1、第五章第五章 电能与能源的可持续发展电能与能源的可持续发展 (时间：45 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 8 小题，每小题 5 分，共 40 分。其中 15 题为单项选择题，68 题为多 项选择题，全部选对得 5 分，选对但不全的得 3 分，错选或不选得 0 分) 1.“电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比。”这个规律 用公式表示为 QI2Rt。通过实验发现这个规律的物理学家是( ) A.麦克斯韦 B.奥斯特 C.法拉第 D.焦耳 答案 D 2.表为某电饭锅铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出在额定电压下达到额定功率 时通过电饭锅的电流约为(
2、 ) 电器名称 电饭锅 额定电压 220 V 额定功率 700 W 额定容量 4.0 L A.6.2A B.3.2A C.4.6A D.5.5A 解析 由电饭锅铭牌可知，额定电压为 220 V，额定功率为 700 W，故 IP U 700 W 220 V3.2 A， 故选 B。 答案 B 3.额定电压、额定功率相同的电风扇，电烙铁和日光灯，各自在额定电压下工作了相同时间， 比较它们产生的热量，结果是( ) A.电风扇最多 B.电烙铁最多 C.日光灯最多 D.一样多 答案 B 4.甲、乙两根同种材料制成的电阻丝，长度相等，甲横截面的半径是乙的两倍，将其并联后接 在电源上( ) A.甲、乙的电阻之
3、比是 12 B.甲、乙中的电流强度之比是 21 C.甲、乙电阻丝上产生的热量之比是 41 D.甲、乙电阻丝两端的电压之比是 12 解析 两根长度相同， 甲的横截面的圆半径是乙的 2 倍， 根据电阻定律 RL S L r2， 得 R 甲R 乙14，故 A 错误； 并联电路电压相等，由 IU R可知，甲乙中的电流强度之比为 I 甲I乙 41，故 B 错误； 由电阻丝产生的热量 QU 2 R t 可得 Q甲Q乙41，故 C 正确； 两电阻 并联，则两电阻两端的电压相等，故 D 错误。 答案 C 5.闭合电路中电源不变，调节外电阻，使电路总电流变大。那么下列说法错误的是( ) A.外电阻变小 B.电源
4、的总功率变大 C.路端电压变小 D.电源内部的发热功率变小 解析 根据闭合电路的欧姆定律可知电流变大，是由于外阻变小，A 正确；根据部分电阻欧姆 定律，内压变大，外压变小，C 正确；电源消耗的总功率 PIE 变大，电源内部的发热功率 P 内I2r 变大，选项 B 正确，D 错误。 答案 D 6.关于电功和焦耳热，下列说法正确的是( ) A.在纯电阻电路中，计算电功可用公式 WI2Rt B.在非纯电阻电路中，计算电功可用公式 W I2Rt C.在非纯电阻电路中，计算焦耳热用 Q I2Rt D.在纯电阻电路中，计算焦耳热可用 QUIt 解析 欧姆定律适合于纯电阻电路，但是不适合于非纯电阻电路，则在
5、纯电阻电路中，计算电 功可用公式 WI2Rt，选项 A 正确；在非纯电阻电路中，计算电功用公式 WIUt，但是不能 用 WI2Rt 求解电功，选项 B 错误；在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用 Q I2Rt 求解，选 项 C 正确；在纯电阻电路中，计算焦耳热可用 QUIt 求解，选项 D 正确。 答案 ACD 7.在 探究电源电动势和内电阻 的课堂上， 张老师做了如图所示的实验： 拿两节电动势为 E， 内阻为 r 的干电池连接在电路中，逐一闭合开关。则关于这个实验，以下判断正确的是( ) A.每个灯泡的亮度会逐渐变暗 B.每个灯泡的亮度会逐渐变亮 C.路端电压会逐渐减小 D.路端电压会逐渐增加
6、解析 由图可知，各个灯泡均为并联。逐一闭合开关，被点亮的灯泡数目增多，并联的支路增 多，由并联电路的电阻规律可知，外部总电阻减小，由欧姆定律可知，通过电池的电流增大， 则电池的内电压增大，因此路端电压减小，灯泡两端的电压变小，通过各灯的电流减小，则每 个灯泡的亮度会逐渐变暗，故 A、C 正确，B、D 错误。 答案 AC 8.如图所示， R16 ， R23 ， R34 ， 接入电路后， 关于这三个电阻的判断正确的是( ) A.电流之比是 I1I2I3436 B.电压之比是 U1U2U3112 C.功率之比是 P1P2P3126 D.功率之比是 P1P2P3634 解析 电阻 R1与 R2并联后与
