1、5.1电路中的能量基础过关练题组一电功和电功率1.(2021甘肃会宁期中)当电阻两端加上某一稳定电压时,一定时间内通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J。为在相同时间内使0.6C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.3V,1.8JB.3V,3.6JC.6V,1.8JD.6V,3.6J2.白炽灯的灯丝由钨丝制成,当灯丝烧断后脱落一段,剩余灯丝刚好能搭接上使用。若灯泡功率原来为45W,搭接起来的灯丝长度大约为原来的34,则现在灯泡的功率为()A.30WB.45WC.60WD.80W题组二焦耳定律3.(2021江苏响水中学期中)一个电热器电阻为R,当通过它的电流
2、为I、通电时间为t时,产生的热量为Q。若要使它产生的热量为4Q,下列方法正确的是()A.电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变B.电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变C.电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍D.电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变4.两根完全相同的电阻丝,第一次将两电阻丝串联,第二次将两电阻丝并联,两次在电路两端加相同的电压。若两次两电阻丝产生的总热量均为Q,第一次用时t串,第二次用时t并,则t串t并为()A.11B.21C.41D.14题组三闭合电路中的能量5.(2021山东临沂月考)(多选)下列用电器在正常使用时,电流做功W不等
3、于产生的热量Q的是()A.电风扇和电吹风B.白炽灯和电炉C.洗衣机和电冰箱D.电动机和电解槽6.一台直流电动机的额定电压为U=20V,电动机线圈电阻R=0.5,当它正常工作时通过的电流I=10A,在电动机正常运转t=1s的时间内,求:(1)电流所做的功;(2)线圈上产生的热量;(3)电动机输出的机械能。能力提升练题组一纯电阻电路和非纯电阻电路1.(2021江苏阜宁中学期中)电饭锅工作时有两个状态:一个是锅内的水烧干以前的加热状态,另一个是水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅电路的简化图,R1是一辅助电阻,R2是加热用的电热丝,已知R1=2R2。则()A.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率
4、的9倍B.S断开时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍C.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的9倍D.S闭合时处于保温状态,加热功率是保温功率的3倍2.(2022广东普宁华侨中学期中)如图所示,用输出电压为1.4V、输出电流为100mA的充电器对内阻为2的镍-氢电池充电。下列说法不正确的是()A.电能转化为化学能的功率为0.12WB.充电器输出的电功率为0.14WC.充电时,电池消耗的热功率为0.02WD.充电时,在1s的时间内有0.14J的电能转化为化学能题组二含电动机电路的分析方法3.(2021重庆期中)如图所示,电源电动势E=6V,小灯泡L标有“3V,0.9W”,开关S接1,当滑
5、动变阻器调到R=4时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则()A.电源的内阻为10B.电动机的内阻为4C.电动机正常工作的电压为1.8VD.电源的效率为70%4.(2021湖南长郡中学期中)利用电动机通过如图所示的电路提升重物,已知电源电动势E=6V,电源内阻r=1,电阻R=3,重物质量m=0.20kg。当将重物固定时,电压表的示数为5V。当重物不固定,且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时,电压表的示数为5.5V。不计摩擦,g取10m/s2。下列说法正确的是()A.电动机内部线圈的电阻为1B.稳定匀速提升重物时,流过电动机的电流为1AC.重物匀速上升时的速度为0
