18-19-课时分层作业16-电路中的能量转化与守恒

第1页课时分层作业(十六)电路中的能量转化与守恒[基础达标练](15分钟50分)一、选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分)1．(多选)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．电动机消耗的总功率为UIB．电动机消耗的热功率为U2RC．电源的输出功率为EID．电源的效率为1－IrEAD[电动机不是纯电阻，电动机消耗的总功率为UI，A选项正确；电动机消耗的热功率为I2R，B选项错误；电源的输出功率为UI，C选项错误，电源的效率为UE＝E－IrE，D选项正确．]2．将一电源电动势为E，内阻为r的电池，与外电路连接，构成一个闭合电路，用R表示外电路电阻，I表示电路的总电流，下列说法正确的是()【导学号：69682217】A．由U外＝IR可知，外电压随I的增大而增大B．由U内＝Ir可知，电源两端的电压随I的增大而增大C．由U外＝E－Ir可知，电源输出电压随输出电流I的增大而减小D．由P＝IU外可知，电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大C[因R的变化，才使I发生了改变，故不能用U外＝IR来分析U外随I的变化情况．由闭合电路欧姆定律知，U外＝E－Ir，E、r为定值，故U外随I的增大而减小，A、B错，C对；对于P＝IU外，I增大，R减小，若Rr，由输出功率P随外电阻变化曲线可知，R减小，P减小，故D错．]3.在研究微型电动机的性能时，应用如图4­4­11所示的实验电路．当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和2.0V．重第2页新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V．则这台电动机正常运转时输出功率为()图4­4­11A．32WB．44WC．47WD．48WA[电动机不转时相当于一个发热的纯电阻，根据通过电动机的电流为0.5A、电压为2V，可算出电动机内阻为4Ω.正常工作时，电动机消耗功率UI等于48W，内阻发热消耗功率为I2r等于16W，则电动机输出功率为UI－I2r，等于32W．]4.将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图4­4­12所示，由此可知()【导学号：69682218】图4­4­12A．电源最大输出功率可能大于45WB．电源内阻一定等于5ΩC．电源电动势为45VD．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%B[由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知，电阻箱所消耗功率P最大为45W，所以电源最大输出功率为45W，选顶A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻一定等于5Ω，选项B正确；由电阻箱所消耗功率P最大值为45W可知，此时电阻箱读数为R＝5Ω，电流I＝PR＝3A，电源电动势E＝I(R＋r)＝30V，选项C错误；电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，选项D错误．]5．(多选)如图4­4­13所示，一台电动机提着质量为m的物体，以速度v匀速上升．已知电动机线圈的电阻为R，电源电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g，忽略一切阻力及导线电阻，则()图4­4­13A．电源内阻r＝EI－R第3页B．电源内阻r＝EI－mgvI2－RC．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小BC[根据能量守恒可得，在时间t内消耗电能转化为机械能和内能，所以W电＝mgvt＋I2Rt，又有W电＝EIt－I2rt，联立解得：r＝EI－mgvI2－R，故A错误，B正确；如果电动机转轴被卡住而停止转动，则电动机相当于电阻为R的电阻，电路的电流将会迅速增大，根据功率公式P＝I2r可知较短时间内电源消耗的功率将变大，故C正确，D错误．]二、非选择题(15分)6.如图4­4­14所示，一台直流电动机所加电压为110V，通过的电流为5A．该电动机在10s内把一个质量为50kg的物体匀速提高了9m，求电动机的电功率和电动机线圈的电阻．(不计摩擦，g取10m/s2)【导学号：69682219】图4­4­14【解析】电功率：P＝UI＝110×5W＝550W电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程．机械能：E＝mgh＝50×10×9J＝4500J内能：Q＝W－E＝Pt－E＝(550×10－4500)J＝1000J由焦耳定律Q＝I2Rt，得：R＝QI2t＝100052×10Ω＝4Ω.【答案】550W4Ω[能力提升练](25分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)1．(多选)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E，内阻不计，当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时，流过电动机的电流为I，电动车的质量为m，电动车受到的阻力是车重的k倍，忽略电动观光车内部的摩擦，则()第4页A．