3.2.5 焦耳定律

3.2.5 焦耳定律1．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．公式W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2t/R只适用于纯电阻电路C．在非纯电阻电路中，UIt>I2RtD．焦耳定律Q＝I2Rt适用于任何电路2．(2011·高考大纲全国卷)通常一次闪电过程历时约0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成．每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V，云地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是()A．闪电电流的瞬时值可达到1×105 AB．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 WC．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/mD．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J3．两个小灯泡的标识分别是L1“6 V,6 W”，L2“6 V,9 W”，把它们串联后接在同一直流电源上(电源内阻可忽略不计)，L1消耗的功率恰好为6 W，则L2消耗的功率为()A．6 W B．9 WC．4 W D．条件不足，不能确定4．有四盏灯，接入如图所示的电路中．L1和L2都标有“220 V,100 W”，L3和L4都标有“220 V,40 W”．把电路接通后，最暗的灯将是()A．L1B．L2C．L3D．L45．一台直流电动机的额定电压为U＝110 V，电枢的电阻R＝0.5 Ω，当它正常工作时通过的电流I＝20 A，若电动机正常运转时间t＝1分钟．求：(1)电流所做的功；(2)电枢上产生的热量；(3)电动机输出的机械能．一、选择题1．电功率的计算公式P＝U2/R中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于()A．计算电冰箱的功率B．计算电风扇的功率C．计算电烙铁的功率D．计算洗衣机的功率2．一台电动机，额定电压是100 V，电阻是1 Ω.正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A．500 W B．25 W C．1000 W D．475 W3．如图所示为某两个电阻的U－I图象，则R1∶R2的值和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是()A．2∶12∶11∶2B．2∶11∶22∶1C．1∶21∶22∶1D．1∶22∶11∶24．把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串∶t并为()A．1∶1 B．2∶1 C．4∶1 D．1∶45．如图所示，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是()A．1∶1∶1 B．4∶1∶1C．1∶4∶4 D．1∶2∶26．有一台电风扇，内阻为20 Ω，额定电压为220 V，额定功率为66 W，将它接上220 V 电源后，发现因扇叶被东西卡住不能转动．则此时电风扇消耗的功率为()A．66 W B．2420 W C．11 W D．不确定7．如图所示，额定电压为110 V的两盏电灯，额定功率分别为P A＝100 W，P B＝25 W．把它们接到220 V的电路上，欲使它们都能正常发光且耗电最少，应采用的接法是()8．把六个相同的小灯泡接成如图2－5－8甲、乙所示的电路，调节变阻器使小灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是()A．P甲＝P乙B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲D．P乙>3P甲9．额定电压均为220 V的白炽灯L1和L2的U－I特性曲线如图甲所示，现将和L2完全相同的L3与L1和L2一起按如图乙所示电路接入220 V电路中，则下列说法正确的是()A．L2的额定功率为99 WB．L2的实际功率为17 WC．L2的实际功率比L3的实际功率小17 WD．L2的实际功率比L3的实际功率小82 W二、非选择题10．如图所示，两个灯泡A、B并联接在P、Q两点间，A、B的铭牌上分别标有“1 A 3 Ω”、“1.5 A 4 Ω”，求干路中允许通过的最大电流I为多大？11．电热毯是人们常用的电热式家用电器，它一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同，如图为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2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400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？12．以蓄电池为驱动能源的环保汽车总质量m＝3×103 kg.当它在水平路面上以v＝36 km/h 的速率匀速行驶时，驱动电机的输入电流I＝50 A，电压U＝300 V．在此行驶状态下：(1)求驱动电机的输入功率P电；(2)若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重的比值(g取10 m/s2)．