2-5焦耳定律习题

2 .5(1)A 级 夯实双基1．关于电功率的下列说法中，正确的是( )A ．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B ．用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C ．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率D ．电功率越小，则电流做功越少答案：C 解析：用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和电压无关，故A 错C 对，而用电器实际功率是多大，是由加在它两端的电压和通过的电流决定的，故B 错，电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与时间有关，故D 错．2．一台直流电动机的电枢线圈的电阻是R ，其额定电压是U ，额定功率是P ，那么它正常工作时的电流( )A ．等于P /U ，且大于U /RB ．等于P /U ，且小于U /RC ．等于P /U ，也等于U /RD ．不等于P /U ，但等于U /R答案：B 解析：直流电动机消耗电能转化为机械能，不属于纯电阻用电器，欧姆定律不能适用，因电动机线圈的直流电阻很小，故U /R 的值很大，故ACD 均错，P ＝UI 是电功率的定义式普遍适用，故正确答案为B.3．关于四个公式：①P ＝UI ；②P ＝I 2R ；③P ＝U 2R ；④P ＝W t.下列叙述正确的是( ) A ．公式①④适用于任何电路的电功率B ．公式②③适用于任何电路的电热功率C ．公式①②③适用于任何电路的电功率D ．上述没有一个正确答案：A 解析：P ＝UI 、P ＝W t适用于任何电路电功率的计算，而P ＝I 2R 适用于任何电路热功率的计算，故A 正确；P ＝U 2R只适用于纯电阻电路中电功率及热功率的计算，故B 、C 、D 错．4．关于电功、电功率的下列说法中，正确的是( )A ．电功就是电源非静电力把正电荷在电源内部从负极移到正极所做的功B ．电功是指导体内静电力移送电荷做功，把电能转化为其他形式能的过程C ．电流做功消耗的能量是由电源供给的D ．电功率越大，电流做功越多答案：BC 解析：电功是指静电力移动电荷做功，电能转化为其他形式的能，A 错，B 、C 对；功率大做功快，不一定做功多，D 错．5．一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 答案：AD 解析：由Q 热＝I 2Rt 知A 对．电炉为纯电阻用电器UIt ＝I 2Rt ，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．6．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 的电路上时，功率为20WB ．接在110V 的电路上时，功率为10WC ．接在440V 的电路上时，功率为160WD ．接在220V 的电路上时，功率为40W 答案：BD 解析：不考虑温度对电阻的影响时，灯泡的电阻为R ＝U 2P ＝(220V )240W＝1210Ω当两端加110V 电压时的电功率为 P ′＝U ′2R ＝(110V )21210Ω＝10W 故A 错．B 、D 均正确．当两端电压为440V 时，灯泡已烧坏不工作了，故C 错．7．两只灯泡A 和B 上分别标有“110V ,12.1Ω”和“110V ,6.05Ω”的字样．现将A 、B 串联接在220V 的电压上，且A 、B 均为纯电阻元件，试计算灯泡A 、B 的实际功率，并说明会发生什么现象？答案：1777.8W 888.9W A 可能被烧毁，A 烧毁后B 也随之熄灭．解析：A 的额定电功率为P A ＝U 2R A ＝110212.1W ＝1000W B 的额定电功率为P B ＝U 2R B ＝11026.05W ＝2000W A 、B 串联后，R ＝R A ＋R B ＝18.15Ω总电流I ＝U R ＝22018.15A A 的实际功率：P A ′＝I 2R A ＝(22018.15)2×12.1W ≈1777.8W>P A ， B 的实际功率：P B ′＝I 2R B ＝(22018.15)2×6.05W ≈888.9W<P B ，所以A 可能被烧毁，如果A 烧毁则B 也不可能发光．B 级 提升能力8．如图所示，是甲、乙两个电阻的I －U 图象，由此可以判断出甲、乙电阻串联时的功率之比为( ) A.3∶1 B ．1∶ 3C ．3∶1D ．