电动机的内阻为R＝EIB．电动机的内阻为R＝EI－kmgvI2C．电动车的工作效率η＝kmgvEID．电动车的工作效率η＝EI－kmgvEIBC[由功能关系EI＝kmgv＋I2R，所以电动机的内阻为R＝EI－kmgvI2，所以A错误，B正确；电动车的工作效率等于输出功率与总功率之比，即η＝kmgvEI，所以C正确，D错误．]2.如图4­4­15所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()【导学号：69682220】图4­4­15A．电解槽消耗的电功率为120WB．电解槽的发热功率为60WC．电解槽消耗的电功率为60WD．电路消耗的总功率为60WC[灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝60110A，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60W，C对，A错；电解槽的发热功率P热＝I2R内＝1.3W，B错；整个电路消耗的总功率P总＝220×60110W＝120W，D错．]3.(多选)如图4­4­16所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，R0＝r，滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动，则在此过程中()图4­4­16A．电压表V1的示数一直增大B．电压表V2的示数先增大后减小C．电源的总功率先减小后增大第5页D．电源的输出功率先减小后增大CD[分析电路可知，滑动变阻器两部分aP和Pb先并联，再与R0串联，电压表V1测路端电压，电压表V2测R0两端电压．在滑动变阻器的滑片P从a向b移动过程中，并联部分电阻先增大后减小，故V1示数先增大后减小，V2示数先减小后增大，A、B错误．总电流先减小后增大，由P＝EI知电源的总功率先减小后增大，C正确．由电源的输出功率图线知D正确．]4．如图4­4­17甲所示，R为电阻箱，理想电流表，电源的电动势为E，内阻为r.图4­4­17乙为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像，其中功率P0分别对应电流I1、I2，外电路电阻R1、R2.下列关系式中正确的是()【导学号：69682221】图4­4­17A．I1＋I2ErB．I1＋I2＝ErC．R1rrR2D．R1rrR2B[由闭合电路欧姆定律得，U＝E－Ir，输出功率为P＝UI＝EI－I2r，故有EI1－I21r＝EI2－I22r，整理得I1＋I2＝Er，故A错误，B正确；根据电功率表达式得，P0＝I21R1＝I22R2，且I1＝ER1＋r，I2＝ER2＋r，代入整理得R1R2＝r2，故C、D错误．]二、非选择题(本题共2小题，共26分)5.(13分)某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量m＝3×103kg.当它在水平路面上以v＝36km/h的速度匀速行驶时，蓄电池的输出电流I＝50A，输出电压U＝200V．在此行驶状态下，该环保汽车能够将蓄电池输出功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机．(g取10m/s2)图4­4­18(1)求汽车所受阻力；(2)若该环保汽车的驱动电机的内部结构如图4­4­18所示，其中R1＝0.1Ω，R2＝1950Ω，求电动机M的热功率．【解析】(1)蓄电池输出功率P＝UI＝200×50W＝104W.第6页90%P＝Fv，解得：汽车所受阻力F＝900N.(2)电动机M两端电压U′＝U－IR1＝195V.R2中电流I2＝U′/R2＝0.1A，电动机输入电流I′＝I－I2＝49.9A.电动机输入功率P＝U′I′＝9730.5W，输出功率P出＝90%P＝9000W.电动机M的热功率P热＝P－P出＝730.5W.【答案】(1)900N(2)730.5W6．(13分)抽油烟机是现代厨房不可缺少的用具，下表是某品牌家用抽油烟机说明书中的主要技术参数表．用多用电表测量得其中一只电动机的线圈电阻R＝90Ω.若保险丝的熔断电流是保险丝允许通过的电流的1.5倍，启动时电动机当成纯电阻处理，求：额定电压(两电动机、照明灯)AC220V50Hz额定输入功率2×185W抽排风量(两电动机同时工作)≥15m3/min风压(两电动机同时工作)≥300Pa照明灯40W排烟管内径150mm(1)两电动机每分钟消耗的电能为多少？(2)这种抽油烟机保险丝的熔断电流不得低于多少？(3)两电动机每分钟所做的有用功至少是多少？(4)这种油烟机的机械效率至少是多少？【导学号：69682222】第7页【解析】(1)两电动机每分钟消耗的电能E＝2Pt＝2.22×104J.(2)电动机启动时通过的电流大于正常工作时的电流，所以保险丝的熔断电流应以启动时通过的电流来确定，启动电流I＝UR×2A＋P灯U＝5.07A，所以保险丝的熔断电流至少为I′＝1.5I＝7.61A.(3)电动机所做的有用功是用于排风的，故两电动机每分钟所做的有用功至少为W＝pΔV＝300×15J＝4.5×103J.(4)该抽油烟机的机械效率至少为η＝WE×100%＝20.3%.【答案】(1)2.22×104J(2)7.61A(3)4.5×103J(4)20.3%