人教版物理必修3同步练习: 12.1 电路中的能量转化(优生加练)

试卷更新日期：2024-04-02 类型：同步测试

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一、选择题

1. 在杭州湾入海口，有亚洲第一座大型海上风电场﹣﹣东海大桥海上风电场，该风电场有58台风机，风机叶轮直径91m，总装机容量约200兆瓦，所生产的绿色电能，相当于为海减少了20万辆小轿车产生的碳污染。已知空气密度为1.29kg/m³ ，假设风能转成电能的效率为50%，则杭州湾海域的平均风速约为（）

A、1m/s B、4m/s C、7m/s D、10m/s

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2. 额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的电灯两盏，若接入电压是220 V的电路中，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小的电路是下图中的(　　)．

A、 B、 C、 D、

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3. 如图所示，两光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，间距为d，其左端接阻值为R的定值电阻，整个装置处在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，一质量为m的导体棒MN垂直于导轨放置，且接触良好。现给导体棒MN一水平向右的初速度v₁ ，经过时间t，导体棒MN向右运动的距离为x，速度变为v₂。不计金属导轨和导体棒MN的电阻。甲、乙两位同学根据以上条件，分别求解在时间t内通过电阻R的焦耳热Q，具体过程如下：（）

甲同学：

在这段时间内，导体棒MN切割磁感线的感应电动势 $\bar{E} = B d \bar{v} = \frac{B d x}{t}$

所以 $Q = {\bar{I}}^{2} R t = \frac{{\bar{E}}^{2}}{R} t = \frac{B^{2} d^{2} x^{2}}{t R}$

乙同学：

在导体棒向右运动的过程中，导体棒损失的动能最终转化为电阻R的焦耳热，则有 $Q = \frac{1}{2} m v_{1}^{2} - \frac{1}{2} m v_{2}^{2}$

A、两位同学的解法都正确 B、两位同学的解法都错误 C、甲同学的解法正确，乙同学的解法错误 D、甲同学的解法错误，乙同学的解法正确

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4. 如图所示，水平地面上方矩形区域内有磁感应强度方向垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长不等的正方形单匝闭合线圈，分别用同种材料、不同粗细的均匀导线绕制做成，使两线圈在距离磁场上边界h高处由静止开始自由下落并进入磁场，磁场上、下边界间距为d，两线圈最后落到地面上．运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界，则下列说法中正确的是（）

A、两线圈中产生的焦耳热可能相等 B、两线圈刚进入磁场时受到的安培力一定不相等 C、整个过程中两线圈的重力做功的功率一定相等 D、两线圈落地时的速度大小相等

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5. 如图所示，额定电压为110 V的两盏电灯，额定功率分别为P_A＝100 W，P_B＝25 W．把它们接到220 V的电路上，欲使它们都能正常发光且耗电最少，应采用的接法是( )

A、 B、 C、 D、

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6. 以恒力推物体使它在粗糙水平面上移动一段距离，力所做的功为，平均功率为，在末位置瞬时功率为；以相同的恒力推该物体使它在光滑水平面移动相同的距离，力所做的功为，平均功率为 $P_{2}$ ，在末位置的瞬时功率为，则下列结论中正确的是（　　）

A、 B、 $W_{1} = W_{2}$ C、 $P_{1} = P_{2}$ D、

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7. 提高物体（例如汽车）运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减小阻力因数（设阻力与物体运动速率的平方成正比，即，k是阻力因数）．当发动机的额定功率为 $P_{0}$ 时，物体运动的最大速率为，如果要使物体运动的速率增大到 $2 v_{m}$ ，则下列办法可行的是（　　）

A、阻力因数不变，使发动机额定功率增大到 $2 P_{0}$ B、发动机额定功率不变，使阻力因数减小到 $\frac{k}{4}$ C、阻力因数不变，使发动机额定功率增大到 $4 P_{0}$ D、发动机额定功率不变，使阻力因数减小到 $\frac{k}{8}$

