2019-2021全国高三(上)期中物理汇编：电路中的能量转化.docx

2019-2021全国高三（上）期中物理汇编
电路中的能量转化
一、单选题
1．图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是（　　）

A．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
B．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
D．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
2．如右图所示，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R1，它与电热丝的电阻R2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＜UI B．P＝I2(R1＋R2) C．P＞UI D．P＞I2(R1＋R2)
3．汽车蓄电池供电简化电路图如图所示，当汽车启动时，启动开关S闭合，电动机工作，则S闭合后（　　）

A．车灯会变亮
B．蓄电池输出功率减小
C．蓄电池总功率增大
D．电动机对外做功的功率等于其消耗的功率
4．扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。下表为某品牌扫地机器人的铭牌信息，则扫地机器人（　　）
额定电压
充电电压：
工作电压：工作电流：
输出功率

电池容量
锂电池
充电时间
6.5小时

A．充电电流为
B．工作时的额定功率为
C．工作时的效率为75%
D．可持续工作的时间约为1小时
5．如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间内（　　）

A．充电宝输出的电功率为 B．充电宝产生的热功率为
C．手机电池产生的焦耳热为 D．手机电池储存的化学能为
6．如图所示是汽车蓄电池与车灯、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.05 Ω，电表可视为理想电表。只接通S1时，电流表示数为10 A，电压表示数为12 V，再接通S2，启动电动机时，电流表示数变为8 A，则此时通过启动电动机的电流是（　　）

A．2 A B．8 A C．50 A D．58 A
7．如图所示，当AB间加上电压时，R1、R2、R3三个电阻上消耗的功率相等，则三电阻的阻值之比R1：R2：R3为（ ）

A．1：1：4 B．1：1：1 C．1：1：2 D．2：2：1
8．锂电池能量密度高、绿色环保.现用充电宝为一手机锂电池(图甲)充电，等效电路如图乙所示，充电宝的输出电压为U，输出电流为I，该锂电池的内阻为r，则(     )

A．充电宝输出的电功率为UI＋I2r
B．电能转化为化学能的功率为UI
C．锂电池产生的热功率为I2r
D．锂电池产生的热功率为
9．如图甲所示，用内阻为充电宝为一手机充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间t内（　　）

A．充电宝输出的电功率为
B．充电宝的总功率为
C．手机电池产生的焦耳热为
D．手机电池增加的化学能为
10．理发用的电吹风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．电动机线圈的电阻为R1，电热丝的电阻R2，电动机与电热丝相串联，电吹风正常工作时，电吹风两端电压为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有（　　）
A． B．P=UI
C．P=I2（R1+R2） D．P=UI+I2（R1+R2）
11．微型电风扇能在课堂上给学生送来徐徐凉风，受学生的喜爱。若电风扇的电动机线圈电阻为，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为。则（　　）

A．通过线圈的电流小于 B．通过线圈的电流等于
C．电动机的电功率为 D．电动机的输出功率为
12．小明家用电器的待机功率大约是10W，假如每天待机20h。小明家一年（365天）用电器待机消耗的电能约为（　　）
A．2.6×108J B．3.2×108J
C．5.2×107J D．1.6×108J
13．今年疫情期间，一名河南大学生建造微型高铁的视频迅速走红，人称“村里的基建狂魔”。他一直钻研与高铁相关的构造，历时三个月的艰苦探索，一列由锂电池和微型电机打造的微型高铁终于在自家菜园里大功告成了，如图所示。假设这列高铁的质量为m，在平直轨道上匀速行驶的速度大小为v，受到的阻力大小为f，受到轨道的支持力大小为F，重力加速度为g。此时，电机的输出功率为（　　）

A．mgv B．mv C．fv D．Fv
14．小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中错误的是（　　）

A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大
B．对应P点，小灯泡的电阻为
C．对应P点，小灯泡的电阻为
D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积
二、多选题
15．一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，则（    ）
A．电动机消耗的热功率为 B．电动机消耗的总功率为UI
C．电源的输出功率为EI D．电源的效率为
16．如图所示是一直流电动机提升重物的装置；已知重物质量为m=50kg，电源输出电压U=110V保持不变，电动机线圈电阻R=4Ω，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提升重物时，电路中的电流I=5A（g=10m/s2）则：

A．电源的输出功率为100W
B．电动机线圈电阻R的发热功率550W
C．提升重物的功率为450W
D．电动机的效率为81.8％
三、填空题
17．雷雨天的闪电是雷暴云中正电荷区与负电荷区的电场强到一定程度，空气被击穿形成的火花放电。若某次闪电，云和大地间的电压高达1亿伏，单位时间内通过云层和大地间空气层的电荷量约为5000C，则此次闪电消耗的功率约为______kW。若一户普通人家每月平均消耗电能100kW·h，则该闪电释放的能量可供这户人家使用______年。
四、解答题
18．如图所示是提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机的内阻r=2.0Ω，电路中另一电阻R=10Ω，直流电压U=160V，理想电压表示数UV=110V，g取10m/s2。试求∶
（1）输入电动机的电功率；
（2）若电动机将质量m=100kg的重物匀速竖直向上提升，求该重物的速度大小。（不计空气阻力）