6、.75m/sD.匀速提升重物时电动机输出的机械功率是2W5.(2021甘肃张掖期中)有一个直流电动机,给它接0.2V电压,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.5A;若给电动机接2V 的电压,电动机正常工作,工作电流是1.0A。则:(1)电动机正常工作时的输出功率为多大?(2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?答案解析基础过关练1.D由q=It可知,相同时间内通过电阻的电荷量为原来的2倍,则电流为原来的2倍,由U=IR可知电阻两端的电压为原来的2倍;由W=qU可知原来电阻两端的电压为3V,故现在电阻两端所加电压为6V。由于电压变为原来的2倍,电荷量也变为原来的2倍
7、,由W=qU可知,消耗的电能为原来的4倍,即消耗3.6J的电能,选项D正确。2.C由电阻定律知,灯丝长度减为原来的34,电阻变为原来的34,照明电路中电压为220V不变,则由电功率的公式P=U2R知功率变为原来的43倍,现在灯泡的功率为P=43P=60W,选项C正确。3.A电阻R不变,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q=(2I)2Rt=4I2Rt=4Q,选项A正确;电阻R减半,电流I变为原来的2倍,通电时间t不变,则产生的热量为Q=(2I)2R2t=2I2Rt=2Q,选项B错误;电阻R不变,电流I不变,通电时间t变为原来的2倍,则产生的热量为Q=I2R2t=2I2Rt=2Q
8、,选项C错误;电阻R变为原来的2倍,电流I不变,通电时间t不变,则产生的热量为Q=I22Rt=2I2Rt=2Q,选项D错误。4.C设一根电阻丝的电阻为R,则R串=2R,R并=R2,由Q=U2Rt得t串t并=R串R并=41,选项A、B、D错误,C正确。5.ACD电风扇、电吹风、电动机、电解槽、洗衣机、电冰箱工作时将电能转化为内能和其他形式的能,白炽灯和电炉工作时将电能转化为内能,选项A、C、D正确。6.答案(1)200J(2)50J(3)150J解析(1)电流所做的功为W=UIt=20101J=200J。(2)线圈上产生的热量为Q=I2Rt=1020.51J=50J。(3)根据能量守恒定律,电动
9、机输出的机械能E=W-Q=200J-50J=150J。能力提升练1.A在纯电阻电路中,由电功率公式P=U2R可以知道,S闭合时,R1被短路,只有电热丝R2接入电路,电饭锅功率最大,处于加热状态,加热的功率为P1=U2R2;S断开时,R1、R2串联,电路电阻最大,电热丝R2上的电压减小,电功率变小,电饭锅处于保温状态,保温功率P2=R2R1+R2U2R2=U29R2。选项B、C、D错误,A正确。2.D电池充电过程中电能转化为化学能和内能,根据能量守恒定律,有UI=I2r+P化学能,解得P化学能=UI-I2r=1.40.1W-0.122W=0.12W,故A正确;充电器输出的电功率为P出=UI=1.
10、40.1W=0.14W,故B正确;充电时,电池消耗的热功率为P热=I2r=0.122W=0.02W,故C正确;电能转化为化学能的功率为0.12W,故充电时,在1s的时间内有0.12J的电能转化为化学能,故D错误。易错警示求电功、电热需要注意的几点:(1)解答此类问题首先要关注电路中是否含有非纯电阻用电器。(2)若电路是纯电阻电路,如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路,电流做功全部转化为内能,电功等于电热,有W=Q,即IUt=I2Rt,在计算电热和电功时,可采用公式W=Q=UIt=Pt=U2Rt=I2Rt中任一形式进行计算。(3)若电路是非纯电阻电路,如含有电动机、电解槽、日光灯等
11、的电路,电流做功将除转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有WQ,即IUtI2Rt,此种情况下,电功只能用公式W=IUt进行计算,电热Q只能用公式Q=I2Rt计算。3.D小灯泡的额定电流为I=PU=0.93A=0.3A,电阻为RL=UI=30.3=10。当开关S接1时,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=6,选项A错误;当开关S接2时灯泡正常发光,流过灯泡的电流为I=0.3A,电源内阻分得的电压为U=Ir=0.36V=1.8V,故电动机分得的电压为U动=E-UL-U=(6-3-1.8)V=1.2V,电动机的内阻RU动I=1.20.3=4,选项B、C错误;电源的效
12、率=EI-I2rEI=60.3-0.32660.3=70%,选项D正确。4.C当将重物固定时,电动机没有机械能输出,整个电路是纯电阻电路,根据闭合电路欧姆定律可知电源内电压为U内=E-U1=6V-5V=1V,则电路中的电流为I=U内r=11A=1A,设电动机线圈电阻为rM,又I=Er+R+rM,代入数据解得rM=2,选项A错误;当电动机匀速提升重物时,电源的内电压为U内=E-U=6V-5.5V=0.5V,则电路中的电流为I=U内r=0.51A=0.5A,所以稳定匀速提升重物时,通过电动机的电流为0.5A,选项B错误;重物匀速上升时,电动机两端的电压为UM=U-IR=5.5V-0.53V=4V,
