2024-2025學(xué)年新教材高中物理第五章電能與能源的可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)電路中的能量檢測含解析粵教版必修3

PAGE10-電路中的能量(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是 ()A.電功率越大,說明電流做功越快,則電路中產(chǎn)生的焦耳熱肯定越多B.W=UIt=I2Rt=t,對任何電路都適用C.U=IR對于純電阻和非純電阻電路都適用D.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路【解析】選D。電功率越大,表示電流做功越快,但是電路中產(chǎn)生的焦耳熱量的多少還與做功的時間的長短有關(guān),所以A錯誤;公式W=UIt是計算電路的總功的大小,適用于任何的電路,當(dāng)為純電阻電路時,依據(jù)歐姆定律I=,可以推出W=I2Rt,W=t,所以W=I2Rt,W=t只能適用于純電阻電路,所以B錯誤。U=IR只適用于純電阻電路,對非純電阻電路電路不適用,選項C錯誤;焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路中的焦耳熱量的計算,所以D正確。故選D。2.電子產(chǎn)品制作車間里經(jīng)常運用電烙鐵焊接電阻器和電容器等零件,技術(shù)工人常將電烙鐵和一個電燈串聯(lián)運用,電燈還和一只開關(guān)并聯(lián),然后再接到220V的電源上(如圖所示)。下列說法中正確的是 ()A.開關(guān)接通時比開關(guān)斷開時消耗的總電功率大B.開關(guān)接通時,電燈熄滅,只有電烙鐵通電,可使消耗的電功率減小C.開關(guān)斷開時,電燈發(fā)光,電烙鐵也通電,消耗的總功率增大,但電烙鐵發(fā)熱功率較小D.開關(guān)斷開時,電燈發(fā)光,可供在焊接時照明運用,消耗總功率不變【解析】選A。開關(guān)接通將燈短路,電燈熄滅,電路中總阻值減小,由P=知,電路的總電功率增大,故A項正確,B項錯誤;開關(guān)斷開時,電燈發(fā)光,電路中總阻值較大,由P=知,電路的總電功率較小,電烙鐵發(fā)熱功率較小,故C、D項錯誤。3.粗細(xì)勻稱的金屬環(huán)上A、B、C、D四點把其周長分成四等份,如圖所示,當(dāng)A、B兩點接入電路中時,圓環(huán)消耗的電功率為P;當(dāng)A、D兩點接入電路中時,圓環(huán)消耗的電功率為(電源內(nèi)阻不計) ()A.3PB.PC.PD.P【解析】選B。設(shè)金屬環(huán)的總電阻為4R,則當(dāng)A、B兩點接入電路中時,等效電阻為R,圓環(huán)消耗的電功率為P=;當(dāng)A、D兩點接入電路中時,等效電阻為R1==,圓環(huán)消耗的電功率P1==P,故B項正確。4.如圖所示,電阻R和電動機M串聯(lián)接到電路中,已知電阻R跟電動機線圈的電阻值相等,開關(guān)接通后,電動機正常工作。設(shè)電阻R和電動機M兩端的電壓分別為U1和U2,經(jīng)過時間t,電流通過電阻R做功為W1,產(chǎn)生熱量為Q1,電流通過電動機做功為W2,產(chǎn)生熱量為Q2。則有 ()A.U1<U2,Q1>Q2 B.U1=U2,Q1=Q2C.U1<U2,W1<W2 D.W1<W2,Q1<Q2【解析】選C。設(shè)開關(guān)接通后,電路中電流為I。對于電阻R,由歐姆定律得U1=IR,對于電動機U2>IR,則有U1<U2,電功W1=U1I,W2=U2I,則有W1<W2,依據(jù)焦耳定律得Q1=I2Rt,Q2=I2Rt,則有Q1=Q2,故C正確,A、B、D錯誤。5.