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2020-2021学年高中物理 第3章 恒定电流 3 电功与电热课时练习鲁科版必修3

2020-2021学年高中物理 第3章 恒定电流 3 电功与电热课时练习鲁科版必修3

年级：
姓名：

- 8 -

电功与电热
(15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是 (　　)
A.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻的电路
B.在非纯电阻电路中,UI>I2R
C.计算焦耳热时,Q=I2Rt适用于任何电路
D.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
【解析】选D。纯电阻电路中,消耗的电能完全转化为内能,所以W=Q=UIt=I2Rt=·t;而非纯电阻电路中,消耗的电能部分转化成内能,所以W≠Q,电功只能用公式W=UIt计算,产生的焦耳热只能用公式Q=I2Rt计算。W=UIt适用于任何电路,而W=t只适用于纯电阻的电路,故A正确;在非纯电阻电路中,总电功大于电热,故UI>I2R,故B正确;任何电路中求焦耳热都要用Q=I2Rt,故C正确;电功率越大,电流做功越快,但不一定转化的热量越多,故D错误。
2.如表为某电饭锅铭牌上的一部分内容,根据表中的信息,可计算出在额定电压下,使用电饭锅时的电流约为 (　　)
电器名称
电饭锅
额定电压
220 V
额定功率
800 W
额定容量
4.0 L
A.4.2 A B.3.6 A C.3.2 A D.2.2 A
【解析】选B。电饭锅正常工作时的电流为:I== A≈3.6 A,故A、C、D错误,B正确。
【加固训练】
　　一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是 (　　)
A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W
C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×
103 J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
【解析】选C。由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1==44 Ω,P1=UI1=1 100 W;其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J;洗衣机为非纯电阻元件,所以R2≠,P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍;故C正确,A、B、D错误。
3.如图所示,有一内电阻为5 Ω的电解槽和一盏标有“100 V　40 W”的灯泡串联后接在电压为200 V的直流电路两端,灯泡正常发光,则 (　　)

A.电路的发热功率为80 W
B.电解槽消耗的电功率为40 W
C.电解槽的发热功率为40 W
D.电路消耗的总功率为40 W
【解析】选B。由于灯泡正常发光,所以电解槽的电压为:U=200 V-100 V=100V,由于电解槽和灯泡串联,它们的电流相等,所以有:I==A=0.4 A,
电解槽消耗的电功率为:P=UI=100×0.4 W=40 W
电解槽的发热功率为:P热=I2r=0.42×5 W=0.8 W
电路的发热功率为:P=P热+P灯=40.8 W,
电路消耗总功率为:P总=EI=200 V×0.4 A=80 W;故A、C、D错误,B正确。
4.如图为某公司发售的扫地机器人。其内置锂电池容量为2 250 mA·h,在一般状况下,充满一次电可供其运行的时间为45 min。已知该扫地机器人额定功率为54 W,则下列说法正确的是 (　　)

A.扫地机器人正常工作时的电流是2.25 A
B.扫地机器人正常工作时额定电压为18 V
C.扫地机器人工作时的内阻为6 Ω
D.扫地机器人充满电后的电能为4.374×105 J
【解题指南】解答本题需要注意以下三点:
(1)电池容量即电池充电的最大充电量,由q=It即可求出工作电流;
(2)由P=UI即可求出工作电压;
(3)扫地机器人消耗的电能大部分转化为机械能,不能使用欧姆定律求电阻。
【解析】选B。锂电池容量为2 250 mA·h,充满一次电可供其运行的时间为45 min=2 700 s,则工作电流为:I==A=3 A,故A错误;机器人额定功率为54 W,则工作电压为:U== V=18 V;故B正确。机械人消耗的电能大部分转化为机械能,所以其电阻值R≠=Ω=6 Ω,故C错误;机器人电池充满电之后的电能等于放电过程中消耗的电能,为:W=Pt=54×2 700 J=1.458×105 J。故D错误。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
5.如图所示是提升重物用的电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=2 Ω,电路中另一电阻R=20 Ω,直流电压U1=220 V,电压表示数U2=120 V。试求:

