2020-2021学年新教材高中物理 第3章 恒定电流 第3节 电功与电热课后习题（含解析）鲁科版必修3.docx

1、第3节电功与电热1.(多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么()A.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要2t sB.当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要4t sC.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要4t sD.当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要16t s解析由公式Q=U2Rt,煮沸一壶水所需的热量为Q=(220V)2Rt。当电压变为原来的12时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4ts,选项B正确。当电压变为原来的14时,时间要变为原来的16倍,即16ts,选项D正确。答案BD2.额定电

2、压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是()A.电风扇最多B.电烙铁最多C.日光灯最多D.一样多解析在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项B正确。答案B3.(多选)关于电功,下列说法中正确的有()A.电功的实质是静电力所做的功B.电功是电能转化为其他形式能的量度C.静电力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等答案AB4.室内有几种用电器,1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器。如果进线处有1

3、3 A的保险丝,供电电压为220 V,下列情况下不可能同时使用的是()A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器解析电路中允许的最大功率为Pm=UI=2860W。用电器的功率之和大于Pm时,用电器就不可能同时使用,故选项C正确。答案C5.(20192020学年安徽合肥六校高二上期末)有一个电风扇,额定电压为U,额定功率为P,电动机线圈的电阻为R,把它接入电压为U的电路中,关于时间t内产生热量,下列计算的方法中正确的是()A.Q=U2RtB.Q=PU2RtC.Q=PtD.Q=Pt-PU2Rt解析电风扇正常工作时产生的热量是由于内阻发热产生的,所以t时间内产生

4、的热量为Q=I2Rt;由于是非纯电阻电路,故IUR,故QU2Rt,故A错误;由于I=PU,Q=I2Rt,故Q=PU2Rt,B正确、D错误;电风扇的功率为P,而电风扇消耗的电能大部分转化为机械能,所以产生的热量:QW=Pt,C错误。答案B6.额定电压为4.0 V的直流电动机的线圈电阻为1.0 ,正常工作时,电动机线圈每秒产生的热量为4.0 J,下列计算结果正确的是()A.电动机正常工作时的电流强度为4.0 AB.电动机正常工作时的输出功率为8.0 WC.电动机每分钟将电能转化成机械能为240.0 JD.电动机正常工作时的输入功率为4.0 W解析由焦耳定律,Qr=I2rt解得I=2.0A,故电动机

5、正常工作时的电流为2.0A,选项A错误;电动机正常工作时的输入功率P=UI=8.0W,电动机的热功率为Pr=I2r=4.0W,所以电动机正常工作时的输出功率P出=P-Pr=4.0W,选项B、D错误;电动机每分钟将电能转化成机械能E机=P出t=240.0J,故选项C正确。答案C7.一台小型电动机在380 V电压下正常工作时,能将30 kg的货物在30 s内匀速提升30 m,通过它的电流是1 A。除电动机线圈生热外,其他能量损失不计,求在此过程中:(g取10 m/s2)(1)拉力对货物做功的功率。(2)电动机的输出功率。(3)电动机线圈所产生的热量。解析(1)货物匀速上升,故牵引力等于重力,故有F

6、=mg=3010N=300N,上升的速度为v=1m/s,故牵引力的功率为P=Fv=3001W=300W。(2)电动机的输出功率为300W。(3)由能量守恒定律可知Q=IUt-mgh=(138030-30030)J=2400J。答案(1)300 W(2)300 W(3)2 400 J8.2019年国庆队伍中的国徽彩车不仅气势磅礴而且还是一辆电动车,充一次电可以走100公里左右。假设这辆电动彩车总质量为6.75103 kg,当它匀速通过天安门前500 m的检阅区域时用时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0.02。g取10 m/s2,不计摩擦

7、,只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量,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汽车前进的机械功率。(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=30010W=3000W。(2)电动彩车通过天安门前的速度v=xt=2m/s电动彩车行驶时所受阻力Ff=0.02mg=0.026.7510310N=1.35103N电动彩车匀速行驶时F=Ff,故电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率P机=Fv=2700W。(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解得驱动电机的内阻R=3驱动电机的机械效率=P机P入100%=90%。答案(1)

8、3 000 W(2)2 700 W(3)3 90%能力提升1.(20192020学年安徽黄山高二上期末质量检测)一台直流电动机,其线圈的电阻值为0.5 。当电动机两端所加电压为6 V时,电动机正常工作,通过线圈的电流是2 A。由此可知()A.电动机消耗的电功率为72 WB.电动机输出的机械功率为12 WC.电动机线圈的发热功率为2 WD.电动机的工作效率为50%解析电动机消耗的电功率为P=IU=12W,A错误;电动机线圈的发热功率为P热=I2R=220.5=2W,C正确;电动机输出的机械功率为P出=P-P热=10W,B错误;电动机的工作效率为=P出P=1012100%=83.3%,D错误。答案

9、C2.(20192020学年辽宁抚顺市六校协作体高二上期末)如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“6 V,12 W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.50 。若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是()A.通过电动机的电流为12 AB.电动机的输入功率为24 WC.电动机的输出功率为12 WD.电动机的热功率为2.0 W解析灯泡与电动机串联,通过的电流相等,则电流I=PLUL=2A,A错误;电动机两端的电压为UM=U-UL=6V,所以电动机的输入功率为P=UMI=12W,B错误;电动机的发热功率为P热=I2RM=2W,电动机的输出功率为P出=P-P热=10W,C错误,D正确。答案

10、D3.(多选)如图所示,电阻R1=20 ,电动机线圈的电阻R2=10 。当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是()A.I=1.5 AB.I1.5 AC.P=15 WD.PI22R2,所以I2UR2=1A。电流表的示数I=I1+I21.5A,A错误,B正确。电路总功率为P=U(I1+I2)15W,C错误,D正确。答案BD4.一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

11、列说法中正确的是()A.电饭煲的电阻为44 ,洗衣机电动机线圈的电阻为440 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 WC.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6103 JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1=UI1=44,P1=UI1=1100W,其在1min内消耗的电能W1=UI1t=6.6104J,洗衣机为非纯电阻元件,所以R2UI2,P2=UI2=110W,其在1min内消耗的电能W2=UI2t=6.6103J,其热功率P热P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动

12、机发热功率的10倍。答案C5.(20192020学年四川内江高二上期末)如图所示的电路中,电炉电阻R=20 ,电动机线圈的电阻r=1 ,电路两端电压U=10 V,电流表的示数为2.5 A,则:(1)通过电动机的电流为多少?(2)通电1 min,电动机做的有用功为多少?解析(1)电炉电阻R=20,电压U=10V,故电流IR=UR=0.5A通过电动机的电流IM=I-IR=2.5A-0.5A=2A。(2)电动机的总功率P=UIM=102W=20W电动机的发热功率P热=IM2r=221W=4W故电动机的机械功率是P出=P-P热=20W-4W=16W做的有用功W=P出t=1660J=960J。答案(1)

13、2 A(2)960 J6.电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,某种电热式用电器的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:(1)当开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?(2)用电器由照明电路供电,U=220 V,设加热时用电器的功率为400 W,保温时用电器的功率为40 W,则R1和R2分别为多大?解析(1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,用电器消耗的电功率P1=U2R1;当S断开时,用电器消耗的电功率P2=U2R1+R2,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。(2)S闭合时,由P1=U2R1得R1=U2P1=2202400=121;S断开时,由P2=U2R1+R2得R2=U2P2-R1=220240-121=1089。答案(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态(2)121 1 089