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高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试课后复习题
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试课后复习题，共17页。试卷主要包含了4 W，用图示的电路可以测量电阻的阻值等内容，欢迎下载使用。
第十二章 电能 能量守恒定律
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2021湖南长郡中学高二月考)两个小灯泡,分别标有“1 A 4 W”和“2 A 1 W”的字样,则它们均正常发光时的电阻阻值之比为 ( )
A.2∶1 B.16∶1
C.4∶1 D.1∶16
2.(2021广东华南师大附中高二月考)在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路。闭合开关S,当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V,重新调节R使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V,电压表、电流表均为理想电表,则这台电动机正常运转时的输出功率为 ( )
A.32 W B.44 W
C.47 W D.48 W
3.(2021天津六校联考)如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L标有“2 V 0.4 W”字样,开关S接1,当变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则 ( )
A.电动机的内阻为4 Ω
B.电动机正常工作的电压为1 V
C.电源内阻为1 Ω
D.电源总功率为0.4 W
4.(2021河北邢台高二上期末)在如图所示的电路中,两相同的小灯泡A、B原来都发光,忽然小灯泡A比原来亮了,小灯泡B比原来暗了,则发生这种现象的故障可能是(电源内阻不计) ( )
A.R1断路 B.R2短路
C.R3断路 D.R4短路
5.(2021吉林油田高级中学高二期中)如图所示,长为L的两平行金属板水平放置,接在直流电路中,图中R为滑动变阻器,一带电微粒自两板左侧中央以某初速度v0平行于金属板进入两板间,若将滑动变阻器的滑片P置于最下端b处,带电微粒将落在下板上距离左端L3处;若滑片P与b端间电阻为18 Ω,带电微粒将沿直线运动;若要微粒不打到金属板上,则滑片P与b端间电阻R的范围应为 ( )
A.12 Ω
A.1.5 W 1.0 W B.0.75 W 0.5 W
C.0.75 W 0.75 W D.1.5 W 0.75 W
7.(2021江西奉新一中高二月考)有一家用电褽斗,其内部电路结构如图所示,改变内部连线方式可以使电褽斗处于断开状态或获得低、中、高三个不同的温度挡,选项图中是它的四种不同的连接方式,其中能获得低挡温度的是 ( )
8.(2021山西晋中平遥中学高二上期中)用图示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,G是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表G的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为 ( )
A.l1l2R0 B.l1l1+l2R0
C.l2l1R0 D.l2l1+l2R0
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.(2021浙江金华方格外国语学校高二期中)如图所示,电源的电动势E=2 V,内阻r=2 Ω,两个定值电阻的阻值均为8 Ω,平行板电容器的电容C=3×10-6 F,则 ( )
A.开关断开时两极板间的电压为43 V
B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10-6 C
C.开关接通时两极板间的电压为43 V
D.开关接通时电容器所带电荷量为4×10-6 C
10.(2021吉林东北师大附中高二检测)电源和一个水平放置的平行板电容器、三个电阻组成如图所示的电路,当开关S闭合后,电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态。现将开关S断开,则以下判断正确的是 ( )
A.液滴仍保持静止状态
B.液滴将向上运动
C.电容器所带的电荷量将减为零
D.电容器所带的电荷量将增大
11.(2021江苏无锡江阴四校高二期中)如图所示,A和B为竖直放置的平行金属板,在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球。开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑动触头P在a处,此时绝缘线向右偏离竖直方向,电源的内阻不能忽略,则下列判断正确的是 ( )
A.小球带正电
B.当滑动触头从a向b滑动时,绝缘线的偏角θ变小