(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=5 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2)
【解析】(1)通过R的电流为:I==5 A,
电动机与R串联,流过它们的电流相等。
(2)电动机的输入功率为:P1=U2I=600 W
(3)电动机内电阻的发热功率为:P2=I2r=50 W
输出的机械功率为:P3=P1-P2=550 W
而P3=mgv
代入解得:m=11 kg
答案:(1)5 A　(2)600 W　(3)11 kg
【加固训练】
　　一辆电动自行车的铭牌上给出的技术参数表
规格

后轮驱动直流
永磁铁电机
车型
26″电动
自行车
额定输出
功率
120 W
整车质量
30 kg
额定电压
40 V
最大载重
120 kg
额定电流
3.5 A
质量为M=70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力f恒为车和人总重的k倍。k=0.02,g取10 m/s2,求:
(1)此车的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=1.0 m/s时,人骑车的加速度大小。
【解析】(1)由表可知,电机的额定电压为U0=40 V、额定电流为I0=3.5 A,所以电机正常工作时输入功率为P入=U0I0=140 W
又因电机的输出功率为P出=120 W,
所以电机的效率为η==85.7%。
(2)行驶时所受阻力为f=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=fvmax,
所以最大速度vmax==6.0 m/s。
(3)当车速为v1=1.0 m/s时,
牵引力F==120 N。
设此时车的加速度为a,根据牛顿第二定律
F-f=(M+m)a,解得a=1.0 m/s2。
答案:(1)85.7%　(2)6.0 m/s　(3)1.0 m/s2
(10分钟·20分)
6. (20分)如图所示为直流电动机提升重物装置,电动机的内阻一定,闭合开关K,当把它接入电压为U1=0.2 V的电路时,电动机不转,测得此时流过电动机的电流是I1=0.4 A;当把电动机接入电压为U2=4.0 V的电路中,电动机正常工作且电动机匀速提升重物时,工作电流是I2=1.0 A,求:

(1)电动机线圈的电阻r;
(2)当U2=4.0 V电动机正常工作时的输出功率及电动机的效率;
(3)如果重物质量m=1.0 kg,当U2=4.0 V时电动机提升重物的速度大小是多少?(g取10 m/s2)
【解析】(1)电动机不转时,此时电动机为纯电阻元件,
则有:r== Ω=0.5 Ω
(2)电动机正常工作时消耗的功率为:
P=U2I2=4.0×1.0 W=4.0 W
电动机正常工作时线圈电阻损耗的功率为:
P热=r=1.02×0.5 W=0.5 W
电动机正常工作时输出功率为:
P出=P-P热=(4.0-0.5)W=3.5 W
电动机正常工作时效率为:
η=×100%=×100%=87.5%
(3)匀速提升时:F=mg=1×10 N=10 N
由电动机的输出功率P出=Fv可得提升重物的速度为:v== m/s=0.35 m/s
答案:(1)0.5 Ω　(2)3.5 W　87.5%　(3)0.35 m/s
【加固训练】
共享电动汽车是一种新型低碳的交通工具,深受市民的喜爱。某品牌电动汽车的部分参数如表所示。请回答:

电池容量/kW·h
22
车载充电器输入电压/V
220
车载充电器输入电流/A
16
电能转化为机械能的效率
70%
(1)某次启动后,汽车显示屏上出现了如图所示的输出电压与电流分别是339 V和1 A,求此时电动汽车的输出功率为多少瓦。
(2)根据表中的数据,将已经耗完电能的电池充满,理论上需要多少时间?
(3)充满电后,该车在水平地面上匀速行驶的最大距离为140千米,则行驶时该车受到的阻力为多少牛?
【解析】(1)由图可知,输出电压U=339 V,电流I=1 A,
则此时电动汽车的输出功率:
P=UI=339 V×1 A=339 W
(2)电池容量W电=22 kW·h=7.92×107 J
由W=UIt得,将已经耗完电能的电池充满,理论上需要的时间:t== s=2.25×104 s
(3)由η=×100%得,
汽车行驶时牵引力做的功:
W机械=ηW电=70%×7.92×107 J=5.544×107 J
汽车行驶距离s=140 km=1.4×105 m,
F==N=396 N,
因为汽车在水平地面上匀速行驶,根据二力平衡条件可知,该车行驶时受到的阻力f=F=396 N。
答案:(1)339 W　(2)2.25×104 s
(3)396 N