【复习方略】2015高考物理一轮复习 7.1电流电阻电功及电功率课时提升作业 沪科版选修3-1

课时提升作业(二十一) 电流 电阻 电功及电功率

一、选择题(本题共5小题,每小题7分,共35分。多选题已在题号后标出) 1.(多选)下列说法中正确的是( ) A.由R=可知,电阻与电压、电流都有关系 B.由R=ρ

S

l

可知,电阻与导体的长度和横截面积都有关系 C.金属的电阻率随温度的升高而减小

D.所谓超导体,当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,它的电阻率突然变为零

2.有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍,以下说法中正确的是( ) A.甲、乙两导体的电流相同 B.乙导体的电流是甲导体的两倍

C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍

D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等

3.(2014·黄山模拟)铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子中有n 个自由电子,今有一根横截面积为S 的铜导线,当通过的电流为I 时,电子平均定向移动的速率为( ) A.光速c B.

C.

D.

4.如图所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,电动机内阻为R

1。当开关闭合,电动机正常工作时,滑动变阻器接入电路中的电阻为R 2,电动机两端的电压为U,通过电动机的电流为I 。电动机输出的机械功率P 等于( ) A.UI B.I 2

R 1

C.UI-I 2

R 1 D.

U

5.(2014·湖北武汉调研)如图所示是某款理发用的电吹风的电路图,它主要由

电动机M 和电热丝R 构成。当闭合开关S 1、S 2后,电动机驱动风叶旋转,将空气从进风口吸入,经电热丝加热,形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W 。关于该电吹风,下列说法正确的是( )

A.电热丝的电阻为55Ω

B.电动机的电阻为

Ω

C.当电吹风吹冷风时,电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 J

D.当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为1 120 J 二、计算题(本题15分。需写出规范的解题步骤)

6.如图所示,在相距40km 的A 、B 两地架两条输电线,电阻共为800Ω,如果在A 、B 间的某处发生短路,这时接在A 处的电压表示数为10V,电流表的示数为40mA,求发生短路处距A 处有多远

?

强化专练(建议：25分钟)

强化点1：电功率、电热的计算

1.家用电器即使没有使用,只要插头插在电源上处于待机状态,也会消耗电能。根据下表提供的数据,估算这些电器待机1天耗电约为( )

A.0.3度

B.0.6度

C.0.9度

D.1.2度

2.(2012·上海高考)当电阻两端加上某一稳定电压时,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.3 V,1.8 J B.3 V,

3.6 J C.6 V,1.8 J D.6 V,3.6 J 强化点2：电阻定律的应用

3.把两根同种材料做成的电阻丝,分别接在两个电路中,甲电阻丝长为l ,直径为d,乙电阻丝长为2l ,直径为2d,要使两电阻丝消耗的功率相等,加在两电阻丝上的电压应满足( ) A.

=1 B.

=

C.=

D.=2

强化点3：纯电阻电路与非纯电阻电路的理解

4.(多选)如图所示,一直流电动机与阻值R=9Ω的电阻串联在电源上,电源电动

势E=30V,内阻r=1Ω,用理想电压表测出电动机两端电压U=10V,已知电动机线

圈电阻R M=1Ω,则下列说法中正确的是( )

A.通过电动机的电流为10 A

B.电动机的输入功率为20 W

C.电动机的热功率为4 W

D.电动机的输出功率为16 W

5.(多选)某集装箱吊车的交流电动机输入电压为380V,当吊车以0.1m/s的速度匀速吊起总质量为5.7×103kg的集装箱时,测得电动机的电流为20 A,g取10m/s2,则( )

A.电动机的内阻为4.75Ω

B.电动机的输出电压为285 V

C.电动机的输出功率为7.6×103W

D.电动机的工作效率为75%

6.如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U=12V,电解槽内阻

r A=2Ω,当S1闭合、S2、S3断开时,电流表A示数为6A;当S2闭合、S1、S3断开

时,A示数为5A,且电动机输出功率为35W;当S3闭合、S1、S2断开时,A示数为

4A。求：

(1)电炉子的电阻及发热功率各多大?