C.当滑动触头从a向b滑动时,电流计中有电流,方向从上向下
D.当滑动触头停在b处时电源的输出功率一定大于滑动触头在a处时电源的输出功率
12.(2021四川成都外国语学校质检)将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系中,如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.图线b表示电源内部的发热功率Pr随电流I的变化关系
B.M点对应的功率为最大输出功率
C.在图线上A、B、C三点的纵坐标一定满足关系PA
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)(2021吉林东丰三中高二上期中)电流表G的满偏电流Ig=5 mA,内阻r=290 Ω,把它改装成如图所示的一个多量程多用电表,电流、电压和电阻的测量都各有两个量程。
(1)关于此多用电表,下列说法正确的是 (填字母代号)。
A.开关S接到位置4、5时是欧姆挡,两欧姆挡内阻相等,只是测量倍率不同
B.开关S接到位置5、6时是电压挡,接到位置6比接到位置5时的量程大
C.无论作什么电表使用,表盘的刻度都是均匀的
D.无论作什么电表使用,必须使电流从A表笔流入电表,从B表笔流出电表
(2)当把开关S接到位置4时,先短接A、B进行欧姆调零,而后将一已知阻值为3 600 Ω的电阻R接到两表笔间,指针恰好偏转到电流表G满刻度的13处,则该欧姆表的内阻为 Ω。
14.(8分)(2021江西赣州赣县三中高二期中)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R0(约为2 kΩ)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7 V,允许最大放电电流为100 mA)。实验室备有如下器材:
A.电压表V(量程0~3 V,电阻RV约为4.0 kΩ)
B.电流表A1(量程0~100 mA,电阻RA1约为5 Ω)
C.电流表A2(量程0~2 mA,电阻RA2约为50 Ω)
D.滑动变阻器R1(0~40 Ω,额定电流1 A)
E.电阻箱R2(0~999.9 Ω)
F.开关S一只、导线若干
(1)为了测定电阻R0的阻值,小明设计了一个电路,与其对应的实物图如图,图中的电流表A应选 (选填“A1”或“A2”),请将实物连线补充完整。
(2)为测量锂电池的电动势E和内阻r,小红设计了如图甲所示的电路图。根据测量数据作出1U-1R2图像,如图乙所示。若该图线的斜率为k,纵轴截距为b,则该锂电池的电动势E= ,内阻r= 。(用k、b表示)
15.(10分)[2021新高考八省(市)1月联考,辽宁卷]某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系,设计了如图(a)所示的电路。所用器材有:置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺;阻值为R的定值电阻;理想电压表;电动势为E、内阻为r的电源;开关S;导线若干。
图(a)
实验时,先按图(a)连接好电路,然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d,记录电压表的示数U,获得多组数据如下表。
d/cm
8.50
10.00
12.00
13.50
15.00
17.00
18.50
20.00
22.00
23.50
25.00
U/mV
271.0
220.0
180.0
156.7
144.9
114.0
94.8
89.5
78.6
72.5
65.0
回答下列问题:
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG= (用E、r、R、U表示);
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点,并作出U-d的非线性曲线;
图(b)
(3)依据实验结果可推断:光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而 (填“增大”或“减小”);
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能,光照强度大时屏幕变亮,反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性,实现“有光照射光敏电阻时,小灯泡变亮;反之变暗”的功能,设计了如图(c)所示电路,则电路中 (填“R1”或“R2”)为光敏电阻,另一个为定值电阻。
图(c)
16.(10分)(2021天津二十中高二上期中)如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r=1 Ω,定值电阻R=5 Ω。闭合S1、断开S2,电流表的示数是1.00 A;闭合S1和S2,电流表的示数是2.00 A,此时电动机竖直向上匀速吊起质量为m=0.6 kg的重物,已知电动机线圈电阻为R0=0.5 Ω,电流表为理想电表,不计一切阻力,求:
(1)电源电动势E;
