第十二章 章末测试 电能　能量守恒定律

阶段验收评价(四)  电能　能量守恒定律

(本试卷满分：100分)

一、单项选择题(本题共8小题，每小题3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．额定电压、额定功率相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下工作了相同时间，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

解析：选B　电风扇把电能主要转化为机械能，日光灯把电能主要转化为光能，因此只有电烙铁把电能完全转化为热量，故选B。

2．某一阻值为R的导体，通过的电流大小为I时，在时间t内产生的热量为Q；若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为(　　)

A．4Q  B．2Q

C.  D.

解析：选B　根据焦耳定律可知Q＝I2Rt，若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为Q′＝I2R(2t)＝2Q，故选B。

3．如图1所示为甲、乙两灯泡的I­U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率约为(　　)

图1

A．15 W　30 W  B．30 W　40 W

C．40 W　60 W  D．60 W　100 W

解析：选C　从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A。则P甲＝UI甲≈40  W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确。

4.如图2所示的电路中，电源的电动势为E，内电阻为r。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，下列说法正确的是(　　)

图2

A．电容器C上的电荷量增加

B．电源的总功率变小

C．电压表读数变大

D．电流表读数变大

解析：选D　当滑片向左滑动的过程中，其有效阻值变小，所以根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，则电流表读数变大，电压表读数变小，故C错误，D正确；与滑动变阻器并联的电容器两端电压变小，电容不变，则由C＝知电容器C上电荷量减小，故A错误；电源的总功率P＝EI，与电流的大小成正比，则知电源的总功率变大，故B错误。

5．如图3所示电路，电阻R1未知。闭合开关，移动滑动变阻器R2的滑片P，通过电压表、电流表示数可以求得的物理量是(　　)

图3

A．E  B．r

C．E和r  D．E和r都不能

解析：选A　闭合开关，移动滑动变阻器R2的滑片P，记下电压表和电流表的读数U1和I1，再次改变滑片P的位置，得到电压表和电流表的读数U2和I2，则由闭合电路欧姆定律得E＝U1＋I1(R1＋r)，E＝U2＋I2(R1＋r)，由于R1未知，所以通过化简，只能求出电源的电动势为E＝，所以A正确，B、C、D错误。

6.如图4所示的火警报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃电压的增加，当电铃电压达到一定值时，电铃会响。下列说法正确的是(　　)

图4

A．要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势

B．要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移

C．要使报警的临界温度降低，可以适当减小电源的电动势

D．要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移

解析：选D　要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，电路中电流会增大，电铃两端的电压会增大，而电铃电压达到一定值时，电铃会响，要使电铃两端的电压仍为原来的值，必须适当减小电源的电动势，相反，要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势，故A、C错误；要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，根据串联电路的特点可知，将使电铃的电压增大，要使电铃的电压仍为原来的值，可以把R2的滑片P适当向上移，以减小R2；相反，要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移，故B错误，D正确。

7．如今电动平衡车非常受年轻人的喜爱，已慢慢成为街头的一种时尚，如图所示为某款电动平衡车的部分参数，则该电动平衡车(　　)

A．电池从完全没电到充满电所需的时间约为8.3 h

B．电池最多能储存的电能为4.32×105 J

C．行驶时的工作电流为1 A

D．充满电后能工作5 h

解析：选B　由于电池容量是5 000 mA·h，即q＝5 000×10－3×3 600 C＝1.8×104 C，充电器输出电流为1000 mA，所以充电时间为t＝＝＝5 h，故A错误；最多能储存的电能为W＝qU＝1.8×104×24 J＝4.32×105 J，故B正确；额定功率为40 W，工作电压为24 V，则行驶时的工作电流为I＝＝ A＝ A，故C错误；充满电后能工作时间t′＝＝   s＝3 h，故D错误。

8.在如图5所示的U­I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源与电阻R组成闭合电路。由图像判断错误的是(　　)

图5

A．电源的电动势为3 V，内阻为0.5 Ω

B．电阻R的阻值为1 Ω

C．电源的效率为80%

D．电源的输出功率为4 W

解析：选C　根据闭合电路欧姆定律得：U＝E－Ir，当I＝0时，U＝E，由题图读出电源的电动势E＝3 V，内阻等于图线的斜率的绝对值，则：r＝＝ Ω＝0.5 Ω，A正确；根据图像可知电阻R＝＝1 Ω，B正确；电源的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝66.7%，C错误；两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由题图读出电压U＝2 V，电流I＝2 A，则电源的输出功率为：P出＝UI＝4 W，D正确。