1∶3答案：B 解析：在I －U 图象中，图线(为直线时)的斜率的倒数表示电阻，由此可得R 甲∶R 乙＝1∶3，又因为两电阻串联，电流相同，由P＝I 2R 得P 甲∶P 乙＝1∶ 3.选项B 正确．9．如图所示，A 、B 、C 三个灯的铭牌均为“220V 40W ”，当开关S 突然断开时，电灯A 、B 的亮度变化情况是( )A ．A 灯和B 灯都变暗 B ．A 灯和B 灯都变亮C ．A 灯变亮，B 灯变暗D ．A 灯变暗，B 灯变亮答案：D 解析：断开S 前，B 、C 两灯并联后再和A 灯串联，流过A 的电流等于流过B 、C 的电流之和，A 灯最亮，此时A 灯两端电压为B 灯、C 灯两端电压的2倍．断开S 后，A 灯和B 灯串联，此时电路中的总电阻比断开S 前大，电路中的电流比断开S 前的小，所以A 灯变暗．这时B 灯两端的电压比断开S 前的高，所以B 灯变亮．故选项D 正确．10．如图所示，电路两端电压U 保持不变，变阻器R 的全阻值与R 2的阻值均为20Ω，电阻R 1的阻值为5Ω.当滑动变阻器R 的滑片P由a 向b 滑动的过程中( )A ．干路中电流不断增大B ．R 1上消耗的电功率不断增大C ．R 1上消耗的电功率不断减小D ．R 2上消耗的电功率不断减小答案：ABD 解析：滑片由a 向b 滑动时R 变小，R 并变小，R 总变小，电路中的总电流变大，R 1两端电压变大，消耗的功率变大；并联部分电压变小，R 2消耗的功率变小．故选项A 、B 、D 正确．11．下面列出了不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌上的主要项目，试判断：(1)正常工作时，其中功率最大的是( ) A.54cm 彩色电视接收机工作电压170V ～240V 工作频率50Hz 额定功率85WC.FS —69电风扇规格400mm额定电压220V 工作频率50Hz额定功率65W D.KFR —33GW 空调机额定电压220V工作频率50Hz制冷/制热电流6.2A (2)根据上题铭牌上提供的信息，判断在12h 内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是( )A ．电冰箱比电风扇多B ．电风扇比电冰箱多C ．电风扇与电冰箱一样多D ．电冰箱比电风扇可能多，也可能少答案：(1)D (2)B解析：(1)由铭牌上所标数值易知，正常工作时电视机的功率为85W ，电冰箱的功率为70W ，电风扇的功率为65W ，空调机的功率为P ＝U ·I ＝1364W ，因此功率最大的是空调机．(2)依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在12小时内耗电0.25kW·h ，而电风扇12小时内耗电：W ＝P ·t ＝0.78kW·h ，故B 选项正确．小结：理解题目提供的信息并从中挖掘理解题所需要的物理量，如空调机的额定电压220V ，正常工作电流6.2A.12．如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r ＝0.6Ω，R＝10Ω，U ＝160V ，电压表的示数为110V .求：(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)在电动机中发热的功率是多少？(4)电动机工作1h 所产生的热量是多少？解析：(1)设电动机两端的电压为U 1，电阻R 两端的电压为U 2，则U 1＝110V ，U 2＝U －U 1＝(160－110)V ＝50V 通过电动机的电流为I ，则I ＝U R ＝5010A ＝5A (2)输入到电动机的电功率P 电＝U 1I ＝110×5W ＝550W(3)在电动机中发热的功率P 热＝I 2r ＝52×0.6W ＝15W(4)电动机工作1h 所产生的热量Q ＝I 2rt ＝52×0.6×3600＝54000J.小结：电动机是非线性元件，欧姆定律对电动机不适用了，所以计算通过电动机的电流时，不能用电动机两端的电压除以电动机的内阻．通过计算发现，电动机消耗的电功率远大于电动机的热功率．13．电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，他们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．下图为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R 1、R 2和自动开关S .(1)当自动开关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 ＝220V)，设加热时用电器的电功率为400W ，保温时用电器的电功率为40W ，则R 1和R 2分别为多大？