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《焦耳定律》
基础达标
1.对于连入电路的不同灯泡而言,亮度大的灯泡是( )
A.通过电流大的灯泡 B.两端电压大的灯泡
C.电阻值大的灯泡D.消耗电功率大的灯泡
【解析】 亮度大的灯泡,功率大,D正确.
【答案】 D
2.关于电功W和电热Q的说法正确的是( )
A.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=Q
B.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于Q
C.W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立
D.W=UIt在任何电路中成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立
【解析】 W=UIt、Q=I2Rt适用于一切电路,但在纯电阻电路中W=Q,在非纯电阻电路中W>Q,B对,A、C、D错.
【答案】 B
3.(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( )
A.电炉放热和电动机放热相等
B.电炉两端电压大于电动机两端电压
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的电功率
【解析】 由Q热=I2Rt知A对.电炉为纯电阻用电器,UIt=I2Rt,U=IR,电动机为非纯电阻用电器,U′I′t>I′2Rt,U′>I′R,B、C错,D对.
【答案】 AD
4.下图中虚线框内是一个未知电路,测得它的两端点a、b之间电阻是R,在a、b之间加上电压U,测得流过电路的电流为I,则未知电路的电功率一定是( )
A.I2RB.U2/R
C.UID.UI-I2R
【解析】 选项A、B的表达式只适用于纯电阻电路,D项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率,虚线框中不知道是哪种元件,功率P=UI总是适用的,C选项正确.
【答案】 C
5.如右图所示,电路两端的电压U保持不变,电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则电阻之比R1∶R2∶R3( )
A.1∶1∶1B.4∶1∶1
C.1∶4∶4D.1∶2∶2
【解析】 R2、R3并联,电压相等,功率又相等,所以电流相等,电阻相等;因此通过R1的电流是通过R2电流的两倍,又因为功率相等,根据P=I2R可知,R1是R2的
.根据以上分析可知R1:
R2:
R3=1:
4:
4.
【答案】 C
6.电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到市电上(如下图所示),下列说法正确的是( )
A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大
B.开关接通时,灯泡熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小
C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热较少
D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗总功率不变
【解析】 开关接通时,灯泡被短路,灯泡熄灭,电路的总电阻变小,电路的总功率P=
变大,电烙铁的功率变大,A正确,B、C、D不正确.
【答案】 A
7.一盏电灯直接接在电压恒定的电源上,其功率为100W,若将这盏电灯接上一段很长的导线后,再接在同一电源上,在导线上损失的电功率为9W,那么此时电灯实际消耗的功率将( )
A.大于91WB.小于91W
C.等于91WD.条件不足,无法确定
【解析】 电源电压不变,当电阻增大时,由P=
可知,功率减小,所以将灯接在很长的导线上总功率小于100W,导线损失9W,则电灯的功率将小于91W,故B选项正确.
【答案】 B
8.
电阻R1与R2的伏安特性曲线如图所示,并把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,现把R1与R2串联在电路中,R1和R2消耗的电功率分别为P1和P2,串联总电阻为R,下列关于P1与P2大小及R的伏安特性曲线所在区域的叙述,正确的是( )
A.P1>P2,特性曲线在Ⅰ区
B.P1 C.P1>P2,特性曲线在Ⅲ区 D.P1 【解析】 由题图知R1 【答案】 D 9.一台电动机电阻为0.5Ω,正常工作时通过的电流为20A,在10s内转化的机械能为4.2×104J,求: 在这10s内电流做了多少功? 电动机产生的热量为多少? 【解析】 先计算电热,Q=I2Rt=2.0×103J,再根据W=Q+E机,故W=2.0×103J+4.2×104J=4.4×104J. 【答案】 4.4×104J 2.0×103J 能力提升 1.两个电阻,R1=8Ω,R2=2Ω,并联在电路中,欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行的办法是( ) A.用一个阻值为2Ω的电阻与R2串联 B.用一个阻值为6Ω的电阻与R2串联 C.用一个阻值为6Ω的电阻与R1串联 D.用一个阻值为2Ω的电阻与R1串联 【解析】 欲使两电阻消耗的电功率相等,须有I R1=I R2,此时I2=2I1.显然,用一个2Ω的电阻与R2串联后,再与R1并联,可满足题目要求.故A选项正确. 【答案】 A 2.超导材料电阻率恰变为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家发现了临界温度为90K的高温超导材料.利用超导材料零电阻的性质,可实现无损耗输电.现有一直流电路,输电线的总电阻为0.4Ω,它供给用电器的电功率为40kW,电压为800V.如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为( ) A.1kWB.1.6×103kW C.1.6kWD.10kW 【解析】 因为超导体电阻为零,不损耗电功率,所以节约的电功率即是用普通材料时线路损耗的电功率,P=I2R= 2R= 2×0.4W=1kW.