汽車電動機啟動時車燈會瞬時變暗,如圖所示,在打開車燈的狀況下,電動機未啟動時電流表讀數(shù)為10A,電動機啟動時電流表讀數(shù)為58A,若電源電動勢為12.5V,內(nèi)阻為0.05Ω,電流表內(nèi)阻不計,A.35.8W B.43.2WC.48.2W D.76.8W【解析】選B。電動機未啟動時,由E=I1(R+r)得車燈的電阻為:R==1.2Ω,車燈消耗的功率為:P1=R=120W;電動機啟動時,路端電壓為:U2=E-I2r=9.6V,則車燈消耗的功率為:P2==76.8W,車燈的電功率降低了ΔP=P1-P2=43.2W,故B項正確。6.如圖所示的U-I圖像中,直線I為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系,直線Ⅱ為某一電阻R的伏安特性曲線,用該電源干脆與電阻R連接成閉合電路,由圖像可知 ()A.R的阻值為1.5ΩB.電源電動勢為3V,內(nèi)阻為0.5ΩC.電源的輸出功率為3.0WD.電源內(nèi)部消耗功率為3.0W【解析】選A。由圖像Ⅱ可知,外電阻R==Ω=1.5Ω,故A正確。由圖像Ⅰ可知,電源電動勢E=3.0V,短路電流I短=2.0A,電源內(nèi)阻r==1.5Ω,故B錯誤。由兩圖像的交點坐標(biāo),可得電源的路端電壓為1.5V,干路電流為1.0A,電源的輸出功率為P=UI=1.5×1.0W=1.5W,故C錯誤。電源內(nèi)部消耗功率為P內(nèi)=I2r=12×1.5W=1.5W,故D錯誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,圖線AB是某電源的路端電壓隨電流改變的關(guān)系圖線,OM是固定電阻R兩端的電壓隨電流改變的圖線,由圖可知 ()A.該電源的電動勢為6V,內(nèi)阻是2ΩB.固定電阻R的阻值為1ΩC.該電源的最大輸出功率為9WD.當(dāng)該電源只向電阻R供電時,其效率約為33.3%【解析】選C。由圖線AB可知電源的電動勢E=6V,短路電流為I短=6A,則r==1Ω,故A項錯誤;由圖線OM可知,R==2Ω,故B項錯誤;當(dāng)外電路電阻等于內(nèi)阻時,電源的輸出功率最大,所以該電源的最大輸出功率P==9W,故C項正確;當(dāng)該電源只向電阻R供電時,電源效率η=×100%=×100%≈66.7%,故D項錯誤。二、計算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標(biāo)明單位)7.(12分)如圖所示是始終流電動機工作時的電路圖。電動機內(nèi)阻r=0.8Ω,電路中另一電阻R=10Ω,直流電壓U=160V,電壓表示數(shù)UV=110V。試求:(1)通過電動機的電流;(2)輸入電動機的總功率;(3)電動機輸出的機械功率?！窘馕觥?1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓UR=U-UV通過電阻R的電流IR==A=5A即通過電動機的電流IM=IR=5A。(2)電動機的分壓UM=UV=110V輸入電動機的總功率P總=IM·UM=550W。(3)電動機的熱功率P熱=r=20W電動機輸出的機械功率P出=P總-P熱=530W。答案:(1)5A(2)550W(3)530W【加固訓(xùn)練】有一內(nèi)阻為4.4Ω的電解槽和一盞標(biāo)有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的直流電路兩端,燈泡正常發(fā)光,則 ()A.電解槽消耗的電功率為120WB.電解槽消耗的電功率為60WC.電解槽的發(fā)熱功率為60WD.電路消耗的總功率為60W【解析】選B。