13、电动机的机械功率为P机=UMI-I2rM=40.5W-0.522W=1.5W,当重物匀速上升时,电动机的牵引力等于重物的重力,即F=mg=2N,由P机=Fv得重物匀速上升的速度为v=P机F=1.52m/s=0.75m/s,选项C正确,D错误。5.答案(1)1.6W(2)10W解析(1)当电动机不转时,电动机的内阻为r=U1I1=0.20.5=0.4电动机正常工作时输出功率为P出=U2I2-I22r=1.6W(2)卡住后热功率P热=U22r=220.4W=10W。专题强化练5闭合电路中的功率、效率问题1.(2022广东深圳月考)如图所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联
14、,已知R0=r,滑动变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法中正确的是()A.滑动变阻器两端的电压变大B.电源的输出功率先变大后变小C.滑动变阻器消耗的功率变小D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小2.(2021甘肃天水期中)如图所示,U-I图线上,a、b、c各点分别表示该电路中一个确定的工作状态,b点时=,则关于a、b、c三点,下列说法中正确的是()A.在c点时,电源有最大输出功率B.在b点时,电源的总功率最大C.从a到b时,角增大,电源的总功率和输出功率都将增大D.从b到c时,角增大,电源的总功率和输出功率都将减小3.(2021黑龙江鹤岗一中期中)某同学将
15、一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源的发热功率Pr随电流变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示。下列判断正确的是()A.直线a表示电源的输出功率B.曲线b表示电源的输出功率C.电源的最大输出功率Pm=2.25WD.电源的电动势E=9V,内电阻r=14.(2021湖南长郡中学月考)如图甲所示,电阻R1的阻值为0.25R0,灯泡L的电阻值恒为1.5R0,R2是热敏电阻,其阻值随温度变化的关系如图乙所示。已知电流表为理想电表,电源的内阻r=R0。则下列说法中正确的是()甲乙A.当温度升高时,电流表的示数减小,R1两端的电压减小B.当温度降低时,灯泡L的亮度变暗C.在060范围内,
16、当温度为0时,灯泡L和R2的总功率最大D.在060范围内,当温度为60时,电源的输出功率最大5.(2021天津月考)(多选)在如图所示的电路中,电阻箱的阻值为R2,定值电阻、电源的内阻分别为R1、r。则下列说法正确的是()A.如果R2=R1+r,则电阻箱消耗的功率最大B.如果R2=R1+r,则定值电阻消耗的功率最大C.当电阻箱的阻值调为零时,定值电阻消耗的功率最大D.当电阻箱的阻值调为零时,电源的输出功率最大6.(2022海南华中师大月考)(多选)在如图所示的电路中,滑动变阻器的滑片向b端移动时()A.电压表V的读数增大,电流表A的读数减小B.电压表V和电流表A的读数都增大C.电源的输出功率一
17、定增大D.电阻R2的功率一定增大7.(2021山东新高考联盟联考)(多选)2020年7月31日,习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成,北斗迈进全球服务新时代。人造地球卫星用太阳能电池板供电,展开的太阳能电池板在有光照时,可以将光能转化为电能。取一片太阳能电池板作为电源,其路端电压与干路电流的关系如图所示。下列说法正确的是()A.该电池板的电动势为3.0VB.随着外电路电阻增大,其内阻逐渐增大C.外电路电阻为1k时,电源输出功率约为4WD.外电路电阻为1k时,电源效率约为66.7%8.(2021河南天一期中联考)如图所示将电源、电阻箱、理想
18、电压表和理想电流表组成电路,改变电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R、电压表的示数U和电流表的示数I。当电阻箱阻值为2和8时,U和I乘积相等,且均为2W。求:(1)电源电动势E和内阻r;(2)电阻箱阻值分别为2和8时,电源的效率之比。答案全解全析1.C当滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动时,电路中的总电阻变小,总电流变大,内阻r和定值电阻R0分得的电压变大,滑动变阻器分得的电压变小,故A错误;当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由题意可知,R外r,当滑片P由a端向b端滑动时,外电路总电阻从3r减小到r,由于整个过程中,外电阻一直大于电源内阻,随着外电阻阻值的减小,电源的输出功率不断增大,故B错
