高考物理復(fù)習(xí)沖刺專題20 焦耳定律（電磁學(xué)部分）（解析版）

專題20焦耳定律一、單選題1．如圖所示，在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極接電源的負(fù)極，沿邊緣內(nèi)壁放另一個圓環(huán)形電極接電源的正極做“旋轉(zhuǎn)液體實驗”，其中蹄形磁鐵兩極間正對部分的磁場可視為勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小B=0.2T，磁鐵上方為S極。電源的電動勢E=6V，內(nèi)阻未知，限流電阻R0=4.8Ω。閉合開關(guān)S后，當(dāng)導(dǎo)電液體旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定時理想電壓表的示數(shù)恒為3.5V，理想電流表示數(shù)為0.5A。則（）A．從上往下看，液體順時針旋轉(zhuǎn)B．玻璃皿中兩電極間液體的等效電阻為R=7.0ΩC．液體消耗的電功率為1.75WD．1分鐘內(nèi)，液體里產(chǎn)生的熱量為105J【答案】C【解析】A．由于中心放一個圓柱形電極接電源的負(fù)極，沿邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極接電源的正極，在電源外部電流由正極流向負(fù)極，因此電流由邊緣流向中心，玻璃皿所在處的磁場方向豎直向上，由左手定則可知，導(dǎo)電液體受到的安培力沿逆時針方向，因此液體沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，故A錯誤；B．對于非純電阻元件，不滿足歐姆定律，，B錯誤；C．液體消耗的電功率P＝UI＝1.75WC正確；D．1分鐘電流做功為由能量守恒可知電流做功轉(zhuǎn)化為熱能和液體的轉(zhuǎn)動動能，因此1分鐘內(nèi)液體里產(chǎn)生的熱量小于UIt＝105J，D錯誤。故選C。2．在研究微型電動機的性能時，應(yīng)用如圖所示的實驗電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R并控制電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.50A和2.0V．重新調(diào)節(jié)R并使電動機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)，此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和24.0V．則這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時輸出功率為（）A．32W B．44W C．47W D．48W【答案】A【解析】當(dāng)電動機停止轉(zhuǎn)動時,由題得電動機的電阻：當(dāng)電動機正常轉(zhuǎn)動時,電動機的總功率：電動機的發(fā)熱功率：電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率是：故選A．3．學(xué)校為創(chuàng)建綠色校園改裝了一批太陽能路燈，太陽能路燈技術(shù)參數(shù)如下：太陽能電池組件（太陽能單晶硅光電轉(zhuǎn)換效率為18%，得到的電池功率為100W）；免維護蓄電池（60?250Ah/12V，充電效率為80%）；照明時間（4?12h可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)，陰雨天可連續(xù)工作5?7d）；光控時LED照明恒流輸出功率（15?60W）；其他輔助系統(tǒng)組成部分．結(jié)合上述數(shù)據(jù)，下列說法不正確的是（）A．太陽照射2小時，光電系統(tǒng)可吸收太陽能為4.0×106JB．LED照明5小時，照明時恒流最多輸出電能為1.08×106JC．