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8. 如图所示，某中学科技小组制作了利用太阳能驱动小车的装置．当太阳光照射到小车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机带动小车前进．小车在平直的公路上从静止开始匀加速行驶，经过时间t ，速度为v时功率达到额定功率，并保持不变，小车又继续前进了s距离，达到最大速度，设小车的质量为m，运动过程所受阻力恒为 $F_{f}$ ，则小车的额定率为（　　）

A、 B、 C、 D、

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9. 关于功率的说法，正确的是（　　）

A、由知，力做功越多，功率就越大 B、由P=Fv知，物体运动越快，功率越大 C、由W=Pt知，功率越大，力做功越多 D、由P=Fvcosθ知，某一时刻，力大速率也大，功率不一定大

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10. 如图所示是反映汽车从静止匀加速启动（汽车所受阻力f恒定），达到额定功率P后以额定功率运动最后做匀速运动的速度随时间及加速度、牵引力和功率随速度变化的图象，其中不正确的是（　　）

A、 B、 C、 D、

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11. 如图所示，质量相同的两物体处于同一高度，A沿固定在地面上的光滑曲面下滑，B自由下落，最后到达同一水平面，则（　　）

A、到达底端时两物体的速度相同 B、重力对两物体做的功相同 C、到达底端时重力的瞬时功率 D、重力的平均功率相同

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二、多项选择题

12. 漏电保护开关由一个触电保安器和继电器J组成，如图所示。变压器A处用火线和零线双股平行绕制成线圈，然后接到用电器，B处有一个输出线圈，一旦线圈B中有电流，经放大后便能推动继电器切断电源。关于保安器的说法正确的是（）

A、保安器的工作原理是电磁感应原理 B、多开灯会使保安器切断电源 C、线圈B中电流一定大于线圈A中的电流 D、如图人“手——地”触电会切断电源

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13. 汽车以额定功率在平直公路上匀速行驶， $t_{1}$ 时刻司机减小了油门，使汽车的输出功率立即减小一半，并保持该功率继续行驶，到 $t_{2}$ 时刻汽车又开始做匀速直线运动（设整个过程中汽车所受的阻力不变〕则在的这段时间内（　　）

A、汽车的牵引力逐渐增大 B、汽车的牵引力逐渐减小 C、汽车的速度逐渐增大 D、汽车的速度逐渐减小

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三、非选择题

14. 某同学将一直流电源的总功率 $P_{E}$ 、电源内部的发热功率 $P_{r}$ 和输出功率 $P_{R}$ 随电流 $I$ 变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的 $a$ 、 $b$ 、 $c$ 所示。则电源的电动势为 $V$ ， $b$ 、 $c$ 图线的交点与 $a$ 、 $b$ 图线的交点的纵坐标之比一定为。

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15. 有些朋友喜欢去赶红绿灯，也就是看着是绿灯就加速开过去，但是快开到发现变灯了，就急刹车决定不过了，很可能造成后方车辆来不及反应，发生追尾事故。所以为了自己和他人的安全考虑，过红绿灯时一定要减速慢行，切忌急刹车。现有一司机正以54km/h匀速行驶，发现平直公路前方有一红绿灯路口。然后立即刹车。刹车过程中，汽车所受阻力大小随时间变化可简化为图中的图线。图中， $0 ~ t_{1}$ 时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间（这段时间内汽车所受阻力已忽略，汽车仍保持匀速行驶）， $t_{1} = 0.8 s$ ； $t_{1} ~ t_{2}$ 时间段为刹车系统的启动时间， $t_{2} = 1.3 s$ ；从 $t_{2}$ 时刻开始汽车的刹车系统稳定工作，阻力为车重的0.5倍，正好遇到红灯停在停车线内，设汽车质量为 $m = 2000 kg$ ，取 $g = 10 {m/s}^{2}$ ；求：

(1)、 $t_{2}$ 时刻的速度；

(2)、从 $t_{2}$ 时刻开始，第3s内的位移；

(3)、 $t_{1}$ 到 $t_{2}$ 内阻力的功率。

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16.