19．(1)电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。若某段电路两端的电压为U，通过的电流为I，请论述说明电流在这段电路上做功的功率P＝UI。
(2)为防止安全事故的发生，电路在布线时有相应的标准，供电电流越大的地方需要的导线越粗。设通电产生的焦耳热Q与导线升高的温度ΔT之间满足如下关系：Q＝kcmΔT，其中c表示物体的比热，m为物体的质量，k为大于1的常数。请你选择适当的物理量，通过论述和计算证明“为避免升温过快，若电流越大，电阻线应该越粗”。
(3)超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圆环平面，逐渐降低温度使超导环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场，此后若环中的电流不随时间变化，则表明其电阻为零。
为探究该金属圆环在超导状态的电阻率上限，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I，并经一年以上的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化，其中ΔI<<I，当电流的变化小于ΔI时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电流没有变化。设环的横截面积为S，环中电子定向移动的平均速率为v，电子质量为m、电荷量为e，环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能。试用上述给出的各物理量，求超导状态的电阻率上限ρ。
20．小杰坐在汽车的副驾驶位上观察到一个现象∶当汽车的电动机启动时，车灯突然变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，先闭合接通车灯，电流表示数为10A；再闭合启动电动机，瞬间电流表示数达到60A。已知汽车电源电动势为12V，电源与电流表的内阻之和为0.1Ω ，忽略电动机启动瞬间车灯的电阻变化，求∶
(1)车灯的电阻R以及电动机启动前车灯的功率
(2)电动机启动后车灯的功率

21．下图是一种家用电熨斗的电原理图（额定电压为220V）， R0是定值电阻，R是可变电阻（调温开关），其电阻值均不受温度影响；
（1）该电熨斗温度最低时的耗电功率为121W，温度最高时的耗电功率为484W，求R0的阻值及R的阻值变化范围；
（2）假定电熨斗每秒钟散发的热量q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如图所示，现在温度为的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求熨斗表面温度为，且保持不变，问应将R的阻值调为多大？

参考答案
1．B
【详解】由甲图可知，点对应的电阻阻值较小，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，故应标在电流较大的刻度上；而点对应的电阻阻值较大，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较小，故应标在电流较小的刻度上；由图甲得

其中为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得

联立解得

可知t与I是非线性关系，故B正确，ACD错误。
故选B。
2．D
【详解】电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该是用P=IU来计算，所以总功率P=IU，所以AC错误．电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2（R1+R2），吹风机的总功率P=IU要大于发热部分的功率，所以B错误，D正确．故选D．
点睛：对于电功率的计算，一定要分析清楚是不是纯电阻电路，对于非纯电阻电路，总功率和发热功率的计算公式是不一样的．
3．C
【详解】A．启动开关S闭合，外电阻减小，总电流增大，内电压增大，外电压减小，则车灯会变暗，A错误；
B．由于电池的内电阻与外电阻大小关系不确定，因此蓄电池输出功率增大还是减小无法确定，B错误；
C．根据功率公式

由于启动开关S闭合，外电阻减小，总电流增大，故蓄电池总功率增大，C正确；
D．由于电阻机有内阻，则有热功率，故电动机对外做功的功率小于其消耗的功率，D错误。
故选C。
4．A
【详解】A．充电电流为

A正确；
B．工作时的额定功率

B错误；
C．工作时的效率

C错误；
D．可持续工作的时间

D错误。
故选A。
5．D
【详解】A．充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为UI，故A错误；
B．充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，所以无法判断充电宝产生的热功率，故B错误；
C．U是充电宝的输出电压，不是手机电池的内电压，所以不能用，计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为，故C错误；
D．充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为手机电池产生的焦耳热，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为：，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】只接通S1时，根据闭合电路欧姆定律，有

车灯电阻为

再接通S2，流过电动机的电流为

故选C。
7．A
【详解】因R1和R2串联，电流相等，且消耗的功率相等，根据P=I2R可知R1=R2；因并联支路电压相等，上面支路的功率等于R3功率的2倍，根据可知，R3=2R12=4R1，即
R1：R2：R3=1：1：4
A．1：1：4，与结论相符，选项A正确；
B．1：1：1，与结论不相符，选项B错误；
C．1：1：2，与结论不相符，选项C错误；
D．2：2：1，与结论不相符，选项D错误；
故选A.
8．C
【详解】A、充电宝输出的电功率：P=UI，故A错误；
B、锂电池产生的热功率为Pr=r，故电能转化为化学能的功率为P化=UI-r，故B、D错误，C正确.
故选C.
【点睛】手机锂电池是非纯电阻电路，其充电和放电过程是电能和化学能转化的过程，给电池充电是将电能转化为化学能储存在电池内.
9．B
【详解】A．充电宝输出的电功率为，A错误；
B．充电宝的总功率为，B正确；
C．手机电池产生的焦耳热为，C错误；
D．手机电池增加的化学能为，D错误。
故选B。
10．B
【详解】A．部分电路欧姆定律，只适用于纯电阻电路，故A错误；
B．电吹风消耗的电功率是总功率，可以用
P=UI
来计算，故B正确；
C．因为电吹风不是纯电阻电路，故不能用