答案：(1)闭合时，加热；断开时，保温 (2)R 1＝121Ω，R 2＝1089Ω解析：(1)由P ＝U 2/R 可判定S 闭合处于加热状态，S 断开时处于保温状态．(2)由电功率表达式P ＝U 2/R 知闭合时P 1＝U 2R 1，断开时P 2＝U 2/(R 1＋R 2)，解以上两式得R 1＝121Ω，R 2＝1089Ω.2-5焦耳定律(2)1．(2013·九江一中高二检测)锰铜合金的电阻几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻．如图2－5－4是两个标准电阻的伏安特性曲线，若把两个电阻串联接入电路中，在相同时间内产生的热量关系为( )A ．Q 1＝Q 2B ．Q 1>Q 2C ．Q 1<Q 2D ．无法确定【解析】 由I －U 图线的斜率表示电阻的倒数可知R 1<R 2，由焦耳定律Q ＝I 2Rt得Q 1<Q 2.【答案】 C2．(多选)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，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R 1，它与电热丝的电阻R 2串联，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( )A ．P ＜UIB ．P ＝I 2(R 1＋R 2)C ．P ＝UID ．P ＞I 2(R 1＋R 2)【解析】 电动机电路在电机正常转动时，电动机消耗的功率P ＝UI ，且大于发热功率，选项C 、D 正确．【答案】 CD3．(2012·上海高考)当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为0.9 J ．为在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( )A ．3 V 1.8 JB ．3 V 3.6 JC ．6 V 1.8 JD ．6 V 3.6 J【解析】 设两次加在电阻R 上的电压分别为U 1和U 2，通电的时间都为t .由公式W 1＝U 1q 1和W 1＝U 21R t 可得：U 1＝3 V ，t R ＝0.1，再由W 2＝U 2q 2和W 2＝U 22Rt 可求出：U 2＝6 V ，W 2＝3.6 J ，故选项D 正确．【答案】 D4．(2013·新疆实验中学检测)如图2－5－5所示，电路两端的电压U 保持不变，电阻R 1、R 2、R 2消耗的电功率一样大，则电阻之比R 1∶R 2∶R 3是( )A ．1∶1∶1B ．4∶1∶1C ．1∶4∶4D ．1∶2∶2【解析】 对R 2、R 3，由P ＝U 2R知R 2∶R 3＝1∶1，对R 1、R 2，由P ＝I 2R ；I 1＝2I 2，所以R 1∶R 2＝I 22∶I 21＝1∶4，C 选项正确．【答案】 C5．一台国产封闭型贮水式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示．根据表中所提供的数据，计算出此电热水器在额定电压下处于加热状态时，通过电热水器的电流约为( )A.6.8 A B 【解析】 由P ＝UI 可知，该电热水器在额定电压下处于加热状态时的电流为：I ＝P U ＝1 500220A≈6.8 A，故选项A 正确．【答案】 A6．(多选)一个电阻接到某电路后，消耗的功率为110 W ，通过3 C 的电荷量时，有330 J 的电能转化为内能，则( )A ．电阻所加电压为330 VB ．通过电阻的电流为1 AC ．电阻通电时间为3 sD ．这个电阻的阻值为110 Ω【解析】 由W ＝qU 得U ＝W q ＝3303 V ＝110 V ，故A 错；由W ＝Pt 得t ＝3 s ，I ＝q t＝1 A ，R ＝UI＝110 Ω，故B 、C 、D 正确．【答案】 BCD7．(2012·安庆一中高二检测)如图2－5－6所示的电路中，电动机M 转动起来后，将滑动变阻器的滑动触头向左移动时，电动机中产生的电热Q 随电压表测得的电压U 和电流表测得的电流I 而变化的情况是(电动机线圈的电阻可以认为是不变的)( )A ．Q 跟电流I 的平方成正比B ．Q 跟电压U 的平方成正比C ．Q 跟电压U 与电流I 的乘积成正比D ．Q 跟电压U 与电流I 的比值成正比【解析】 根据焦耳定律，电流通过用电器产生的热量Q ＝I 2Rt ，其中I 是电路中的电流，R 是用电器的电阻，A 正确．在纯电阻电路中，用电器只发光发热，电流做功把所有的电能都转化为内能，所以Q ＝W ＝UIt ，即Q 与电压U 和电流I 的乘积成正比．