(1)、电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。若某段电路两端的电压为U，通过的电流为I，请论述说明电流在这段电路上做功的功率P＝UI。

(2)、为防止安全事故的发生，电路在布线时有相应的标准，供电电流越大的地方需要的导线越粗。设通电产生的焦耳热Q与导线升高的温度ΔT之间满足如下关系：Q＝kcmΔT，其中c表示物体的比热，m为物体的质量，k为大于1的常数。请你选择适当的物理量，通过论述和计算证明“为避免升温过快，若电流越大，电阻线应该越粗”。

(3)、超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圆环平面，逐渐降低温度使超导环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场，此后若环中的电流不随时间变化，则表明其电阻为零。
为探究该金属圆环在超导状态的电阻率上限，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I，并经一年以上的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化，其中ΔI<<I，当电流的变化小于ΔI时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电流没有变化。设环的横截面积为S，环中电子定向移动的平均速率为v，电子质量为m、电荷量为e，环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能。试用上述给出的各物理量，求超导状态的电阻率上限ρ。

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17. 如图所示，在a、b两端有直流恒压电源，输出电压恒为U_ab ， R₂=40Ω，右端连接间距d=0.04m、板长l=10cm的两水平放置的平行金属板，板间电场视为匀强电场．闭合开关 $S$ ，将质量为m=1.6×10^-6kg、带电量q=3.2×10^-8C的微粒以初速度v₀=0.5m/s沿两板中线水平射入板间．当滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω时，微粒恰好沿中线匀速运动，通过电动机的电流为0.5A．已知电动机内阻R₁=2Ω，取g=10m/s² ．试问：

(1)、输出电压为U_ab是多大？

(2)、在上述条件下，电动机的输出功率和电源的输出功率？

(3)、为使微粒不打在金属板上，R₂两端的电压应满足什么条件？

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18. 小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V、4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：

(1)、通过电动机的电流；

(2)、电动机的输出功率P_出；

(3)、电动机的效率．

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19. 一台小型电动机在380V电压下正常工作时，能将30kg的货物在30s内匀速提升30m，通过它的电流是1A．除电动机线圈生热，其它能量损失不计，求在此过程中：

(1)、拉力对货物做功的功率；

(2)、电动机的输出功率；

(3)、电动机线圈所产生的热量．

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20.
两根固定在水平面上的光滑平行金属导轨MN和PQ，一端接有阻值为R=4Ω的电阻，处于方向竖直向下的匀强磁场中．在导轨上垂直导轨跨放质量m=0.5kg的金属直杆，金属杆的电阻为r=1Ω，金属杆与导轨接触良好，导轨足够长且电阻不计．金属杆在垂直杆F=0.5N的水平恒力作用下向右匀速运动时，电阻R上的电功率是P=4W．

(1)、求通过电阻R的电流的大小和方向；

(2)、求金属杆的速度大小；

(3)、某时刻撤去拉力，当电阻R上的电功率为 $\frac{P}{4}$ 时，金属杆的加速度大小、方向．

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21.
如图所示，两根等高光滑的 $\frac{1}{4}$ 圆弧轨道，半径为r、间距为L，轨道电阻不计．在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B．现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻不计的金属棒从轨道的顶端ab处由静止开始下滑，到达轨道底端cd时受到轨道的支持力为2mg．整个过程中金属棒与导轨电接触良好，求：

(1)、棒到达最低点时的速度大小和通过电阻R的电流．

(2)、棒从ab下滑到cd过程中回路中产生的焦耳热和通过R的电荷量．

(3)、若棒在拉力作用下，从cd开始以速度v₀向右沿轨道做匀速圆周运动到达ab
①请写出杆在运动过程中产生的瞬时感应电动势随时间t的变化关系？
②在杆到达ab的过程中拉力做的功为多少？

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22.
如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面的夹角θ=30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上．长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R．两金属导轨的上端连接一个灯泡，灯泡的电阻也为R．现闭合开关K，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F=2mg的恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒达到最大速度时，灯泡恰能达到它的额定功率．重力加速度为g，求：

