高考物理复习 计算题专练 恒定电流（含答案解析）

2020(人教版)高考物理复习 计算题专练

恒定电流

(1)电动机正常工作时的输出功率多大？

(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？

2.为保护自然环境,开发绿色能源,实现旅游与环境的协调发展,某植物园的建筑屋顶装有太阳能发电系统,用来满足园内用电需求。已知该发电系统的输出功率为1.0×105 W,输出电压为220 V。问:

(1)按平均每天太阳照射6小时计,该发电系统一年(按365天计)能输出多少电能?

(2)该太阳能发电系统除了向10台1 000 W的动力系统正常供电外,还可以同时供园内多少盏额定功率为100 W、额定电压为220 V的照明灯正常工作?

(3)由于发电系统故障,输出电压降为110 V,此时每盏额定功率为100 W、额定电压为220 V的照明灯消耗的功率是其正常工作时的多少?(设照明灯的电阻恒定)

(1)电炉子的电阻及发热功率；

(2)电动机的内阻；

(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少．

4.如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电热炉,恒定电压U=12 V,电解槽内阻RA=2 Ω,当S1闭合,S2、S3断开时,A示数为6 A;当S2闭合,S1、S3断开时,A示数为5 A,且电动机输出功率为35 W;当S3闭合,S1、S2断开时,A示数为4 A。求:

(1)电热炉的电阻及发热功率;

(2)电动机的内阻;

(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率。

5.某款节能环保汽车启动时的工作电路如图所示，查得电源的电动势E=12 V，电源的内阻r及保护电阻R阻值未知，当在第一次S1闭合、S2断开的情况下，电流表的示数为1 A；在第二次S1、S2均闭合的情况下，电流表的示数为3 A．测得第二次车灯的功率减少了75%，若电动机内阻RM=1 Ω，电流表的内阻不计且假定车灯灯丝电阻不变，求S1、S2均闭合时电动机的机械功率．

6.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2 μm左右。而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105Ω。

(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32π cm3,当在其两底面上加上1 000 V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。

(1)两电动机每分钟消耗的电能为多少？

(2)这种抽油烟机保险丝的熔断电流不得低于多少？

(3)两电动机每分钟所做的有用功至少是多少？

(4)这种油烟机的机械效率至少是多少？

8.如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器,当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的,求:

(1)电源的电动势和内阻;

(2)定值电阻R2的阻值;

(3)滑动变阻器的最大阻值。

9.有一种“电测井”技术，用钻头在地上钻孔，通过在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况，如图所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为10 cm，设里面充满浓度均匀的盐水，其电阻率ρ=0.314 Ω·m，现在钻孔的上表面和底部加上电压，测得U=100 V，I=100 mA(π取3.14)．

(1)求该钻孔的深度；

(2)若截取一段含盐水的圆柱体与电动势为200 V、内阻为100 Ω 的电源相连，通电10 min，当截取的圆柱体长度为多少时，盐水产生的热量最多，最多为多少？

(1)为使用电器安全正常地工作，应采用怎样的接法？画出电路图．

(2)在正确连接的电路中，当用电器正常工作时通过电源的电流为2.4 A，求用电器消耗的电功率与整个电路消耗的电功率之比．

若将它们连接成图甲、图乙所示电路，且灯泡都正常发光．

(1)试求图甲电路的总电流和电阻R2消耗的电功率；

(2)分别计算两电路电源提供的电功率，并说明哪个电路更节能．

12.一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4 N的物体时，通过它的电流是0.2 A．在30 s内可使该物体被匀速提升3 m．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30 s内，电动机线圈所产生的热量；

(3)线圈的电阻．

13.如图所示,电源内阻r=1 Ω,R1=2 Ω,R2=6 Ω,灯L上标有“3 V　1.5 W”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1 A,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)滑动变阻器Pb段的电阻多大时,滑动变阻器R3上消耗的功率最大?最大值是多大?