19、误;把R0与电源组成的整体看成等效电源,电源内电阻变为2r,滑动变阻器消耗的功率可看成电源的输出功率,外电阻从2r减到0的过程中,输出功率减小,故C正确;当滑片P由a端向b端滑动时,电路中总电阻变小,总电流变大,R0不变,根据P=I2R0知,定值电阻R0上消耗的功率变大,故D错误。2.D在b点时=,所以直线Ob的斜率大小与直线ac的斜率大小相等,此时电源的输出功率最大,选项A错误;电源的总功率为P=EI,因此在电路中电流最大的时候,电源的功率最大,a、b、c三点中,在a点时电流最大,所以此时的总功率最大,选项B错误;在b点时,电源的输出功率最大,在a点时电源的总功率最大,因此从a到b时,角增大
20、,电源的总功率减小,输出功率增大,从b到c时,角增大,电源的总功率和输出功率都将减小,选项C错误,D正确。3.C闭合电路中,电源电动势E和内电阻r不变,外电阻的变化引起电路中的电流I变化,电源消耗的总功率PE=IE,E一定时,PE与I成正比,故直线a表示电源的总功率与电流的关系,且a图线的斜率大小为电源电动势,E=3V,选项A、D错误;电源内电阻消耗的功率Pr=I2r,r一定时,Pr与I2成正比,所以曲线b表示电源内电阻消耗的功率与电流的关系,当I=3A时,Pr=I2r=9W,则r=1,外电阻消耗的功率PR=I2R=IE-I2r,故曲线c表示外电阻消耗的功率与电流的关系,选项B错误;图线b、c
21、的交点也是抛物线c的顶点,该处纵坐标表示外电阻消耗功率的最大值,此时R=r,PR=Pr,PR=E24R=E24r=2.25W,选项C正确。4.C当温度升高时,R2的阻值减小,总电阻减小,总电流增大,R1两端电压增大,选项A错误;当温度降低时,R2的阻值增大,总电阻增大,总电流减小,电流表的示数减小,路端电压增大,R1两端电压减小,灯泡L两端电压变大,灯泡L变亮,选项B错误;温度为20时,R2=1.5R0,此时外电路的总电阻为R0,等于电源的内阻,所以电源的输出功率最大,选项D错误;将R1看作等效电源内阻,则r=1.25R0,而L和R2的并联电阻总小于r,故0时其并联阻值最大,灯泡L和R2的总功
22、率最大,选项C正确。5.AC在讨论电阻箱的功率时,可将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为R1+r的电源(等效电源)连成的闭合电路,当外电阻等于等效电源的内电阻时,电阻箱消耗的功率最大,即R2=R1+r时,电阻箱的功率最大,选项A正确;由P=I2R1可知,因R2=0时,电路中的电流最大,R1获得的功率最大,故选项C正确,B错误;在讨论电源的输出功率时,R1+R2为外电阻,内阻r恒定,当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源的输出功率并不一定最大,选项D错误。6.AD滑动变阻器的滑片向b端移动时,R1连入电路的阻值增大,电路中总电
23、阻增大,干路电流减小,由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,路端电压增大,电压表V的读数增大,由欧姆定律可知,流过R2的电流增大,则流过R1的电流减小,电流表A的读数减小,A正确,B错误;由P=U2R2可知,电阻R2的功率一定增大,D正确;电源的输出功率随外电阻的变化如图所示,由于不知道内外电阻具体的阻值关系,故无法确定电源的输出功率是否增大,C错误。7.AD当电流为0时,路端电压在数值上等于电动势,由图像可知,电动势为3.0V,选项A正确;电源的U-I图像的斜率绝对值即电源内阻大小,随着外电路电阻增大,电流减小,由图像可知,其内阻逐渐减小,选项B错误;在图像上作出电阻R=1k的U-I图像,两个
24、图线交点的电压、电流值即电阻与电源连接后电阻两端的电压和流过电阻的电流,如图所示,交点对应的电流和电压分别为2.0mA和2.0V,故此时电源的输出功率为P=UI=2.02.010-3W=410-3W,电源效率约为=IUIE=UE=2.0V3.0V=66.7%,选项C错误,D正确。8.答案(1)6V4(2)12解析(1)当电阻箱阻值为2时,由闭合电路欧姆定律得I1=ER1+r电源的输出功率为P1=I12R1化简得P1=E2R1+r2R1+2r当电阻箱阻值为8时,同理得电源的输出功率为P2=E2R2+r2R2+2r由题意可知P1=P2=2W联立解得r=4,E=6V(2)当电阻箱阻值为2时,电源的总功率为P总1=EI1=6W当电阻箱阻值为8时,电源的总功率为P总2=EI2=3W两种情况下电源的效率之比为12=P1P总1100%P2P总2100%=12