(1)、金属棒能达到的最大速度v_m；

(2)、灯泡的额定功率P_L；

(3)、若金属棒上滑距离为s时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始上滑2s的过程中，金属棒上产生的电热Q₁ ．

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23.
如图所示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机，R=24Ω，电源电动势E=40V．当S断开时，电流表的示数I₁=1.6A，当开关S闭合时，电流表的示数为I₂=4.0A求：

(1)、电源内阻；

(2)、开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率；

(3)、开关S闭合时电源的输出功率和电动机的机械效率．

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24.
如图甲所示，弯折成90°角的两根足够长金属导轨平行放置，形成左右两导轨平面，左导轨平面与水平面成53°角，右导轨平面与水平面成37°角，两导轨相距L=0.2m，电阻不计．质量均为m=0.1kg，电阻均为R=0.1Ω的金属杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，金属杆与导轨间的动摩擦因数均为μ=0.5，整个装置处于磁感应强度大小为B=1.0T，方向平行于左导轨平面且垂直右导轨平面向上的匀强磁场中．t=0时刻开始，ab杆以初速度v₁沿右导轨平面下滑．t=ls时刻开始，对ab杆施加一垂直ab杆且平行右导轨平面向下的力F，使ab开始作匀加速直线运动．cd杆运动的v﹣t图像如图乙所示（其中第1s、第3s内图线为直线）．若两杆下滑过程均保持与导轨垂直且接触良好，g取10m/s² ， sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

(1)、在第1秒内cd杆受到的安培力的大小；

(2)、ab杆的初速度v₁；

(3)、若第2s内力F所做的功为9J，求第2s内cd杆所产生的焦耳热．

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25. 超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零．将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圆环平面，逐渐降低温度使超导环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场，此后若环中的电流不随时间变化，则表明其电阻为零．为探究该圆环在超导状态的电阻率上限，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I，并经一年以上的时间t未检测出电流变化．实际上仪器只能检测出大于△I的电流变化，其中△I≪I，当电流的变化小于△I时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电流没有变化．设环的横截面积为S，环中电子定向移动的平均速率为v，电子质量为m、电荷量为e，环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能．试用上述给出的各物理量，求超导状态的电阻率上限ρ．

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26.
如图所示，电源内阻r=1Ω，R₁=2Ω，R₂=6Ω，灯L上标有“3V、1.5W”的字样，当滑动变阻器R₃的滑片P移到最右端时，电流表示数为1A，灯L恰能正常发光．

(1)、求电源的电动势；

(2)、求当P移到最左端时，电流表的示数；

(3)、当滑动阻器的Pb段电阻多大时，变阻器R₃上消耗的功率最大？最大值多大？

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27. 一台小型电动机在3V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4N的物体时，通过它的电流是0.2A．在30s内可使该物体被匀速提升3m．若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：

(1)、电动机的输入功率；

(2)、在提升重物的30s内，电动机线圈所产生的热量；

(3)、线圈的电阻．

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28. 电动自行车具有低噪声、无废气、无油污的环保性，而且它的能源利用率很高．下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗．若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则
自重
40kg
额定电压
48V
载重
75kg
额定电流
12A
最大运行速度
20km/h
额定输出功率
350W
①该车获得的牵引力为N
②电动机的内阻为Ω

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29.
质量为m的汽车在水平路面上行驶，所受阻力恒定，汽车发动机的额定功率为P ．若汽车以恒定的功率P行驶，汽车能达到的最大速度为；如果汽车在某一时刻的速度为最大速度的，则此时汽车的牵引力为，加速度为．

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30.
一质量为 $4.0 \times 10^{3} k g$ ，发动机额定功率为60kW的汽车从静止开始以的加速度做匀加速直线运动，它在水平面上运动时所受的阻力为车重的0.1倍，g取，则，汽车启动后2s末发动机的输出功率 W；以的加速度做匀加速运动的时间为S．

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自重	40kg	额定电压	48V
载重	75kg	额定电流	12A
最大运行速度	20km/h	额定输出功率	350W