14.如图所示的电路中，电源的电动势E=6 V，内阻r=1 Ω，电阻R1=3 Ω，R2=6 Ω，电容器的电容C=3.6 μF，二极管D具有单向导电性，开始时，开关S1闭合，S2断开．

(1)合上S2，待电路稳定以后，求电容器上电荷量变化了多少？

(2)合上S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后流过R1的电荷量是多少？

(1)电源的电动势和内阻．

(2)移动变阻器滑片时，能得到的电源的最大输出功率．

答案解析

(1)U1=0.2 V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，

故电动机线圈电阻r== Ω=0.5 Ω

U2=2.0 V时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，

则由电功率与热功率的定义式得P电=U2I2=2.0×1.0 W=2 W

P热=Ir=1.02×0.5 W=0.5 W

所以由能量守恒定律可知，电动机的输出功率P出=P电－P热=2 W－0.5 W=1.5 W

(2)此时若电动机突然被卡住，则电动机成为纯电阻，

热功率P′热== W=8 W

2.解：

(1)P=1.0×105W=100kW

t=365×6h=2190h

E=Pt=2.19×105kW·h(或E=7.884×1011J)。

(2)P=10×1kW+n·0.1kW,得n=900(盏)。

(3)设P1和U1分别为照明灯正常工作时的功率和电压,P2和U2分别为供电系统发生故障后照明灯的实际功率和电压。

由功率公式P=,

所以P2=,即为正常工作时的四分之一。

(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：R== Ω=2 Ω

其发热功率为：P=UI1=12×6 W=72 W.

(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：

UI2=IrM＋P输出，所以：rM== Ω=1 Ω.

(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：P化=UI3－IrA

所以P化=(12×4－42×2) W=16 W.

4.解：

(1)电热炉为纯电阻元件,由欧姆定律得R=Ω=2Ω。

其发热功率为P=UI1=12×6W=72W。

(2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得UI2=RM+P输出

所以RM=Ω=1Ω。

(3)电解槽为非纯电阻元件,由能量守恒定律得P化=UI3-RA

所以P化=(12×4-42×2)W=16W。

5.解：

设R0=R＋r，S1闭合、S2断开时，R0上电压Ur=I1R0，

车灯两端的电压UL=E－Ur，

车灯的功率为P=ULI1，

S1、S2均闭合时，R0上电压U′r=I2R0，

车灯两端的电压U′L=E－U′r，

车灯的电阻不变，由题知功率应为原来的，即电压为原来，即U′L=0.5UL.

解得R0=2.4 Ω，UL=9.6 V，U′L=4.8 V.

又I1=，即1=，得RL=9.6 Ω.

S1、S2均闭合时，灯L的电流为I′L== A=0.5 A，

则流过电动机的电流为IM=I2－I′L=(3－0.5) A=2.5 A.

电动机的机械功率为P机=U′LIM－IRM=(4.8×2.5－2.52×1) W=5.75 W.

6.解：

(1)由电阻定律R=ρ得ρ=Ω·m=8×106Ω·m。

(2)由部分电路欧姆定律得R=  由圆柱体体积公式得πr2h=V

又R=ρ  联立解得r=4cm,h=2cm。

(2)电动机启动时通过的电流大于正常工作时的电流，

所以保险丝的熔断电流应以启动时通过的电流来确定，

启动电流I=×2 A＋=5.07 A，

所以保险丝的熔断电流至少为I′=1.5I=7.61 A.

(3)电动机所做的有用功是用于排风的，

故两电动机每分钟所做的有用功至少为W=pΔV=300×15 J=4.5×103 J.

(4)该抽油烟机的机械效率至少为η=×100%=20.3%.

8.解：

(1)题图乙中AB延长线交U轴于20V处,交I轴于1.0A处,

所以电源的电动势为E=20V,内阻r==20Ω。

(2)当P滑到R3的右端时,电路参数对应题图乙中的B点,

即U2=4V、I2=0.8A,得R2==5Ω。

(3)当P滑到R3的左端时,由题图乙知此时U外=16V,I总=0.2A,

所以R外==80Ω。

因为R外=+R2,

所以滑动变阻器的最大阻值为R3=300Ω。

9.解：

(1)盐水电阻R==1 000 Ω.

由电阻定律R=，S=πr2=3.14×10－2m2，解得h=100 m.

