高中物理焦耳定律试题

关于电功，下列说法中正确的是（   ）

A．电功的实质是电场力所做的功

B．电功就是电热，两量是一回事

C．电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大

D．电流通过电动机时的电功率和热功率相等

如下图所示，光滑的四分之一圆弧轨道和水平面相切，且和电阻串联，整个平面内存在竖直向上的匀强磁场，一根电阻不计的导体棒从圆弧轨道最高点开始在外力作用下以速度v₀做匀速圆周运动，设轨道宽度为，圆弧半径为，则在四分之一圆弧上面的运动过程，分析正确的是（   ）

A．通过R的电流方向为由外向内

B．通过R的电流方向为由内向外

C．R上产生的热量为

D．流过R的电量为

如图所示，电源电动势E=10V，其内阻r=1。固定电阻的阻值R₁=3，可变电阻R₂的阻值可在0~20之间调节，电容器的电容C=30μF。求：

(1)闭合开关S，当R₂=1时，求R₂消耗的功率；
(2)在（1）的情况下，电容器上极板所带的电量；
(3)闭合开关S，当R₂取何值时，R₂消耗的功率最大，最大功率为多少。

如图所示，电源电动势E＝30V，内阻r＝1Ω，灯泡上标有“6V 12W”字样，直流电动机线圈电阻R＝2Ω，若灯泡恰好能正常发光，求电动机输出的机械功率．

分如图所示的电路中,直流发电机M的电动势E="250" V,内阻r =0.5Ω,R₁ =R₂ =1Ω.电热器组中装有50只完全相同的电热器,每只电热器的额定电压为200 V,额定功率为l 000 W,其他电阻不计,也不计电热器电阻随温度的变化.问:

(1)当接通几只电热器时,实际使用的电热器都能正常工作?
(2)当接通几只电热器时,被接通电热器的总消耗功率最大?
(3)当被接通电热器的总消耗功率最大时,电阻R₁、R₂和内阻r上消耗的功率分别为多少?

如图1所示，固定于绝缘水平面上且间距d = 0.2m的U型金属框架处在竖直向下、均匀分布的磁场中，磁场的左边界cd与右边界ab之间的距离L = 1m。t=0时，长为d的金属棒MN从ab处开始沿框架以初速度υ₀ = 0.2m/s向左运动，t = 5s时棒刚好达到cd处停下；t＝0时刻开始，磁场的磁感应强度B的倒数随时间t的变化规律如图2所示。电阻R = 0.4Ω，棒的电阻r = 0.1Ω，不计其他电阻和一切摩擦阻力，棒与导轨始终垂直且接触良好。求：

（1）在0~1s内棒受到的安培力；
（2）棒的质量m；
（3）在0~5s内电阻R消耗的平均电功率P₁。

在一根导线两端加上一定的电压，每秒内发出一定的热量，今将这根导线均匀地拉长为原来的n倍后，再加上同样的电压，则这根导线每秒所产生的热量是原来的______倍。

如图所示，一直流电动机与阻值的电阻串联接在电源上，电源电动势E=20V，内阻，用理想电压表测出电动机两端的电压，已知电动机线圈电阻，则

A．通过电动机的电流为10A

B．电动机的输入功率为100W

C．电动机发热消耗的功率为1W

D．电动机输出的功率为9W

关于三个公式：①P=IU，②P= I²R③P=，下列叙述正确的是（    ）

A．公式①适用于任何电路的热功率

B．公式②适用于任何电路的热功率

C．公式①、②、③适用于任何电路电功率

D．上述说法都不正确

如图（甲），MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ = 30°角固定，M、P之间接电阻箱R，电阻箱的阻值范围为0～4Ω，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为B = 0.5T。质量为m的金属杆a b水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为r。现从静止释放杆a b，测得最大速度为v_m。改变电阻箱的阻值R，得到v_m与R的关系如图（乙）所示。已知轨距为L = 2m，重力加速度g=l0m/s²，轨道足够长且电阻不计。

（1）当R = 0时，求杆a b匀速下滑过程中产生感生电动势E的大小及杆中的电流方向；
（2）求金属杆的质量m和阻值r；
（3）求金属杆匀速下滑时电阻箱消耗电功率的最大值P_m。

真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置，如图所示，光照前两板都不带电，以光照射板，则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于板向板运动，忽略电子之间的相互作用，保持光照条件不变，为接线柱。已知单位时间内从板逸出的电子数为，电子逸出时的最大动能为，元电荷为。

（1）求板和板之间的最大电势差，以及将短接时回路中的电流。
（2）图示装置可看作直流电源，求其电动势和内阻.
（3）在之间连接一个外电阻时，该电阻两端的电压为，外电阻上消耗的电功率设为;单位时间内到达板的电子，在从板运动到板的过程中损失的动能之和设为，请推导证明：.( 注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明)

如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200 cm²，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是

A．线圈中的感应电流方向为顺时针方向

B．电阻R两端的电压随时间均匀增大

C．前4 s内通过R的电荷量为4×10^－4 C

D．线圈电阻r消耗的功率为4×10^－4 W

如图所示，边长为2l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个边长为l的正方形金属导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框和虚线框的对角线共线，每条边的材料均相同。从t＝0开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域。导线框中的感应电流i(取逆时针方向为正)、导线框受到的安培力F(取向左为正)、导线框中电功率的瞬时值P以及通过导体横截面的电荷量q随时间变化的关系正确的是  

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。

(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？

如图所示为“风光互补路灯”系统，它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90％左右即停止，放电余留20％左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：

风力发电机	太阳能电池组件
最小启动风速	1.0m/s	太阳能电池	36W
最小充电风速	2.0m/s	太阳能转化效率	15%
最大限制风速	12.0m/s	蓄电池	500Ah-12V
最大输出功率	400W	大功率LED路灯	80W-12V

当风速为6m／s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20％充至90％所需时间为          h；如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W／m²，要想使太阳能电池的最大输出功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要            m²。