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一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分)
1.(2013·苏州模拟)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
2.(2013·梅州模拟)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
3.(2013·泰州模拟)一导体的伏安特性曲线如图AB段(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是 ( )
A.B点的电阻为12Ω
B.B点的电阻为40Ω
C.导体的电阻因温度的影响改变了1Ω
D.导体的电阻因温度的影响改变了9Ω
4.(2013·广州模拟)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
5.如图所示为一未知电路,现测得两个端点a、b之间的电阻为R,若在a、b之间加上电压U,测得通过电路的电流为I,则该未知电路的电功率一定为 ( )
A.I2R B. C.UI D.UI-I2R
6.(2013·泰安模拟)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
7.(2013·温州模拟)电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到市电上(如图所示),下列说法正确的是( )
A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大
B.开关接通时,灯泡熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小
C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热较少
D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗总功率不变
8.(2013·东莞模拟)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
9.(2013·北海模拟)一个标有“220V 60 W”的白炽灯泡两端加上的电压由零逐渐增大到220V。在此过程中,电压U和电流I的关系可用图线表示。图中符合实际的是 ( )
10.如图所示,用输出电压为1.4V,输出电流为100mA的充电器对内阻为2Ω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
二、计算题(本大题共2小题,共30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)
11.(能力挑战题)(15分)用一个额定电压为12V的灯泡做实验,测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图像如图所示。
(1)在正常发光条件下,灯泡的电功率为多大?
(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比,室温为T=300K,求正常发光条件下灯丝的温度。
(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20V电压上,要使灯泡能正常发光,串联的电阻为多大?
(4)当合上开关后,需要0.5s灯泡才能达到正常亮度,为什么这时电流比开始时小?计算电流的最大值。
12.(2013·济南模拟)(15分)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rA=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?
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答案解析
1.【解析】选B。电动机的发热功率应为P=I2r=52×1W=25W,B正确。
2.【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。
3.【解析】选B。导体的电阻表达式为R=,结合图像,可得RA=Ω=30Ω,
RB=Ω=40Ω,故A错误,B正确;电阻改变量为RB-RA=10Ω,故C、D错误。
【变式备选】如图所示,厚薄均匀的长方体金属片,边长ab=10cm,bc=5cm,当A与B间接入的电压为U时,电流为1A,当C与D间接入的电压为U时,其电流为 ( )
A.4 A B.2 A
C.0.5 A D.0.25 A
【解析】选A。设长方体金属片的厚度为l,则当AB接入电压U时,电阻RAB=ρ;CD接入电压U时的电阻RCD=ρ,故RAB∶RCD=(ab)2∶(bc)2=4∶1,根据欧姆定律I=得,IAB∶ICD=RCD∶RAB=1∶4,即ICD=4A,选项A正确。
4.【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。
5.【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)方框中未知电路可能是纯电阻电路,也可能是非纯电阻电路。
(2)只有纯电阻电路,P=I2R和P=才能适用,而P=UI对任何电路都适用。
【解析】选C。不管电路是否为纯电阻电路,电路的电功率一定为P=UI,选项C正确;只有电路为纯电阻电路时,才有P=UI=I2R=,故A、B错误;而UI-I2R为电能转化为其他形式能量的功率,故D错误。
6.【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。
7.【解析】选A。开关接通时,灯泡被短路,灯泡熄灭,电路的总电阻变小,电路的总功率变大,电烙铁的功率变大,A正确,B、C、D错误。
8.【解析】选C。根据电阻定律R甲=ρ,R乙=ρ,P甲=,P乙=,若使P甲=P乙,即=,===2,=,所以选项C是正确的。
9.【解析】选B。白炽灯的电阻随温度的升高而增大,当电压由零增大到220V时,电阻越来越大,即图线斜率逐渐增大,A、C、D错误,B正确。
10.【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。
11.【解析】(1)由题图知,正常发光时R=8Ω,
P==18W。 (3分)
(2)由题图知,室温时电阻R′=1Ω,由=,
得T=2400K。 (4分)
(3)串联电路电压分配与电阻成正比,=,
得Rx=5.33Ω。 (4分)
(4)刚合上开关灯未正常发光,温度低,电阻小,电流大,Im==A=12A。 (4分)
答案：(1)18W (2)2400K (3)5.33Ω
(4)刚合上开关灯未正常发光,温度低,电阻小,电流大 12A
12.【解析】(1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律I=得R==2Ω, (3分)
其发热功率为PR=UI1=12×6W=72W。 (2分)
(2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得
UI2=rM+P输出, (3分)
所以rM==Ω=1Ω。 (2分)
(3)电解槽工作时,由能量守恒定律得:
P化=UI3-rA (3分)
所以P化=(12×4-42×2)W=16W。 (2分)
答案：(1)2Ω 72W (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。
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