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)

9.如图6所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，电路正常工作，过了一会儿，电流表A的示数变为零。若电路中故障发生在灯L、电阻R上，用一根导线来判断电路故障，则下列判断正确的是(　　)

图6

A．将导线并联在R两端，电流表无示数，一定是L断路

B．将导线并联在L两端，电流表无示数，一定是R断路

C．将导线并联在R两端，电流表有示数，一定是R断路

D．将导线并联在L两端，电流表有示数，一定是L断路

解析：选CD　电流表A的示数变为零，说明电路故障为断路。将导线与用电器并联进行检测时，若电流表有示数，说明与导线并联的用电器断路；若电流表无示数，说明另一个用电器断路或两个用电器都断路。若将导线并联在R两端，电流表无示数，则可能是L断路，也可能是R、L都断路，故选项A错误；若将导线并联在L两端，电流表无示数，则可能是R断路，也可能是R、L都断路，故选项B错误；若将导线并联在R两端，电流表有示数，则一定是R断路，选项C正确；若将导线并联在L两端，电流表有示数，则一定是L断路，选项D正确。

10.国庆期间小明去逛超市，遇促销打折，他买了一个电吹风，电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图示电路图。下列说法正确的是(　　)

图7

A．该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 Ω

B．该电吹风电动机M的内阻为193.6 Ω

C．当开关S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风

D．当开关S1、S2均闭合时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 J

解析：选AC　由题中表格可知发热电阻的功率PR＝P－PM＝1 000 W－250 W＝750 W，所以该电吹风发热电阻R的阻值R＝＝ Ω≈64.5 Ω，故A正确；电动机正常工作过程为非纯电阻，不能使用公式R＝计算电动机内阻，故B错误；由题图可知当开关S1断开、S2闭合时，发热电阻断路，电动机工作，故吹冷风，故C正确；当开关S1、S2均闭合时，电动机正常工作，功率仍然为250 W，故电动机每秒钟消耗的电能为W＝Pt＝250×1 J＝250 J ，故D错误；故选A、C。

11．某导体中的电流与其两端电压的关系如图8所示，下列说法正确的是(　　)

图8

A．导体两端加5 V电压时，导体的电阻为5 Ω

B．导体两端加5 V电压时，导体的电阻为10 Ω

C．导体两端加12 V电压时，导体的电功率为18 W

D．随着导体两端电压的增大，导体的电阻不断减小

解析：选AC　当电压为5 V时，电流值为1.0 A，根据欧姆定律可知R＝＝5 Ω，故A正确，B错误；当电压为12 V时，电流值为1.5 A，根据功率公式可知P＝UI＝18 W，故C正确；I­U图像上的点与O点连线的斜率倒数表示导体的电阻，由图像可知，随电压的增大，连线斜率减小，则电阻增大，故D错误。

12.如图9所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　)

图9

A．A的示数增大

B．V2的示数增大

C．ΔU3与ΔI的比值大于r

D．ΔU1大于ΔU2

解析：选ACD　电路中定值电阻与滑动变阻器串联，电压表V1测定值电阻两端电压，电压表V3测滑动变阻器两端电压，电压表V2测外电路电压，电流表A测通过干路中的电流。滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路中的总电阻变小，总电流变大，理想电流表A的示数变大，选项A正确；U1＝IR，V1的示数增大，U2＝E－Ir，V2的示数减小，选项B错误；由U3＝E－I(r＋R)，知＝R＋r，选项C正确；ΔU1＝ΔIR，ΔU2＝ΔIr，因为R>r，所以ΔU1>ΔU2，选项D正确。

三、非选择题(本题共5小题，共60分)

13．(8分)(2020·天津等级考)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。

电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)

电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)

滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A)

待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω)

开关、导线若干

(1)该小组连接的实物电路如图10所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。

图10

(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的______(填“a”或“b”)端。

(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U­I图像，如图11所示。根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω。(结果均保留两位有效数字)

图11

解析：(1)应用伏安法测电源电动势和内阻，电压表应测量电源两端的电压，故导线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极或电流表的正极。

(2)滑动变阻器起保护电路的作用，因此闭合开关前，应将其接入电路的电阻调为最大值，故滑片P应置于a端。

(3)在电池组负极和开关间串联一个阻值为5 Ω的电阻，由闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R)，所以U­I图线的纵轴截距表示电源电动势，E＝2.9 V，图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻串联的总电阻，所以电源内阻为r＝－5Ω＝0.80 Ω。

