18学年高中物理第2章恒定电流5焦耳定律课时作业新人教版选修3_1
精品-新人教版2018_2019学年高中物理第二章恒定电流第5节焦耳定律课时作业选修3_1
第5节 焦耳定律[随堂检测]1．(多选)马路上的“微公交”是用蓄电池对车上的电动机供电，电动机为车提供动力．若车上蓄电池输出电压为48 V ，电池容量为120 A ·h ，电动机额定电压为48 V ，额定功率为1．2 kW ，则( )A ．电动机在额定电压下工作时，额定电流为25 AB ．蓄电池充满电时能储存5 760 J 的能C ．蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作4．8 hD ．电动机在额定电压下工作1 h ，流过的电荷量为4．32×105C解析：选AC ．由P ＝UI 知，电动机在额定电压下的额定电流为I ＝PU＝25 A ，选项A 正确；蓄电池储存的电能最多为E ＝UQ ≈2．07×107J ，选项B 错误；最长工作时间T ＝E P＝17 250 s ≈4．8 h ，选项C 正确；电动机在额定电压下工作1 h ，流过的电荷量q ＝It ＝25×3 600 C ＝9×104C ，选项D 错误．2．如表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为( )A ．6．8 A C ．1．2 AD ．0．24 A解析：选B ．由铭牌读出电热水壶额定功率为P ＝900 W ，额定电压为U ＝220 V ；由P ＝UI 得，通过电热水壶额定电流为：I ＝P U ＝900220A ≈4．1 A ． 3．如图所示的电路中，电源的输出电压恒为U ，电动机M 的线圈电阻与电炉L 的电阻相同，电动机正常工作，在相同的时间内，下列判断正确的是( )A ．电炉放出的热量大于电动机放出的热量B ．电炉两端电压小于电动机两端电压C ．电炉两端电压等于电动机两端电压D ．电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率解析：选B ．电动机M 与电炉L 串联，电流相等，电阻相等，根据焦耳定律Q ＝I 2Rt 可知，在相同的时间内，电炉放出的热量与电动机放出的热量相等，故A 错误．设电动机M 线圈电阻与电炉L 的电阻均为R ，电路中电流为I ，根据欧姆定律得：电炉两端的电压U L ＝IR ，电动机是非纯电阻电路，其电压U M ＞IR ，则有U M ＞U L ，所以电炉两端电压小于电动机两端电压，故B 正确，C 错误．电动机消耗的功率P M ＝U M I ，电炉消耗的功率P L ＝U L I ，U M ＞U L ，则P M ＞P L ，即电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，故D 错误．4．一台电风扇的额定功率是60 W ，内阻为2 Ω，当把它接在220 V 的电压下时可以正常运转．(1)求电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒钟有多少电能转化为机械能？ (2)若接上电源后，电风扇因故不能转动，这时通过它的电流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？此时可能会发生什么问题？解析：(1)电风扇正常运转，消耗的功率为额定功率P ＝UI ，所以I ＝P U ＝60220A ≈0．27 A ，由能量守恒定律得W ＝Q ＋E ，Pt ＝I 2Rt ＋E ，所以E ＝Pt －I 2Rt ≈59．85 J ．(2)电风扇不转动时，相当于纯电阻，由欧姆定律得U ＝I ′R ，所以I ′＝U R ＝2202A ＝110 A ，实际消耗的电功率P ′＝U2R ＝22022W ＝24 200 W ．由于电风扇实际消耗的电功率远大于其额定功率，且电能全部转化为内能，电风扇将被烧坏．答案：(1)0．27 A 59．85 J (2)110 A 24 200 W 电风扇将被烧坏[课时作业] [学生用书P137(单独成册)]一、单项选择题1．某汽车发动机铭牌上标有“200 kW ”的字样，其表示( ) A ．实际功率 B ．瞬时功率 C ．平均功率D ．额定功率解析：选D ．汽车发动机铭牌上所标功率为汽车正常工作时的功率，即为额定功率． 2．(2018·淄博校级联考)如果家里的微波炉(1 000 W)、电视机(100 W)和洗衣机(400 W)平均每天都工作2 h ，一个月(30天计)的用电量是( )A ．10 kW ·hB ．20 kW ·hC ．45 kW ·hD ．90 kW ·h解析：选D ．P ＝1 000 W ＋100 W ＋400 W ＝1 500 W ＝1．5 kW ，故W ＝Pt ＝1．5 kW ×2 h ×30＝90 kW ·h ．3．如图所示的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0．3 m 2．晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3×106J ．如果每天等效日照时间约为6 h ，光电池一天产生的电能可供30 W 的路灯工作8 h ．光电池的光电转换效率约为( )A ．4．8%B ．9．6%C ．16%D ．44%解析：选C ．路灯每天消耗的电能W 有＝Pt ＝30×8×3 600 J ＝8．64×105 J ，路灯每天接收的太阳能W 总＝W 0St ＝3×106×0．3×6 J ＝5．4×106 J ，效率η＝W 有W 总＝8．64×105 J5．4×106 J＝16%，选项C 正确． 4．(2018·宁波高二期中)粗细均匀的金属环上A 、B 、C 、D 四点把其周长四等分，如图所示，当A 、B 点接入电路中时，圆环消耗的电功率为P ；当A 、D 点接入电路中时，电源内阻不计，圆环消耗的电功率为( )A ．3PB ．4P 3C ．PD ．3P 4解析：选B ．设电源的电动势为E ，金属环每一等份的电阻为R ，则当A 、B 点接入电路中时总电阻R 1＝R当A 、D 点接入电路中时总电阻R 2＝R·3R R ＋3R ＝34R由功率公式P ＝U2R，U ＝E 得P 2∶P 1＝R 1∶R 2＝4∶3，又P 1＝P ，得P 2＝4P3．5．如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 V ，乙电路两端的电压为16 V ．调节变阻器R 1和R 2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P 1和P 2，两电路中消耗的总功率分别为P 甲和P 乙，则下列关系中正确的是( )A ．P 甲＜P 乙B ．P 甲＞P 乙C ．P 1＞P 2D ．P 1＝P 2解析：选D ．由灯都正常发光可知，R 1中电流是R 2中电流二倍，R 1两端电压是R 2两端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，选项D 正确，A 、B 、C 错误．6．(2018·南宁高二检测)如图所示，有一内电阻为4．4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W ”的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )A ．电解槽消耗的电功率为120 WB ．电解槽的发热功率为60 WC ．电解槽消耗的电功率为60 WD ．电路消耗的总功率为60 W解析：选C ．灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V 电压，且干路电流I ＝I灯＝P U ＝611A ，则电解槽消耗的功率P ＝P 灯＝IU ＝60 W ，C 正确，A 错误；电解槽的发热功率P 热＝I 2R 内≈1．3 W ，B 错误；整个电路消耗的总功率P 总＝220×611W ＝120 W ，D 错误． 7．(2018·普宁市校级月考)如图为A 、B 两灯泡的I －U 图象，把它们串联接在220 V的恒压电源上，根据图象，计算A 、B 两灯泡的实际功率分别约为( )A ．48．4 W 、22 WB ．22 W 、48．4 WC ．50 W 、170 WD ．5 W 、17 W解析：选D ．两灯泡串联接在220 V 的电压下，则可知两灯泡电流相等，且总电压为220 V ，则由题图可知，电流约为0．1 A ，A 的电压为50 V ，B 的电压约为170 V ，则由P ＝UI 可知，A 的功率为5 W ，B 的功率为17 W ．二、多项选择题8．(2018·武汉高二检测)如图所示，电阻R 1＝20 Ω，电动机线圈的电阻R 2＝10 Ω．当开关断开时，电流表的示数是0．5 A ，当开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I 和电路消耗的电功率P 应是( )A ．I ＝1．5 AB ．I ＜1．5 AC ．P ＝15 WD ．P ＜15 W解析：选BD ．电路两端的电压为：U ＝I 1R 1＝0．5 A ×20 Ω＝10 V ．电动机是非纯电阻用电器，UI 2＞I 2R 2，所以I 2＜UR2＝1 A ．电流表的示数I ＝I 1＋I 2＜1．5 A ，A 错误，B 正确．电路总功率P ＝U (I 1＋I 2)＜15 W ，C 错误，D 正确．9．(2018·山东日照一中月考)假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲线如图所示．图象上A 点与原点连线与横轴成α角，曲线在A 点的切线与横轴成β角，则( )A ．白炽灯的电阻随电压的增大而减小B ．在A 点，白炽灯的电阻可表示为tan βC ．在A 点，白炽灯的电功率可表示为U 0I 0D ．在A 点，白炽灯的电阻可表示为U0I0解析：选CD ．白炽灯的电阻随电压的增大而增大，选项A 错误；在A 点，白炽灯的电阻可表示为U0I0，选项B 错误，D 正确；在A 点，白炽灯的电功率可表示为U 0I 0，选项C 正确．