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2018-2019物理新课堂同步选修3-1粤教版:课时分层作业12 电功率

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            课时分层作业(十二) 电功率

                             [基础达标练]
                              (15 分钟 50  分)

     一、选择题(本题共        7 小题,每小题      6 分)
     1.(多选)关于电功和焦耳热,下列说法正确的是(  )
     A.在纯电阻电路中,计算电功可用公式                 W=I2Rt
     B.在非纯电阻电路中,计算电功可用公式                  W=I2Rt
     C.在非纯电阻电路中,计算焦耳热用                Q=UIt
     D.在纯电阻电路中,计算焦耳热可以用                 Q=UIt
     AD [电功的计算式        W=UIt 适用于任何形式的电路,焦耳热计算式                  Q=
 I2Rt 也是普遍适用的,但是只有在纯电阻电路中,电功                     W 才等于焦耳热      Q.]

     2.通过电阻     R 的电流为    I 时,在时间     t 内产生的热量为      Q,若电阻为      2R,
       I
 电流为2,则在时间        t 内产生的热量为(  )
     A.4Q                          B.2Q
      1                              1
     C.2Q                          D.4Q
                                    I             1
     C [根据焦耳定律知        Q=I2Rt,Q′=(2)2·2Rt,故   Q′=2Q,C   正确.]
     3.有一只电风扇,标有“220            V 50  W”,电动机线圈的电阻为             0.4 Ω,
 把它接入    220 V 的电路中,以下几种计算时间             t 内产生热量的方法,正确的是(  )
           U2t
     A.Q=   R                      B.Q=Pt
            P
     C.Q=(U)2Rt                    D.以上三种方法均正确
                                                U2t
     C [对纯电阻电路电热的计算可用              Q=UIt=I2Rt=   R ,而电风扇工作时不
                                                           P
 能看成纯电阻电路,故电热计算要用                Q=I2Rt 计算,而电流计算         I=U用于任何
 电路,所以     C 项正确.]

     4.(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电
流,在相同的时间内(  )
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                                                  【导学号:52592080】
     A.电炉放热大于电动机放热
     B.电炉两端电压小于电动机两端电压
     C.电炉两端电压等于电动机两端电压
     D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
     BD [由焦耳定律      Q=I2Rt 知  A 错误,电动机为非纯电阻电路两端电压
 U>IR,电炉为纯电阻电路,两端电压              U=IR.故   B 正确,C   错误,由     P=UI  得
D 正确.]

     5.(多选)一个直流电动机内阻为            R,所加电压为       U,电流为     I,当它工作时,
下述说法中正确的是(  )
                          U2
     A.电动机的输出功率为          R
     B.电动机的发热功率为          I2R
     C.电动机的输出功率为          IU-I2R
                                   U2
     D.电动机的功率可写作          IU=I2R=   R
     BC [IU  表示电动机的总功率,I2R          表示电动机工作时的发热功率,(IU-
I2R)表示电动机的输出功率即机械功率.故                 B、C  正确,A、D      错误.]

     6.如图  2­5­6 所示,有一内电阻为        4.4 Ω 的电解槽和一盏标有“110          V    60 

 W”的灯泡串联后接在电压为             220 V 的直流电路两端,灯泡正常发光,则(  )


                                  图 2­5­6
     A.电解槽消耗的电功率为           120 W
     B.电解槽的发热功率为          60 W
     C.电解槽消耗的电功率为           60 W
     D.电路消耗的总功率为          60 W
     C [灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得                    110 V 电压,且干路电流
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       P  6

I=I 灯=U=11A,则电解槽消耗的功率            P=P  灯=IU=60    W,C   正确,A    错误;
                      2
电解槽的发热功率        P 热=I R 内=1.3  W,B   错误;整个电路消耗的总功率              P 总=

     6
220×11 W=120 W,D    错误.]
    7.如图   2­5­7 所示电路中,当滑动变阻器的触头向上滑动时,则(  )


                                 图 2­5­7

    A.电源的功率变小
    B.电容器储存的电荷量变大
    C.电源内部消耗的功率变大
    D.电阻   R 消耗的电功率变小

    C [由闭合电路欧姆定律可知,当滑动触头向上滑动时,R                        总变小,I    总增

大,U  端减小,而     R1 分压  U1 增大,所以电容器上的电压减小,电源功率                   P 总=

I 总 E 增大,A  错误;Q=CU      减小,B    错误;电源内部消耗功率           P 内=I总2 r 增大,

C 正确;电阻     R1 消耗的功率增大,R        上消耗的功率无法确定,D            错误.]
    二、非选择题(1      小题,共    8 分)
    8.(8 分)如图   2­5­8 所示的电路中,电源电动势           E=6.0 V,内阻    r=0.6 Ω,