(2)当圆柱体电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，盐水产生热量最多．

电源内阻r=100 Ω，则截取的圆柱体内阻也应该等于R′=100 Ω，

圆柱体长度L==10 m.

圆柱体与电源组成闭合电路，电流I′==1 A，

热量最多为Q=I′2R′t=6×104 J.

(1)由于用电器阻值未知，所以滑动变阻器应采用分压接法，使其电压可以从0开始调节．

电路如图所示．

(2)设滑动变阻器串联部分电阻为Rx，其与用电器并联部分的电压为100 V，

则Rx的电压为120 V，Rx的电流为2.4 A，则Rx=50 Ω.

滑动变阻器并联部分的电阻为100 Ω－Rx=50 Ω，电流为I1= A=2 A，

通过用电器的电流为I2=0.4 A，用电器的功率P2=40 W，

所求电功率之比为=5：66.

(1)由题意，在图甲电路中：

电路的总电流I总=IL1＋IL2＋IL3=0.9 A

U路端=E－I总r=2.55 V

UR2=U路端－UL3=0.05 V

IR2=I总=0.9 A

电阻R2的消耗功率PR2=IR2UR2=0.045 W

(2)图甲电源提供的电功率P总=I总E=0.9×3 W=2.7 W

图乙电源提供的电功率P′总=I′总E′=0.3×6 W=1.8 W

由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，而P′总<P总

所以，图乙电路比图甲电路节能．

12.解：

(1)电动机的输入功率P入=UI=3×0.2 W=0.6 W.

(2)电动机提升重物的机械功率P机=Fv=4× W=0.4 W.

根据能量关系P入=P机＋PQ，得热功率PQ=P入－P机=(0.6－0.4) W=0.2 W.

所产生的热量Q=PQt=0.2×30 J=6 J.

(3)根据焦耳定律Q=I2Rt，得线圈的电阻R== Ω=5 Ω.

13.解：

(1)滑片P移到最右端时,R2被短路,电阻R3与灯L并联,然后与R1串联。

电源的电动势E=UL+IR1+Ir=3V+1×2V+1×1V=6V。

(2)当P移到最左端时,灯L、R2和R3都被短路,外电阻只有R1。

由闭合电路欧姆定律得I1==2A。

(3)灯L电阻RL==6Ω。

设滑动变阻器Pb段的电阻为R3,Pa段与R2被短路,R3与灯L并联后与R1串联。

R3与RL并联后的等效电阻R3L=。

由闭合电路欧姆定律得I2=。

又U3=I2R3L,所以P3=(式中物理量单位均取国际单位制的单位)。

当R3=2Ω时变阻器R3上消耗的功率最大,且最大值为2W。

14.解：

(1)设开关S1闭合，S2断开时，电容器两端的电压为U1，干路电流为I1，

根据闭合电路欧姆定律有I1==1.5 A，U1=I1R1=4.5 V.

设合上开关S2后，电容器两端电压为U2，干路电流为I2.

根据闭合电路欧姆定律有I2==2 A，U2=I2·=4 V.

所以电容器上电荷量减少了，减少量为ΔQ=(U1－U2)C=1.8×10－6 C.

(2)设合上S2后，电容器上的电荷量为Q，则Q=CU2=1.44×10－5 C，

再断开S1后，通过R1和R2的电流与阻值成反比，故流过电阻的电荷量与阻值成反比．

故流过电阻R1的电荷量为Q1=Q=9.6×10－6 C.

(1)当Rx=0时，Ux1=0，对应电流为I1=1.0 A，由闭合电路欧姆定律得E=I1(R0＋r)①

当Rx为最大值时，Ux2=3 V，对应电流为I2=0.75 A，有E=I2(R0＋r)＋Ux2②

Rx的最大值为Rxm== Ω=4 Ω.

由①②两式代入数据得E=12 V，r=10 Ω.

(2)电源的输出功率P输出=2(Rx＋R0)

当Rx＋R0=r时，电源有最大输出功率，但Rx＋R0恒小于r，由输出功率随外电阻变化的关系知，

当Rx＋R0取最大值时输出功率最大，

即Pm=2(Rxm＋R0)=2×(4＋2) W=3.375 W.