(2)闭合S1和S2时,重物向上运动的速率。
17.(12分)(2021辽宁阜新实验中学高二月考)如图所示,一电荷量q=3×10-4 C带正电的小球,用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点。S合上后,小球静止时,细线与竖直方向的夹角α=37°。已知两板相距d=0.1 m,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=4 Ω,R2=R3=R4=12 Ω。sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:
(1)流过电源的电流;
(2)两板间的电场强度的大小;
(3)小球的质量。
18.(14分)(2021河南平顶山、许昌、汝州高二上联考)在如图所示电路中,灯L标有“6 V 3 W”,定值电阻R1=4 Ω,R2=10 Ω,电源内阻r=2 Ω,当滑片P滑到最下端时,理想电流表读数为1 A,此时灯L恰好正常发光,试求:
(1)滑动变阻器最大阻值R;
(2)当滑片P滑到最上端时,电流表的读数;
(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时,滑动变阻器消耗的功率。
答案全解全析
第十二章 电能 能量守恒定律
1.B
2.A
3.C
4.B
5.B
6.D
7.B
8.C
9.CD
10.BD
11.ABC
12.AB
1.B 由P=I2R知R=PI2,所以R1∶R2=41∶14=16∶1。
2.A 电动机停止转动时,可视为纯电阻元件,线圈的电阻r=U1I1=4 Ω;电动机恢复正常运转时,电功率P=UI=48 W,热功率为P热=I2r=16 W,电动机输出的机械功率P机=P-P热=32 W,选项A正确。
3.C 小灯泡的额定电流为I=PU=0.42 A=0.2 A,电阻为RL=UI=20.2 Ω=10 Ω;当开关接1时,L和R串联,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=1 Ω,选项C正确;当开关接2时灯泡正常发光,L和M串联,电流为I=0.2 A,电源内阻分得电压为Ur=Ir=0.2×1 V=0.2 V,故电动机分得电压为U机=E-U-Ur=(3-2-0.2) V=0.8 V,故电动机内阻R机
5.B 设两平行金属板间距为d,微粒打到板上时运动时间为t1,当滑动变阻器的滑片P置于b处时,两平行板间的电压为0,得d2=12gt12,L3=v0t1;当滑片P与b端间电阻为18 Ω时,有qU0d=mg。若要微粒刚好不打到金属板上,设运动时间为t2,应满足d2=12at22,L=v0t2,qU1d-mg=ma或mg-qU2d=ma,由以上各式可求得U1=109U0,U2=89U0,由串联电路的分压规律可求得电阻R1=109R0=20 Ω,R2=89R0=16 Ω,所求R的范围为16 Ω
7.B A选项为断路,没有电流,电熨斗不工作,A错误;B选项R1、R2串联,发热功率为P2=U2R1+R2;C选项只有R1工作,发热功率为P3=U2R1;D选项R1、R2并联,发热功率为P4=U2R1R2R1+R2;根据P=U2R可以判断出,P2最小,所以能获得低挡温度的是B选项。
8.C 电流表G中的电流为零,表示电流表G两端电势差为零(即电势相等),则R0与Rl1两端电压相等,Rx与Rl2两端电压相等,其等效电路图如图所示。
I1R0=I2Rl1 ①
I1Rx=I2Rl2 ②
由公式R=ρlS知Rl1=ρl1S ③
Rl2=ρl2S ④
由①②③④式得R0Rx=l1l2
即Rx=l2l1R0。选项C正确。
9.CD 电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,开关S断开时,电路中的总电流为I=ER2+r=28+2 A=0.2 A,电容器两极板间的电压为U=IR2=0.2×8 V=1.6 V,此时电容器所带电荷量为Q=CU=3×10-6×1.6 C=4.8×10-6 C,故选项A、B错误;开关接通时两定值电阻并联,等效电阻为4 Ω,电容器两极板间的电压等于路端电压,电路中的总电流I'=ER外+r=24+2 A=13 A,电容器两极板间的电压U'=I'R外=13×4 V=43 V,此时电容器所带的电荷量Q'=CU'=3×10-6×43 C=4×10-6 C,故选项C、D正确。
10.BD 开关闭合时,电容器两极板间的电压等于电阻R2两端的电压,小于电源的电动势;当断开开关,电路稳定后,电路中没有电流,电容器两极板间电压近似等于电源的电动势,则知电容器两极板间电压增大,极板间场强增大,液滴所受电场力增大,则液滴将向上运动。由于电容器两极板间的电压增大,由公式Q=CU可知,电容器所带的电荷量将增大,故B、D正确,A、C错误。