但电动机M 在电路中除把部分电能转化为内能Q 外，还把部分的电能转化成机械能，此时W ＞Q ，所以C 不正确．同样，只有在纯电阻电路中，欧姆定律I ＝U R才成立，所以Q ＝I 2Rt ＝U 2R t ，即热量Q 与电压的平方成正比，在电动机电路中，欧姆定律不成立，也就不能得出这个结论了，B 不正确．由于在电动机电路中欧姆定律I ＝U R 不成立，R ≠U I ，D 不正确．【答案】 A8．(2013·昆明三中检测)电阻R 1与R 2的伏安特性曲线如图2－5－7所示，并把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现把R 1与R 2串联在电路中，R 1和R 2消耗的电功率分别为P 1和P 2，串联总电阻为R ，下列关于P 1与P 2大小及R 的伏安特性曲线所在区域的叙述，正确的是A ．P 1＞P 2，特性曲线在Ⅰ区B ．P 1＜P 2，特性曲线在Ⅰ区C ．P 1＞P 2，特性曲线在Ⅲ区D ．P 1＜P 2，特性曲线在Ⅲ区【解析】 由图知R 1＜R 2，二者串联电流相等，由P ＝U 2R，知P 1＜P 2，串联电阻R 大于R 1也大于R 2，故其伏安特性曲线将在Ⅲ区，选D.【答案】 D9．(2012·大纲全国卷)一台电风扇的额定电压为交流220 V ．在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I 随时间t 的变化如图2－5－8所示．这段时间内电风扇的用电量为( )A ．3.9×10－2度B ．5.5×10－2度C ．7.8×10－2度D ．11.0×10－2度【解析】 分段计算用电量，根据W ＝UIt 得 W ＝W 1＋W 2＋W 3＝220×0.3×10×60 J＋220×0.4×10×60 J＋220×0.2×40×60 J＝1.98×105 J ，而1度＝1 kW·h＝3.6×106 J ，所以W ＝1.98×105J ＝0.055 度＝5.5×10－2度，故B 选项正确，A 、C 、D 选项错误．【答案】 B10．图2－5－9为甲、乙两灯泡的I －U 图象，根据图象，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V 的电路中，实际发光的功率约为( )A ．15 W 30 WB ．30 W 40 WC ．40 W 60 WD ．60 W 100 W【解析】 从图象横坐标为220 V 可找出I 甲＝0.18 A ，I 乙＝0.28 A ，则P 甲＝UI 甲＝40 W ．P 乙＝UI 乙＝60 W.【答案】 C11．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．如图2－5－10所示为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R 1、R 2和自动开关S.(1)当自动开关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)，设加热时用电器的电功率为400W ，保温时用电器的电功率为40 W ，则 R 1和R 2分别为多大？【解析】 (1)由P ＝U 2R可判定S 闭合时处于加热状态，S 断开时处于保温状态．(2)由电功率表达式P ＝U 2R 知：闭合时P 1＝U 2R 1，断开时P 2＝U 2R 1＋R 2解以上两式得R 1＝121 Ω，R 2＝1 089 Ω.【答案】 (1)闭合时，加热；断开时，保温 (2)121 Ω 1 089 Ω12．如图2－5－11所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r ＝0.6 Ω，R ＝10 Ω，U ＝160 V ，电压表的读数为110 V ，求：(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)电动机中发热的功率是多少？(4)电动机工作1 h 所产生的热量是多少？【解析】 (1)设电动机两端的电压为U 1，电阻R 两端的电压为U 2，则U 1＝110 V ，U 2＝U －U 1＝(160－110) V ＝50 V.通过电动机的电流为I ，则I ＝U 2R ＝5010A ＝5 A.(2)输入到电动机的电功率P 电，P 电＝IU 1＝110×5 W＝550 W.(3)电动机中发热的功率P 热，P 热＝I 2r ＝52×0.6 W ＝15 W.(4)电动机工作1 h 所产生的热量Q ，Q ＝I 2rt ＝52×0.6×3 600 J ＝54 000 J.【答案】 (1)5 A (2)550 W (3)15 W (4)54 000 J。