2021-2022版高中物理-第二章-恒定电流-5-焦耳定律课时作业新人教版选修3-1.doc

2021-2022版高中物理 第二章 恒定电流 5 焦耳定律课时作业新人教版选修3-1

2021-2022版高中物理 第二章 恒定电流 5 焦耳定律课时作业新人教版选修3-1

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- 6 -

焦耳定律

(15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.关于电功和电热的计算,下列说法正确的是 (　　)
A.如果是纯电阻电路,电功可用公式W=UIt计算,也可用公式W=I2Rt计算
B.如果是纯电阻电路,电热可用公式Q=I2Rt计算,但不能用公式Q=UIt计算
C.如果不是纯电阻电路,电功只能用公式W=I2Rt计算
D.如果不是纯电阻电路,电热可用公式Q=I2Rt计算,也可用公式Q=UIt计算
【解析】选A。纯电阻电路中,欧姆定律是适用的,电功可用公式W=UIt计算,也可以用W=I2Rt来计算,A选项正确,B选项错误;非纯电阻电路中,电功用公式W=UIt计算,电热用公式Q=I2Rt来计算,C、D选项错误。
2.三个阻值相同的灯泡,其允许消耗的最大功率都是10 W,如图所示,现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中,则整个电路允许消耗的最大功率为 (　　)

A.30 W　　　　　　　 B.20 W
C.15 W　　 D.10 W
【解析】选C。连接后电路如题图,其中L3两端电压最高,它消耗的电功率为10 W时,因L1与L2串联,且电阻相等,则分配在L1与L2两灯的电压都是灯L3两端电压的一半。所以P1=P2==== W=2.5 W,则整个电路消耗的功率为P=P1+P2+P3=(2.5+2.5+10) W=15 W。
3.(多选)如图所示,把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后,灯泡都正常发光,且两个电路的总功率相等。则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间关系的说法,正确的是 (　　)

A.U甲>2U乙 B.U甲=2U乙
C.R甲=4R乙 D.R甲=2R乙
【解析】选B、C。设灯泡的电阻为R,正常发光时电流为I,电压为U,由于两个电路的总功率相等,P=U甲I=U乙·2I,得U甲=2U乙;又由U甲=2U+IR甲,U乙=U+2IR乙,得R甲=4R乙,故B、C两项正确。
4.电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,开关接通后,电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过电阻R做功为W1,产生热量为Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q2,则有 (　　)

A.U1<U2　Q1=Q2　　　B.U1=U2　Q1=Q2
C.W1=W2　Q1>Q2 D.W1 <W2　Q1 <Q2
【解析】选A。 电动机是非纯电阻元件,其两端电压U2>IR=U1,选项B错误;电流做的功W1=IU1t,W2=IU2t,因此,W1<W2,选项C错误;产生的热量由Q=I2Rt可判断Q1=Q2,选项A正确,D错误。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
5.一台小型电动机在3 V的电压下工作,用此电动机提升所受重力为4 N的物体时,通过它的电流是0.2 A。在30 s内可使该物体被匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:
(1)电动机的输入功率;
(2)在提升物体的30 s内,电动机线圈所产生的热量;
(3)线圈的电阻。
【解析】(1)电动机的输入功率P入=UI=3×0.2 W=0.6 W。
(2)电动机提升物体的机械功率P机=Fv=G·v=4× W=0.4 W
根据P入=P机+P热,电动机的热功率为
P热=P入-P机=(0.6-0.4) W=0.2 W
所产生的热量Q=P热t=0.2×30 J=6 J。
(3)根据焦耳定律Q=I2Rt,可得线圈的电阻
R== Ω=5 Ω。
答案:(1)0.6 W　(2)6 J　(3)5 Ω
【加固训练】
　　如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图,所加电压为120 V,通过的电流为4 A。该电动机在12 s内把一个质量为60 kg的物体匀速提高了8 m,不计摩擦,g取10 m/s2,求:

(1)电动机的电功率;
(2)电动机线圈的内阻;
(3)电动机的工作效率。
【解析】(1)电动机的总功率为:
P=UI=120×4 W=480 W;
(2)电动机在12 s内把一个质量为60 kg的物体匀速提高了8 m,故拉力等于重力,为600 N,速度为:
v== m/s= m/s;
电动机输出的电功率为:
P出=Fv=600× W=400 W;
根据能量守恒定律,有:P=I2R+P出;
解得:R=5 Ω;
(3)电动机的工作效率:
η=×100%=×100%=83.3%
答案:(1)480 W　(2)5 Ω　(3)83.3%

(10分钟·20分)
6.(6分)如图为A、B两灯泡的I-U图象,把它们串联接在220 V的恒压电源上。根据图象,计算A、B两灯泡的实际功率分别约为 (　　)

A.5 W、17 W B.22 W、48.4 W
C.48.4 W、22 W D.50 W、170 W
【解析】选A。由两灯泡串联接在220 V的恒压电源上,可知两灯泡中的电流相等,且总电压为220 V,则由题图可知,电流约为0.1 A,A灯泡的电压为50 V,B灯泡的电压约为170 V,则由P=UI可知,A灯泡的功率约为5 W,B灯泡的功率约为17 W,A项正确。
7.(14分)如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=2 Ω,电路中另一电阻R=20 Ω,直流电压U1=220 V,电压表示数U2=120 V。试求:

(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=5 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量?(g取10 m/s2)
【解析】(1)通过R的电流I==5 A
(2)电动机的输入功率 P1=U2I=600 W
(3)电动机内电阻的发热功率P2=I2r=50 W
输出的机械功率P3=P1-P2=550 W
而P3=mgv
解得:m=11 kg
答案:(1)5 A　(2)600 W　(3)11 kg