焦耳定律經典練習題(含答案詳解)

焦耳定律經典練習題(含答案詳解)

電功率和熱功率一臺電動機額定電壓為100V，電阻為1Ω，正常工作時，通過的電流為5A，則電動機因發(fā)熱損失的功率為多少？答案：B，1000W。解析：電動機的熱功率P=I^2r=5^2×1W=25W，因此選項B正確，選項A、C、D錯誤。電功和電熱通過電阻R的電流為I時，在t時間內產生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為I/2，則在時間t/2內產生的熱量為多少？答案：C，2Q。解析：根據Q=I^2Rt得，電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼?/2，時間不變，則熱量變?yōu)樵瓉淼?/2，因此選項C正確。非純電阻電路的特點及有關計算如圖263所示是一直流電動機工作時的電路圖。電動機內阻r=0.8Ω，電路中另一電阻R=10Ω，直流電壓U=160V，電壓表示數(shù)UV=110V。試求：(1)通過電動機的電流；(2)輸入電動機的電功率；(3)電動機輸出的機械功率。答案：(1)5A；(2)550W；(3)530W。解析：(1)由電路中的電壓關系可得電阻R的分壓UR=(160-110)V=50V，通過電阻R的電流IR=UR/R=50/10A=5A，即通過電動機的電流IM=IR=5A。(2)電動機的分壓UM=UV=110V，輸入電動機的功率Pin=IM·UM=5A·110V=550W。(3)電動機的發(fā)熱功率Pheat=IM^2r=5^2×0.8W=20W，電動機輸出的機械功率Pout=Pin-Pheat=550W-20W=530W。1.根據公式P=IR和P=UI，可以計算電路的熱功率，但是只有在純電阻電路中才能使用P=R^2來計算熱功率。因此，A正確，C錯誤，B正確。2.根據公式P=I^2R，可以計算電器的額定電流。兩個電阻的額定電流比為5:10，因此選項C是正確的。3.電風扇、電烙鐵和日光燈在相同的額定電壓下工作相同的時間，只有電烙鐵可以將電能全部轉化為內能，因此它產生的熱量最多。因此，選項B是正確的。4.兩個燈泡在220V電路下工作，需要找到消耗功率最小的電路。通過計算燈泡的電阻，可以得出只有C電路和D電路可以使兩個燈泡正常發(fā)光。由于C電路中變阻器的功率比D電路小，因此C電路消耗的電功率最小。因此，選項C是正確的。5.兩個燈泡的額定功率相同，但是額定電壓不同。因此，當兩個燈泡并聯(lián)時，電壓高的燈泡消耗的功率更大。因此，選項D是正確的。6.由于燈泡A的額定電壓高于燈泡B，因此在并聯(lián)電路中，燈泡A的功率會更大。因此，選項D是正確的。7.一內阻為4.4Ω的電解槽和一盞標有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則電解槽消耗的電功率為多少？解析：由于燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110V電壓，且流過電解槽的電流I=I燈=60W/110V=0.545A，則電解槽消耗的電功率P=IU=0.545A×110V=60W，故選B。8.如圖264所示，直流電動機線圈的電阻為R，當該電動機正常工作時，電動機兩端電壓為U，通過電動機的電流為I，則哪些說法是正確的？解析：根據電功率公式P=UI，可知電動機的總功率為IU，故選C。根據焦耳定律P=I2R，可知電動機內部發(fā)熱功率為I2R，故選A。根據機械功率公式P=FIv=IU，可知電動機的機械功率為IU，故選B。根據電功率公式P=UI和焦耳定律P=I2R，可得電動機機械功率為P=IU-I2R，故選D。9.下面列出了不同品牌的電視機、電風扇、空調機和電冰箱銘牌上的主要項目，試判斷哪些說法是正確的。(1)正常工作時，其中功率最大的是哪個？解析：根據電功率公式P=UI，可知電器的功率與電壓和電流有關。