利用太陽能電池給蓄電池充電，充滿需要的最長時間為30小時D．利用免維護蓄電池給60W的LED供電，最長時間約為50小時【答案】C【解析】光電轉(zhuǎn)換電池功率為100W，2小時可吸收的太陽能為：E=J=4.0×103J；故A正確；LED照明5小時，恒流輸出的最多電能為：W=Pt=60×5×3600J=1.08×106J；故B正確；利用太陽能電池給蓄電池充電，充滿需要的最長時間為：t=12×250÷100÷80%=37.5小時；故C不正確；利用免維護蓄電池給60W的LED供電，最長時間約為250×12÷60=50小時；故D正確；本題選不正確的，故選C.4．如圖所示，在利用v-t圖象研究勻變速直線運動的位移時，我們可以把運動過程按橫軸t劃分為很多足夠小的小段，用細長矩形的面積之和代表物體的位移。應(yīng)用上述的方法我們可以分析其他問題。下列說法正確的是（）A．若橫軸表示絕熱環(huán)境下一定質(zhì)量理想氣體的體積V，縱軸表示氣體壓強P，可以求得氣體內(nèi)能變化量B．若橫軸表示電阻兩端電壓U，縱軸表示電流I，可以求得電阻消耗的功率C．若橫軸表示距離d，縱軸表示電場強度E，可以求得電勢差D．若橫軸表示電流元，縱軸表示磁感應(yīng)強度B，可以求得電流元所受安培力【答案】A【解析】A．若橫軸表示絕熱環(huán)境下一定質(zhì)量理想氣體的體積V，縱軸表示氣體壓強P，根據(jù)因為絕熱，可以用面積求得氣體內(nèi)能變化量，A正確；B．若橫軸表示電阻兩端電壓U，縱軸表示電流I，根據(jù)可知，其斜率是電阻的倒數(shù)，根據(jù)電功率是與相對應(yīng)的電壓和電流的乘積，不是面積，B錯誤；C．若橫軸表示距離d，縱軸表示電場強度E，根據(jù)得這個公式中的場強是勻強電場，場強E是定值，則可以用面積去求電勢差，否則不能用面積求，C錯誤；D．若橫軸表示電流元，縱軸表示磁感應(yīng)強度B，根據(jù)這個公式中的磁感應(yīng)強度B是對應(yīng)磁場中的某點的磁感應(yīng)強度，而該點的磁感應(yīng)強度是一個固定值，所以不能用面積求，D錯誤。故選A。5．某簡易電吹風(fēng)簡化電路如圖所示，其主要部件為電動機M和電熱絲，部分技術(shù)參數(shù)如下表，電吹風(fēng)在220V電壓下工作。下列說法正確的是（）電吹風(fēng)額定電壓220V電吹風(fēng)額定功率熱風(fēng)時：990W冷風(fēng)時：110WA．開關(guān)S1、S2都閉合時電吹風(fēng)吹冷風(fēng)B．該電吹風(fēng)中電動機的內(nèi)電阻為440ΩC．吹熱風(fēng)時電熱絲的功率為990WD．吹熱風(fēng)時通過電熱絲的電流為4A【答案】D【解析】A．由電路圖可知，開關(guān)S1、S2都閉合時，電動機和電熱絲同時接入電路，電吹風(fēng)吹熱風(fēng)，故A錯誤；B．只閉合開關(guān)S2時，僅電動機接入電路，若電動機為純電阻，則電阻為由于電動機為非純電阻，則內(nèi)阻不為440，故B錯誤；C．開關(guān)S1、S2都閉合時，電動機和電熱絲同時接入電路，電吹風(fēng)吹熱風(fēng)，總功率為990W，即為電動機的功率和電熱絲的功率之和，則吹熱風(fēng)時電熱絲的功率為880W，故C錯誤；D．吹熱風(fēng)時電熱絲的功率為880W，通過電熱絲的電流為故D正確。故選D。6．如圖所示，由均勻?qū)Ь€繞成的直角扇形導(dǎo)線框OMN繞O點在豎直面內(nèi)從勻強磁場邊界逆時針勻速轉(zhuǎn)動，周期為T，磁場的方向垂直于紙面向里，線框電阻為R，線框在進入磁場過程中回路的電流強度大小為I，則（）A．線框在進入磁場過程中回路產(chǎn)生的電流方向為順時針B．線框在進入與離開磁場的過程中ON段兩端電壓大小相等C．線框轉(zhuǎn)動一周過程中產(chǎn)生的熱量為I2RTD．線框轉(zhuǎn)動一周過程中回路的等效電流大小為【答案】C【解析】A．線框在進入磁場過程中，磁通量向里增加，由楞次定律判斷知回路產(chǎn)生的電流方向為逆時針，故A錯誤；

