物理必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试达标测试

这是一份物理必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试达标测试，共14页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
本章达标检测
(满分:100分;时间:75分钟)
一、单项选择题(本题共6小题,每小题4分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2020山东济南一中高二上期中)关于能源的开发和利用,下列观点错误的是 (　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.无节制地利用能源,是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律,能源是取之不尽、用之不竭的
C.能源的开发和利用,必须同时加强对环境的保护
D.不断开发新能源,是缓解能源危机的主要途径
2.(2020河北承德一中高二上质检)以下说法中正确的是　 (　　)
A.在外电路和电源内部,正电荷都受静电力作用,所以能不断地定向移动形成电流
B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少
C.在电源内部,正电荷能从负极到达正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
D.静电力移动电荷做功,电势能减小;非静电力移动电荷做功,电势能增加
3.(2020吉林省实验中学高二上期中)把6个相同的电灯接成如图甲、乙所示两电路,通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值,使两组电灯均能正常发光,并且两电路消耗的总电功率也相同,则R1、R2大小满足 (　　)

A.R2=9R1　　　B.R2=6R1
C.R2=3R1　　　D.R1=R2
4.(2020四川成都外国语学校高二上期中)如图所示,直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线,曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1 A,那么AB线段表示的功率为 (　　)

A.1 W　　　B.6 W
C.2 W　　　D.2.5 W
5.(2020陕西西工大附中高二上检测)“神舟九号”与“天宫一号”的成功对接,使中国空间站建设迈出了坚实的一步。飞行器在太空飞行,主要靠太阳能电池提供能量。有一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流为40 mA。若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是(　　)
A.0.1 V　　　B.0.2 V　　　C.0.3 V　　　D.0.4 V
6.(2020辽宁沈阳高二上检测)粗细均匀的金属环上A、B、C、D四点把其周长分成四等份,如图所示,当A、B两点接入电路中时,圆环消耗的电功率为P;当A、D两点接入电路中时,圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)　 (　　)

A.3P　　　B.43P　　　
C.P　　　D.34P
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
7.(2020河南郑州高二上期末)如图所示,E为电源电动势,r为电源内阻,R1为定值电阻(R1>r),R2为可变电阻,以下说法中正确的是 (　　)

A.当R2=R1+r时,R2上获得最大功率
B.当R1=R2+r时,R1上获得最大功率
C.当R2=0时,电源的效率最大
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
8.(2020北京一○一中学高二上期中)如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,四个电阻的阻值已在图中标出。闭合开关S,下列说法正确的有(　　)

A.路端电压为10 V
B.电源的总功率为10 W
C.a、b间电压的大小为5 V
D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A
9.(2020四川绵阳南山中学高二上期中)电饭锅工作时有两种状态:一种是锅内水烧干前的加热状态,另一种是锅内水烧干后的保温状态,如图所示是电饭锅电路原理示意图,K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是 (　　)

A.其中R2是供加热用的电阻丝
B.当开关K接通时电饭锅为加热状态,断开时为保温状态
C.要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半,R1∶R2应为2∶1
D.要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半,R1∶R2应为(2-1)∶1
10.(2020宁夏大学附中高二上期中)在如图甲所示的电路中,电源电动势为3.0 V,内阻不计,L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后,下列判断正确的是 (　　)

A.灯泡L1的电阻为12 Ω
B.通过灯泡L1的电流为通过灯泡L2电流的2倍
C.灯泡L1消耗的电功率为0.75 W
D.灯泡L2消耗的电功率为0.30 W
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
11.(2020江苏徐州高二上期末)(12分)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、开关、导线外,还有下列器材供选用:　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.电流表:量程0~0.6 A,内电阻约1 Ω
B.电流表:量程0~3 A,内电阻约0.2 Ω
C.电压表:量程0~3 V,内电阻约30 kΩ
D.电压表:量程0~6 V,内电阻约60 kΩ
E.滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流0.5 A
F.滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流2 A
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用　　　,电压表应选用　　　　,滑动变阻器应选用　　　。(均填仪器的字母代号) 
(2)如图为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将　　　和　　　　相连、　　　　和　　　　相连、　　　和　　　　相连。(均填仪器上接线柱的字母代号) 

(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以　　　　为纵坐标,以　　　　为横坐标。 
12.(2020重庆巴蜀中学高二上期中)(8分)某同学用伏安法测量待测电阻的阻值。现有器材为:待测电阻R(阻值约为5 Ω),电源(电动势3 V),滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω),电流表(量程0~0.6 A,0~3 A),电压表(量程0~3 V,0~15 V),开关,导线若干。实验要求在测量电路中将电流表外接,滑动变阻器起限流作用。回答下列问题:
(1)按照实验要求在图(a)中画出实物连线图。

图(a)
(2)若已按实验要求接线,闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因:　　　　　　　　。 
(3)在连线正确后,闭合开关。电压表和电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示。由图可知,电压表读数为　　　　V,电流表读数为　　　　A。由此可得待测电阻的阻值为　　　　Ω(结果保留3位有效数字)。 

13.(2020湖北黄冈中学高二上期中)(8分)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。















14.(2020湖南湘潭高二上期中)(10分)如图所示为电动机提升重物的装置示意图,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重为20 N,不计摩擦力,求:
(1)电动机线圈上消耗的热功率是多少?
(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少?
(3)10 s内,可以把重物A匀速提升多高?
(4)这台电动机的机械效率是多少?