10．(2018·南昌校级联考)如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M 和电热丝R 构成，已知电吹风的额定电压为220 V ，吹冷风时的功率为120 W ，吹热风时的功率为1 000 W ，关于该电吹风，下列说法正确的是( )A ．若S 1、S 2闭合，则电吹风吹冷风B ．电热丝的电阻为55 ΩC ．电动机工作时输出的机械功率为880 WD ．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J解析：选BD ．若S 1、S 2闭合，电热丝接入，则此时电热丝发热，电吹风吹出的是热风，故A 错误；电动机和电热丝并联，当吹热风时，电热丝消耗的功率为P ＝P 热－P 冷＝1 000 W －120 W ＝880 W ，由P ＝U2R ，可知R ＝U2P ＝2202880Ω＝55 Ω，故B 正确；电动机工作时输出的功率为吹冷风时的功率，故只有120 W ，故C 错误；当吹热风时，电动机消耗的电功率仍为120 W ，故每秒钟消耗的电能为120 J ，故D 正确．三、非选择题11．如图所示，A 为电解槽，N 为电炉子，恒定电压U ＝12 V ，电解槽内阻r A ＝2 Ω，当S 1闭合、S 2断开时，电流表的示数为6 A ；当S 2闭合、S 1断开时，电流表的示数为4 A ，求：(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？ 解析：(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律I 1＝U R ，得R ＝U I1＝12 V6 A＝2 Ω，其发热功率为：P R ＝UI 1＝12×6 W ＝72 W ．(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热＝I 2r A ＝42×2 W ＝32 W ．总功率为：P总＝UI 2＝12×4 W ＝48 W ，故电能转化为化学能的功率为：P 化＝P 总－P 热＝(48－32) W ＝16 W ．答案：(1)2 Ω 72 W (2)16 W12．(2018·安溪县校级模拟)电动自行车作为一种重要的交通工具，越来越受到人们的喜爱，如表是一辆电动自行车的部分技术指标，其中额定车速是指电动车满载情况下在平直道路上以额定功率匀速行驶的速度．(1)此车所配电动机的内阻是多少？(2)在行驶过程中电动车受阻力是车重(包括满载重)的k 倍，试计算k 的大小是多少？ (3)若电动车满载时在平直道路上以额定功率行驶，且阻力大小恒定，当车速为 3 m/s 时，加速度为多少？解析：(1)从表中可知，输出功率P 出＝180 W ， 输入功率P 入＝UI ＝36×6 W ＝216 W①由于内阻消耗的功率等于输入功率与输出功率的差：P r ＝I 2r ＝P 入－P 出②所以：r ＝216－18062Ω＝1 Ω． ③(2)车正常行驶时：P 额＝F f v m ＝k (M ＋m )gv m ④ 所以：k ＝180（40＋80）×10×5＝0．03．⑤ (3)又P 额＝Fv⑥ F －k (M ＋m )g ＝(M ＋m )a⑦由⑥⑦代入数据得：a ＝0．2 m/s 2． 答案：(1)1 Ω (2)0．03 (3)0．2 m/s 2。
高中物理第二章恒定电流2.5焦耳定律课后训练新人教版选修3-1(new)
2.5 焦耳定律课后训练1．理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1,它与电热丝的电阻R2串联,接到直流电源上，电吹风机两端电压为U,电流为I,消耗的电功率为P，则有A．P＜UI B．P＝I2(R1＋R2）C．P＝UI D．P＞I2（R1＋R2）2．一根电阻丝,通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J.若在相同的时间内通过4 C的电荷量，则该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是A．4 V，16 J B．8 V,16 JC．4 V,32 J D．8 V,32 J3．如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3是A．1∶1∶1 B．4∶1∶1C．1∶4∶4 D．1∶2∶24．图中虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a、b之间电阻是R，在a、b之间加上电压U,测得流过电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是U2 C．UI D．UI－I2R A．I2R B。
R5．一内阻为1.0 Ω的电动机,加上220 V的电压后，电动机正常工作，此时通过它的电流为5 A，则电动机输出功率为A．1 125 W B．1 100 WC．1 075 W D．25 W6．如图所示为两电阻R1和R2的伏安特性曲线。
若在两电阻两端加相同的电压，关于它们的电阻值及发热功率比较正确的是A．电阻R1的阻值较大B．电阻R2的阻值较大C．电阻R1的发热功率较大D．电阻R2的发热功率较大7．一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E、内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，则A．电动机消耗的总功率为UIU2B．电动机消耗的热功率为RC．电源的输出功率为EIIrD．电源的效率为1－E8.一台功率为400 W的洗衣机,工作电压是220 V，连续工作0。
5 h，洗衣机的工作电流是______A,所消耗的电能为______J.9．如图所示，将滑动变阻器A、P端接入电源两端，当A、P间电阻值为8 Ω时，A、P1时，A、P段电阻消耗功率仍为 2 W,则段电阻的功率为 2 W，如果在电源电压降为原来的2A、P段的电阻值必须为______Ω.这时通过A、P段电阻的电流为______A。
高中物理第二章第5节焦耳定律课时作业新人教版选修3_1
高中物理第二章第5节焦耳定律课时作业新人教版选修3_11．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，电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量．2．电流做功的公式为W＝UIt，适用于任何电路．电功率的公式为P＝UI，适用于任何电路．3．电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这一规律叫焦耳定律，表达式为Q＝I2Rt，适用于任何电路．焦耳定律是电流热效应的实验定律，凡计算电热都要用该规律．电热功率是描述电流做功产生电热的快慢程度的物理量，公式为P＝I2R，适用于任何电路．4．只含有电阻的电路称为纯电阻电路，当有电流通过时，电能全部转化为内能，即电功等于电热，用公式表示为W＝Q＝I2Rt＝UIt.含有电动机等非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路，电路中的电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能、化学能等，此时电功大于电热，电功表达式W＝UIt，电热表达式为Q＝I2Rt.5．两个绕线电阻分别标有“100 Ω10 W”和“20 Ω40 W”则它们允许通过的额定电流之比是( )A.5/5B.10/20C.5/10 D．1/2 000答案 C6．两个电阻分别标有“1 A 4 W”和“2 A 1 W”，则它们的电阻之比为( ) A．2∶1 B．16∶1 C．4∶1 D．1∶16答案 B7．关于电功，下列说法中正确的有( )A．电功的实质是电场力所做的功B．电功是电能转化为其他形式能量的量度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答案AB【概念规律练】知识点一 电功、电功率的计算1．关于四个公式①P ＝UI ；②P ＝I 2R ；③P ＝U 2R ；④P ＝Wt，下列叙述正确的是( )A ．公式①④适用于任何电路的电功率的计算B ．公式②适用于任何电路的电热功率的计算C ．公式①②③适用于任何电路电功率的计算D ．以上均不正确 答案 AB解析P ＝UI 、P ＝W t 适用于任何电路的电功率的计算，而P ＝I 2R 、P ＝U 2R只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A 正确，C 错误．P ＝I 2R 适用于任何电路的热功率的计算，P ＝UI 、P ＝U 2R只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故B 正确． 2．一个用半导体材料制成的电阻器D ，其电流I 随它两端的电压U 变化的关系图象如图1(a)所示，将它与两个标准电阻R 1、R 2并联后接在电压恒为U 的电源上，如图(b)所示，三个用电器消耗的电功率均为P .现将它们连接成如图(c)所示的电路，仍然接在该电源的两端，设电阻器D 和电阻R 1、R 2消耗的电功率分别为P D 、P 1、P 2，它们之间的大小关系为( )图1A ．P 1＝4P 2B ．P D ＝P /9C ．P 1<4P 2D ．P D >P 2 答案 C解析 从电阻器D 的I —U 图线可以得出，电阻器的阻值随所加电压的增大而减小，在题图(b)中，三个电阻消耗的功率相等，都为P ＝U 2R 1＝U 2R 2＝U 2R D，说明三个电阻的阻值相等，即R 1＝R 2＝R D .连接成图(c)所示的电路时，电阻器D 两端的电压小于U ，电阻器D 的阻值R D ′>R D ，这时电阻器R D 两端的电压U D >U 3，电阻R 1两端的电压U 1<2U 3，电阻R 2两端的电压U 2＝U D >U3，由电功率计算式综合比较得出，A 、B 、D 错误，C 正确．