2020_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化练习含解析新人教版

第1节电路中的能量转化
合格考训练
25分钟·满分60分
一、选择题(本题共7小题，每题6分，共42分)
1．(2019·某某省某某一中高二上学期期末)关于电功W和电热Q的说法，正确的是( B ) A．在任何电路里都有W＝UIt，Q＝I2Rt，且W＝Q
B．在任何电路里都有W＝UIt，Q＝I2Rt，且W不一定等于Q
C．W＝UIt，Q＝I2Rt均只在纯电阻电路中才成立
D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立
解析：非纯电阻电路中，W＝UIt用来求电功；Q＝I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒，电功和电热数值上相等，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt计算，故A错误；B正确；W＝UIt可用于任何电路求总电功；而Q＝I2Rt可以适用任何电路求热功，故CD均错误。

2．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13 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( C )
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P m＝UI＝2 860 W。

用电器的功率之和大于P m时，用电器就不可能同时使用，故选C。

3．在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换，为了延长电灯泡的使用寿命，一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是( A )
A．两个灯泡串联
B．两个灯泡并联
C．每个灯泡实际消耗的功率是其额定功率的四分之一
D．每个灯泡实际消耗的功率小于其额定功率的四分之一
解析：两个灯泡串联，每个灯泡承受的电压为U ＝2202
V ＝110 V ，低于额定电压，灯泡不易损坏，故A 正确；两个灯泡并联，每个灯泡承受的电压为U ＝220 V ，仍等于灯泡的额定电压，灯泡正常工作，不能延长电灯泡的使用寿命，故B 错误；由P ＝U 2
R ，两个灯泡串联时，
U 变为原来的12
，由于灯丝较正常发光时温度偏低，故灯丝电阻较正常发光时小，所以每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一，故C 、D 错误。

4．如图所示，R 1＝2 Ω，R 2＝10 Ω，R 3＝10 Ω，A 、B 两端接在电压恒定的电源上，则( B )
A ．S 断开时，R 1与R 2的功率之比为5∶1
B ．S 闭合时通过R 1与R 2的电流之比为2∶1
C ．S 断开与闭合两种情况下，电阻R 1两端的电压之比为2∶1
D ．S 断开与闭合两种情况下，电阻R 2的功率之比为7∶12
解析：由P ＝I 2R ，I 相等，R 1与R 2的功率之比等于电阻之比1∶5，故A 错误；S 闭合I 2
＝I 3，则I 1＝2I 2，故B 正确；S 断开时，U 1∶U 2＝R 1∶R 2＝1∶5，则U 1＝16
U AB ，S 闭合时，U 1′∶U 2′＝R 1∶12R 2＝2∶5，则U 1′＝27U AB ，故C 错误；U 2＝56U AB ，U 2′＝57U AB ，由P 2＝U 22R 2
，P 2∶P 2′＝49∶36，故D 错误；故选B 。

5. (2019·某某乌兰察布市四子王旗一中高二上学期期中)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。

现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U ，输出电流为I ，手机电池的内阻为r ，下列说法不正确的是( B )
A ．电能转化为化学能的功率为UI －I 2r
B ．充电器输出的电功率为UI ＋I 2r
C ．电池产生的热功率为I 2r
D ．充电器的充电效率为U －Ir
U ×100%
解析：由P ＝UI 可知充电器输出的电功率为P 出＝UI ，根据热功率公式可得电池产生的热功率为P 热＝I 2r ，电能转化为化学能和热能，根据能量守恒定律有电能转化为化学能的功率为：P 化＝UI －I 2r ，故A 、C 正确，B 错误；充电器的充电效率为η＝P 化
P 出×100%＝U －Ir U ×100%，
故D 正确。

6．(2019·某某正定中学高二上学期段考)一个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(电源内阻忽略不计)，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 ，则下列说法中正确的是( C )
A ．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
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 W
C ．1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D ．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用电器，所以R 1＝U
I 1
＝44 Ω，P 1＝UI 1＝1 100 W ，其在1 min 内消耗的电能W 1＝UI 1t ＝6.6×104 J ，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R 2≠U I 2
＝440 Ω，P 2＝UI 2＝110 W ，其在1 min 内消耗的电能W 2＝UI 2t ＝6.6×103 J ，其热功率P 热≠P 2，而P 1＝10P 2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，只有选项C 正确。

7．(多选)(2019·某某省某某一中高二检测)在如图所示的电路中，输入电压U 恒为8 V ，灯泡L 标有“3 V,6 W ”字样，电动机线圈的电阻R M ＝1 Ω。

若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是( AC )
A ．电动机的输入电压是5 V
B ．电动机的效率是80%
C ．流过电动机的电流是2 A
D ．整个电路消耗的电功率是10 W
解析：电路电流I ＝P L U L ＝6
3 A ＝2 A ，
整个电路消耗的电功率P ＝IU ＝16 W ，
电动机的输入电压U M ＝U －U L ＝5 V ，
电动机的效率η＝IU M －I 2R M
IU M ×100%＝60%，
综上所述可知选项AC 正确。