根據給出的信息，電視機的額定功率為85W，電冰箱的額定功率為70W，電風扇的額定功率為65W，空調機的制冷/制熱電流為6.2A，但未給出額定功率。因此，無法直接比較哪個電器的功率最大，故選D。(2)根據上題銘牌上提供的信息，判斷在12h內正常使用的電冰箱與連續(xù)運轉的電風扇消耗電能的情況是哪個？解析：根據電能公式E=Pt，可知電器消耗的電能與功率和時間有關。根據給出的信息，電冰箱的耗電量為0.5kW·h/24h，即每小時消耗0.5/24=0.021kW的電能；電風扇的額定功率為65W，連續(xù)運轉12小時消耗的電能為65W×12h=780Wh=0.78kW·h。因此，電風扇消耗的電能比電冰箱多，故選B。11.用穩(wěn)壓電源和三根電阻絲R1、R2、R3來加熱一桶水。三根電阻絲采用如圖所示的幾種連接方式，則供熱最快的是哪一種？解析：總電阻最小的方式會使功率最大，從而加熱最快。因此，選項C正確。12.功率為10W的發(fā)光二極管(LED燈)的亮度與功率為60W的白熾燈相當。根據國家節(jié)能戰(zhàn)略，2016年前普通白熾燈應被淘汰。假設每戶家庭有2只60W的白熾燈，均用10W的LED燈替代，估算出全國一年節(jié)省的電能最接近哪個值？解析：假設每戶家庭一天亮燈5小時，則每戶一年節(jié)省的電能為(2×60－2×10)×103×5×365kW·h＝182.5kW·h。假設全國共有4億戶家庭，則全國一年節(jié)省的電能為182.5×4×108kW·h＝7.3×1010kW·h，最接近選項B，因此B選項正確，選項A、C、D錯誤。10.如圖265所示，電阻R1＝20Ω，電動機的繞組的電阻R2＝10Ω。當電鍵打開時，電流表的示數(shù)是0.5A，當電鍵合上后，電動機轉動起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率應是多少？解析：電路兩端的電壓為：U＝I1R1＝0.5A×20Ω＝10V。電動機是非純電阻用電器，UI2＞I22R2，所以I2＜＝1A。電流表的示數(shù)I＝I1＋I2＜1.5A，選項A錯誤、選項B正確。電路總功率為P＝U(I1R2＋I2)＜15W，選項C錯誤、選項D正確。13.對于規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，我們需要求出以下兩個問題的答案：(1)接上220V的電源后，排氣扇轉化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上(1)中電源后，扇葉被卡住，不能轉動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率。解析：(1)排氣扇在220V電壓下正常工作時的電流為I=0.16A。發(fā)熱功率為P熱=I^2R=(0.16)^2×40W=1W。轉化為機械能的功率為P機=P-P熱=(36-1)W=35W。(2)扇葉被卡住不能轉動后，電動機所在電路成為純電阻電路，電流做功全部轉化為熱能。此時電動機中電流為I′=U/R=220/40=5.5A。電動機消耗的功率即電功率等于發(fā)熱功率：P電′=P熱′=UI′=220×5.5W=1210W。14.下面是一輛電動自行車的說明書上的一些技術參數(shù)，我們需要根據表中提供的信息探究以下問題：規(guī)格：26″電動自行車車型：-整車質量：30kg最大載重：120kg后輪驅動直流電機：-額定輸出功率：120W額定電壓：40V額定電流：3.5A(1)在額定電壓下工作時，該電機的內阻是多少？其效率為多大？(2)假設行駛過程中所受阻力是車和人總重的0.02倍，在最大載重量的情況下，人騎車行駛的最大速度為多大？(g取10m/s^2)解析：(1)由題目提供的表可知，電機的輸出功率為P出=120W，額定電壓為U=40V，額定電流為I=3.5A。電機正常工作時輸入功率為P入=UI=