知识点二 焦耳定律3．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2RD ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路答案 BCD解析 电功率公式P ＝Wt，表示功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝(P U)2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 都有关．所以，P 越大，Q 不一定越大，A 不对．W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路．而I ＝UR只适用于纯电阻电路，B 对．在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 对．Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确． 4. 如图2所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻R M ＝0.6 Ω，R ＝10 Ω，U ＝160 V ，电压表的读数为110 V ．则：图2(1)通过电动机的电流是多少？ (2)输入到电动机的电功率是多少？(3)电动机工作1 h 所产生的热量是多少？答案 (1)5 A (2)550 W (3)5.4×104J解析 (1)电动机是非纯电阻，不能用公式U M R M来求电路中的电流．R 两端的电压为U R ＝U－U M ＝160 V －110 V ＝50 V ，I ＝U R R ＝5010A ＝5 A.(2)P 入＝U M I ＝110×5 W＝550 W.(3)Q ＝I 2R M t ＝5.4×104J 【方法技巧练】一、纯电阻电路中电功和电功率的计算方法5. 有四盏灯，接入如图3所示的电路中，L 1和L 2都标有“200 V 100 W”字样，L 3和L 4都标有“220 V 40 W”字样，把电路接通后，最暗的灯是哪一盏？最亮的灯是哪一盏？图3答案 L 3最喑，L 4最亮解析 由它们的额定电压、额定功率判断出R 1＝R 2<R 3＝R 4，即R 4>R 1>R 23并，由串联电路的功率分配可得P 4>P 1>(P 2＋P 3)，由并联电路的功率分配可得P 2>P 3，所以L 3最暗，L 4最亮．方法总结 在比较两个灯泡的功率大小时，可先比较有相同量的两个灯泡，L 1与L 4电流相同，利用P ＝I 2R 比较功率大小；L 2与L 4电压相同，利用P ＝U 2R比较功率大小；L 1与L 2电阻相同，利用P ＝I 2R 比较功率大小．6．额定电压都是110 V ，额定功率P A ＝100 W ，P B ＝40 W 的电灯两盏，若接在电压是220V 的电路上，两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个( )答案 C解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流．由P ＝U 2R和已知条件可知R A <R B .对于A 电路，由于R A <R B ，所以A 灯若正常发光，U B >110 V ，B 灯被烧毁，两灯不能正常发光．对于B 电路，由于R B >R A ，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于R B ，所以U B >U 并，A 灯若正常发光，则B 灯烧毁．对于C 电路，B 灯与变阻器并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．对于D 电路，若变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．比较C 、D 两个电路，由于C 电路中变阻器功率为(I A －I B )×110，而D 电路中变阻器功率为(I A ＋I B )×110，所以C 电路消耗电功率最小．方法总结 解此类问题的思路分两步：①先分清哪个电路的A 、B 灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析．②确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小，可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较．二、纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化问题的分析7．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( )A ．电炉放热与电动机放热相等B ．电炉两端电压小于电动机两端电压C ．电炉两端电压等于电动机两端电压D ．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 答案 ABD解析 电炉属于纯电阻用电器，电动机属于非纯电阻用电器．对于电炉有：U ＝IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝I 2R .对于电动机有：U >IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝UI >I 2R .8．有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A ．则：(1)电动机正常工作时的输出功率为多大？(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？ 答案 (1)1.5 W (2)8 W 解析 (1)接U ＝0.2 V 电压，电机不转，电能全部转化成内能，故可视为纯电阻电路．电流I ＝0.4 A ，根据欧姆定律，线圈电阻R ＝U I ＝0.20.4Ω＝0.5 Ω.当接U ′＝2.0 V 电压时，电流I ′＝1.0 A ，故输入电功率P 电＝U ′I ′＝2.0×1.0 W＝2.0 W ，热功率P 热＝I ′2R ＝12×0.5 W＝0.5 W. 故输出功率即机械功率P 机＝P 电－P 热＝(2.0－0.5) W ＝1.5 W.(2)如果正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P 热′＝U ′2R＝220.5W ＝8 W. 方法总结 (1)电动机是非纯电阻用电器，要注意区分电功率和热功率，电功率用P总＝UI 计算，热功率P 热＝I 2R ，机械功率P 机＝P 总－P 热．(2)注意搞清楚电动机电路中的能量转化关系，用能量守恒定律来分析问题．1．不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V 40 W”的灯泡，下列说法正确的是( ) A ．接在110 V 的电路中时的功率为20 W B ．接在110 V 的电路中时的功率为10 W C ．接在440 V 的电路中时的功率为160 W D ．接在220 V 的电路中时的功率为40 W答案 BD解析 由P 额＝U 2额R 得，灯泡的电阻R ＝220240 Ω＝1 210 Ω，当电压为110 V 时，P ＝U 2R＝11021 210W ＝10 W ；电压为440 V 时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P ＝0. 2．通过电阻R 的电流为I 时，在时间t 内产生的热量为Q ；若电阻为2R ，电流为I /2时，则在时间t 内产生的热量为( )A ．4QB ．2QC ．Q /2D ．Q /4 答案 C解析 由电热公式Q ＝I 2Rt 可得Q ′＝(12I )22Rt ＝12I 2Rt ＝12Q .3．关于电功和电热，下面说法正确的是( )A 任何电路中的电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt 且W ＝QB ．任何电路中的电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt 但W 有时不等于QC ．电功W ＝UIt 在任何电路中都适用，Q ＝I 2Rt 只在纯电阻电路中适用D ．电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt ，只适用于纯电阻电路 答案 B4．一台额定电压为U 的电动机，它的电阻为R ，正常工作时通过的电流为I ，则( ) A ．电动机t 秒内产生的热量是Q ＝UItB ．电动机t 秒内产生的热量是Q ＝I 2RtC ．电动机的功率为P ＝I 2RD ．电动机的功率为P ＝U 2/R 答案 B解析 电动机工作时，是非纯电阻电路，输入的总电能为UIt ，它转化为两部分：一是电动机内阻上产生的热能Q ＝I 2Rt ，二是电动机对外输出的机械能E ＝UIt －I 2Rt .5．两盏额定功率相同的灯泡A 和B ，其额定电压U A >U B ，则下列说法正确的是( ) A ．两灯正常发光时，灯泡的电流强度I A >I B B ．两灯电阻R A <R BC ．将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A <P BD ．将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A ′<P B ′ 答案 D解析 由P ＝U 2/R 可知R A >R B ，由P ＝UI 可知额定电流I A <I B .两灯串联后，由串联电路的功率分配关系可知P ∝R ，所以P A >P B ；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P ∝1/R ，所以P A ′<P B ′.6. 