故正确答案为A. 【答案】 A 3.(多选)如图所示,电阻R1=20Ω,电动机绕组的阻值R2=10Ω.当开关打开时,电流表的示数是I0=0.5A;当开关合上后,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=1.5AB.I<1.5A C.P=15WD.P<15W 【解析】 由题意知,电路两端的电压U=R1I0=10V,闭合开关后,当电压全部加在电动机的内阻上时,它的电流为1A,但只有一部分电压加在电动机内阻上,所以I<1.5A,B对;同理电动机所消耗的功率也小于10W,则电路消耗的电功率P<15W,D正确,故选B、D. 【答案】 BD 4.小王同学在电工师傅的指导下测得一只白炽灯的电阻为60Ω,电灯接入电路中时,测得灯泡两端的电压为220V,通过灯泡的电流是0.27A,出现了 >60Ω的现象,则关于出现这一现象的合理解释是( ) A.出现上述现象的原因是测量误差所致 B.出现这种现象可能是由于电灯是非纯电阻元件 C.出现这种现象是由于灯泡的电阻随温度的升高发生了变化 D.以上解释均有可能 【解析】 =815Ω,与60Ω的差别很大,显然不是测量误差所致.表面上从 ≠R,判定电灯是非纯电阻元件是不可取的.因为从能量角度来看,电流做功全部转化为灯丝的内能,所以应是纯电阻元件.出现这一现象的最根本的原因是: 通上电的灯泡的灯丝随温度升高电阻发生了明显的变化,C对. 【答案】 C 5.某一直流电动机提升重物的装置如图,重物质量m=50kg,电源电压U=110V,不计电源的内阻及各处摩擦,当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时,电阻中的电流I=5A,由此可知电动机线圈的电阻R为多少? 【解析】 电动机消耗的电能一部分用于提升重物的机械能,一部分消耗在电动机线圈电阻发热上 P电=P机+P热,其中P电=UI P机=mgv,P热=I2R 则UI=mgv+I2R R= =4.4Ω 【答案】 4.4Ω 《焦耳定律》 1.电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功,电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量. 2.电流做功的公式为W=UIt,适用于任何电路. 电功率的公式为P=UI,适用于任何电路. 3.电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,这一规律叫焦耳定律,表达式为Q=I2Rt,适用于任何电路.焦耳定律是电流热效应的实验定律,凡计算电热都要用该规律. 电热功率是描述电流做功产生电热的快慢程度的物理量,公式为P=I2R,适用于任何电路. 4.只含有电阻的电路称为纯电阻电路,当有电流通过时,电能全部转化为内能,即电功等于电热,用公式表示为W=Q=I2Rt=UIt.含有电动机等非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路,电路中的电能除一部分转化为内能外,其他部分转化为机械能、化学能等,此时电功大于电热,电功表达式W=UIt,电热表达式为Q=I2Rt. 5.两个绕线电阻分别标有“100Ω 10W”和“20Ω 40W”则它们允许通过的额定电流之比是( ) A. /5B. /20 C. /10D.1/2000 答案 C 6.两个电阻分别标有“1A 4W”和“2A 1W”,则它们的电阻之比为( ) A.2∶1B.16∶1C.4∶1D.1∶16 答案 B 7.关于电功,下列说法中正确的有( ) A.电功的实质是电场力所做的功 B.电功是电能转化为其他形式能量的量度 C.电场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 AB 【概念规律练】 知识点一 电功、电功率的计算 1.关于四个公式①P=UI;②P=I2R;③P= ;④P= ,下列叙述正确的是( ) A.公式①④适用于任何电路的电功率的计算 B.公式②适用于任何电路的电热功率的计算 C.公式①②③适用于任何电路电功率的计算 D.以上均不正确 答案 AB 解析 P=UI、P= 适用于任何电路的电功率的计算,而P=I2R、P= 只适用于纯电阻电路的电功率的计算,故A正确,C错误.P=I2R适用于任何电路的热功率的计算,P=UI、P= 只适用于纯电阻电路的热功率的计算,故B正确. 2.一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端的电压U变化的关系图象如图1(a)所示,将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源上,如图(b)所示,三个用电器消耗的电功率均为P.现将它们连接成如图(c)所示的电路,仍然接在该电源的两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2,它们之间的大小关系为( ) 图1 A.P1=4P2 B.PD=P/9 C.P1<4P2D.PD>P2 答案 C 解析 从电阻器D的I—U图线可以得出,电阻器的阻值随所加电压的增大而减小,在题图(b)中,三个电阻消耗的功率相等,都为P= = = ,说明三个电阻的阻值相等,即R1=R2=RD.连接成图(c)所示的电路时,电阻器D两端的电压小于U,电阻器D的阻值RD′>RD,这时电阻器RD两端的电压UD> ,电阻R1两端的电压U1< ,电阻R2两端的电压U2=UD> ,由电功率计算式综合比较得出,A、B、D错误,C正确. 知识点二 焦耳定律 3.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多 B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt= t只适用于纯电阻电路 C.在非纯电阻电路中,UI>I2R D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路 答案 BCD 解析 电功率公式P= ,表示功率越大,电流做功越快.