11.ABC 由题图知,A板带正电,B板带负电,平行板电容器内电场方向水平向右。绝缘线向右偏,电场力向右,则小球带正电,故A正确。滑动触头向右移动时,R接入电路的阻值变小,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压U=E-Ir变小,R1两端电压变小,则电容器两极板间电压变小,绝缘线偏角变小,故B正确。滑动触头向右移动时,电容器两极板间电压变小,电容器放电,因A板带正电,则流过电流计的电流方向从上向下,故C正确。根据电源的输出功率与外电阻的关系:当外电阻等于内阻时,输出功率最大;外电阻大于内阻时,外电阻减小,输出功率增大;外电阻小于内阻时,外电阻减小,输出功率减小;由于不知道外电阻与内阻大小关系,故无法比较电源输出功率的大小,故D错误。
12.AB 由电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率表达式PE=EI,PR=EI-I2r,Pr=I2r,可知图线a表示电源的总功率随电流I的变化关系;图线b表示电源内部的发热功率随电流I的变化关系;图线c表示输出功率PR随电流I的变化关系,A正确;当R=r时,输出功率最大,M点是输出功率最大的位置,B正确;A、B、C为a、b、c三条图线上横坐标相同的三点,因为直流电源的总功率等于输出功率和电源内部的发热功率之和,所以这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC,C错误;M点输出功率最大,R=r,IM=E2r,IN=Er,IMIN=12,PMPN=14,D错误。
13.答案 (1)BD(3分) (2)1 800(3分)
解析 (1)当开关S旋到位置4时,电流表与多用电表中的电源相连接,是欧姆挡,开关S旋到位置5时,没有电源,此时电阻与电流表串联,故为电压挡,故A错误;开关S旋到位置5时串联的电阻小于旋到位置6时串联的电阻,可知旋到位置6时量程大,故B正确;多用电表的欧姆挡表盘刻度是不均匀的,故C错误;为了让表头指针正向偏转,无论作什么电表使用,必须使电流从红表笔流入电表,从黑表笔流出电表,故D正确。
(2)将一已知阻值为3 600 Ω的电阻R接到两表笔间,根据闭合电路欧姆定律有13Ig=ER+R内,当表笔短接时有Ig=ER内,联立解得R内=1 800 Ω。
14.答案 (1)A2(2分) 实物连线如图所示(2分)
(2)1b(2分) kb(2分)
解析 (1)电压表量程为0~3 V,通过待测电阻的最大电流为I=UR0=1.5 mA,因此电流表应选A2;变阻器采用限流式接法变化范围较小,不能测多组实验数据,为了减小误差,应采用分压式接法,实物电路图如答图所示。
(2)由E=U+UR2r得1U=1E+rE·1R2,则1E=b,rE=k,故E=1b,r=kb。
15.答案 (1)EUR-r-R (2)见解析 (3)增大 (4)R2
解析 (1)根据闭合电路欧姆定律,可得Er+R+RGR=U
解得RG=EUR-r-R
(2)描点、连线如图所示
(3)当光源距离光敏电阻越远时,光照强度越小,电压表示数越小,根据RG=EUR-r-R
可知,光敏电阻的阻值RG越大
(4)如果R1为光敏电阻,有光照射光敏电阻时,外电路总电阻变小,路端电压降低,灯泡变暗;如果R2为光敏电阻,有光照射光敏电阻时,外电路总电阻变小,干路电流增大,内电压升高,路端电压降低,流过R1的电流减小,因此流过灯泡的电流增大,灯泡变亮,因此R2为光敏电阻。
16.答案 (1)6.00 V (2)0.68 m/s
解析 (1)闭合S1、断开S2,电流表的示数是1.00 A,由闭合电路欧姆定律有
E=I1(R+r)=1.00×(5+1) V=6.00 V(2分)
(2)闭合S1和S2,电流表的示数是2.00 A,则路端电压为U=E-I2r=(6.00-2.00×1) V=4.00 V(2分)
此时流过电动机的电流为IM=I2-UR=1.2 A(2分)
则电动机的输出功率为P=IMU-IM2R0=(1.2×4.00-1.22×0.5) W=4.08 W(2分)
重物向上运动的速率
v=Pmg=4.080.6×10 m/s=0.68 m/s(2分)
17.答案 (1)1 A (2)100 V/m (3)4×10-3 kg
解析 (1)R1所在支路电阻R=R2R3R2+R3+R1=10 Ω(2分)
电路中总电流I=ER+r=1210+2 A=1 A(2分)
(2)路端电压U=E-Ir=10 V(2分)
两板间的场强E0=Ud=100.1 V/m=100 V/m(2分)
(3)设小球的质量为m,由共点力平衡条件有
mg tan θ=E0q (2分)
解得m=4×10-3 kg(2分)
18.答案 (1)12 Ω (2)2 A (3)3.84 W
解析 (1)灯L的电阻为RL=UL2PL=623 Ω=12 Ω(1分)
当P滑到最下端时,R2被短路,灯L与整个滑动变阻器R并联,此时灯正常发光,通过灯L的电流为
IL=PLUL=36 A=0.5 A。 (1分)
通过滑动变阻器R的电流为
IR=IA-IL=1 A-0.5 A=0.5 A(1分)
则IR=IL,即得滑动变阻器最大阻值R=RL=12 Ω。 (1分)
(2)电源的电动势
E=I(R1+r+R·RLR+RL)=1×(4+2+6) V=12 V(2分)
当P滑到最上端时,灯L、滑动变阻器R及电阻R2都被短路,此时电流表的读数为
I'=ER1+r=124+2 A=2 A。 (1分)
(3)P位于滑动变阻器的中点时,灯L与R2并联后再与R1串联,此时R并=4 Ω(1分)
总电流为I总=ER并+R1+r=124+4+2 A=1.2 A(2分)