如图4所示，三个电阻R 1、R 2、R 3的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为10 W 、10 W 、4 W ，此电路中允许消耗的最大功率为( )图4A．24 W B．16 WC．12 W D．15 W答案 D7．( )A.1.80×103C．1.32×104 J D．1.08×105 J答案 D解析由铭牌可知，电热水壶的功率为1 800 W，所以正常加热1分钟产生的热量为Q ＝Pt＝1 800×60 J＝1.08×105 J.8. 有A、B两个电阻，它们的伏安特性曲线如图5所示，从图线可以判断( )图5A．电阻A的阻值大于电阻BB．电阻A的阻值小于电阻BC．电压相同时，流过电阻A的电流强度较大D ．两电阻串联时，电阻A 消耗的功率较小 答案 BCD9．理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，直到热风将头发吹干．设电动机线圈电阻为R 1，它与电热丝的电阻R 2串联后接到直流电源上，电吹风机两端电压为U ，电流为I ，消耗的电功率为P ，则有( )①P ＝IU ②P ＝I 2(R 1＋R 2) ③P >IU ④P ＞I 2(R 1＋R 2) A ．①②B ．①④ C ．②③D ．③④ 答案 B10. 如图6所示，电源电压恒为U ＝14 V ，小灯泡L 标有“4 V 8 W”，电动机的线圈电阻r M ＝1.0 Ω，当变阻器调到2 Ω时，小灯泡与电动机均正常工作，求电动机的机械效率．图6答案 66.7%解析 小灯泡正常工作I ＝P U 1＝2 A电动机的输入功率P 入＝I (U －U 1－IR )＝12 W线圈电阻消耗的功率P 内＝I 2r M ＝4 W所以电动机的机械效率η＝P 入－P 内P 入＝12－412＝66.7%.11．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转动轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V 时，电流为0.3 A ．松开转动轴，在线圈两端加电压为2 V 时，电流为0.8 A ，电动机正常工作．则：该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？答案 1.6 W 0.96 W解析 电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r ＝U I ＝0.30.3Ω＝1 Ω. 电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为 P 入＝I 1U 1＝0.8×2 W＝1.6 W ， 电动机的机械功率为P 机＝P 入－I 21r ＝1.6 W －0.82×1 W＝0.96 W.。
2018版物理选修3-1文档：第二章 恒定电流 5 含答案 精
5 焦耳定律[学习目标] 1.理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.一、电功和电功率[导学探究] 如图1所示，已知电路两端的电势差为U ，电路中的电流为I ，在t 时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，静电力做功是多少？图1答案 It IUt [知识梳理] 1.电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程.(2)电功的计算公式：W ＝IUt . 单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h ＝3.6×106 J. 2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功. (2)公式：P ＝Wt ＝UI .(3)单位：瓦，符号：W. (4)意义：表示电流做功的快慢. [即学即用] 判断下列说法的正误.(1)电流做功的实质是静电力对电荷做功.(√) (2)电功率越大，表示电流做功越多.(×)(3)某导体两端电压为10 V ，当通过2 C 的电荷时，电流做功的功率为20 W.(×) 二、焦耳定律[导学探究] (1)某一电路中只含有某一电阻元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路. (2)纯电阻电路中，消耗的电能转化为什么形式的能？对于含电动机的电路，消耗的电能转化为什么形式的能？答案(1)纯电阻电路有：白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅；非纯电阻电路有：电动机、电容器、电解槽(2)内能内能和机械能[知识梳理]1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比.(2)表达式：Q＝I2Rt.2.热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率.(2)表达式：P＝I2R.3.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能.(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能.(3)电功和电热的计算公式比较[即学即用]判断下列说法的正误.(1)电功一定等于电热.(×)(2)电动机消耗了电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.(√)(3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.(√)(4)电功W ＝UIt 可以用来计算所有电路中电流所做的功.(√)一、电功、电热 电功率、热功率公式的比较例1 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B.W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UI >I 2RD.焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路 答案 BCD解析 电功率公式P ＝W t ，表示电功率越大，电流做功越快.对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝PU ，焦耳热Q ＝(PU )2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 、R 都有关，所以P 越大，Q 不一定越大，A 错.W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而I ＝UR 只适用于纯电阻电路，B 对.在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 对. Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D 对.1.W ＝UIt 是电功的计算式，P 电＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路.Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I 通过电阻R 时在t 时间内产生的热量，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率.2.只有在纯电阻电路中才有W ＝Q ，P 电＝P 热而在非纯电阻电路中W ＞Q ，P 电＞P 热.3.在纯电阻电路中，由UIt ＝I 2Rt 得I ＝UR ，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中UIt ＞I 2Rt 知U ＞IR ，即欧姆定律不成立.二、纯电阻电路中的功率分配及计算例2 额定电压都是110 V 、额定功率P A ＝100 W 、P B ＝40 W 的灯泡两盏，若接在电压为220 V 的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是( )答案 C解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P ＝UI ＝U 2R，可知R A ＜R B .对于A 电路，由于R A ＜R B ，所以U B ＞U A ，且有U B ＞110 V ，B 灯被烧毁，U A ＜110 V ，A 灯不能正常发光.对于B 电路，由于R B ＞R A ，A 灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于R B ，所以U B ＞U 并，B 灯烧毁.对于C 电路，B 灯与滑动变阻器并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光.对于D 电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光.比较C 、D 两个电路，由于C 电路中滑动变阻器功率为(I A －I B )×110 V ，而D 电路中滑动变阻器功率为(I A ＋I B )×110 V ，所以C 电路消耗电功率最小.1.串联、并联电阻的功率分配(1)串联电路：P 1P 2＝R 1R 2，P n P ＝R nR (由P ＝I 2R 可得)，电阻越大，功率越大.(2)并联电路：P 1P 2＝R 2R 1，P n P ＝R R n (由P ＝U 2R可得)，电阻越大，功率越小.2.计算纯电阻电路的功率时，可以用P ＝UI ，也可以用P ＝I 2R 或P ＝U 2R.做题时要根据题目灵活选用.