2019-3-15 高中 物理 焦耳定律 计算题

2019-3-15 高中物理焦耳定律计算题
（考试总分：100 分考试时间： 120 分钟）
一、计算题（本题共计 10 小题，每题 10 分，共计100分）
1、在5s时间内通过某一导体横截面的电量是10C，则通过该导体的电流强度多大？如该导体的电阻为4Ω，则电流做功多少？
2、一个阻值为5Ω的定值电阻，通过的电流恒为2A，求：
（1）定值电阻两端电压U；
（2）在1分钟内电阻产生的热量Q。

3、一段阻值为4Ω的电阻丝连入电压为10 V的电路中，求：
(1)电阻丝的热功率。

(2)1分钟内该电阻丝产生的热量。

4、小明同学家有一台微电脑控制的电热水壶，如图17所示。

该电热水壶可以将水从桶中自动抽到壶中并自动加热至水烧开。

小明观察该电热水壶的铭牌时发现其额定加热功率模糊不清，其他铭牌标记均清晰(如表所示)；烧水前他关掉家里其他用电器，只接通电热水壶，小电动机开始额定电压下用5s时间将水从桶中提升了80cm加至电热水壶满刻度处自动停止加水，此时显示水温为20℃，电热水壶加满水后开始在额定电压下烧水至水温为100℃时自动断开电路停止工作。

小明还观察到，在电热水壶烧水的过程中，家里标有3000r evs/(kW·h)的电能表在30s内转盘转了50转。

（g=10N/kg，ρ水= 1.0×103kg/m3， c水=4.2×103J/(kg•℃)）
求：
（1）小电动机提升水的工作效率
（2）电热水壶的额定加热功率;
（3）若电热水壶的加热效率为80%，则烧开该壶水所需的时间。

5、如图，已知E =8V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0-
10Ω。

求：①电源的最大输出功率；②R1上消耗的最大功率；③R2上消耗的最大功率
6、如图所示，电源的电动势E=110V，电阻R1=21Ω，电动机绕组的电阻R0=0.5Ω，电键S1始终闭合。

当电键S2断开时，电阻R1的电功率是525W；当电键S2闭合时，电阻R1的电功率是336W，求：
(1)当电键S2断开时，流过电阻R1的电流I；
(2)电源的内电阻r；
(3)当电键S2闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率。

7、如图所示的电路中，输入电压U恒为12V，灯泡L上标有“6V、12W“字样，电动机线圈的电阻R M=O．50Ω．若灯泡恰能正常发光，求
(1)电动机的输入功率
(2)电动机的输出功率
(3)整个电路消耗的电功率
(4)电动机若卡住不转动，灯泡将能否烧坏，请说明理由
8、图甲为一直流电动机提升重物的装置图，该直流电动机的电路结构可间化为图乙用来保护电路的定值电阻的阻值为，电动机线圈屯阻为，当电动机匀速向上提升质量为10kg
的重物时，图中电压表的示数为，而电压表的示数为，电动机处于正常工作中取，求：
电流表的示数；
重物上升的速度．
9、直流电动机在生产、生活中有着广泛的应用．如图所示，一直流电动机M和电灯L并联之后接在直流电源上，电动机内阻r1＝0.5 Ω，电灯灯丝电阻R＝10Ω(阻值认为保持不变)，电源电动势E＝12 V，内阻r2＝1.0 Ω，开关S闭合，电动机正常工作时，电压表读数为10V．求：
(1)流过电源的电流；
(2)电动机对外输出的机械功率．
(3)电源的效率。

10、在如图所示的电路中，电源的电动势 E=6.0V，内电阻不计，外电路的电阻R=12.0Ω．闭合开关S．求：
（1）通过电阻 R 的电流Ⅰ；
（2）通电 1分钟电阻 R 产生的热量 Q；
（3）电阻 R 消耗的热功率 P
一、计算题（本题共计 10 小题，每题 10 分，共计100分）
1、【答案】I=2A，W=80J
【解析】通过导体的电流由定义式：；
电流做功由焦耳定律：W=I2Rt=22×4×5J=80J.
2、【答案】（1）10V （2）1200J
【解析】（1）定值电阻两端电压U=IR=2×5V=10V；
（2）在1分钟内电阻产生的热量Q=I2Rt=22×5×60J=1200J。

