2019人教版高三物理课时集训电流电阻电功率及焦耳定律含解析

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2019人教版高三物理课时集训电流电阻电功率及焦耳定律含解析

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莲山 课件 w ww.5 Y
K J.CO
M 课时分层集训(二十三) 电流 电阻 电功率及焦耳定律
(限时:40分钟)
(对应学生用书第311页)
[基础对点练]
电流的理解
1.智能手机耗电量大,移动充电宝应运而生,它是能直接给移动设备充电的储能装置.充电宝的转化率是指电源放电总量占电源容量的比值,一般在0.60~0.70之间(包括移动电源和被充电池的线路板、接头和连线的损耗).如图8­1­12为某一款移动充电宝,其参数见下表,下列说法正确的是(  )
 
图8­1­12
容量 20 000 mAh 兼容性 所有智能手机
边充边放 否 保护电路 是
输入 DC5V2A MA× 输出 DC5V0.1A-2.5A
尺寸 156*82*22mm 转换率 0.60
产品名称 索扬SY10-200 重量 约430 g
A.充电宝充电时将电能转化为内能
B.该充电宝最多能储存能量为3.6×106 J
C.该充电宝电量从零到完全充满电的时间约为2 h
D.该充电宝给电量为零、容量为3 000 mAh的手机充电,则理论上能充满4次
D [充电宝充电时将电能转化为化学能,不是内能,故A错误;该充电宝的容量为:q=20 000 mAh=20 000×10-3×3 600 C=7.2×104 C;该电池的电动势为5 V,所以充电宝储存的能量:E=E电动势·q=5×7.2×104 J=3.6×105 J,故B错误;以2 A的电流为用电器供电,则供电时间t=qI=7.2×1042 s=3.6×104 s=10 h,故C错误;由于充电宝的转化率是0.6,所以可以释放的电能为:20 000 mAh×0.6=12 000 mAh,给容量为3 000 mAh的手机充电的次数:n=12 0003 000=4次,故D正确.故选D.]
2.(2018·威海模拟)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其电阻率为ρ.棒内单位体积内的自由电子数为n,电子的电量为e,在棒两端加上恒定电压U时,棒内产生电流,则自由电子定向移动的速率为(  )
【导学号:84370306】
A.UneρL        B.USneρL
C.USneρL2   D.ULneρS
A [导体中的电流为I=neSv,导体的电阻为R=ρLS,导体两端的电压为U=RI,解得:v=UneρL,故选A.]
3.有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为q.此时电子的定向移动速度为v,在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为(  )
A.nvS        B.nvΔt
C.IΔtq   D.IΔtSq
C [根据电流的定义式可知,在Δt内通过导线横截面的电荷量Q=IΔt,所以在这段时间内通过的自由电子数为N=Qq=IΔtq,所以C项正确,D项错误.
由于自由电子定向移动的速度是v,因此在时间Δt内,位于以横截面S、长l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面(如图所示).这段导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt内通过横截面S的自由电子数为N=nV=nSvΔt,选项A、B均错误.]
 
 
如图所示,某种材料确定的圆柱形导体长为L,横截面的直径为d,其两端所加的电压为U.当这三个物理量中仅有一个物理量改变时,关于导体中自由电子定向运动的平均速率,下列说法正确的是(  )
 
A.电压变为2U,导体中自由电子定向运动的平均速率不变
B.导体的长度变为2L,导体中自由电子定向运动的平均速率变为原来的2倍
C.导体横截面的直径变为2d,导体中自由电子定向运动的平均速率不变
D.导体横截面的直径变为0.5d,导体中自由电子定向运动的平均速率变为原来的2倍
C [根据电流的微观表达式I= nqvS、欧姆定律I=UR和电阻定律R=ρLS,可得v=UnqρL,自由电子定向运动的平均速率由U、n、q、ρ和L共同决定,与d无关.分析可知C正确.]
电阻、电阻定律的理解应用
4.欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律.有一个长方体金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c.电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻阻值最小的是(  )
 
A [选项A中电阻横截面积最大,长度最小,根据R=ρlS可知,其电阻最小.选A.]
5.如图8­1­13所示,厚度均匀的矩形金属薄片边长lab=10 cm,lbc=5 cm.当将A与B接入电压为U的电路中时,通过的电流为1 A.若将C与D接入同一电路中,则通过的电流为(  )
 