二、非选择题
8．(8分)如图所示的电路中，电阻R 1＝1 Ω，R 2＝2 Ω，R 3＝3 Ω，在A 、B 间接电源，S 1、S 2都打开，此时电阻R 1、R 2、R 3消耗的功率之比P 1∶P 2∶P 3＝__1∶2∶3__；当S 1、S 2都闭合时，电阻R 1、R 2、R 3消耗的功率之比P 1′∶P 2′∶P 3′＝__6∶3∶2__。

解析：当两个开关均打开时，三个电阻串联，电流相等，则由P ＝I 2R 可知，功率之比等于电阻之比；故P 1∶P 2∶P 3＝1∶2∶3；当开关均闭合时，三个电阻并联，电阻两端的电压相等，则由P ＝U 2
R 可知，功率之比与电阻成反比；故P 1′∶P 2′∶P 3′＝6∶3∶2。

9.(10分) (2019·某某省某某市高二上学期三校联考)当李老师最后离开计算机房要去关闭总电闸时，发现电能表(如图所示)的转盘仍在缓慢地转动。

他用手表粗略地估测了一下，1 min 转盘转动了5转。

经检查发现，原来机房内还有20台电脑显示器处于待机状态。

(1)读出该房间总共已经用了多少电？
(2)请你算算1台电脑显示器的待机功率约为多大？并就此问题联系实际谈谈在日常生活中如何节约用电？
解析：(1)1 325.6 kW·h。

(2)1分钟转5转，用电W＝
5
3 000
kW·h＝
5
3
W·h
每台显示器的待机功率P＝
W
20t
＝
5
3
×3 600
20×60
W＝5 W
要及时关闭待机状态的用电器。

等级考训练
15分钟·满分40分
一、选择题(本题共2小题，每题8分，共16分)
1.如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成，当闭合开关S1、S2后，电动机正常工作，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出，断开开关S1，电吹风吹冷风。

已知电吹风的额定电压为220 V，吹热风时的功率为1 000 W，吹冷风时的功率为120 W，关于该电吹风，下列说法正确的是( C )
A．当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为1 000 J
B ．当电吹风吹冷风时，电热丝每秒消耗的电能为120 J
C ．电热丝的电阻为55 Ω
D ．电动机线圈的电阻为1 2103
Ω 解析：吹热风时，电热丝和电动机并联，即电路消耗的电功率等于电热丝消耗的电功率与电动机消耗的电功率之和，故1 000 W ＝120 W ＋P 热，则电热丝的功率为P 热＝880 W ，根据公式W ＝Pt ，可得当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J ，根据公式P ＝U 2
R
可得电热丝的电阻为R ＝U 2
P 热＝55 Ω，选项A 错误，C 正确；当吹冷风时，只有电动机工作，
电热丝不工作，电热丝消耗的电能为0，选项B 错误；因为电动机是非纯电阻，所以不能根据R ＝U 2
P 求解线圈电阻，选项D 错误。

2．某实物投影机有10个相同的强光灯L 1～L 10(24 V/200 W)和10个相同的指示灯X 1～X 10(220 V/2 W)，将其连接在220 V 交流电源上，电路如图。

若工作一段时间后L 2灯丝烧断，则( C )
A ．X 1的功率减小，L 1的功率增大
B ．X 1的功率增大，L 1的功率增大
C ．X 2的功率增大，其他指示灯的功率减小
D ．X 2的功率减小，其他指示灯的功率增大
解析：L 2和X 2并联，灯丝烧断。

X 2两端电压增大，由P ＝U 2
R 知，指示灯X 2实际功率变
大；在串联电路中总电压等于分电压之和，X 2两端电压增大，所以其他灯组两端电压减小，由P ＝U 2
R 知：其他指示灯的实际功率减小。

故选C 。

二、非选择题
3．(11分)如图所示为“风光互补路灯”系统，它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。

为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出。

下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：
风力发电机太阳能电池组件
最小启动风速 1.0 m/s 太阳能电池36 W
最小充电风速 2.0 m/s 太阳能转化效率15%
最大限制风速12.0 m/s 蓄电池500 Ah－12 V
最大输出功率400 W 大功率LED路灯80 W－12 V
电量由20%充至90%所需时间为__84__h；如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240 W/m2，要想使太阳能电池的最大输出功率达到36 W，太阳能电池板的面积至少要__1__ m2。

解析：由题意：I·t＝500 Ah×70%，即P
U
t＝350 Ah，将P＝50 W，U＝12 V代入得t ＝84h，因为太阳能转化效率为15%，所以有240 S×15%＝36，得s＝1 m2。

4．(13分)(2019·某某师大附中第三次学分认定)如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。

忽略一切摩擦，求：
(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？
(3)10 s 内电动机可以把重物匀速提升多高？
(4)这台电动机的机械效率是多少？
解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动机的机械功率。

(1)电动机线圈上消耗的热功率为
P 热＝I 2r ＝1 W 。

(2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即
P 入＝UI ＝5×1 W ＝5 W
电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据P 入＝P 出＋P 热得P 出＝P 入－P 热＝5 W －1 W ＝4 W 。

(3)设物体A 的重力为G ，t ＝10 s 内物体上升的高度为h ，根据能量守恒定律得P 出t ＝Gh
h ＝P 出t G ＝4×10
20 m ＝2 m 。

(4)这台电动机的机械效率为η＝P 出
P 入×100%＝45
×100%＝80%。

答案：(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80%。