电阻  R2=0.5 Ω,当开关     S 断开时;电流表的示数为           1.5 A,电压表的示数为        3.0 
V,试求:


                                 图 2­5­8

    (1)电阻 R1 和 R3 的阻值;

    (2)当 S 闭合后,电压表的示数以及           R2 上消耗的电功率.
                    U3  3.0

    【解析】 (1)R3=     I3 =1.5 Ω=2.0 Ω

    由 E=I3(R1+R3+r)

    代入数据有     6.0=1.5(R1+2.0+0.6)
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     解得  R1=1.4 Ω
     (2)S 闭合后,

                 R2·R3
                  +
     R 总=R1+r+R2    R3=2.4 Ω
                     E    R2·R3
     电压表的示数      U=R总×R2+R3
       6
     =2.4×0.4 V=1.0 V
                       U2  12

     R2 上消耗的功率     P2=R2=0.5 W=2.0 W.
     【答案】 (1)1.4 Ω 2.0 Ω (2)1.0      V 2.0 W
                               [能力提升练]
                              (25 分钟 50  分)

     一、选择题(共      4 小题,每小题      6 分)

     1.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻                   R1、R2 的电压与电流的关系

 如图  2­5­9 所示.用此电源和电阻         R1、R2 组成电路,R1、R2       可以同时接入电路,
也可以单独接入电路.在所有可能的各种接法中,下列说法中正确的是(  )


                                  图 2­5­9

     A.将  R1、R2  并联后接到电源两端,电源输出功率最大,电源效率最低

     B.将  R1、R2 并联后接到电源两端,电源输出功率最小,电源效率最高

     C.将  R1、R2 串联后接到电源两端,电源输出功率最小,电源效率最低

     D.将  R1、R2  串联后接到电源两端,电源输出功率最大,电源效率最高
                                                     4
     A [由图象得到:电源的电动势为              E=8 V,内阻为      r=3 Ω,由电阻的伏安

 特性曲线求出      R1=4  Ω、R2=2   Ω,当电源的内外电阻相等时,电源的输出功率

                       4

 最大,R1、R2    并联电阻为3       Ω,所以将     R1、R2 并联后接到电源两端时,输出功
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                    E-Ir
 率最大,电源效率        η=  E  ,当电路电流最小时,电源效率最高,当电流最大

 时,电源效率最低,所以将            R1、R2 串联后接到电源两端,电阻最大,电流最小,

效率最高,将       R1、R2 并联后接到电源两端,电阻最小,电流最大,电源效率最
低,故    A 正确.故选     A.]

     2.(多选)在如图     2­5­10 所示的电路中,定值电阻的阻值为               10  Ω,电动机
M  的线圈电阻值为       2 Ω,a、b   两端加有    44 V 的恒定电压,理想电压表的示数为
24 V,由此可知(  ) 
                                                  【导学号:52592081】


                                 图  2­5­10
     A.通过电动机的电流为          12 A
     B.电动机消耗的功率为          48 W
     C.电动机线圈在       1 分钟内产生的热量为         480 J
     D.电动机输出的功率为          8 W
                                                       U-U1   44-24
     BC [通过电动机的电流与通过定值电阻的电流相同为                      I=   R  =   10  

 A=2  A,故   A 错误;电动机消耗的功率为            P=U1I=24×2     W=48  W,故    B 正
 确;电动机线圈在        1 分钟内产生的热量        Q=I2rt=22×2×60 J=480 J,故     C 正确;

                     2   2
 电动机的热功率       P 热=I r=2  ×2  W=8   W,电动机的输出功率          P 出=P-P   热=
 48 W-8 W=40 W,故     D 错误.]