图8­1­13
A.4 A   B.2 A
C.12 A   D.14 A
A [设沿AB方向的横截面积为S1,沿CD方向的横截面积为S2,则S1S2=12.设A与B接入电路中时的电阻为R1,C与D接入电路中时的电阻为R2,则R1R2=ρlabS1ρlbcS2=41.由欧姆定律得I1I2=U/R1U/R2=14,故I2=4I1=4 A.选项A正确.]
6.(2017·保定模拟)如图8­1­14所示,一段长为a、宽为b、高为c(a>b>c)的长方体金属导体,将其中的两个对立面接入电路中时,最大的电阻为R,则最小的电阻为(  )
【导学号:84370307】
 
图8­1­14
A.c2Ra2   B.c2Rab
C.a2Rbc   D.R
A [根据电阻定律知,最大电阻为R=ρabc,最小电阻为R′=ρcab=ρabc×c2a2=c2Ra2,故A正确.]
7.两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同电压后,则在相同时间内通过它们的电荷量之比为(  )
A.1∶4   B.1∶8
C.1∶16   D.16∶1
C [对于第一根导线,均匀拉长到原来的2倍,则其横截面积必然变为原来的12,由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍,第二根导线对折后,长度变为原来的12,横截面积变为原来的2倍,故其电阻变为原来的14.给上述变化后的裸导线加上相同的电压,由欧姆定律得:I1=U4R,I2=UR/4=4UR,由I=qt可知,在相同时间内,电荷量之比q1∶q2=I1∶I2=1∶16.]
欧姆定律及U­I图线
8.(2018·宜昌模拟)如图8­1­15所示,a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线,下列判断中正确的是(  )
 
图8­1­15
A.a代表的电阻丝较粗
B.b代表的电阻丝较粗
C.a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值
D.图线表示电阻丝的阻值与电压成正比
B [图线的斜率表示电阻的倒数,故Ra>Rb,C错误;由R=ρlS知a的横截面积较小,A错误,B正确;由图象知导体的电阻与电压无关,D错误.]
9.某导体中的电流随其两端电压的变化如图8­1­16所示,则下列说法中正确的是(  )
 
图8­1­16
A.加5 V电压时,导体的电阻约为5 Ω
B.加11 V电压时,导体的电阻约是1.4 Ω
C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小
D.此导体为线性元件
A [对某些导电器材,其伏安特性曲线不是直线,但曲线上某一点的UI值仍表示该点所对应的电阻值.当导体在加5 V电压时,电阻R1=UI=5 Ω,A正确;当导体加11 V电压时,由图知电流约为1.4 A,电阻大于1.4 Ω,B错误;当电压增大时,UI值增大,即电阻增大,导体为非线性元件,C、D错误.]
10.(2018·杭州五校联考)如图8­1­17所示为A、B两电阻的伏安特性曲线,关于两电阻的描述正确的是(  )
 
图8­1­17
A.电阻A的阻值随电流的增大而减小,电阻B阻值不变
B.在两图线交点处,电阻A的阻值等于电阻B的阻值
C.在两图线交点处,电阻A的阻值大于电阻B的阻值
D.在两图线交点处,电阻A的阻值小于电阻B的阻值
B [由题图可知,电阻A图线的斜率越来越大,故A的阻值随电流的增大而增大,电阻B阻值不变,选项A错误;两图线的交点处电流和电压均相同,由欧姆定律可知,两电阻的阻值大小相等,选项B正确,C、D错误.]
电功、电功率、电热的计算
11.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是(  )
【导学号:84370308】
A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W
C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
C [由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1=UI1=44 Ω,P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J,洗衣机为非纯电阻元件,所以R2≠UI2,P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍.选C.]
12.在研究微型电动机的性能时,应用如图8­1­18所示的实验电路.当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.5 V.重新调节R并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1 A和14 V.则这台电动机正常运转时输出功率以及一分钟内产生的热量分别为(  )
 
图8­1­18
A.14 W,220 J   B.12 W,220 J
C.11 W,180 J   D.9 W,180 J
C [电动机停止转动时为纯电阻元件,其线圈内阻r=UI=1.50.5 Ω=3 Ω,电动机正常运转时,其输出功率P=I′U′-I′2r=11 W,电动机一分钟内产生的热量Q=I′2rt=180 J,故选项C正确.]
13.(多选)如图8­1­19所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L的规格为“2 V,0.4 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω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(  )
 
图8­1­19
A.电源内阻为1 Ω
B.电动机的内阻为4 Ω
C.电动机正常工作电压为1 V
D.电源效率约为93.3%
AD [小灯泡正常工作时的电阻RL=U2P=10 Ω,流过小灯泡的电流I=PU=0.2 A,当开关S接1时,R总=EI=15 Ω,电源内阻r=R总-R-RL=1 Ω,A正确;当开关S接2时,电动机M两端的电压UM=E-Ir-U=0.8 V,C错误;由于电动机为非纯电阻元件,由题条件无法求得电动机的内阻,B错误;电源的效率η=E-IrE=2.8 V3 V≈93.3%,D正确.]
 
