作业(7) 电路中的能量转化-【假期作业】2024年新教材高二物理寒假假期作业

　　　电路中的能量转化 知识点一　电功和电热的理解 1.电功和电功率 W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路。 2.电热和热功率 Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率。 3.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。 1.关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　) A.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q B.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q C.W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立 D.W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立 知识点二　非纯电阻电路功率的分析与计算 1.电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝IU。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝IU－I2r。 (4)电动机的效率：η＝×100%＝×100%。 2.当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻元件。当电动机转化时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻元件。 2.如图所示，M为电动机，N为电炉子，电炉子的电阻R＝4 Ω，电动机的内阻r＝1 Ω，恒定电压U＝12 V。当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I2＝5 A。求： (1)理想电流表的示数I1及电炉子发热功率； (2)电动机的输出功率。 解答串并联电路电功率问题应注意的两个问题 (1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比还是反比关系。 (2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。　 如图所示，已知电源电动势E＝20 V，内阻r＝1 Ω，当接入固定电阻R＝4 Ω时，电路中标有“3 V 4.5 W”的灯泡L和内阻r′＝0.5 Ω的小型直流电动机恰能正常工作，求： (1)电路中的电流强度； (2)电动机的额定工作电压； (3)电源的总功率。 [错解]　由灯泡的额定电压和额定功率可求得灯泡的电阻RL＝＝ Ω＝2 Ω，串联电路中的电流强度I＝＝＝ A＝2.7 A， 电动机额定工作电压U＝Ir′＝2.7×0.5 V＝1.35 V，电源总功率P＝IE＝2.7×20 W＝54 W。 [错解原因]　此电路是非纯电阻电路，闭合电路欧姆定律E＝IR总不适用，所以电路中的电流强度不能用I＝求出。电动机额定工作电压U≠Ir′。 [分析解答]　(1)串联电路中灯L正常发光，电动机正常工作，所以电路中电流强度为灯L的额定电流。 灯L的电阻RL＝＝ Ω＝2 Ω，灯L的额定电流为 I＝＝ A＝1.5 A 电路中电流强度I＝1.5 A。 (2)电路中的电动机是非纯电阻电路。根据能量守恒，电路中 E＝UR＋UL＋Ur＋Um Um＝E－UR－UL－Ur＝E－I(R＋RL＋r)＝20－1.5×(2＋4＋1)V＝9.5 V (3)电源总功率： P总＝IE＝1.5×20 W＝30 W。 1.以下关于物理学史的说法正确的是(　　) A.焦耳通过理论推导发现了焦耳定律 B.开普勒通过观测行星运动，发现了行星运动规律 C.万有引力常量是卡文迪什通过扭秤装置测量所得 D.英国的物理学家牛顿发现了万有引力定律，并测出了万有引力常量 2.某型号扫地机器人由DC14.8 V/2 200 mAh的锂电池供电，额定功率为35 W，当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是(　　) A.DC14.8 V/2 200 mAh表示该电池输出的是交流电 B.该机器人电机的额定电流为0.42 A C.正常工作时机器人电动机每秒钟输出35 J动能 D.电池充满电后机器人正常工作约45 min后回座机充电 3.在如图所示的电路中，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0 Ω，电路中的电阻R0为1.5 Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω，闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A。则以下判断正确的是(　　) A.电动机的输出功率为14 W B.电动机两端的电压为7.0 V C.电动机产生的热功率为4.0 W D.电源输出的功率为24 W 4.汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图所示，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为10 A，电动机启动时电流表读数为58 A，若电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω，电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了(　　) A.35.8 W　B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W 5.虚接是常见的电路故障，如图所示，电热器A与电热器B并联。电路中的C处由于某种原因形成了虚接，造成了该处接触电阻0～240 Ω之间不稳定变化，可等效为电阻RC，已知MN两端电压U＝220 V，A与B的电阻RA＝RB＝24 Ω，求： (1)MN间电阻R的变化范围； (2)当RC＝240 Ω，电热器B消耗的功率。(保留3位有效数字) 6.(2024·瑞丽高二练习)图甲为“风光互补路灯”的外形图，图乙是该路灯系统的简化电路原理图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电，晚上与触点b接触，给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h，能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。则： (1)该路灯正常工作时的电流是多少？ (2)该路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时？ (3)太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 作业(七)　电路中的能量转化 [跟踪训练] 1.B　非纯电阻中，W＝UIt用来求电功，Q＝I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒电功和电热电相等，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt计算，W＝UIt可用于任何电路求总电功，而Q＝I2Rt可以适用任何电路求热功，故B正确，A、C、D错误。 2.解析　(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得 I1＝＝ A＝3 A， 其发热功率为PR＝IR＝32×4 W＝36 W。 (2)当S1、S2同时闭合时，流过电动机的电流为 I3＝I2－I1＝2 A， 电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得 UI3＝P出＋Ir， 代入数据解得P出＝20 W。 答案　(1)3 A　36 W　(2)20 W [综合训练] 1.C 2.D　DC14.8 V/2 200 mAh表示该电池输出的是直流电，选项A错误；该机器人电机的额定电流为I＝＝ A＝2.36 A，选项B错误；正常工作时机器人电动机内阻要产生部分内能，则每秒钟输出动能小于35 J，选项C错误；机器人正常工作的时间t＝＝≈0.75 h＝45 min，选项D正确。 3.B　电路中电流表的示数为2.0 A，所以电动机的电压为U＝E－U内－UR0＝E－Ir－IR0＝(12－2×1－2×1.5) V＝7 V。 电动机的总功率为P总＝UI＝7×2 W＝14 W。 电动机的发热功率为 P热＝I2R＝22×0.5 W＝2 W。 所以电动机的输出功率为 P出＝P总－P热＝(14－2) W＝12 W。 故A、C错误，B正确；电源的输出的功率为 P＝EI－I2r＝(12×2－22×1) W＝20 W。 故D错误。故选B。 4.B　电动机未启动时，U灯＝E－I1r＝(12.5－10×0.05) V＝12 V，车灯功率P灯＝U灯I1＝120 W；电动机启动时，U灯′＝E－I2r＝(12.5－58×0.05) V＝9.6 V，设车灯阻值不变，由P＝，可得P′＝×P灯＝×120 W＝76.8 W，电功率的减少量ΔP＝P－P′＝(120－76.8) W＝43.2 W，选项B正确。 5.解析　(1)根据电路可知当RC＝0时MN间电阻R的阻值最小，为R＝＝12 Ω 当RC＝240 Ω时MN间电阻R的阻值最大，为R＝＝22 Ω 故MN间电阻R的变化范围为12 Ω≤R≤22 Ω。 (2)当RC＝240 Ω，通过电热器B的电流为I＝ 此时电热器B消耗的功率为PB＝I2RB 解得PB＝16.7 W。 答案　(1)12 Ω≤R≤22 Ω　(2)16.7 W 6.解析　(1)由P＝UI可得，路灯正常工作时的电流I＝＝ A＝0.625 A。 (2)路灯正常工作时的功率P＝15 W＝0.015 kW 该路灯正常工作一天消耗的电能W＝Pt＝0.015 kW×8 h＝0.12 kW·h。 (3)路灯正常工作6天消耗的电能是 W电＝nW＝6×0.12 kW·h＝0.72 kW·h 太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率η＝×100%＝×100%＝12%。 答案　(1)0.625 A　(2)0.12 kW·h　(3)12% 学科网（北京）股份有限公司 $$