(2)电动机的内阻是多少?

(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少?

答案解析 素能全练

1.【解析】选B 、D 。R=是电阻的定义式,R 与电压和电流无关,故A 错误;R=ρ

S

l

是电阻的决定式,横截面积一定,电阻与导体的长度成正比,长度一定,电阻与导体的横截面积成反比,故B 正确;金属的电阻率随温度的升高而增大,故C 错误;当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象,此时的导体叫超导体,故D 正确。

2.【解析】选B 。由I=可知,I 乙=2I 甲,B 正确,A 错误;由I=nvSq 可知,同种金属材料制成的导体,n 相同,

因S 甲=2S 乙,故有v 甲∶v 乙=1∶4,C 、D 均错误。 3.【解题指南】解答该题应注意：

(1)电子定向移动的速率不是电流的传导速率,也不等于光速c 。

(2)根据电流的微观表达式I=nqSv 求解,但要注意n 为单位体积内的自由电子数。 【解析】选D 。每摩尔铜的体积为,单位体积内铜原子个数为n ′==

,由电流的微观表达式I=n ′eSv

得：v=,故选项D 正确。

4.【解析】选C 。电动机输入功率为UI,内阻发热消耗功率为I 2

R 1,电动机输出的机械功率P 等于UI-I 2

R 1,选项C 正确。

【加固训练】一台电动机,额定电压是100V,电阻是1Ω。正常工作时,通过的电流为5A,则电动机因发热损失的功率为( )

A.500 W

B.25 W

C.1 000 W

D.475 W

【解析】选B 。电动机的发热功率应为P=I 2

r=52

×1W=25 W,B 正确。

5.【解析】选A 。根据题述,电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W,可知电热丝功率为880 W,由P=

可得电热丝的电阻为R=55Ω,选项A 正确,B 错误。当电吹风吹冷风时,

电热丝每秒钟消耗的电能为0,当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为120 J,选项C 、D 错误。 6.【解题指南】解答该题应注意： (1)公式R=ρ

s

l

中,l 为导线的长度,不一定为两地间距,该题中l =2×40km 。 (2)短路的意义指用导线将两条输电线直接相连。

【解析】设发生短路处距离A 处为x,据题意知,A 、B 两地间的距离l =40km,电压表的示数U=10V,电流表的示数I=40mA=4.0×10-2

A,R 总=800Ω。 (5分)

根据欧姆定律I=可得： A 端到短路处的两根输电线的电阻 R x ==

Ω=250Ω

①(2分)

根据电阻定律可知：R x =ρ

②(3分) A 、B 两地间输电线的电阻为R 总=ρ

S

2l

③(2分)

由得=

x

l

④(2分)

解得x=l =×40km=12.5 km 。

(1分)

答案：12.5km 【加固训练】

神经系统中,把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为,髓鞘是由多层(几十层到几百层不等)类脂物质——髓质累积而成的,髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经,髓鞘的厚度只有2μm 左右。而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105