如图所示,电源内阻不可忽略,电路中接有一小灯泡和一电动机.小灯泡L上标有“6 V 12 W”字样,电动机的线圈电阻RM=0.5 Ω.若灯泡正常发光时,电源的输出电压为12 V,此时(  )
 
A.整个电路消耗的电功率为24 W
B.电动机的热功率为12 W
C.电动机的输出功率为12 W
D.电动机的输入功率为12 W
D [灯泡正常发光,则电路电流I=IL=PLUL=2 A.已知电路电流,由于不知电源电动势,无法求出整个电路消耗的电功率,故A错误;电动机的热功率PQ=I2RM=22×0.5 W=2 W,故B错误;灯泡正常发光时,电动机电压UM=U-UL=12 V-6 V=6 V,电动机的输入功率P=UMI=6×2 W=12 W,电动机的输出功率P出=P- PQ=12 W-2 W=10 W,故C错误,D正确.]
[考点综合练]
14.(2018·衡水模拟)一根导线两端加上电压U,导体中自由电子定向移动的平均速率为v,现将导线均匀拉长至横截面半径为原来的12,然后两端加上电压U,则导线中自由电子定向移动的平均速率为(  )
【导学号:84370309】
A.v2   B.2v2
C.v4   D.2v4
C [横截面的半径变为原来的12,可知面积变为原来的14,由体积V=LS不变,可知长度变为原来的4倍.由电阻定律的表达式R=ρLS,可得变化后的电阻值为:R′=ρ4L14S=16R,由I=UR可知,电流变为I16.由电流的微观表达式I=nqSv,可知v=InqS,v′=I′nqS′,故v′=116Inq14S=14v,C正确.]
15.(2018·北京丰台模拟)如图8­1­20所示是某电路的示意图,虚线框内是超导限流器.超导限流器是一种短路故障电流限制装置,它由超导部件和限流电阻并联组成.当通过超导部件的电流大于其临界电流IC时,超导部件由超导态(可认为电阻为零)转变为正常态(可认为是一个纯电阻),以此来限制故障电流.超导部件正常态电阻R1=6 Ω,临界电流IC=0.6 A,限流电阻R2=12 Ω,灯泡L上标有“6 V,3 W”字样,电源电动势E=6 V,内阻忽略不计,则下列判断不正确的是(  )
 
图8­1­20
A.当灯泡正常发光时,通过灯L的电流为0.5 A
B.当灯泡正常发光时,通过R2的电流为0.5 A
C.当灯泡L发生故障短路时,通过R1的电流为1 A
D.当灯泡L发生故障短路时,通过R2的电流为0.5 A
B [当灯泡正常发光时,通过灯L的电流为IL=PU=36 A=0.5 A,选项A正确;当灯泡正常发光时,超导部件处于超导状态,则通过超导部件的电流为0.5 A,通过R2的电流为零,选项B错误;当灯泡L发生故障短路时,超导部件处于正常态,此时R1=6 Ω,通过R1的电流为I1=ER1=66 A=1 A,通过R2的电流为I2=ER2=612 A=0.5 A,选项C、D正确;此题选择错误的选项,故选B.]
16.机动车的尾气含有铅等大量有害物质,并且也是造成地球“温室效应”的重要因素之一.电动汽车因其无尾气排放且噪音小等因素,正在逐渐被人们接受.某国产品牌电动汽车的铭牌如下表,已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压,则下列说法正确的是(  )
【导学号:84370310】
规 格 后轮驱动直流电动机
车型:60″电动汽车 电动机额定输出功率:1 675 W
整车质量:400 kg 额定转速:600 r/min
蓄电池(容量It=800 A·h,输出电压:约为36 V) 额定工作电压/电流:36 V/50 A
A.电动汽车正常工作时消耗的电功率为1 675 W
B.电动机的内阻为0.72 Ω
C.蓄电池充满电后储存的电能约为2.88×104 J
D.充满电后电动汽车在额定功率下能连续行驶的时间约为16 h
D [电动机正常工作时消耗的电功率P=U额I额=36×50 W=1 800 W,故A错误;电动机内阻的发热功率P热=P电-P出=1 800 W-1 675 W=125 W,则电动机的内阻为r=P热I2=0.05 Ω,故B错误;蓄电池充满电后储存的电能为W=UIt=800×3 600×36 J=1.04×108 J,故C错误;在额定功率下连续行驶最长时间为t=WU额I额=16 h,故D正确.]
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