3、【答案】（1）25W（2）1500J
【解析】（1）电阻丝的热功率
（2）1分钟内该电阻丝产生的热量：
4、【答案】(1). 64% (2). 2kW（3）420s
【解析】 (1).小电动机提升水的质量：m=ρv=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg 电动机对水做的功：W有=FS=Gh=mgh=2kg×10N/kg×0.8m=16J
电动机提水消耗的电能：W总=pt=5w×5s=25J
电动机提升水的工作效率：η=＝＝64%
(2)电热水壶烧水消耗的电能：W=
电热水壶的额定功率：
（3）水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）＝4.2×103J/(kg•℃)×2kg×（100℃－20℃）＝6.72×105J
水壶烧水消耗的电能：
5
5
6.7210
==8.410
80%
Q J
W J η
⨯
=⨯
吸
烧开该壶水所需的时间：
5
8.410
420
2000
W J
t s P W
⨯
===
5、【答案】①4W ②3.56W ③2.67W
【解析】当电源的内外电阻相等时电源的输出功率最大．当电路中电流最大时，R1消耗的功率最大．将R1看成电源的内阻，当等效电源的内阻与R2相等时R2消耗的功率最大．根据功率公式和欧姆定律求解．
【解答】①由分析可知：当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，此时 ,
电源的最大输出功率为
②是定植电阻，电流越大功率越大，所以当=0时
上消耗的功率最大，最大为：
③把也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6Ω，所以当时，上消耗的功率最大为：W
6、【答案】（1）5A（2）（3）22A,1606W
【解析】 (1) 设S2断开时R1消耗的功率为P1，则有：
可得：
(2) 当电键S2断开时，路端电压
电源的内电阻
(3) 当电键S2闭合时R1消耗的功率为P2，则有：
可得：
此时路端电压
通过电源的电流
通过电动机的电流
电动机的输出功率
7、【答案】(1)12W；(2)10W；(3)24W；（4）见解析
【解析】（1）电动机两端的电压U1=U−U L=12−6V=6V，整个电路中的电流I=A=2A,所以电动机的输入功率P=U1I=6×2W=12W；
（2）电动机的热功率P热=I2R M=4×0.5W=2.0W，电动机的输出功率P2=P−I2R M=12−2W=10W；
（3）整个电路消耗的功率P总=UI=12×2W=24W.
（4）对于灯泡的电阻
电动机若卡住不转动，可看做纯电阻。

根据欧姆定律，灯泡两端的电压为：
V=10V>6V
灯泡将烧坏。

8、【答案】 5A ；．
【解析】（1）对电阻R ，根据欧姆定律得：
（2）电动机的输入功率为：
电动机的发热功率为：
所以电动机的输出功率，即机械功率为： W
又：
代入数据解得：
9、【答案】（1）2A （2）9.5W （3）
【解析】（1）由电压表读数 U=10V，电动势为E=12V，可知电源内电压为：U内=E-U=12-10=2V
则流过电源的电流为：
（2）电动机两端电压为 U=10V
通过电灯的电流：
电流为：I M=I-I L=2-1=1A
则电动机输入功率为：P0=UI M=10×1W=10W
发热功率为：
故机械功率为：P机=P0-P Q=10-0.5=9.5W
（3）电源的总功率为：P=EI=12×2W=24W
发热功率为：P1=I2r2=22×1J=4W
故电源的输出功率为：P出=P-P1=24-4=20W
所以电源效率为：
10、【答案】（1）0.5A （2）180J （2）3W
【解析】(1)由闭合电路欧姆定律知,电路中的电流
(2) 通电1分钟电阻 R 产生的热量
(3) 电阻 R 消耗的热功率。