对于一段电路,有P=IU,I= ,焦耳热Q=( )2Rt,可见Q与P、U、t都有关.所以,P越大,Q不一定越大,A不对. W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路.而I= 只适用于纯电阻电路,B对. 在非纯电阻电路中,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即UI>I2R,C对. Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,D正确. 4.如图2所示,有一提升重物用的直流电动机,内阻RM=0.6Ω,R=10Ω,U=160V,电压表的读数为110V.则: 图2 (1)通过电动机的电流是多少? (2)输入到电动机的电功率是多少? (3)电动机工作1h所产生的热量是多少? 答案 (1)5A (2)550W (3)5.4×104J 解析 (1)电动机是非纯电阻,不能用公式 来求电路中的电流.R两端的电压为UR=U-UM=160V-110V=50V,I= = A=5A. (2)P入=UMI=110×5W=550W. (3)Q=I2RMt=5.4×104J 【方法技巧练】 一、纯电阻电路中电功和电功率的计算方法 5.有四盏灯,接入如图3所示的电路中,L1和L2都标有“200V 100W”字样,L3和L4都标有“220V 40W”字样,把电路接通后,最暗的灯是哪一盏? 最亮的灯是哪一盏? 图3 答案 L3最喑,L4最亮 解析 由它们的额定电压、额定功率判断出R1=R2 方法总结 在比较两个灯泡的功率大小时,可先比较有相同量的两个灯泡,L1与L4电流相同,利用P=I2R比较功率大小;L2与L4电压相同,利用P= 比较功率大小;L1与L2电阻相同,利用P=I2R比较功率大小. 6.额定电压都是110V,额定功率PA=100W,PB=40W的电灯两盏,若接在电压是220V的电路上,两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个( ) 答案 C 解析 判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流. 由P= 和已知条件可知RA 对于A电路,由于RA 对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,A灯若正常发光,则B灯烧毁. 对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V,两灯可以正常发光. 对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110V,两灯可以正常发光. 比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110,所以C电路消耗电功率最小. 方法总结 解此类问题的思路分两步: ①先分清哪个电路的A、B灯能正常发光,这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值,其余两个也达到额定值方面分析.②确定了正常发光的电路后,再比较哪一个的实际功率小,可以用计算的方法去比较,也可以用定性分析法比较. 二、纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化问题的分析 7.一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,在相同时间内( ) A.电炉放热与电动机放热相等 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 答案 ABD 解析 电炉属于纯电阻用电器,电动机属于非纯电阻用电器.对于电炉有: U=IR,放热Q=I2Rt,消耗功率P=I2R.对于电动机有: U>IR,放热Q=I2Rt,消耗功率P=UI>I2R. 8.有一个直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4A;若把电动机接入2V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0A.则: (1)电动机正常工作时的输出功率为多大? (2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大? 答案 (1)1.5W (2)8W 解析 (1)接U=0.2V电压,电机不转,电能全部转化成内能,故可视为纯电阻电路.电流I=0.4A, 根据欧姆定律,线圈电阻R= = Ω=0.5Ω. 当接U′=2.0V电压时,电流I′=1.0A, 故输入电功率P电=U′I′=2.0×1.0W=2.0W, 热功率P热=I′2R=12×0.5W=0.5W. 故输出功率即机械功率 P机=P电-P热=(2.0-0.5)W=1.5W. (2)如果正常工作时,转子被卡住,则电能全部转化成内能,故其发热功率P热′= = W=8W. 方法总结 (1)电动机是非纯电阻用电器,要注意区分电功率和热功率,电功率用P总=UI计算,热功率P热=I2R,机械功率P机=P总-P热. (2)注意搞清楚电动机电路中的能量转化关系,用能量守恒定律来分析问题. 1.不考虑温度对电阻的影响,对一个“220V 40W”的灯泡,下列说法正确的是( ) A.接在110V的电路中时的功率为20W B.接在110V的电路中时的功率为10W C.接在440V的电路中时的功率为160W D.接在220V的电路中时的功率为40W 答案 BD 解析 由P额= 得,灯泡的电阻R= Ω=1210Ω,当电压为110V时,P= = W=10W;电压为440V时,超过灯泡的额定电压一倍,故灯泡烧坏,P=0. 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,电流为I/2时,则在时间t内产生的热量为( ) A.4QB.2QC.Q/2D.Q/4 答案 C 解析 由电热公式Q=I2Rt可得Q′=( I)22Rt= I2Rt= Q. 3.