15.(2020湖南长沙雅礼中学高二上期中)(10分)太阳能是人类使用的最基本的能源,它无污染、无费用,这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长。当太阳光照射地面时,1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置,目前已经出现在我们的生活中。晓雨在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告:
容积(V)　　　　　　　100 L
集热管的采光面积(S)　　　1.5 m2
效率(η)　　　40%
使用年限(z)　　　15年
求:(结果均保留两位有效数字)
(1)晓雨家每天大约需要100 kg热水,用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间?[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)与效率为80%的电热水器相比,晓雨家每天可节约多少电能?











16.(2020湖北部分重点高中高二上联考)(12分)如图所示的电路中,所用电源的电动势E=4 V,内电阻r=1 Ω,电阻R1可调。现将R1调到3 Ω后固定。已知R2=6 Ω,R3=3 Ω,求:
(1)开关S断开和接通时,通过R1的电流分别为多大?
(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值,应将R1的阻值调到多大?这时A、B间消耗的最大电功率是多少?(结果保留三位有效数字)







答案全解全析
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1.B　能源是有限的,必须合理利用能源,A正确;尽管能量守恒,但使用过程中会有能量耗散,造成能源危机,B错误;能源的利用在推动人类进步的同时会破坏人类生存的环境,必须加强保护,C正确;开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足,D正确。
2.D　在电源内部和外部都存在着由正极指向负极的电场。在电源外部,正电荷受静电力作用,能不断地定向移动形成电流,此过程静电力做正功使电荷的电势能减少;在电源内部,正电荷所受静电力方向与移动方向相反,静电力不能使正电荷定向移动,而非静电力使正电荷由负极移动到正极,克服静电力做功,使电荷的电势能增加,故D正确,A、B、C错误。
3.A　设每个灯泡正常发光时电流为I,则题图甲中总电流为3I,题图乙中总电流为I;要使两电路消耗的总电功率也相同,需使PR1=PR2,即(3I)2R1=I2R2,故R2=9R1,选项A正确,B、C、D错误。
4.C　由题图知,在C点,电源的总功率等于电源内部的热功率,电源的电动势为E=3 V,短路电流为I=3 A,电源的内阻为r=EI=1 Ω。图像上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×3-12×1) W=2 W,故C正确,A、B、D错误。
5.D　电池板没有接入外电路时,路端电压等于电池板的电动势,所以其电动势E=800 mV,由闭合电路的欧姆定律得短路电流I短=Er,电池板内阻r=EI短=800×10-340×10-3 Ω=20 Ω,该电池板与20 Ω的电阻连成闭合电路时,电路中电流I=ER+r=80020+20 mA=20 mA,路端电压U=IR=400 mV=0.4 V,D正确。
6.B　不论连接A、B还是A、D,两段导线均并联。设金属环的总电阻为4R,则当A、B两点接入电路中时,等效电阻为R,圆环消耗的电功率P=E2R;当A、D两点接入电路中时,等效电阻为R1=R·3R4R=3R4,圆环消耗的电功率P1=E2R1=43P,选项B正确。
7.AD　将R1等效到电源的内部,R2消耗的功率即等效电源的输出功率,当R2=R1+r时,输出功率最大,即R2上获得最大功率,A正确;根据P=I2R可知,电流最大时,R1消耗的功率最大,当R2=0时,电流最大,则R1上获得最大功率,B错误;电源的效率η=IUIE×100%=UE×100%=R1+R2R1+R2+r×100%,当R2取最大值时,电源的效率最大,C错误;当外电阻等于内阻时电源的输出功率最大,外电阻越接近内电阻电源的输出功率越大,由于R1>r,故当R2=0时,电源的输出功率最大,D正确。
8.AC　外电路总电阻为10 Ω,根据闭合电路的欧姆定律I=ER+r=1 A,所以路端电压为10 V,A项正确;电源的总功率为P总=EI=12 W,B项错误;取电源负极电势为零,则a点电势φa=5×105+15 V=2.5 V,b点电势为φb=1515+5×10 V=7.5 V,a、b两点间电压大小为|Uab|=φb-φa=5 V,C项正确;a、b间用导线连接后,电路总电阻为5×155+15×2 Ω+2 Ω=9.5 Ω,电路的总电流不是1 A,D项错误。
9.ABD　根据题图,由P=U2R得当K接通时,电阻变小,功率变大,处于加热状态;当K断开时,电阻变大,功率变小,处于保温状态,由以上可知,R2是供加热用的电阻丝,故A、B正确;要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半,由P=I2R可得电阻R2在保温与加热状态下的电流之比为1∶2,(R1+R2)∶R2=2∶1,则R1∶R2=(2-1)∶1,故C错误,D正确。
10.ACD　当开关闭合后,灯泡L1两端的电压U1=3 V,由题图乙读出电流I1=0.25 A,则灯泡L1的电阻R1=U1I1=12 Ω,功率P1=U1I1=0.75 W,故A、C正确;灯泡L2、L3串联,电压U2=U3=1.5 V,由题图乙读出电流I2=I3=0.20 A,灯泡L2、L3消耗的功率P=1.5 V×0.20 A=0.30 W,故B错误,D正确。
11.答案　(1)A(1分)　D(1分)　F(1分)
(2)a　d　c　g　f　h(每空1分)
(3)见解析(3分)
解析　(1)为了防止电源急剧放电时产生极化现象而引起电动势下降,一般在测电源电动势与内电阻时,电源的放电电流控制在0.5 A以内,故电流表应选用A;因三节干电池的总电动势约为4.5 V,故选用量程是0~6 V的电压表D;总阻值为20 Ω的滑动变阻器F可使电路中的最小电流约为Imin=ERmax=0.225 A,而滑动变阻器E阻值太大,故滑动变阻器应选用F。
(2)因电流表内阻rA≈1 Ω与电源内阻大致相等且未知,故需采用电流表外接法(相对于电源来说),以避免电流表内阻引起的系统误差,原理图如图,