并联部分两端的电压为
U并=I总·R并=1.2×4 V=4.8 V(2分)
滑动变阻器消耗的功率为
PR=U并2R2=4.826 W=3.84 W(2分)
第十二章 电能 能量守恒定律
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2021湖南长郡中学高二月考)两个小灯泡,分别标有“1 A 4 W”和“2 A 1 W”的字样,则它们均正常发光时的电阻阻值之比为 ( )
A.2∶1 B.16∶1
C.4∶1 D.1∶16
2.(2021广东华南师大附中高二月考)在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路。闭合开关S,当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V,重新调节R使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V,电压表、电流表均为理想电表,则这台电动机正常运转时的输出功率为 ( )
A.32 W B.44 W
C.47 W D.48 W
3.(2021天津六校联考)如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L标有“2 V 0.4 W”字样,开关S接1,当变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则 ( )
A.电动机的内阻为4 Ω
B.电动机正常工作的电压为1 V
C.电源内阻为1 Ω
D.电源总功率为0.4 W
4.(2021河北邢台高二上期末)在如图所示的电路中,两相同的小灯泡A、B原来都发光,忽然小灯泡A比原来亮了,小灯泡B比原来暗了,则发生这种现象的故障可能是(电源内阻不计) ( )
A.R1断路 B.R2短路
C.R3断路 D.R4短路
5.(2021吉林油田高级中学高二期中)如图所示,长为L的两平行金属板水平放置,接在直流电路中,图中R为滑动变阻器,一带电微粒自两板左侧中央以某初速度v0平行于金属板进入两板间,若将滑动变阻器的滑片P置于最下端b处,带电微粒将落在下板上距离左端L3处;若滑片P与b端间电阻为18 Ω,带电微粒将沿直线运动;若要微粒不打到金属板上,则滑片P与b端间电阻R的范围应为 ( )
A.12 Ω
A.1.5 W 1.0 W B.0.75 W 0.5 W
C.0.75 W 0.75 W D.1.5 W 0.75 W
7.(2021江西奉新一中高二月考)有一家用电褽斗,其内部电路结构如图所示,改变内部连线方式可以使电褽斗处于断开状态或获得低、中、高三个不同的温度挡,选项图中是它的四种不同的连接方式,其中能获得低挡温度的是 ( )
8.(2021山西晋中平遥中学高二上期中)用图示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,G是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表G的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为 ( )
A.l1l2R0 B.l1l1+l2R0
C.l2l1R0 D.l2l1+l2R0
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.(2021浙江金华方格外国语学校高二期中)如图所示,电源的电动势E=2 V,内阻r=2 Ω,两个定值电阻的阻值均为8 Ω,平行板电容器的电容C=3×10-6 F,则 ( )
A.开关断开时两极板间的电压为43 V
B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10-6 C
C.开关接通时两极板间的电压为43 V
D.开关接通时电容器所带电荷量为4×10-6 C
10.(2021吉林东北师大附中高二检测)电源和一个水平放置的平行板电容器、三个电阻组成如图所示的电路,当开关S闭合后,电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态。现将开关S断开,则以下判断正确的是 ( )
A.液滴仍保持静止状态
B.液滴将向上运动
C.电容器所带的电荷量将减为零
D.电容器所带的电荷量将增大
11.(2021江苏无锡江阴四校高二期中)如图所示,A和B为竖直放置的平行金属板,在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球。开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑动触头P在a处,此时绝缘线向右偏离竖直方向,电源的内阻不能忽略,则下列判断正确的是 ( )
A.小球带正电
B.当滑动触头从a向b滑动时,绝缘线的偏角θ变小
C.当滑动触头从a向b滑动时,电流计中有电流,方向从上向下
D.当滑动触头停在b处时电源的输出功率一定大于滑动触头在a处时电源的输出功率