B．線框在進入磁場時，ON段電壓是外電壓的一部分；線框在離開磁場時，ON段電壓是外電壓，而兩個過程外電壓相等，所以線框在進入與離開磁場的過程中ON段兩端電壓大小不等，故B錯誤；

C．線框轉(zhuǎn)動一周過程中產(chǎn)生的熱量為故C正確；

D．設(shè)線框轉(zhuǎn)動一周過程中回路的等效電流大小為I′，則Q=I′2RT解得故D錯誤。

故選C。7．如圖1所示，用充電寶為一手機電池充電，其等效電路如圖2所示。在充電開始后的一段時間內(nèi)，充電寶的輸出電壓、輸出電流可認(rèn)為是恒定不變的，設(shè)手機電池的內(nèi)阻為，則時間內(nèi)（）A．充電寶輸出的電功率為B．充電寶產(chǎn)生的熱功率為C．手機電池產(chǎn)生的焦耳熱為D．手機電池儲存的化學(xué)能為【答案】D【解析】A．充電寶的輸出電壓U、輸出電流I，所以充電寶輸出的電功率為A錯誤；BC．手機電池充電電流為I，所以手機電池產(chǎn)生的熱功率為而充電寶的熱功率應(yīng)為充電寶的總功率減去輸出功率，根據(jù)題目信息無法求解，BC錯誤；D．輸出的電能一部分轉(zhuǎn)化為手機的化學(xué)能，一部分轉(zhuǎn)化為電池的熱能，故根據(jù)能量守恒定律可知手機電池儲存的化學(xué)能為D正確。故選D。8．“世紀(jì)工程”﹣港珠澳大橋已于2018年10月24日9時正式通車，大橋主橋部分由約為6.7km海底隧道和22.9km橋梁構(gòu)成，海底隧道需要每天24小時照明，而橋梁只需晚上照明。假設(shè)該大橋的照明電路可簡化為如圖所示電路，其中太陽能電池供電系統(tǒng)可等效為電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，電阻R1、R2分別視為隧道燈和橋梁路燈，已知r小于R1和R2，則下列說法正確的是（）A．夜間，電流表示數(shù)為B．夜間，開關(guān)K閉合，電路中電流表、電壓表示數(shù)均變小C．夜間，由于用電器的增多，則太陽能電池供電系統(tǒng)損失的電功率增大D．當(dāng)電流表示數(shù)為I則太陽能電池供電系統(tǒng)輸出電功率為EI【答案】C【解析】A．夜間，橋梁需要照明，開關(guān)K閉合，電阻R1、R2并聯(lián)，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電流表示數(shù)，故A錯誤；B．夜間，開關(guān)K閉合，總電阻減小，干路電流增大，電路中電流表示數(shù)變大，故B錯誤；C．根據(jù)能量守恒定律可知，夜間，由于用電器的增多，則太陽能電池供電系統(tǒng)損失的電功率增大，故C正確；D．當(dāng)電流表示數(shù)為I，則太陽能電池供電系統(tǒng)總功率為EI，輸出功率為EI﹣I2r，故D錯誤。故選C.9．電動自行車越來越受到人們的歡迎，不少人用電動自行車替代了汽車上下班．使用之前，先對自行車車內(nèi)的蓄電池進行充電．已知某款家庭經(jīng)濟型小汽車每百公里平均油耗為7L，每升汽油6.4元．家庭用電每度(1度＝1kW·h)0.52元．小明家里某款電動自行車的一些主要參數(shù)如下表所示，假定電動自行車載人行駛時，受到的阻力是人與車總重力的0.02倍，小明自身質(zhì)量為60kg．下列說法正確的是()外形尺寸1630mm×600mm×1100mm額定輸出功率100～200W整車質(zhì)量40kg標(biāo)準(zhǔn)載重90kg額定電壓36V電池容量12A·h欠壓保護31.5V過流保護6A一次充電連續(xù)行駛里程20km充電時間4～8hA．小明騎電動自行車在水平路面上以6m/s的速度勻速行駛時，電動自行車的輸出功率為100WB．小明騎電動自行車在水平路面上勻速行駛時的最大速度為15m/sC．額定電壓下，將完全沒電的電池充滿電需要耗電0.432度D．騎該電動自行車比開小汽車每行駛10km節(jié)省4.26元【答案】C【解析】A.勻速行駛時，牽引力等于阻力，F(xiàn)＝f＝0.02×100×10N＝20N，輸出功率P＝F·v＝120W，故A錯誤；B.