故需将a与d、c与g、f与h相连。
(3)用伏阻法测电源电动势与内电阻时,由闭合电路欧姆定律有E=U+URr,由此可得1U=1E+rE·1R(或1R=Er·1U-1r)、U=E-r·UR(或UR=Er-1rU)、RU=1E·R+rE(或R=E·RU-r),故可以得到1U-1R、U-UR、RU-R等线性图线。
12.答案　(1)实物连线图见解析(3分)
(2)待测电阻R断路(2分)
(3)2.20(1分)　0.48(1分)　4.58(1分)
解析　(1)实物连线图如图所示。

(2)待测电阻R断路。
(3)电压表读数为2.20 V,电流表读数为0.48 A,待测电阻的阻值为R=UI=2.200.48 Ω=4.58 Ω。
13.答案　(1)0.6 A　(2)2.04 W
解析　(1)流经灯泡的电流IL=PUL=44 A=1 A(1分)
流经电阻R的电流IR=U-ULR=12-45 A=1.6 A(2分)
流经电动机的电流I=IR-IL=0.6 A。 (1分)
(2)电动机消耗的总功率P=ULI=4×0.6 W=2.4 W(1分)
电动机的热功率P热=I2r=(0.6)2×1 W=0.36 W(2分)
电动机输出功率
P出=P-P热=2.4 W-0.36 W=2.04 W。 (1分)
14.答案　(1)1 W　(2)5 W　4 W　(3)2 m　(4)80%
解析　电动机的输入功率是电动机消耗的总功率,输出功率是机械功率。
(1)根据焦耳定律,电动机线圈上消耗的热功率为
PQ=I2r=12×1 W=1 W。 (2分)
(2)电动机的输入功率等于电流与电动机两端电压的乘积,故有P入=IU=1×5 W=5 W。 (2分)
输出功率等于输入功率减去发热功率,所以有P出=P入-PQ=5 W-1 W=4 W。 (2分)
(3)电动机的输出功率用来提升重物,转化为机械功率,在10 s内,有P出t=mgh,
解得h=P出tmg=4×1020 m=2 m。 (2分)
(4)电动机的机械效率η=P出P入×100%=4W5W×100%=80%。 (2分)
15.答案　(1)3.9 h　(2)2.9 kW·h
解析　(1)设T为光照时间,k=1.0×103 J/(s·m2)(1分)
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103×100×(45-25) J=8.4×106 J(2分)
太阳能热水器传递给水的热量Q放=kSTη (1分)
因为Q吸=Q放,所以
T=Q吸kSη=8.4×1061.0×103×1.5×40% s=1.4×104 s≈3.9 h。 (2分)
(2)由Q吸=Q电η1得
Q电=Q吸η1=8.4×1060.8 J=1.05×107 J≈2.9 kW·h。 (4分)
16.答案　(1)0.4 A　0.67 A
(2)0　3.56 W
解析　(1)开关S断开时,
I1=Er+R1+R2=41+3+6 A=0.4 A(2分)
开关S接通时,R2、R3并联的总电阻R23=R2R3R2+R3=2 Ω(2分)
I1'=Er+R1+R23=41+3+2 A=0.67 A。 (2分)
(2)开关S接通时,A、B之间的总电阻R23=2 Ω为定值,所以,当R1'=0时,总电流最大,A、B之间的电功率最大。 (2分)
I=Er+R1'+R23=41+0+2 A=43 A(2分)
PAB=I2R23=432×2 W=3.56 W。 (2分)