12.(2021四川成都外国语学校质检)将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系中,如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.图线b表示电源内部的发热功率Pr随电流I的变化关系
B.M点对应的功率为最大输出功率
C.在图线上A、B、C三点的纵坐标一定满足关系PA
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)(2021吉林东丰三中高二上期中)电流表G的满偏电流Ig=5 mA,内阻r=290 Ω,把它改装成如图所示的一个多量程多用电表,电流、电压和电阻的测量都各有两个量程。
(1)关于此多用电表,下列说法正确的是 (填字母代号)。
A.开关S接到位置4、5时是欧姆挡,两欧姆挡内阻相等,只是测量倍率不同
B.开关S接到位置5、6时是电压挡,接到位置6比接到位置5时的量程大
C.无论作什么电表使用,表盘的刻度都是均匀的
D.无论作什么电表使用,必须使电流从A表笔流入电表,从B表笔流出电表
(2)当把开关S接到位置4时,先短接A、B进行欧姆调零,而后将一已知阻值为3 600 Ω的电阻R接到两表笔间,指针恰好偏转到电流表G满刻度的13处,则该欧姆表的内阻为 Ω。
14.(8分)(2021江西赣州赣县三中高二期中)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R0(约为2 kΩ)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7 V,允许最大放电电流为100 mA)。实验室备有如下器材:
A.电压表V(量程0~3 V,电阻RV约为4.0 kΩ)
B.电流表A1(量程0~100 mA,电阻RA1约为5 Ω)
C.电流表A2(量程0~2 mA,电阻RA2约为50 Ω)
D.滑动变阻器R1(0~40 Ω,额定电流1 A)
E.电阻箱R2(0~999.9 Ω)
F.开关S一只、导线若干
(1)为了测定电阻R0的阻值,小明设计了一个电路,与其对应的实物图如图,图中的电流表A应选 (选填“A1”或“A2”),请将实物连线补充完整。
(2)为测量锂电池的电动势E和内阻r,小红设计了如图甲所示的电路图。根据测量数据作出1U-1R2图像,如图乙所示。若该图线的斜率为k,纵轴截距为b,则该锂电池的电动势E= ,内阻r= 。(用k、b表示)
15.(10分)[2021新高考八省(市)1月联考,辽宁卷]某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系,设计了如图(a)所示的电路。所用器材有:置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺;阻值为R的定值电阻;理想电压表;电动势为E、内阻为r的电源;开关S;导线若干。
图(a)
实验时,先按图(a)连接好电路,然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d,记录电压表的示数U,获得多组数据如下表。
d/cm
8.50
10.00
12.00
13.50
15.00
17.00
18.50
20.00
22.00
23.50
25.00
U/mV
271.0
220.0
180.0
156.7
144.9
114.0
94.8
89.5
78.6
72.5
65.0
回答下列问题:
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG= (用E、r、R、U表示);
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点,并作出U-d的非线性曲线;
图(b)
(3)依据实验结果可推断:光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而 (填“增大”或“减小”);
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能,光照强度大时屏幕变亮,反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性,实现“有光照射光敏电阻时,小灯泡变亮;反之变暗”的功能,设计了如图(c)所示电路,则电路中 (填“R1”或“R2”)为光敏电阻,另一个为定值电阻。
图(c)
16.(10分)(2021天津二十中高二上期中)如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r=1 Ω,定值电阻R=5 Ω。闭合S1、断开S2,电流表的示数是1.00 A;闭合S1和S2,电流表的示数是2.00 A,此时电动机竖直向上匀速吊起质量为m=0.6 kg的重物,已知电动机线圈电阻为R0=0.5 Ω,电流表为理想电表,不计一切阻力,求:
(1)电源电动势E;
(2)闭合S1和S2时,重物向上运动的速率。