针对训练1 (多选)有三个电阻的阻值及额定功率分别为R 1＝10 Ω、P 1＝10 W ，R 2＝20 Ω、P 2＝80 W ，R 3＝5 Ω、P 3＝20 W ，它们组成的电路如图2甲、乙、丙所示，关于各图的说法正确的是( )图2A.图甲两端允许加的最大电压为60 VB.图乙干路允许流过的最大电流为3.5 AC.图丙两端允许加的最大电压为17.5 VD.以上说法均不正确 答案 BC解析 R 1＝10 Ω、P 1＝10 W ，故I 1＝P 1R 1＝1 A ，U 1＝I 1R 1＝10 V ；同样R 2＝20 Ω、P 2＝80 W ，故I 2＝2 A ，U 2＝I 2R 2＝40 V ；R 3＝5 Ω、P 3＝20 W ，故I 3＝2 A ，U 3＝I 3R 3＝10 V ；图甲中三个电阻串联，取最小额定电流，故最大电流为1 A ，故最大电压为：U ＝I (R 1＋R 2＋R 3)＝1×(10＋20＋5) V ＝35 V ，故A 错误；图乙中三个电阻并联，取最小额定电压，最大电压为10 V ，I 2′＝0.5 A ，故最大电流为：I ′＝I 1＋I 2′＋I 3＝3.5 A ，故B 正确；图丙中R 1与R 2并联，取最小额定电压，故最大电压为10 V ，故最大电流为：I 1＋I 2′＝1.5 A ；并联部分与电阻R 3串联，取最小额定电流，故最大电流为1.5 A ，故电阻R 3两端的电压为1.5 A ×5 Ω＝7.5 V ，所以丙图两端允许加的最大电压为：10 V ＋7.5 V ＝17.5 V ，故C 正确. 三、非纯电阻电路功率的分析及计算 电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率指电动机消耗的总功率：P 入＝UI . (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P 热＝I 2r .(3)电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率，P 出＝IU －I 2r . (4)电动机的效率：η＝P 出P 入＝IU －I 2rIU .例3 规格为“220 V 36 W ”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接上220 V 的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率. 答案 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W解析 (1)排气扇在 220 V 的电压下正常工作时的电流为I ＝P U ＝36220 A ≈0.16 A发热功率为P 热＝I 2R ＝(0.16)2×40 W ≈1 W 转化为机械能的功率为P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A电动机消耗的功率即电功率等于发热功率： P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5 W ＝1 210 W.1.纯电阻电路中，W ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2RtP ＝UI ＝I 2R ＝U 2R.电动机不转时，无机械功率输出，属纯电阻电路. 2.非纯电阻电路中，W ＝UIt ＞Q ＝I 2Rt ， P ＝UI ＞P 热＝I 2R .电动机转动时，向外输出机械功率，属非纯电阻电路.3.电动机的效率等于输出的机械功率与总消耗的电功率之比，即η＝P 出P 入×100%.针对训练2 如图3所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W ”的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )图3A.电解槽消耗的电功率为120 WB.电解槽的发热功率为60 WC.电解槽消耗的电功率为60 WD.电路消耗的总功率为60 W 答案 C解析 灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V 电压，且干路电流I ＝I 灯＝611 A ，则电解槽消耗的电功率P ＝P 灯＝60 W ，A 错，C 对；电解槽的发热功率P 热＝I 2R 内≈1.3 W ，B 错误；整个电路消耗的总功率P 总＝220×611W ＝120 W ，D 错.1.下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为()A.6.8 AB.4.1 AC.1.2 AD.0.24 A答案 B解析由铭牌读出电热水壶额定功率为P＝900 W，额定电压为U＝220 V；由P＝UI得，电热水壶的额定电流为：I＝PU＝900220A≈4.1 A.2.(多选)如图4所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等.则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法正确的是()图4A.U甲＞2U乙B.U甲＝2U乙C.R甲＝4R乙D.R甲＝2R乙答案BC解析设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，P ＝U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙；又由U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，故正确答案为B、C.3.电阻R1、R2的I－U图象如图5所示，则下列说法正确的是()图5A.R1∶R2＝3∶1B.将R1与R2串联后接于电源上，则电压比U1∶U2＝1∶3C.将R1与R2并联后接于电源上，则电流比I1∶I2＝1∶3D.将R1与R2并联后接于电源上，则功率比P1∶P2＝1∶3答案 B解析 由图象可知，当I ＝1 A 时，U 1＝1 V ，U 2＝3 V ，所以R 1＝U 1I 1＝1 Ω，R 2＝U 2I ＝3 Ω，则R 1∶R 2＝1∶3，A 错.R 1与R 2串联时，U 1∶U 2＝R 1∶R 2＝1∶3，B 正确.R 1与R 2并联时，I 1∶I 2＝R 2∶R 1＝3∶1，P 1∶P 2＝R 2∶R 1＝3∶1，C 、D 均错.4.如图6所示，A 为电解槽，N 为电炉子，恒定电压U ＝12 V ，电解槽内阻r A ＝2 Ω，当S 1闭合、S 2断开时，电流表的示数为6 A ；当S 2闭合、S 1断开时，电流表的示数为4 A ，求：(电流表内阻不计)图6(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？ 答案 (1)2 Ω 72 W (2)16 W解析 (1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得I 1＝U R ，则R ＝U I 1＝12 V6 A ＝2 Ω，其发热功率为：P R ＝UI 1＝12×6 W ＝72 W.(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P 热＝I 22r A ＝42×2 W ＝32 W ，总功率为：P 总＝UI 2＝12×4 W ＝48 W ，故电能转化为化学能的功率为：P 化＝P 总－P 热＝(48－32) W ＝16 W.一、选择题(1～6题为单选题，7～8题为多选题) 1.关于电功W 和电热Q 的说法正确的是( ) A.在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt ，且W ＝QB.在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt ，但W 不一定等于QC.W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt 均只有在纯电阻电路中才成立D.W ＝UIt 在任何电路中都成立，Q ＝I 2Rt 只在纯电阻电路中才成立 答案 B解析 W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路W ＝Q ，在非纯电阻电路中W >Q ，B 对，A 、C 、D 错.2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间.比较它们产生的热量，结果是( ) A.电风扇最多 B.电烙铁最多 C.日光灯最多D.一样多答案 B解析 在三种用电器中，只有电烙铁能将电能全部转化为内能，电风扇将部分电能转化为机械能，日光灯将部分电能转化为光能，故B 选项正确.3.如图1所示为某两个电阻的U －I 图象，则R 1∶R 2的值和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P 1∶P 2及并联后接入电路时消耗功率之比P 1′∶P 2′分别是( )图1A.2∶1 2∶1 1∶2B.2∶1 1∶2 2∶1C.1∶2 1∶2 2∶1D.1∶2 2∶1 1∶2 答案 A4.两盏额定功率相同的灯泡A 和B ，其额定电压U A >U B ，则下列说法正确的是( ) A.两灯正常发光时，灯泡的电流I A >I B B.两灯电阻R A <R BC.将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A <P BD.将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A ′<P B ′ 答案 D解析 由P ＝U 2R 可知R A >R B ，由P ＝IU 可知额定电流I A <I B ，故A 、B 错误.两灯串联后，由串联电路的功率分配关系可知P ∝R ，所以P A >P B ，故C 错误； 两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P ∝1R ，所以P A ′<P B ′，故D 正确.5.