参考答案1．答案：BCD 2．解析：选AC.由电流的定义式I ＝Q t 知I ＝660×10－6＝1×105(A)，A 正确；整个过程的平均功率P ＝W t ＝qU t ＝6×1.0×1090.2＝3×1010 (W)(t 代0.2或0.3)，B 错误；由E ＝U d ＝1.0×1091×103＝1×106(V/m)，C 正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W ＝qU ＝6×109(J)，D 错．3．解析：选C.两个灯泡的电阻为：R 1＝U 21P 1＝626Ω＝6 Ω R 2＝U 22P 2＝629Ω＝4 Ω 由串联电路的电压与电阻成正比，所以L 2的电压为4 V ，它实际消耗的功率为：P ＝U 2R 2＝424 W ＝4 W ，故C 正确，A 、B 、D 错误．4．解析：选C.由P ＝U 2R可知，R 1＝R 2<R 3＝R 4，对L 1和L 4，电流相同，由P ＝I 2R 可知P 1<P 4；对L 2和L 3，电压相同，由P ＝U 2R可知，P 2>P 3；对L 1和L 2，电阻相同，I L1>I L2，由P ＝I 2R 可知，P 1>P 2，故P 3最小，L 3最暗，C 正确．5．解析：(1)电流所做的功为：W ＝UIt ＝110×20×60 J ＝1.32×105 J(2)电枢上产生的热量为：Q ＝I 2Rt ＝202×0.5×60 J ＝1.2×104 J(3)电动机输出的机械能：E ＝W －Q ＝1.32×105 J －1.2×104J ＝1.2×105 J.答案：(1)1.32×105 J (2)1.2×104 J (3)1.2×105 J1．解析：选C.公式P ＝U 2/R 是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故C 正确，A 、B 、D 错误．2．解析：选B.电动机的热功率P ＝I 2r ＝52·1 W ＝25 W ，B 正确，A 、C 、D 错误．3．解析：选A.由U －I 图象可知，R 1∶R 2＝2∶1.把R 1、R 2串联接入电路，由P ＝I 2R 知P 1∶P 2＝R 1∶R 2＝2∶1.并联时P 1′∶P 2′＝R 2∶R 1＝1∶2.故A 选项正确．4．解析：选C.串联后电阻为R 1＝2r ，产生的热量为Q 1＝U 2R 1·t 串＝U 22r ·t 串；并联后电阻为R 2＝r 2，产生的热量为Q 2＝U 2R 2·t 并＝U 2r 2·t 并，若Q 1＝Q 2，则有t 串∶t 并＝4∶1. 5．解析：选C.对R 2、R 3，由P ＝U 2/R 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．6．解析：选B.当扇叶被东西卡住不能转动时，电路为纯电阻电路，所以电风扇消耗的功率也就是热功率．P ＝U 2R＝2420 W ．B 对，A 、C 、D 错． 7．解析：选C.要使它们正常发光且耗电最少，由串、并联电路的特点，由于R A <R B ，所以D 选项不正确．电路中消耗的总功率应为P 总＝P A ＋P B ＋P R ，而P R ＝I R ·U R ，由I 和U 关系知，C 电路P R 最小，C 选项正确．8．解析：选B.设每个灯泡正常工作时的电流为I ，则甲图中电路的总电流为3I ，P 甲＝12×3I ＝36I ，乙图中电路的总电流为I ，P 乙＝12×I ＝12I ，故有P 甲＝3P 乙，B 正确．9．解析：选ABD.由L 2的伏安特性曲线可得，在额定电压220 V 时的电流为0.45 A ，则L 2的额定功率为P 额＝U 额I 额＝99 W ，所以选项A 正确；图示电路为L 1和L 2串联再与L 3并联，所以L 1和L 2串联后两端的总电压为220 V ，那么流过L 1和L 2的电流及两灯的电压满足I 1＝I 2，U 1＋U 2＝220 V ，由L 1和L 2的U －I 图线可知，I 1＝I 2＝0.25 A ，U 1＝152 V ，U 2＝68 V ，故灯L 2的实际功率P 2＝I 2U 2＝17 W ，故选项B 正确；由于L 3两端的电压为220 V ，故P 3＝P 额＝99 W ，则P 3－P 2＝82 W ，故选项C 错D 对，所以正确选项为A 、B 、D.10．解析：欲使干路电流最大，须保证每个灯泡都不烧毁，即保证不超过允许加的最大电压就行，所以判定额定电压大小即可．由铭牌数据，应用欧姆定律U ＝IR 可知A 、B 允许加的最大电压分别为U A ＝3 V 、U B ＝6 V ．A 、B 并联，两灯泡两端电压相等，则P 、Q 两点间电压不超过3 V ，两灯泡就不会烧毁，所以P 、Q 间允许加的最大电压为U m ＝3 V . 则干路中允许通过的最大电流为I m ＝U m R A ＋U m R B＝1.75 A. 答案：1.75 A11．解析：(1)当开关S 闭合时，R 2被短路，电路中只有R 1，此时功率P 1＝U 2R 1；当开关S 断开时，R 1、R 2串联，此时功率为P 2＝U 2R 1＋R 2，显然有P 1>P 2，故S 闭合时，用电器处于加热状态；S 断开时，用电器处于保温状态．(2)加热时有：P 1＝U 2R 1，保温时有P 2＝U 2R 1＋R 2，代入数据解得：R 1＝121 Ω，R 2＝1089 Ω. 答案：(1)S 闭合为加热状态，S 断开为保温状态(2)121 Ω 1089 Ω12．解析：(1)驱动电机的输入功率P 电＝IU ＝1.5×104 W.(2)在匀速行驶时，P 机＝0.9P 电＝F v ＝F f v ，得F f ＝0.9P 电v ＝1.35×103 N ，汽车所受阻力与车重之比F f mg＝0.045. 答案：(1)1.5×104 W (2)0.045。