17.(12分)(2021辽宁阜新实验中学高二月考)如图所示,一电荷量q=3×10-4 C带正电的小球,用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点。S合上后,小球静止时,细线与竖直方向的夹角α=37°。已知两板相距d=0.1 m,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=4 Ω,R2=R3=R4=12 Ω。sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:
(1)流过电源的电流;
(2)两板间的电场强度的大小;
(3)小球的质量。
18.(14分)(2021河南平顶山、许昌、汝州高二上联考)在如图所示电路中,灯L标有“6 V 3 W”,定值电阻R1=4 Ω,R2=10 Ω,电源内阻r=2 Ω,当滑片P滑到最下端时,理想电流表读数为1 A,此时灯L恰好正常发光,试求:
(1)滑动变阻器最大阻值R;
(2)当滑片P滑到最上端时,电流表的读数;
(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时,滑动变阻器消耗的功率。
答案全解全析
第十二章 电能 能量守恒定律
1.B
2.A
3.C
4.B
5.B
6.D
7.B
8.C
9.CD
10.BD
11.ABC
12.AB
1.B 由P=I2R知R=PI2,所以R1∶R2=41∶14=16∶1。
2.A 电动机停止转动时,可视为纯电阻元件,线圈的电阻r=U1I1=4 Ω;电动机恢复正常运转时,电功率P=UI=48 W,热功率为P热=I2r=16 W,电动机输出的机械功率P机=P-P热=32 W,选项A正确。
3.C 小灯泡的额定电流为I=PU=0.42 A=0.2 A,电阻为RL=UI=20.2 Ω=10 Ω;当开关接1时,L和R串联,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=1 Ω,选项C正确;当开关接2时灯泡正常发光,L和M串联,电流为I=0.2 A,电源内阻分得电压为Ur=Ir=0.2×1 V=0.2 V,故电动机分得电压为U机=E-U-Ur=(3-2-0.2) V=0.8 V,故电动机内阻R机
5.B 设两平行金属板间距为d,微粒打到板上时运动时间为t1,当滑动变阻器的滑片P置于b处时,两平行板间的电压为0,得d2=12gt12,L3=v0t1;当滑片P与b端间电阻为18 Ω时,有qU0d=mg。若要微粒刚好不打到金属板上,设运动时间为t2,应满足d2=12at22,L=v0t2,qU1d-mg=ma或mg-qU2d=ma,由以上各式可求得U1=109U0,U2=89U0,由串联电路的分压规律可求得电阻R1=109R0=20 Ω,R2=89R0=16 Ω,所求R的范围为16 Ω
7.B A选项为断路,没有电流,电熨斗不工作,A错误;B选项R1、R2串联,发热功率为P2=U2R1+R2;C选项只有R1工作,发热功率为P3=U2R1;D选项R1、R2并联,发热功率为P4=U2R1R2R1+R2;根据P=U2R可以判断出,P2最小,所以能获得低挡温度的是B选项。
8.C 电流表G中的电流为零,表示电流表G两端电势差为零(即电势相等),则R0与Rl1两端电压相等,Rx与Rl2两端电压相等,其等效电路图如图所示。
I1R0=I2Rl1 ①
I1Rx=I2Rl2 ②
由公式R=ρlS知Rl1=ρl1S ③
Rl2=ρl2S ④
由①②③④式得R0Rx=l1l2
即Rx=l2l1R0。选项C正确。
9.CD 电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,开关S断开时,电路中的总电流为I=ER2+r=28+2 A=0.2 A,电容器两极板间的电压为U=IR2=0.2×8 V=1.6 V,此时电容器所带电荷量为Q=CU=3×10-6×1.6 C=4.8×10-6 C,故选项A、B错误;开关接通时两定值电阻并联,等效电阻为4 Ω,电容器两极板间的电压等于路端电压,电路中的总电流I'=ER外+r=24+2 A=13 A,电容器两极板间的电压U'=I'R外=13×4 V=43 V,此时电容器所带的电荷量Q'=CU'=3×10-6×43 C=4×10-6 C,故选项C、D正确。
10.BD 开关闭合时,电容器两极板间的电压等于电阻R2两端的电压,小于电源的电动势;当断开开关,电路稳定后,电路中没有电流,电容器两极板间电压近似等于电源的电动势,则知电容器两极板间电压增大,极板间场强增大,液滴所受电场力增大,则液滴将向上运动。由于电容器两极板间的电压增大,由公式Q=CU可知,电容器所带的电荷量将增大,故B、D正确,A、C错误。
11.ABC 由题图知,A板带正电,B板带负电,平行板电容器内电场方向水平向右。绝缘线向右偏,电场力向右,则小球带正电,故A正确。滑动触头向右移动时,R接入电路的阻值变小,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压U=E-Ir变小,R1两端电压变小,则电容器两极板间电压变小,绝缘线偏角变小,故B正确。滑动触头向右移动时,电容器两极板间电压变小,电容器放电,因A板带正电,则流过电流计的电流方向从上向下,故C正确。根据电源的输出功率与外电阻的关系:当外电阻等于内阻时,输出功率最大;外电阻大于内阻时,外电阻减小,输出功率增大;外电阻小于内阻时,外电阻减小,输出功率减小;由于不知道外电阻与内阻大小关系,故无法比较电源输出功率的大小,故D错误。