电阻R 和电动机串联接到电路中，如图2所示，已知电阻R 跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作.设电阻R 和电动机两端的电压分别为U 1和U 2，经过时间t ，电流通过电阻R 做功为W 1，产生热量为Q 1，电流通过电动机做功为W 2，产生热量为Q 2，则有( )图2A.U 1＜U 2，Q 1＝Q 2B.U 1＝U 2，Q 1＝Q 2C.W 1＝W 2，Q 1＞Q 2D.W 1＜W 2，Q 1＜Q 2 答案 A解析 电动机是非纯电阻，其两端电压U 2＞IR ＝U 1，B 错；电流做的功W 1＝IU 1t ，W 2＝IU 2t ，因此，W 1＜W 2，C 错；产生的热量由Q ＝I 2Rt 可判断Q 1＝Q 2，A 对，D 错.6.A 、B 为“220 V 100 W ”的两盏相同的灯泡，C 、D 为“220 V 40 W ”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图3所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为P A 、P B 、P C 、P D .则实际功率的大小关系为( )图3A.P A ＝P B ，P C ＝P DB.P A ＝P D ＞P B ＝P CC.P D ＞P A ＞P B ＞P CD.P B ＞P C ＞P D ＞P A 答案 C解析 根据R ＝U 2P 得，R A ＝R B ＜R C ＝R D .由电路图知，U B ＝U C ，根据P ＝U 2R 知P B ＞P C ；因为I A ＝I D ，根据P ＝I 2R 知，P D ＞P A .A 、D 电流大于B 、C 电流，由P ＝I 2R 知，P A ＞P B ，P D ＞P C ，所以P D ＞P A ＞P B ＞P C .7.日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到的热风可将头发吹干.设电动机线圈的电阻为R 1，它与电热丝的电阻R 2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U ，通过的电流为I ，消耗的电功率为P ，则以下选项正确的是( ) A.IU ＞P B.IU ＝P C.P ＞I 2(R 1＋R 2) D.P ＝I 2(R 1＋R 2)答案 BC8.标有“6 V 6 W ”和“6 V 3 W ”的灯泡L 1和L 2串联接在某电源上，设灯丝电阻不变，则( )A.通过灯L 1、L 2的电流之比为2∶1B.灯L 1、L 2的实际功率之比为1∶2C.电源电压为12 V 时，灯L 1、L 2均正常发光D.电源电压为9 V 时，灯L 2正常发光 答案 BD解析 L 1和L 2串联接在电路中，电流相等.L 1的电阻R 1＝U 2额P 1额＝6 Ω，L 2的电阻R 2＝U 2额P 2额＝12 Ω.电阻之比R 1∶R 2＝1∶2，所以分压关系U 1∶U 2＝1∶2，通过两灯的电流相等，所以功率之比：P 1∶P 2＝I 2R 1∶I 2R 2＝R 1∶R 2＝1∶2.当电源电压为12 V 时，可得U 1＝4 V ，U 2＝8 V .电压均不是额定电压，都不能正常发光.当电源电压为9 V 时，U 1＝3 V ，U 2＝6 V ，L 2正常发光.所以正确选项应是B 、D.二、非选择题9.有一个小型直流电动机，把它接入电压为U 1＝0.2 V 的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I 1＝0.4 A ；若把电动机接入U 2＝2.0 V 的电路中，电动机正常工作，工作电流是I 2＝1.0 A ，求：(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？答案 (1)1.5 W (2)8 W解析 (1)U 1＝0.2 V 时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r ＝U 1I 1＝0.20.4Ω＝0.5 Ω，U 2＝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各自的定义式，得P 电＝U 2I 2＝2.0×1.0 W ＝2 W.P 热＝I 22r ＝1.02×0.5 W ＝0.5 W.所以由能量守恒定律可得电动机的输出功率P 出＝P 电－P 热＝2 W －0.5 W ＝1.5 W.(2)此时若电动机转子突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率P 热′＝U 22r ＝2.020.5 W ＝8 W.10.如图4所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r ＝1 Ω，电动机两端的电压为5 V ，电路中的电流为1 A ，物体A 重20 N ，不计摩擦力，求：图4(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率；(2)电动机输入功率和输出功率；(3)10 s 内，可以把重物A 匀速提升的高度；(4)这台电动机的机械效率.答案 (1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80%解析 (1)根据焦耳定律，热功率P 热＝I 2r ＝12×1 W ＝1 W.(2)电动机输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积P 入＝IU ＝1×5 W ＝5 W ，输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率P 出＝P 入－P 热＝5 W －1 W ＝4 W.(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械能，在10 s 内P 出t ＝mgh .解得h ＝P 出t mg ＝4×1020m ＝2 m.(4)机械效率η＝P 出P 入×100%＝80%. 11.如图5所示为国庆群众游行队伍中的国徽彩车，不仅气势磅礴而且还是一辆电动车，充一次电可以走100公里左右.假设这辆电动彩车总质量为6.75×103 kg ，当它匀速通过天安门前500 m 的检阅区域时用时250 s ，驱动电机的输入电流I ＝10 A ，电压为300 V ，电动彩车行驶时所受阻力为车重的0.02倍.g 取10 m/s 2，不计其他摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，求：图5(1)驱动电机的输入功率；(2)电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率；(3)驱动电机的内阻和机械效率.答案 (1)3 000 W (2)2 700 W (3)3 Ω 90%解析 (1)驱动电机的输入功率P 入＝UI ＝300×10 W ＝3 000 W.(2)电动彩车通过天安门前的速度v ＝x t＝2 m/s 电动彩车行驶时所受阻力为F f ＝0.02mg ＝0.02×6.75×103×10 N ＝1.35×103 N电动彩车匀速行驶时F ＝F f ，故电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率P 机＝F v ＝2 700 W.(3)设驱动电机的内阻为R ，由能量守恒定律得P 入t ＝P 机t ＋I 2Rt解得驱动电机的内阻R ＝3 Ω驱动电机的机械效率η＝P 机P 入×100%＝90%.。
2017-2018学年高中物理 第2章 恒定电流专题课时作业 新人教版选修3-1
第二章 恒定电流专题1．(1)用螺旋测微器测圆柱体的直径时，如图甲所示，此示数为__6.125____mm ； 导学号 74700514(2)用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，如图乙所示，此示数为__61.70____mm 。
解析：(1)螺旋测微器的固定刻度为6mm ，可动刻度为12.5×0.01mm＝0.125mm ，所以最终读数为6mm ＋0.125mm ＝6.125mm 。
(2)游标卡尺的主尺读数为61mm ，游标尺上第14个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为14×0.05mm ＝0.70mm ，所以最终读数为：61mm ＋0.70mm ＝61.70mm 。
2．在“测定金属电阻率”的实验中，用千分尺测量金属丝的直径，利用伏安法测量金属丝的电阻。
千分尺示数及电流表、电压表的示数都如图所示，则可读出该金属丝的直径是__1.400____mm ，金属丝的电阻值是__11.4____Ω(要求保留3位有效数字)，除此以外，还需测量的物理量是__金属丝的长度____，电路选择电流表__外____(选填“内”或“外”)接法。
导学号 74700515解析：金属丝的直径：d ＝1mm ＋0.01×40.0mm＝1.400mm 。
电压表、电流表的示数分别为5.0V 和0.44A 。
由欧姆定律得：R ＝5.00.44Ω≈11.4Ω。
由R ＝ρl S 得金属丝的电阻率ρ＝RS l，故除了电阻R 、金属丝横截面积S 需要测量外，还需要测量金属丝长度l 。
由于金属丝电阻较小，为减小误差，实验中应采用电流表的外接法。
3．某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。
导学号 74700516(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图(a)和图(b)所示，长度为__5.01____cm ，直径为__5.315____mm 。
