时的功率为1 200 W。关于该电吹风,下列说法正确的是()A.当开关S1、S2均闭合时,电吹风吹出冷风B.电动机的内电阻为484 C.电热丝的电阻为44 D.电动机正常工作时,电动机每分钟消耗的电能为6 000 J【解析】选C、D。当开关S2闭合、S1闭合时,电热丝工作,产生热量,所以此时电吹风吹出热风,故A错误;当吹冷风时,只有电动机工作,但电动机为非纯电阻元件,其内阻不能用R= =484 进行求解,故B错误;当吹热风时,电动机M和电热丝R并联,电热丝消耗的功率为:P=P热-P冷=1 200 W
11、-100 W=1100 W,由P=,可得:R= =44 ,故C正确;当电吹风吹热风时,电动机M和电热丝R并联,电动机的功率仍为100 W,所以电动机每分钟消耗的电能为:Q=P冷t=10060 J=6 000 J,故D正确。11.(7分)(多选)如图所示,电源电动势为12 V,电源内阻为1.0 ,电路中的电阻R0为1.5 ,小型直流电动机M的内阻为0.5 ,闭合开关S后,电动机正常转动时,电流表的示数为2.0 A。则以下判断中正确的是()A.电动机的输出功率为12.0 WB.电源输出的电功率为20.0 WC.电动机产生的热功率为4.0 WD.电动机两端的电压为5.0 V【解析】选A、B。电路中电
12、流表的示数为2.0 A,所以电动机的电压为:U=E-U内-UR0=E-Ir-IR0=(12-2.01.0-2.01.5) V=7 V,故D错误;电动机的总功率为:P总=UI=(72.0) W=14 W,电动机的发热功率为:P热=I2R=(2.020.5) W=2 W,所以电动机的输出功率为:P机=14 W-2 W=12 W,故A正确,C错误;电源输出的电功率为:P输出=EI-I2r=(122.0-2.021) W=20 W,故B正确。12.(19分)2019年10月1日国庆阅兵时,游行队伍中的国徽彩车,不仅气势磅礴,而且还是一辆电动车,充一次电可以行驶100千米左右。假设这辆电动彩车的总质量为
13、6.75103 kg,它匀速通过天安门前500 m的检阅区域用时250 s,驱动电机的输入电流I=10 A,电压为300 V,电动彩车行驶时所受阻力为车重的。g取10 m/s2,其他摩擦不计,只考虑驱动电机的线圈发热损耗的能量,求:(1)驱动电机的输入功率;(2)电动彩车通过天安门前时,牵引电动彩车前进的机械功率;(3)驱动电机的内阻和机械效率。【解析】(1)驱动电机的输入功率P入=UI=30010 W=3 000 W。(2)电动彩车通过检阅区域时的速度v=2 m/s电动彩车行驶时所受阻力f=mg=6.7510310 N=1.35103 N,电动彩车匀速行驶时牵引力F=f,故电动彩车通过天安门前时,牵引电动彩车前进的机械功率P机=Fv=2 700 W。(3)设驱动电机的内阻为R,由能量守恒定律得P入t=P机t+I2Rt,解得R=3 ,驱动电机的机械效率=100%=90%。答案:(1)3 000 W(2)2 700 W(3)3 90%