Ω。 (1)若不计髓质片层间的接触电阻,计算髓质的电阻率。

(2)若有一圆柱体是由髓质制成的,该圆柱体的体积为32πcm 3

,当在其两底面上加上1000V 的电压时,通过该圆柱体的电流为10πμA,求圆柱体的圆面半径和高。 【解析】(1)由电阻定律：R=ρS l 则ρ=SR l

所以ρ=

Ω·m=8×106

Ω·m 。

(2)由部分电路欧姆定律和圆柱体体积公式：

R=,由R=ρ

得

=,联立πr 2

h=V

代入数据解得h=0.02m,r=0.04m

所以髓质的电阻率为8×106

Ω·m;圆面半径为4 cm,高为2 cm 。 答案：(1)8×106

Ω·m (2)4 cm 2 cm

强化专练

1.【解析】选A 。1度=3.6×106

J,这些电器待机一天耗电W =Pt=(4+1+4+2)×24×3600J=9.5×105

J=0.3度。故A 正确,B 、C 、D 错误。

2.【解析】选D 。消耗的电能Q=I 2

Rt=It ·IR=qU=0.9J,则电阻两端的电压为U==

V=3 V,当相同时间内

使0.6C 的电荷量通过该电阻时,由q=It 可知,I ′=2I,又U=IR,则有U ′=2U=2×3V=6 V,所以Q ′=I ′

2

Rt=4Q=4×0.9J=3.6 J,故选项D 正确。

3.【解题指南】解答该题的思路是： (1)电功率相等,分析电压关系,选择公式P=分析。

(2)再由电阻定律找出R 的关系。 【解析】选C 。根据电阻定律R 甲=ρ

S 甲l ,R 乙=ρ2S 乙

l ,P 甲=,P 乙=,若使P 甲=P 乙,即=

,

==

22

d 22d ρπρπ（）

l

l =2,=,所以选项C 是正确的。

【加固训练】

一根金属导线截面均匀,长为L 、电阻为R 。现在先截去再拉长至nL,则导线电阻变为( ) A.n 2

R B.R

C.

R D.

R

【解析】选D 。设金属导线电阻率为ρ,截去后电阻率仍为ρ,设变化前后导线的截面积分别为S 1和S 2,截去再拉长后电阻变为R 2,由电阻定律可知R 2=R 。截去后体积变为原来的

,则

(LS 1)=(nL)S 2,解得

R 2=

R 。故D 正确。

4.【解析】选B 、C 、D 。由E=30V,电动机两端电压为10V 可得R 和电源内阻上分担电压为20V,则I=

A=2

A,故A 错;电动机输入功率P=UI=10V ×2 A=20 W,故B 正确;P 热=I 2

R M =4×1W=4 W,故C 正确;P 输出=P-P 热=20W-4 W=16 W,故D 正确。 【加固训练】

有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220V,60W ”。现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量( ) A.日光灯最多 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多

【解析】选B 。电烙铁是纯电阻用电器,即以发热为目的,电流通过它就是用来产热。而日光灯和电风扇是

非纯电阻用电器,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能(光能和叶片动能),故只有B正确。

5.【解析】选A、D。电动机输出功率为P=mgv=5.7×103×10×0.1W=5.7×103W;由UI=P+I2R解得R=4.75Ω,选项A正确,C错误;电动机没有输出电压,选项B错误;电动机的工作效率为η==75%,选项D正确。

【加固训练】

(多选)如图所示,用输出电压为1.4V,输出电流为100 mA的充电器对内阻为2

Ω的镍—氢电池充电。下列说法正确的是( )

A.电能转化为化学能的功率为0.12 W

B.充电器输出的电功率为0.14 W

C.充电时,电池消耗的热功率为0.02 W

D.充电器把0.12 J的电能储蓄在电池内

【解析】选A、B、C。充电器对电池的充电功率为P总=UI=0.14W,电池充电时的热功率为P热=I2r=0.02W,所以转化为化学能的功率为P化=P总-P热=0.12W,但

0.12 W≠0.12 J,故A、B、C正确,D错误。

6.【解析】(1)电炉子为纯电阻元件,

由欧姆定律I=得R==2Ω,

其发热功率为P R=UI1=12×6W=72W。

(2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得

UI2=I22r M+P输出,

所以r M==Ω=1Ω。

(3)电解槽工作时,由能量守恒定律得：

P化=UI3-r A

所以P化=(12×4-42×2)W=16W。

答案：(1)2Ω72W (2)1Ω(3)16W

【总结提升】电动机中的能量转化

电动机问题是非纯电阻电路的典型问题。分析这类问题,重点关注以下三点：

(1)电流通过电动机做的功为W电,电动机发热产生的热量为Q,同时转化为机械能的多少为W机,则W电=W机+Q。

(2)在电动机电路中,欧姆定律不再成立,由此推出的公式P=I2R、P=等也不再成立。

(3)特殊情况,当电动机转子被卡住时,电动机电路变为纯电阻电路,W电=Q。