燈泡能正常發(fā)光,說明電解槽和燈泡均分得110V電壓,且流過電解槽的電流I=I燈==A=A,則電解槽消耗的電功率P=IU=P燈=60W,選項A錯誤,選項B正確;電解槽的發(fā)熱功率P熱=I2r≈1.3W,選項C錯誤;電路消耗的總功率P總=IU總=×220W=120W,選項D錯誤。8.(12分)如圖所示的電路中,電源的電動勢E=12V,內(nèi)阻未知,R1=8Ω,R2=1.5Ω,L為規(guī)格“3V3W”的燈泡,開關(guān)S斷開時,燈泡恰好正常發(fā)光。(不考慮溫度對燈泡電阻的影響)求:(1)燈絲電阻;(2)電源的內(nèi)阻;(3)開關(guān)S閉合時,燈泡實際消耗的功率。【解析】本題考查閉合電路的歐姆定律的綜合應(yīng)用以及功率等相關(guān)基本概念的理解和應(yīng)用。(1)由題意知燈泡正常發(fā)光,則燈絲的功率為額定功率,即燈絲電阻RL==Ω=3Ω;(2)斷開S時,燈L正常發(fā)光,即I1=I0,依據(jù)閉合電路歐姆定律得E=I0(R1+RL+r),解得r=1Ω;(3)閉合S時,外電路總電阻為R外=+R1=9Ω,依據(jù)閉合電路的歐姆定律知,干路電流為I總==A=1.2A,燈泡兩端的電壓UL=I總·=1.2V,燈泡實際消耗的功率PL==W=0.48W。答案:(1)3Ω(2)1Ω(3)0.48W(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)有三個電阻的阻值及額定功率分別為R1=10Ω,P1=10W,R2=20Ω,P2=80W,R3=5Ω,P3=20W,它們組成的電路如圖(甲)、(乙)、(丙)所示。下列關(guān)于各圖的說法正確的是 ()A.圖(甲)兩端允許加的最大電壓為35VB.圖(乙)電路允許通過的最大電流為5.5C.圖(丙)兩端允許加的最大電壓為17.5VD.圖(丙)電路允許消耗的最大功率為110W【解析】選A、C。由公式P1=R1可得I1=1A,同理可求得R2的額定電流I2=2A,R3的額定電流I3=2A,當(dāng)三個電阻串聯(lián)時最大電流為1A,兩端允許加的最大電壓為U=I(R1+R2+R3)=35V,故A項正確;由公式P1=U1I1,可得U1=10V,同理可求得電阻R2、R3的額定電壓分別為U2=40V,U3=10V,當(dāng)三個電阻并聯(lián)時最大電壓為10V,所以最大電流為I=++=3.5A,圖(乙)電路允許通過的最大電流為3.5A,故B錯誤;由前面分析可知R1、R2并聯(lián)時最大電壓為10V,并聯(lián)后總電流為1.5A,圖(丙)中流過R3的電流最大為1.5A,兩端電壓大小為U3=IR3=7.5V,所以兩端允許加的最大電壓為10.(6分)如圖所示的電路中,兩平行金屬板之間的帶電液滴處于靜止?fàn)顟B(tài),電流表和電壓表均為志向電表,由于某種緣由燈泡L的燈絲突然燒斷,其余用電器均不會損壞,則下列說法正確的是 ()A.電流表、電壓表的讀數(shù)均變小B.電源內(nèi)阻消耗的功率變大C.液滴將向上運動D.電源的輸出功率變大【解析】選C。當(dāng)L的燈絲突然燒斷可知電路中總電阻增大,則總電流減小,電源的內(nèi)電壓和R1電壓減小,由閉合電路的歐姆定律可知,路端電壓增大,故電容器C的電壓增大,板間場強增大,帶電液滴所受的電場力增大,則該液滴將向上運動,故C項正確;由于C兩端的電壓增大,R2、R3中的電流增大,則電流表、電壓表的讀數(shù)均變大,故A項錯誤;因干路電流減小,則電源內(nèi)阻消耗的功率變小,故B項錯誤;由于電源的內(nèi)外電阻的關(guān)系未知,不能推斷電源的輸出功率如何改變,故D項錯誤?！炯庸逃?xùn)練】(多選)在如圖所示的電路中,開關(guān)閉合后,燈泡L能正常發(fā)光。當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動后,下列推斷正確的是 ()A.