     3.在如图    2­5­11 甲所示的电路中,电源电动势为             3.0 V,内阻不计,L1、

L2、L3  为 3 个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当
开关闭合后,下列判断错误的是(  )


                           甲          乙
                                 图  2­5­11
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     A.灯泡   L1 的电阻为    12 Ω

     B.通过灯泡     L1 的电流为通过灯泡        L2 电流的   2 倍

     C.灯泡   L1 消耗的电功率为       0.75 W

     D.灯泡   L2 消耗的电功率为       0.30 W
     B [由于电源电动势为         3.0 V,内阻不计,所以当开关闭合后,达到稳定状

 态时,加在小灯泡        L1 两端的电压应为       3.0 V,由小灯泡的伏安特性曲线可以看

出当电压为      3.0  V 时,流过小灯泡       L1 的电流为    I1=0.25  A,由此求得,灯泡

L1 的电阻为    12  Ω,所以    A 选项正确.由      P=UI  可以求得灯泡      L1 消耗的电功率

为  0.75 W,所以    C 选项正确.L2     与 L3 串联,L2   两端的电压为      1.5 V,由  I­U 图

象可知,I2=0.2      A,则   L2 消耗的电功率     P2=U2I2=0.3  W,故    D 正确,由以上

分析可知     I1<2I2,故 B 错.]

     4.(多选)将阻值为      4 Ω 和  10 Ω 的两个电阻      R1、R2 分别接在同一电源上,

 结果  R2 上消耗的功率      P2 比 R1 上消耗的功率     P1 大,则(  )
     A.电源内阻一定大于         4 Ω

     B.两电阻串联后接此电源,外电路总功率一定大于只接                        R2 时的功率

     C.两电阻并联后接此电源,外电路总功率一定小于只接                        R1 时的功率

     D.只接   R1 时电源消耗的功率一定大于只接              R2 时消耗的功率
     ACD [根据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示.

     R1 与 R3 消耗的功率相同,且        R1R1=4     Ω,

A 选项正确.R1      与 R2 的并联电阻一定小于         R1 的电阻,由电源

的输出功率曲线可知外电路总功率一定小于只接                      R1 时的功率,C     选项正确.若

R1 与 R2 串联,其电阻大于        R2 的电阻,外电路消耗的总功率不一定大于只接

                                         E2
                                         +
R2 时的功率,B      选项错误.根据公式         P=EI=R    r,外电阻越小,电源消耗的功

 率越大,故只接       R1 时电源消耗的功率一定大于只接              R2 时消耗的功率,D       选项
 正确.]

     二、非选择题(2      小题,共    26 分)

     5.(13 分)如图   2­5­12 所示,M   为一线圈电阻      rM=1    Ω 的电动机,一定值

 电阻  R=4Ω,电源电动势        E=9   V.当  S 闭合时,电压表的示数为            U1=8.0 V,
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当开关   S 断开时,电压表的示数为           U2=4.0 V.求: 
                                                 【导学号:52592082】


                                图  2­5­12

    (1)电源内阻   r; 
    (2)开关 S 断开时电源输出功率;
    (3)开关 S 断开时电动机输出的机械功率.

    【解析】 (1)当     S 闭合时,电压表的示数为           U1=8.0   V,根据闭合电路欧

                 U1

姆定律,有     E=U1+   R r,解得   r=0.5 Ω;
                                                         U2  4

    (2)当开关  S 断开时,电压表的示数为           U2=4.0 V,电流为     I2= R =4A=1 A

    电源的输出功率:P=UI2=(E-I2r)I2=(9-1×0.5)×1 W=8.5 W;
    (3)开关 S 断开时电动机输出的机械功率:

                              2
    P 出=P-I2(R+rM)=8.5 W-1    ×(4+1)W=3.5 W.
    【答案】 (1)0.5 Ω (2)8.5 W (3)3.5 W
    6.(13 分)一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表:
                  规格                     后轮驱动直流永磁体电机

       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=0.02 倍,g  取  10 m/s2.求:
    (1)此车永磁体电机在额定电压下正常工作的效率;
    (2)仅在永磁体电机以额定功率提供动力的情况下,人骑自行车的最大速度;


    (3)仅在永磁体电机以额定功率提供动力的情况下,当车速为                        v1=1.0  m/s,
人骑车的最大加速度.
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    【解析】 (1)由表可知,电动机的额定电压为                  U0=40 V,

    额定电流为     I0=3.5 A,

    所以电动机正常工作时输入功率为               P 输入=U0I0=140 W.

    又因电动机的输出功率为           P 输出=120 W,
    所以电动机的效率为

      P输出
    η=P输入=85.7%.
    (2)行驶时所受阻力为       f=k(M+m)g,式中      m 为车的质量.当车达到最大速

度 vm 时,应有    P 输出=fvm,

                    P输出

    所以最大速度      vm=   f =6.0 m/s.
                                         P输出

    (3)当车速度为    v1=1.0  m/s 时,牵引力     F=  v1 =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
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