(2)按图(c)连接电路后，实验操作如下：(a)将滑动变阻器R1的阻值置于最__大____处(填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0；(b)将电阻箱R2的阻值调至最__大____(填“大”或“小”)；将S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1280Ω；(3)由此可知，圆柱体的电阻为__1280____Ω。
高中物理第二章恒定电流5焦耳定律练习新人教版选修3-1(2021年整理)
2018-2019学年高中物理第二章恒定电流5 焦耳定律练习新人教版选修3-1编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018-2019学年高中物理第二章恒定电流5 焦耳定律练习新人教版选修3-1）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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5焦耳定律知识点一电功和电热1。
下列关于电功的说法中错误的是（)A.导体内静电力移动电荷所做的功叫作电功B.电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程C。
电流做功消耗的能量由电源提供D。
电功就是电能2。
（多选）关于电功和焦耳热,下列说法正确的是(）A.在纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2RtB。
在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W=I2RtC。
在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q=I2RtD.在纯电阻电路中,计算焦耳热可用Q=UIt3。
(多选)用一个额定电压为220V的电热水器煮沸一壶水需要t s,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么()A.当线路电压为110V时，煮沸一壶水需要2t sB.当线路电压为110V时，煮沸一壶水需要4t sC。
当线路电压为55V时，煮沸一壶水需要4t sD。
当线路电压为55V时，煮沸一壶水需要16t s知识点二电功率和热功率4.[2017·东北育才中学期中]如图L2—5—1所示，R1、R2两个电阻串联接在电压恒为U的电源上,电路中的电流为I，R1、R2两端的电压分别为U1、U2,R1、R2消耗的电功率分别为P1、P2，下列关系正确的是(）图L2—5-1A.=B.=C.=D.P1+P2=UI5。
2017-2018学年高中物理 第二章 恒定电流 2.5 焦耳定律检测 新人教版选修3-1
2.5 焦耳定律课时作业基础达标1．对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡是( )A．通过电流大的灯泡B．两端电压大的灯泡C．电阻值大的灯泡D．消耗电功率大的灯泡【解析】亮度大的灯泡，功率大，D正确．【答案】D2．关于电功W和电热Q的说法正确的是( )A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝QB．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D．W＝UIt在任何电路中成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立【解析】W＝UIt、Q＝I2Rt适用于一切电路，但在纯电阻电路中W＝Q，在非纯电阻电路中W>Q，B对，A、C、D错．【答案】B3．(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同的时间内( )A．电炉放热和电动机放热相等B．电炉两端电压大于电动机两端电压C．电炉两端电压等于电动机两端电压D．电动机消耗的功率大于电炉的电功率【解析】由Q热＝I2Rt知A对．电炉为纯电阻用电器，UIt＝I2Rt，U＝IR，电动机为非纯电阻用电器，U′I′t>I′2Rt，U′>I′R，B、C错，D对．【答案】AD4．下图中虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a、b之间电阻是R，在a、b之间加上电压U，测得流过电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是( )A．I2R B．U2/RC．UI D．UI－I2R保持不变，电阻R1：R2：R＝：：4.【答案】C．电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一只开关并联，然后再接到市电上(如下图所示)，下列说法正确的是( )．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小的伏安特性曲线如图所示，并把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现把消耗的电功率分别为P1和P2，串联总电阻为的伏安特性曲线所在区域的叙述，正确的是(，二者串联电流相等，由P，故其伏安特性曲线将在Ⅲ区，选D.，正常工作时通过的电流为内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？＝2.0×103J，再根据能力提升，并联在电路中，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，A．I＝1.5 A B．I<1.5 A由题意知，电路两端的电压U＝R1I0＝10，但只有一部分电压加在电动机内阻上，所以10 W，则电路消耗的电功率．小王同学在电工师傅的指导下测得一只白炽灯的电阻为，通过灯泡的电流是0.27．出现上述现象的原因是测量误差所致电动机消耗的电能一部分用于提升重物的机械能，一部分消耗在电动机线圈。
2018_2019学年高中物理第二章恒定电流课时提升作业十三2.5焦耳定律新人教版选修3_1.doc
课时提升作业十三焦耳定律(20分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每小题7分，共28分)1.(多选)关于三个公式P=UI，P=I2R，P=的适用范围，以下说法正确的是( )A.第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率B.在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率C.在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义D.由U=IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率【解析】选B、C。
首先要明确，欧姆定律U=IR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同。
其次，P=UI表示电功率，而P=I2R 表示热功率。
因此，在纯电阻电路中，UI=I2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中，UI>I2R，即消耗的电能只有部分转化为内能。
2.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W=UIt适用于任何电路，而W=I2Rt=t只适用于纯电阻的电路C.在非纯电阻电路中，UI>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路【解析】选B、C、D。
电功率公式P=，功率越大，表示电流做功越快。
对于一段电路，有P=IU，I=，焦耳热Q=Rt，可见Q与P、U、t都有关。
所以，P越大，Q不一定越大，A错误。
W=UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I=只适用于纯电阻的电路，所以W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路，B正确。
在非纯电阻电路中，电流所做的功=焦耳热+其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正确。
Q=I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的热量，D正确。
3.如图所示是电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现在把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别为P1和P2，并联总电阻设为R。
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第二章 5 焦耳定律基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)1．(2017·江西省九江一中高二上学期期末)关于电功W和电热Q的说法，正确的是导学号 74700379( B ) A．在任何电路里都有W＝UIt，Q＝I2Rt，且W＝QB．在任何电路里都有W＝UIt，Q＝I2Rt，且W不一定等于QC．W＝UIt，Q＝I2Rt均只在纯电阻电路中才成立D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立解析：非纯电阻电路中，W＝UIt用来求电功；Q＝I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒电功和电热相等，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt 计算，故A错误；B正确；W＝UIt可用于任何电路求总电功；而Q＝I2Rt可以适用任何电路求热功，故CD均错误。