定值電阻R0兩端的電壓變大B.燈泡L變暗C.電源消耗的總功率增大D.電容器C的電荷量增大【解析】選B、D。電路穩(wěn)定時,與電容器串聯(lián)的電路沒有電流,R0兩端的電壓不變。當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時,變阻器在路電阻增大,外電阻增大,電路中電流減小,燈L變暗。電流減小,電源的內(nèi)電壓減小,則路端電壓增大,而電容器的電壓等于路端電壓,所以電容器的電壓增大,由Q=CU分析可知其電荷量增大。電源消耗的總功率為P=EI,電流減小,所以電源消耗的總功率將減小,故A、C錯誤,D正確。11.(6分)(多選)如圖所示,直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流的改變的特性圖線,曲線Ⅲ是一個小燈泡的伏安特性曲線,假如把該小燈泡分別與電源1、電源2單獨連接,則下列說法正確的是 ()A.電源1與電源2的內(nèi)阻之比是11∶7B.電源1與電源2的電動勢之比是1∶1C.在這兩種連接狀態(tài)下,小燈泡消耗的功率之比是2∶1D.在這兩種連接狀態(tài)下,小燈泡的電阻之比是1∶2【解析】選A、B。依據(jù)電源的路端電壓隨輸出電流的改變的特性圖線斜率的肯定值表示電源內(nèi)阻可知,電源1與電源2的內(nèi)阻之比是11∶7,故A項正確;依據(jù)電源的路端電壓隨輸出電流的改變的特性圖線在縱軸的截距表示電源電動勢可知,電源1與電源2的電動勢之比是1∶1,故B項正確;依據(jù)曲線交點表示實際工作點,交點的縱、橫坐標(biāo)的乘積表示電源輸出功率,在這兩種連接狀態(tài)下,由P=UI可知,小燈泡消耗的功率之比是1∶2,故C項錯誤;依據(jù)曲線交點的縱、橫坐標(biāo)的比值表示小燈泡電阻,在這兩種連接狀態(tài)下,由R=可知,小燈泡的電阻之比是18∶25,故D項錯誤。12.(22分)如圖所示電路,電源內(nèi)阻r=1Ω,R1=2Ω,R2=5Ω,燈L標(biāo)有“3V1.5W”字樣,滑動變阻器最大值為R,當(dāng)滑片P滑到最右端A時,電流表讀數(shù)為1A,此時燈L恰好正常發(fā)光,(1)電源電動勢E。(2)當(dāng)滑片P滑到最左端B時,電流表讀數(shù)。(3)當(dāng)滑片P位于滑動變阻器的中點時,滑動變阻器上消耗的功率?！窘馕觥?1)當(dāng)P滑到A時,R2被短路,如圖甲所示,由閉合電路歐姆定律得:E=UL+I(R1+r)=6V。(2)當(dāng)P滑到B點時,電路如圖乙所示,此時電流表的讀數(shù)為I′==2A。(3)當(dāng)滑片P位于滑動變阻器中點時等效電路如圖丙所示,由圖丙知R2與右側(cè)被電流表短接,在圖甲所示電路中總電流為I=1A,通過燈L的電流為IL==0.5A通過變阻器R的電流為IR=I-IL=0.5A,由并聯(lián)電路的特點可得R=RL==6Ω,在圖丙所示電路中并聯(lián)部分電路的總電阻為R并==2Ω,并聯(lián)部分電路的電壓為U并=E=2.4V滑動變阻器上消耗的功率為PR==1.92W。答案:(1)6V(2)2A(3)1.92W【加固訓(xùn)練】如圖所示是電飯煲的電路圖,S1是一個控溫開關(guān),手動閉合后,當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(103℃)時,會自動斷開。S2是一個自動控溫開關(guān),當(dāng)溫度低于70℃時,會自動閉合;溫度高于80℃時,會自動斷開。紅燈是加熱時的指示燈,黃燈是保溫時的指示燈,定值電阻R1=R2=500Ω,加熱電阻絲(1)分析電飯煲的工作原理。(2)簡要回答,假如不閉合開關(guān)S1,能將飯煮熟嗎?(3)計算加熱和保溫兩種狀