来计算，故C错误；
D．电吹风的总功率，可以看成两部分，其一是电阻的发热功率，其二是转化为机械能的功率，故应该写成

故D错误。
故选B。
11．A
【详解】AB．根据能量守恒有
P电=P热+P出
即
UI=I2r+P出
即
I2r＜UI
得通过线圈的电流小于，故A正确，B错误；
C．电动机的电功率P电=UI，而I2r是电动机的内阻损耗的热功率，故C错误；
D．电动机输出的机械功率P出=P电-P热，而UI是电动机的电功率P电，故D错误。
故选A。
12．A
【详解】电视机待机功率
P=10W=0.01kW
则每天待机消耗的电能为
W0=Pt=0.01kW×20h=0.2kW•h
每年消耗的电能为
W=365W0=365×0.2kW•h=73kW•h≈2.6×108J
故选A。
13．C
【详解】由题可知，高铁匀速时，所受牵引力为

则电动机的输出功率为

故选C。
14．C
【详解】A．图线上的点与原点O连线的斜率的倒数表示电阻值，由图可知随着所加电压的增大，图线斜率减小，故小灯泡的电阻增大，A正确，不符合题意；
BC．由欧姆定律可得，对应P点，小灯泡的电阻为

B正确，不符合题意，C错误，符合题意；
D．对应P点，小灯泡的功率为
P=U1I2
与题图中PQOM所围的面积相等，D正确，不符合题意。
故选C。
15．BD
【详解】电动机消耗的热功率应该用P=I2R来计算，所以热功率P=I2R，所以A错误．电动机消耗的总功率应该用P=IU来计算，所以总功率为IU，所以B正确；电源的输出功率等于电动机的输入功率，得P出=UI．故C错误．电源的总功率为IE，内部发热的功率为I2r，所以电源的效率为：，所以D正确．故选BD．
【点睛】对于电功率的计算，一定要分析清楚是不是纯电阻电路，对于非纯电阻电路，总功率和发热功率的计算公式是不一样的.
16．CD
【详解】电源输出P="UI=550" W，选项A错误；电动机线圈电阻R的发热功率P热=I2R="100" W，选项B错误；提升中重物的功率为P机="550" W–100 W="450" W，选项C正确；电动机的效率为，选项D正确．
【名师点睛】此题是关于电功率的计算问题；关键是搞清电动机内部的能量转化关系，知道电热的求解公式P热=I2R．
17．     5×108     115.7
【详解】[1]P=UI==1×108V×5000C=5×108 kW
[2]此次闪电释放的电能为
W=Pt=5×1011J
一户普通人家一个月消耗的电能为
W1=100kW·h=3.6×108J
设该闪电释放的能量可供这户人家使用n年，则

解得
n=115.7
18．(1)550W；(2)0.5m/s
【详解】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压为

流过电阻R的电流为

通过电动机的电流为

电动机的分压为

输入电动机的功率为

(2)电动机的发热功率为

电动机输出的机械功率

又因

所以

19．(1)见详解；(2)见详解；(3)
【详解】(1)导体内恒定电场的电场力对通过这段导体的一个自由电子所做的功W0=eU；
设t时间内共有n个自由电子通过这段导体，则电场力对自由电子所做的总功W=neU；
导体中的电流

故ne=It，可得W=UIt；
因此电流通过这段金属导体做功的功率为

(2)设有一小段长为l的电阻线，其横截面积为S，电阻率为，密度为，通过它的电流为I，因为通电产生焦耳热使这段电阻线经过时间温度升高，电流流过电阻线产生的焦耳热

其中

此热量的一部分被电阻线吸收，温度升高，此过程满足

其中

联立，整理，有

由于k、c、、，都是常数，所以
与成正比，表示单位时间内升高的温度；
与成正比表明：当电流越大时，若想让单位时间内升高的温度少一些，则要求电阻线的横截面积大一些。
(3)设圆环周长为l、电阻为R，由电阻定律得

设t时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为，由焦耳定律得

设环中单位体积内定向移动电子数为n，则有

式中n、e、S不变，只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化，电流变化大小取时，相应定向移动电子的平均速率的变化得大小为，则有

设环中定向移动电子减少的动能总和为，则有

由于

可得

因为环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能。有

联立上述各式，得

所以超导状态的电阻率上限为
20．(1)，；(2)32.7W
【详解】(1)电动机启动前车灯两端电压

车灯的电阻

车灯的功率

(2)电动机启动瞬间车灯两端电压

电动机启动瞬间车灯的功率

21．（1）100Ω，；（2）
【详解】（1）温度最低档

代入数据

温度最高档

解得，。所以变阻器阻值范围是0到300Ω
（2）此时电熨斗表面温度与环境温度之差

由图像知电熨斗每秒钟散发的热量q=440J，要保持电熨斗的表面温度不变，则电熨斗的电功率
P=440W

代入数据

解得，所以应将R调至10Ω。

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