答案：(1)5　(2)a　(3)2.9　0.80

14．(10分)(2020·山东等级考)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：

干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)；

电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；

电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)；

滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；

定值电阻R1(阻值2 Ω)；

定值电阻R2(阻值5 Ω)；

开关一个，导线若干。

(1)该小组按照图12所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U­I坐标纸上描点，如图13所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。(单选，填正确答案标号)

图12

A．电压表分流

B．干电池内阻较小

C．滑动变阻器最大阻值较小

D．电流表内阻较小

图13

(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

请根据实验数据，回答以下问题：

①图14上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图14上标出前4组数据对应的坐标点并画出U­I图像。

图14

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)。

③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图15中的实物图连接成完整电路。

图15

解析：(1)路端电压U＝·R＝，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。

(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图所示。

②由图像可知E＝1.55 V，U＝0时I＝0.59 A，

故r′＝＝2.63 Ω，由于2 Ω<r′<5 Ω，

又r′＝r＋R(r为电源内阻，R为定值电阻)，故定值电阻只能是R1。

③先画出电路原理图，如图所示，然后依据电路原理图将各仪器依次连接起来。实物电路图连接如图所示。

答案：(1)B　(2)①见解析图　②R1　③见解析图

15．(12分)电动玩具汽车的直流电动机电阻一定，当加上0.3 V电压时，通过的电流为0.3 A，此时电动机没有转动。当加上3 V电压时，电流为1 A，这时电动机正常工作。求：

(1)电动机的电阻大小；

(2)电动机正常工作时消耗的电功率；

(3)电动机正常工作时的机械功率。

解析：(1)当电动机没有转动时电动机的电阻：

R＝＝  Ω＝1   Ω。

(2)电动机正常工作时消耗的电功率：

P＝UI＝3×1 W＝3 W。

(3)电动机正常工作时的机械功率：

P′＝P－I2R＝3 W－12×1 W＝2 W。

答案：(1)1 Ω　 (2)3 W 　(3)2 W

16．(10分)如图16所示，R为电阻箱，电压表为理想电压表，电源电动势E＝6 V，当电阻箱阻值为R＝5 Ω时，闭合开关S后，电压表读数U＝5 V，求：

图16

(1)电路中的电流I和电源内阻r；

(2)电源的输出功率P和效率η。

解析：(1)由欧姆定律可得I＝＝1 A

再由闭合电路的欧姆定律可得E＝I(R＋r)

解得r＝1 Ω。

(2)由电功率公式得电源的输出功率P＝UI＝5 W

电路的总功率为P总＝EI＝6 W

则效率为η＝×100%＝83.3%。

答案：(1)1 A　1 Ω　(2)5 W　83.3%

17．(10分)如图17所示，电源电动势 E＝10 V，内阻 r＝1 Ω，定值电阻 R1＝3 Ω。开关S断开时，定值电阻 R2的功率为 6 W，电源的输出功率为 9 W。开关S 接通后，理想电流表的读数为 1.25 A。求：

图17

(1)断开开关S时电流表的读数；

(2)定值电阻 R3的阻值。

解析：(1)开关断开时，电阻R1消耗的功率为：P1＝P出－P2＝3 W。

根据P1＝I2R1，解得I＝1 A。

(2)由闭合电路的欧姆定律 E＝I′(R1＋R并＋r)，

R并＝，又P2＝I2R2，

解得R3＝12 Ω。

答案：(1)1 A　 (2)12 Ω

18．(10分)如图18所示，已知路端电压U＝18 V，电容器C1＝6 μF、C2＝3 μF，电阻R1＝6 Ω、R2＝3 Ω。当开关S断开时，A、B两点间的电压UAB等于多少？当S闭合时，电容器C1的电荷量改变了多少？

解析：在电路中电容器C1、C2相当于断路。当S断开时，电路中无电流，B、C等势，A、D等势，因此UAB＝U＝18 V。

当S断开时，UAC＝18 V，电容器C1带电荷量为

Q1＝C1UAC＝6×10－6×18 C＝1.08×10－4 C

当S闭合时，R1和R2串联，电容器C1与R1并联，电容器C1两端的电压即电阻R1两端的电压，由串联电路的电压分配关系得

UAC′＝U＝×18 V＝12 V

此时电容器C1的带电荷量为

Q′＝C1UAC′＝6×10－6×12 C＝7.2×10－5 C

电容器C1带电荷量的变化量为

ΔQ＝Q′－Q1＝－3.6×10－5 C

负号表示减少，即C1的带电荷量减少了3.6×10－5 C。

答案：18 V　减少了3.6×10－5 C