关于电功和电热,下面说法正确的是( ) A任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt且W=Q B.任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt但W有时不等于Q C.电功W=UIt在任何电路中都适用,Q=I2Rt只在纯电阻电路中适用 D.电功W=UIt,电热Q=I2Rt,只适用于纯电阻电路 答案 B 4.一台额定电压为U的电动机,它的电阻为R,正常工作时通过的电流为I,则( ) A.电动机t秒内产生的热量是Q=UIt B.电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt C.电动机的功率为P=I2R D.电动机的功率为P=U2/R 答案 B 解析 电动机工作时,是非纯电阻电路,输入的总电能为UIt,它转化为两部分: 一是电动机内阻上产生的热能Q=I2Rt,二是电动机对外输出的机械能E=UIt-I2Rt. 5.两盏额定功率相同的灯泡A和B,其额定电压UA>UB,则下列说法正确的是( ) A.两灯正常发光时,灯泡的电流强度IA>IB B.两灯电阻RA C.将两灯串联后接入电路中发光时,则灯泡的功率PA D.将两灯并联后接入电路中发光时,则灯泡的功率PA′ 答案 D 解析 由P=U2/R可知RA>RB,由P=UI可知额定电流IA 两灯串联后,由串联电路的功率分配关系可知P∝R,所以PA>PB; 两灯并联后,由并联电路的功率分配关系可知P∝1/R,所以PA′ 6.如图4所示,三个电阻R1、R2、R3的阻值相同,允许消耗的最大功率分别为10W、10W、4W,此电路中允许消耗的最大功率为( ) 图4 A.24WB.16W C.12WD.15W 答案 D 7.下面是某电热水壶的铭牌,由此可知该电热水壶正常加热1min产生的热量为( ) 电热水壶 型号 SP—356A 额定电压 220V 额定功率 1800W 额定频率 50Hz 额定容量 1.5L A.1.80×103JB.1.10×104J C.1.32×104JD.1.08×105J 答案 D 解析 由铭牌可知,电热水壶的功率为1800W,所以正常加热1分钟产生的热量为Q=Pt=1800×60J=1.08×105J. 8.有A、B两个电阻,它们的伏安特性曲线如图5所示,从图线可以判断( ) 图5 A.电阻A的阻值大于电阻B B.电阻A的阻值小于电阻B C.电压相同时,流过电阻A的电流强度较大 D.两电阻串联时,电阻A消耗的功率较小 答案 BCD 9.理发用的电吹风机中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,直到热风将头发吹干.设电动机线圈电阻为R1,它与电热丝的电阻R2串联后接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,电流为I,消耗的电功率为P,则有( ) ①P=IU ②P=I2(R1+R2) ③P>IU ④P>I2(R1+R2) A.①②B.①④C.②③D.③④ 答案 B 10.如图6所示,电源电压恒为U=14V,小灯泡L标有“4V 8W”,电动机的线圈电阻rM=1.0Ω,当变阻器调到2Ω时,小灯泡与电动机均正常工作,求电动机的机械效率. 图6 答案 66.7% 解析 小灯泡正常工作I= =2A 电动机的输入功率P入=I(U-U1-IR)=12W 线圈电阻消耗的功率P内=I2rM=4W 所以电动机的机械效率 η= = =66.7%. 11.一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转动轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V时,电流为0.3A.松开转动轴,在线圈两端加电压为2V时,电流为0.8A,电动机正常工作.则: 该电动机正常工作时,输入的电功率是多少? 电动机的机械功率是多少? 答案 1.6W 0.96W 解析 电动机不转动时,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得电动机线圈内阻: r= = Ω=1Ω. 电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,其输入的电功率为 P入=I1U1=0.8×2W=1.6W, 电动机的机械功率为 P机=P入-I r=1.6W-0.82×1W=0.96W. 《焦耳定律》 1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是( ) A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多 B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt= t只适用于纯电阻电路 C.在不是纯电阻的电路中,UI>I2R D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路 【解析】 电功率公式为P= ,功率越大,表示电流做功越快.对于一段电路,有P=IU,I= ,焦耳热Q=( )2Rt,可见Q与P、U、t都有关.所以,P越大,Q不一定越大,A错. W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路.而I= 只适用于纯电阻电路,B对. 在非纯电阻电路中,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即UI>I2R,C正确. Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,D正确. 【答案】 A 2.下列说法正确的是( ) A.家庭生活中,常说的“1度”电,指的是电功率的单位 B.功率是1千瓦的空调正常工作一个小时所消耗的电功是1度 C.1度等于1000焦耳 D.1度等于3.6×106瓦 【解析】 “度”是电功的单位,
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