最大輸出功率為200W，故，故B錯誤；C.額定電壓下，將完全沒電的電池充滿電需要耗電W＝UIt＝36×12×10－3kW·h＝0.432kW·h，即0.432度，C正確；D.騎行電動自行車10km耗電為W＝0.432kW·h×0.5＝0.216kW·h，需花費0.216×0.52元≈0.11元，小汽車每行駛10km花費7×6.4×0.1元＝4.48元，騎電動自行車比開小汽車每行駛10km節(jié)省4.37元，故D錯；二、多選題10．磁流體發(fā)電機是一種把物體內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能的低碳環(huán)保發(fā)電機，下圖為其原理示意圖，平行金屬板C、D間有勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，將一束等離子體（高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒）水平噴入磁場，兩金屬板間就產(chǎn)生電壓．定值電阻R0的阻值是滑動變阻器最大阻值的一半，與開關(guān)串聯(lián)接在C、D兩端，已知兩金屬板間距離為d，噴入氣流的速度為v，磁流體發(fā)電機的電阻為r(R0<r<2R0)．則滑動變阻器的滑片P由a向b端滑動的過程中()A．金屬板C為電源負(fù)極，D為電源正極B．發(fā)電機的輸出功率一直增大C．電阻R0消耗功率最大值為D．滑動變阻器消耗功率最大值為【答案】AC【解析】A．因等離子體噴入磁場后，由左手定則可知正離子向D板偏，負(fù)離子向C板偏，即金屬板C為電源負(fù)極，D為電源正極，故A正確；B．等離子體穩(wěn)定流動時，洛倫茲力與電場力平衡，即，所以電源電動勢為E=Bdv，又R0<r<2R0，所以滑片P由a向b端滑動時，外電路總電阻減小，期間某位置有r=R0+R，由電源輸出功率與外電阻關(guān)系可知，滑片P由a向b端滑動的過程中，發(fā)電機的輸出功率先增大后減小，故B錯誤；C．由題圖知當(dāng)滑片P位于b端時，電路中電流最大，電阻R0消耗功率最大，其最大值為，故C正確；D．將定值電阻R0歸為電源內(nèi)阻，由滑動變阻器的最大阻值2R0＜r+R0，則當(dāng)滑動變阻器連入電路的阻值最大時消耗功率最大，最大值為，故D錯誤．11．如圖所示，完全一樣的導(dǎo)線繞成單匝線圈ABCD和EFGH，它們分別繞成扇形，扇形的內(nèi)徑r=0.2m，外徑為R=0.5m，它們處于同一個圓面上，扇形ABCD對應(yīng)的圓心角為30°，扇形EFGH對應(yīng)的圓心角為60°。在BCGF圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度均勻增大。則（）A．線圈ABCD中電流的方向為ADCBAB．線圈ABCD和線圈EFGH中電動勢之比為1：2C．線圈ABCD和線圈EFGH中電流之比1：1D．線圈ABCD和線圈EFGH中產(chǎn)生的電功率之比1：2【答案】AB【解析】A．根據(jù)楞次定律可知，線圈ABCD中電流的方向為ADCBA，選項A正確；B．根據(jù)可知，線圈ABCD和線圈EFGH面積之比為1:2，則電動勢之比為1：2，選項B正確；CD．線圈ABCD和線圈EFGH周長之比不等于1:2，則電阻之比不等于1:2，根據(jù)可知，兩線圈中的電流之比不等于1：1，根據(jù)P=IE可知，線圈ABCD和線圈EFGH中產(chǎn)生的電功率之比不等于1：2，選項CD錯誤；故選AB。12．如圖所示，abcd是電阻不計的金屬絲制成的正方形線框。質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN的長度為，電阻為R，可在ac邊與bd邊上無摩擦的滑動，且接觸良好。線框處在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。MN在力F的作用下，在ab與cd之間運動，且MN都與ab平行，其v-t圖線是如圖2所示的周期為T的余弦曲線。下列說法正確的是（）A．棒兩端M、N的電勢差是周期變化的B．