2．室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器。
如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不可能同时使用的是导学号 74700380( C )A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器解析：电路中允许的最大功率为P m＝UI＝2860W。
用电器的功率之和大于P m时，用电器就不可能同时使用，故选C。
3．把6个相同电灯接成如图(甲)、(乙)所示两电路，调节变阻器，两组电灯均能正常发光。
设(甲)、(乙)两电路消耗的电功率分别为P1、P2，则导学号 74700381( B )A．P1＜3P2 B．P1＝3P2 C．P1＞3P2 D．3P1＝P2解析：设每个灯泡正常发光时，其电流为I，则图(甲)中总电流为3I，图(乙)总电流为I ，所以，P 1＝3IU ，P 2＝IU ，P 1＝3P 2，故选B 。
4．(2016·福建福州八中高二上学期期中)如图所示，R 1＝2Ω，R 2＝10Ω，R 3＝10Ω，A 、B 两端接在电压恒定的电源上，则导学号 74700382( B )A ．S 断开时，R 1与R 2的功率之比为5︰1B ．S 闭合时通过R 1与R 2的电流之比为2︰1C ．S 断开与闭合两种情况下，电阻R 1两端的电压之比为2︰1D ．S 断开与闭合两种情况下，电阻R 2的功率之比为7︰12解析：由P ＝I 2R ，I 相等，R 1与R 2的功率之比等于电阻之比1︰5，故A 错误；S 闭合I 2＝I 3，则I 1＝2I 2，故B 正确；S 断开时，U 1︰U 2＝R 1︰R 2＝1︰5，则U 1＝16U AB ，S 闭合时，U 1′︰U 2′＝R 1︰ 12R 2＝2︰5，则U 1′＝27U AB ，故C 错误；U 2＝56U AB ，U 2′＝57U AB ，由P 2＝U 22R 2，P 2︰P 2′＝49︰36，故D 错误；故选B 。
5．(2017·河北省石家庄一中高二检测)在如图所示的电路中，输入电压U 恒为8V ，灯泡L 标有“3V,6W”字样，电动机线圈的电阻R M ＝1Ω。
若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是导学号 74700383( AC )A ．电动机的输入电压是5VB ．电动机的效率是80%C ．流过电动机的电流是2AD ．整个电路消耗的电功率是10W解析：电路电流I ＝P L U L ＝63A ＝2A ，整个电路消耗的电功率P ＝IU ＝16W ， 电动机的输入电压U M ＝U －U L ＝5V ，电动机的效率η＝IU M －I 2R MIU M×100%＝60%，综上所述可知选项AC 正确。
二、非选择题6．如图所示的电路中，电阻R 1＝1Ω，R 2＝2Ω，R 3＝3Ω，在A 、B 间接电源，S 1、S 2都打开，此时电阻R 1、R 2、R 3消耗的功率之比P 1︰P 2︰P 3＝__1︰2︰3____；当S 1、S 2都闭合时，电阻R 1、R 2、R 3消耗的功率之比P 1′︰P 2′︰P 3′＝__6︰3︰2____。
导学号 74700384解析：当两个开关均打开时，三个电阻串联，电流相等，则由P ＝I 2R 可知，功率之比等于电阻之比；故P 1︰P 2︰P 3＝1︰2︰3；当开关均闭合时，三个电阻并联，电阻两端的电压相等，则由P ＝U 2R可知，功率之比与电阻成反比；故P 1′︰P 2′︰P 3′＝6︰3︰2。
7．一只规格为“220V 2000W”的电炉，求在正常工作时的电阻。
若电网电压为200V ，求电炉的实际功率。
在220V 电压下，如果平均每天使用电炉2 h ，求此电炉一个月要消耗多少度电？(一个月＝30天)导学号 74700385答案：24.2Ω 1653W 120度解析：设电炉电阻为R ，由P ＝U 2R 得R ＝U 2P ＝22022000Ω＝24.2Ω当电压为U ′＝200V 时，电炉的实际功率为P ′＝U ′2R ＝200224.2W ＝1653W在220V 的电压下，一个月耗用电能W ＝Pt ＝2×30×2kW·h＝120kW·h。
能力提升一、选择题(单选题)1．在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换，为了延长电灯泡的使用寿命，一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是导学号 74700386( A )A ．两个灯泡串联B ．两个灯泡并联C ．每个灯泡实际消耗的功率是其额定功率的四分之一D ．每个灯泡实际消耗的功率小于其额定功率的四分之一解析：两个灯泡串联，每个灯泡承受的电压为U ＝2202V ＝110V ，低于额定电压，灯泡不易损坏，故A 正确；两个灯泡并联，每个灯泡承受的电压为U ＝220V ，仍等于灯泡的额定电压，灯泡正常工作，不能延长电灯泡的使用寿命，故B 错误；由P ＝U 2R，两个灯泡串联时，U变为原来的12，由于灯丝较正常发光时温度偏低，故灯丝电阻较正常发光时小，所以每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一，故C 、D 错误。
2．有四盏电灯，如图所示连接在电路中，L 1和L 2都标有“220V,100W”字样，L 3和L 4都标有“220V,40W”字样，把电路接通后，亮度最暗的灯泡是导学号 74700387( C )A ．L 1B ．L 2C ．L 3D ．L 4解析：根据串联电路的电压分配原则知L 2、 L 3两端的电压最小，L 4两端的电压最大。
根据并联电路的电流分配原则知通过L 3的电流小于通过L 2的电流。
由此可知L 4最亮，L 1次之，L 3最暗。
选项C 正确。
3．如图所示，电路两端的电压保持不变，当滑动变阻器的滑动触头P 向右移动时，三个灯泡亮度的变化情况是导学号 74700388( D )A ．L 1变亮，L 2和L 3皆变暗B ．L 1变暗，L 2不能确定，L 3变暗C ．L 1变暗，L 2变亮，L 3变亮D ．L 1变亮，L 2变亮，L 3变暗解析：当滑动变阻器的滑动触头P 向右移动时，变阻器电阻R 减小，故总电阻减小，根据欧姆定律干路电流增加，故灯泡L 1变亮；并联电路的电压U 并＝U －IR L1，故并联电路电压变小，灯泡L 3变暗；干路电流增加，而通过灯泡L 3的电流变小，故通过灯泡L 2的电流增加，灯泡L 2变亮；故选D 。
4．某实物投影机有10个相同的强光灯L 1～L 10(24V/200W)和10个相同的指示灯X 1～X 10(220V/2W)，将其连接在220V 交流电源上，电路如图。
若工作一段时间后L 2灯丝烧断，则导学号 74700389( C )A ．X 1的功率减小，L 1的功率增大B ．X 1的功率增大，L 1的功率增大C ．X 2的功率增大，其它指示灯的功率减小D ．X 2的功率减小，其它指示灯的功率增大解析：L 2和X 2并联，灯丝烧断。
X 2两端电压增大，由P ＝U 2R知，照明灯X 2实际功率变大；在串联电路中总电压等于分电压之和，X 2两端电压增大，所以其它灯组两端电压减小，由P＝U 2R知：其它指示灯的实际功率减小。
故选C 。
二、非选择题5．(2016·杭州二中高二上学期期中)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。
导学号 74700390下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：量由20%充至90%所需时间为__84____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/m 2，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__1____m 2。
解析：由题意：I ·t ＝500Ah×70%，即PUt ＝350Ah ，将P ＝50W ，U ＝12V 代入得t ＝84h ，因为太阳能转化效率为15%，所以有240S×15%＝36，得s ＝1m 2。
6．一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表。
导学号 74700392质量为M ＝70kg 的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力F f 恒为车和人总重的k ＝0.02倍。
取g ＝10m/s 2，求：(1)此车电机在额定电压下正常工作的效率。
(2)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度。
(3)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，当车速为v 1＝1.0m/s 时，人骑车的加速度。
答案：(1)85.7% (2)6.0m/s (3)1.0m/s 2解析：(1)由表可知，电机的额定电压为U 0＝40V 、额定电流为I 0＝3.5A ，所以电机正常工作时输入功率为P 入＝U 0I 0＝140W又因电机的输出功率为P 出＝120W ，所以电机的效率为η＝P 出P 入＝85.7% (2)行驶时所受阻力为F f ＝k (M ＋m )g ，式中m 为车的质量。
当达到最大速度v max 时，应有P 出＝F f v max ， 所以最大速度v max ＝P 出F f＝6.0m/s 。
(3)当车速为v 1＝1.0m/s 时，牵引力F ＝P 出v 1＝120N 。
设此时车的加速度为a ，根据牛顿第二定律F －F f ＝(M ＋m )a ，解得a ＝1.0m/s 2。