7、 R3串联，并联电阻为 R12 R1R2 R1R2 63 63 2 ，并联电路电 压相等，串联电路电压比等于电阻比，故 U并：U3R12R32412，故 U1U2U3 112，故 B 正确；串联电路电流相等，并联电路电流比等于电阻的反比，故：I1 I2 R2 R1 3 6 1 2，而 I3I1I2，故 I1I2I3123，故 A 错误；根据电功率公式 PUI，有 P1P2P3 U1I1U2I2U3I3126，故 C 正确，D 错误。 答案 BC 二、实验题(本题共 1 小题，共 16 分) 9.如图所示是利用 DIS 测定电动机效率的电路，在实验中，通过 A、B 测得的物理量的数值分 别是 x
8、、y，电动机线圈的电阻为 r，请完成下列问题： (1)图中方框 A、B 所采用的传感器分别是： A：_，B：_。 (2)此时电动机的输入功率的表达式 P入_； (3)在实验中，由于电动机的转动使质量为 m 的物体在 t 时间内匀速上升了 h 高度，则电动机 的效率 _100%。 解析 (1)A 与电动机并联，一定是电压传感器；B 与电动机串联，一定是电流传感器。 (2)电压传感器读数是 x，电流传感器读数是 y，故电动机输入功率为 P入xy。 (3)消耗的电能是 QP入txyt，产生的机械能等于重力势能的增加量 mgh，故效率为 mgh xyt 100%。 答案 (1)电压传感器 电流传感器
9、(2)xy (3)mgh xyt 三、计算题(本题共 4 小题，共 44 分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明 单位) 10.(8 分)在某段电路中，一定值电阻的阻值为 R2 ，通过它的电流为 I1 A。求： (1)电阻的热功率 P； (2)电阻在 1 分钟内产生的热量 Q。 解析 (1)根据电功率公式 PI2R 得 PI2R122 W2 W。 (2)根据焦耳定律 QI2Rt 得 QI2Rt12260 J120 J。 答案 (1)2 W (2)120 J 11.(8 分)如图所示，电源电动势 E12 V，电源内阻 r0.5 。定值电阻 R1 5.5 ，R212.0 。求： (1
10、)闭合开关 S 后，求流过电源的电流； (2)若在 ab 之间接一个 C200 F 的电容器，闭合开关 S，电路稳定后，求电容器上所带的电 量。 解析 (1)闭合开关后，根据闭合电路的欧姆定律，流过电源的电流为 I E R1R2r0.67 A。 (2)闭合开关 S，电路稳定后电阻 R2两端的电压为 U2IR28 V 电容器上所带电量 QCU21.610 3C。 答案 (1)0.67 A (2)1.610 3C 12.(12 分)如图所示，E8 V，r2 ，R18 ，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问： (1)要使变阻器获得的电功率最大，则 R2的取值应是多大？这时 R2的功率是多大？ (2)
11、要使 R1得到的电功率最大， 则 R2的取值应是多大？R1的最大功率是多少？这时电源的效率 是多大？ 解析 (1)将 R1和电源等效为一新电源，则新电源的电动势 EE8 V，内阻 rrR110 且为定值。利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知，当 R2r10 R2有最大功率，即 P2maxE 2 4r1.6 W。 (2)因 R1是定值电阻，所以流过 R1的电流越大，R1的电功率就越大。当 R20 时，电路中有最 大电流，即 Imax E R1r0.8 A，R1 的最大功率 P1maxI2maxR15.12 W，这时电源的效率 I2maxR1 I2max（R1r）100%80%。 答案 (1)1
12、0 1.6 W (2)0 5.12 W 80% 13.(16 分)如图所示，是用直流电动机提升重物的装置，重物质量 m50 kg，电源电动势 E 110 V，内电阻 r11 ，电动机的内电阻 r24 ，阻力不计。当匀速提升重物时，电路中电 流强度 I5 A，取 g10 m/s2。试求： (1)电源的总功率和输出功率； (2)重物上升的速度。 解析 (1)电源的总功率 P总E I1105 W550 W 电动机的输出功率 P出P总I2(r1r2)(550125) W425 W。 (2)P出mg v 得 vP 出 mg 425 500 m/s0.85 m/s。 答案 (1)550 W 425 W (2)0.85 m/s
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