時間內(nèi)，電阻消耗的焦耳熱為C．t=T時，電阻消耗的電功率為D．時間內(nèi)，外力做功為【答案】CD【解析】A．a(chǎn)bcd是電阻不計的金屬絲制成的正方形線框，棒兩端M、N的電勢差即電路的外電壓不變，A錯誤；B．根據(jù)公式，且速度滿足即電路電流的最大值則電路中電流的有效值時間內(nèi)，電阻消耗的焦耳熱為B錯誤；C．t=T時，電阻消耗的電功率為C正確；D．由功能關(guān)系，時間內(nèi)，外力做功為D正確。故選CD。三、解答題13．如圖所示，電解槽A和電爐B并聯(lián)后接到電源上，電源內(nèi)阻r＝1Ω，電爐電阻R＝19Ω，電解槽電阻r′＝0.5Ω.當(dāng)S1閉合、S2斷開時，電爐消耗功率為684W；S1、S2都閉合時，電爐消耗功率為475W(電爐電阻可看作不變)．試求：（1）電源的電動勢；（2）S1、S2閉合時，流過電解槽的電流大?。唬?）S1、S2閉合時，電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率．【答案】（1）120V（2）20A（3）1700W【解析】（1）S1閉合，S2斷開時電爐中電流電源電動勢；（2）S1、S2都閉合時電爐中電流為電源路端電壓為流過電源的電流為流過電槽的電流為；（3）電解槽消耗的電功率電解槽內(nèi)熱損耗功率電解槽轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率為．14．一臺小型電動機在3V電壓下工作，用此電動機提升重力為4N的物體時，通過它的電流是0.2A．在30s內(nèi)可使該物體被勻速提升3m。若不計一切摩擦和阻力，求：(1)電動機的輸入功率；(2)在提升重物的30s內(nèi)，電動機線圈所產(chǎn)生的熱量；(3)電動機的電阻?！敬鸢浮?1)0.6W；(2)；(3)【解析】（1）電動機的輸入功率為（2）物體被勻速上升的速度電動機提升重物的機械功率根據(jù)能量關(guān)系有產(chǎn)生熱的功率產(chǎn)生熱量（3）由焦耳定律線圈電阻15．一臺直流電動機所加電壓U=110V，通過的電流I=5.0A。若該電機在10s內(nèi)把一個質(zhì)量M=50kg的物體勻速提升了9.0m，不計摩擦及空氣阻力，取重力加速度g=10m/s2求：(1)電動機的輸入功率P；(2)在提升重物的10s內(nèi)電動機線圈產(chǎn)生的熱量Q；(3)電動機線圈的電阻R?！敬鸢浮?1)550W；(2)1000J；(3)4Ω【解析】(1)電動機的輸入功率P=UI解得P=550W(2)由能量守恒定律知Q=Pt-Mgh解得Q=1000J(3)由焦耳定律Q=I2Rt解得R=4Ω16．如圖所示為磁流體發(fā)電機的原理圖。金屬板M、N之間的距離為d=20cm，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B=5T，方向垂直紙面向里?，F(xiàn)將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，整體呈中性）從左側(cè)噴射入磁場，發(fā)現(xiàn)在M、N兩板間接入的額定功率為P=100W的燈泡正常發(fā)光，且此時燈泡電阻為R=100Ω，不計離子重力和發(fā)電機內(nèi)阻，且認(rèn)為離子均為一價離子：(1)判斷M、N兩金屬板哪端電勢高，并求該發(fā)電機的電動勢大?。?2)試求等離子體從左側(cè)噴入磁場時的速度大?。?3)為使燈泡正常放光，需要每秒鐘有多少個離子打在金屬板N上。【答案】(1)M電勢高，100V；(2)100m/s；(3)【解析】(1)根據(jù)左手定則可知，射入的等離子體中正離子將向金屬板M偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子將向金屬板N偏轉(zhuǎn)，因此金屬板M電勢高；設(shè)電源的輸出電壓為U，則不考慮發(fā)電機的內(nèi)阻，得E=U=100V(2)由解得v=100m/s(3)每秒鐘經(jīng)過燈泡L的電荷量Q=It