12.AB 由电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率表达式PE=EI,PR=EI-I2r,Pr=I2r,可知图线a表示电源的总功率随电流I的变化关系;图线b表示电源内部的发热功率随电流I的变化关系;图线c表示输出功率PR随电流I的变化关系,A正确;当R=r时,输出功率最大,M点是输出功率最大的位置,B正确;A、B、C为a、b、c三条图线上横坐标相同的三点,因为直流电源的总功率等于输出功率和电源内部的发热功率之和,所以这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC,C错误;M点输出功率最大,R=r,IM=E2r,IN=Er,IMIN=12,PMPN=14,D错误。
13.答案 (1)BD(3分) (2)1 800(3分)
解析 (1)当开关S旋到位置4时,电流表与多用电表中的电源相连接,是欧姆挡,开关S旋到位置5时,没有电源,此时电阻与电流表串联,故为电压挡,故A错误;开关S旋到位置5时串联的电阻小于旋到位置6时串联的电阻,可知旋到位置6时量程大,故B正确;多用电表的欧姆挡表盘刻度是不均匀的,故C错误;为了让表头指针正向偏转,无论作什么电表使用,必须使电流从红表笔流入电表,从黑表笔流出电表,故D正确。
(2)将一已知阻值为3 600 Ω的电阻R接到两表笔间,根据闭合电路欧姆定律有13Ig=ER+R内,当表笔短接时有Ig=ER内,联立解得R内=1 800 Ω。
14.答案 (1)A2(2分) 实物连线如图所示(2分)
(2)1b(2分) kb(2分)
解析 (1)电压表量程为0~3 V,通过待测电阻的最大电流为I=UR0=1.5 mA,因此电流表应选A2;变阻器采用限流式接法变化范围较小,不能测多组实验数据,为了减小误差,应采用分压式接法,实物电路图如答图所示。
(2)由E=U+UR2r得1U=1E+rE·1R2,则1E=b,rE=k,故E=1b,r=kb。
15.答案 (1)EUR-r-R (2)见解析 (3)增大 (4)R2
解析 (1)根据闭合电路欧姆定律,可得Er+R+RGR=U
解得RG=EUR-r-R
(2)描点、连线如图所示
(3)当光源距离光敏电阻越远时,光照强度越小,电压表示数越小,根据RG=EUR-r-R
可知,光敏电阻的阻值RG越大
(4)如果R1为光敏电阻,有光照射光敏电阻时,外电路总电阻变小,路端电压降低,灯泡变暗;如果R2为光敏电阻,有光照射光敏电阻时,外电路总电阻变小,干路电流增大,内电压升高,路端电压降低,流过R1的电流减小,因此流过灯泡的电流增大,灯泡变亮,因此R2为光敏电阻。
16.答案 (1)6.00 V (2)0.68 m/s
解析 (1)闭合S1、断开S2,电流表的示数是1.00 A,由闭合电路欧姆定律有
E=I1(R+r)=1.00×(5+1) V=6.00 V(2分)
(2)闭合S1和S2,电流表的示数是2.00 A,则路端电压为U=E-I2r=(6.00-2.00×1) V=4.00 V(2分)
此时流过电动机的电流为IM=I2-UR=1.2 A(2分)
则电动机的输出功率为P=IMU-IM2R0=(1.2×4.00-1.22×0.5) W=4.08 W(2分)
重物向上运动的速率
v=Pmg=4.080.6×10 m/s=0.68 m/s(2分)
17.答案 (1)1 A (2)100 V/m (3)4×10-3 kg
解析 (1)R1所在支路电阻R=R2R3R2+R3+R1=10 Ω(2分)
电路中总电流I=ER+r=1210+2 A=1 A(2分)
(2)路端电压U=E-Ir=10 V(2分)
两板间的场强E0=Ud=100.1 V/m=100 V/m(2分)
(3)设小球的质量为m,由共点力平衡条件有
mg tan θ=E0q (2分)
解得m=4×10-3 kg(2分)
18.答案 (1)12 Ω (2)2 A (3)3.84 W
解析 (1)灯L的电阻为RL=UL2PL=623 Ω=12 Ω(1分)
当P滑到最下端时,R2被短路,灯L与整个滑动变阻器R并联,此时灯正常发光,通过灯L的电流为
IL=PLUL=36 A=0.5 A。 (1分)
通过滑动变阻器R的电流为
IR=IA-IL=1 A-0.5 A=0.5 A(1分)
则IR=IL,即得滑动变阻器最大阻值R=RL=12 Ω。 (1分)
(2)电源的电动势
E=I(R1+r+R·RLR+RL)=1×(4+2+6) V=12 V(2分)
当P滑到最上端时,灯L、滑动变阻器R及电阻R2都被短路,此时电流表的读数为
I'=ER1+r=124+2 A=2 A。 (1分)
(3)P位于滑动变阻器的中点时,灯L与R2并联后再与R1串联,此时R并=4 Ω(1分)
总电流为I总=ER并+R1+r=124+4+2 A=1.2 A(2分)
并联部分两端的电压为
U并=I总·R并=1.2×4 V=4.8 V(2分)
滑动变阻器消耗的功率为
PR=U并2R2=4.826 W=3.84 W(2分)
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