物理必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试测试题

第十二章测评

(时间:60分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共12个小题,每题4分,共48分。1~6是单选题,7~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)

1.有关电压与电动势的说法正确的是(　　)

A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法

B.电动势就是电源两极间的电压

C.电动势公式E=中的W与电压U=中的W是一样的,都是静电力所做的功

D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量

2.

某直流电路中电压随电流变化的图像如图所示,其中a、b分别表示路端电压、负载电阻上电压随电流变化的情况,下列说法正确的是(　　)

A.阴影部分的面积表示电源输出功率

B.阴影部分的面积表示电源的内阻上消耗的功率

C.当满足α=β时,电源效率最高

D.当满足α=β时,电源效率小于50%

3.

如图所示的电路中,电压表都看作理想电表,电源内阻为r。闭合开关S,当把滑动变阻器R3的滑片P向b端移动时              (　　)

A.电压表V1的示数变大,电压表V2的示数变小

B.电压表V1的示数变小,电压表V2的示数变大

C.电压表V1示数变化量大于电压表V2示数变化量

D.电压表V1示数变化量小于电压表V2示数变化量

4.

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. 

C.UI D.UI-I2R

5.

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,然后再接到恒压电源上(如图所示),下列说法正确的是(　　)

A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大

B.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

C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热较少

D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗总功率不变

6.

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15 V

D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A

7.

如图所示,电源的电动势E=2 V,内阻r=2 Ω,两个定值电阻均为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 V

B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10-6 C

C.开关闭合时两极板间的电压为 V

D.开关闭合时电容器所带电荷量为4×10-6 C

8.

闭合电路的电源电动势为E、内阻为r,如图所示,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,下列说法中正确的是(　　)

A.小灯泡L1、L3变亮,L2变暗

B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮

C.电压表V1示数变化量较小

D.电压表V2示数变化量较小

9.

如图所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联,已知R0=r,滑动变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法正确的是              (　　)

A.电路中的电流变大

B.电源的输出功率先变大后变小

C.滑动变阻器消耗的功率变小

D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小

10.仪器中常用两个阻值不同的可变电阻来调节电路的电流,一个作粗调,一个作细调,这两个变阻器可以按图甲串联起来或按图乙并联起来再接入电路。已知R1阻值较大,R2阻值较小,则(　　)

A.图甲中R1作粗调 B.图甲中R1作细调

C.图乙中R2作粗调 D.图乙中R2作细调

11.

如图所示,U-I图线上,a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态,b点α=β,则下列说法中正确的是(　　)

A.在b点时,电源有最大输出功率

B.在b点时,电源的总功率最大

C.从a到b时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将增大

D.从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小

12.

如图所示的电路中,当滑动变阻器的触头向上滑动时,则(　　)

A.电源的总功率变小

B.电容器贮存的电荷量变小

C.电源内部消耗的功率变大

D.电阻R消耗的电功率变小

二、实验题(本题共2个小题,共12分)

13.

（6分）某学生实验小组利用图甲所示电路,

测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有:

多用电表;

电压表:量程5 V,内阻十几千欧;

滑动变阻器:最大阻值5 kΩ;

导线若干。

回答下列问题:

(1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡,再将红表笔和黑表笔　　　　　,调零点。 

(2)将图甲中多用电表的红表笔和　　　　　(填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端。 

(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图乙所示,这时电压表的示数如图丙所示。多用电表和电压表的读数分别为　　　　　kΩ和　　　　　V。 

14.（6分）小明要测量一电源的电动势E和内阻r,实验器材有:一只DIS电流传感器(可视为理想电流表,测得的电流用I表示),一只电阻箱(阻值用R表示),一只开关和导线若干。该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据。

甲

(1)小明设计该实验的原理表达式是　　　　　(用E、r、I、R表示)。

(2)小明在闭合开关之前,应先将电阻箱阻值调至　　　　　(填“最大值”“最小值”或“任意值”),在实验过程中,将电阻箱调至如图乙所示位置,则此时电阻箱接入电路的阻值为　　　　　Ω。 

乙

(3)小明根据实验采集到的数据作出如图丙所示的-R图像,则由图像求得,该电源的电动势E=　　　　　V,内阻r=　　　　　Ω(结果均保留两位有效数字)。 

丙

三、计算题(本题共4个小题,每小题10分，共40分)

15.

如图所示的电路中,电源的电动势E=12 V,内阻未知,R1=8 Ω,R2=1.5 Ω,L为规格“3 V 3 W”的灯泡,开关S断开时,灯泡恰好正常发光。(不考虑温度对灯泡电阻的影响)试求:

(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻;。

(2)电源的内阻。

(3)开关S闭合时,灯泡实际消耗的功率。

16.额定电压为220 V电风扇的线圈电阻为0.8 Ω,正常工作时电流为5 A。问:

(1)电风扇每秒产生的热量为多少?

(2)每秒有多少焦耳的电能转化为机械能?

(3)电风扇的效率是多少?

17.

图中电源电动势E=12 V,内电阻r=0.5 Ω。将一盏额定电压为8 V、额定功率为16 W的灯泡与一只线圈电阻R=0.5 Ω的直流电动机并联后和电源相连,灯泡刚好正常发光,通电100 min。

(1)电源提供的能量是多少?

(2)电流对灯泡和电动机所做的功各是多少?

(3)灯丝和电动机线圈产生的热量各是多少?

18.一只规格为“220 V　2 000 W”的电炉,求在正常工作时的电阻;若电网电压为200 V,求电炉的实际功率;在220 V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)

参考答案

一、选择题(本题共12个小题,每题4分,共48分。1~6是单选题,7~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)

1. 解析电压和电动势单位虽然相同,但它们表征的物理意义不同,电压是表征静电力做功将电能转化为其他形式能的本领大小的物理量。而电动势则表征电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。故电压与电动势不是同一个物理量,所以A、B错误,D正确。电动势公式E=中的W是非静电力做功而不是静电力做功,故C错误。

答案D

2.解析根据闭合电路的欧姆定律和U-I图像特点可知,阴影部分的面积表示负载电阻消耗的功率,即电源输出功率,A正确,B错误;当满足α=β时,负载电阻等于电源内阻,电源的效率为50%,输出功率最大,C、D错误。

答案A

3. 解析当把滑动变阻器R3的滑片P向b端移动时,滑动变阻器的有效阻值变大,外电阻的阻值变大,路端电压变大,电压表V1的示数变大,因为总电流变小,所以内电压和R1两端的电压都变小,R2两端的电压变大,V2的示数变大,A、B错误;电压表V1的变化量除以总电流的变化量等于内阻r,电压表V2的变化量除以总电流的变化量等于内阻r+R1,C错误,D正确。

答案D

4.解析选项A、B的表达式只适用于纯电阻电路,D选项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率,虚线框中不知道是哪种元件,功率P=UI总是适用的,C正确。

答案C

5. 解析开关接通时,灯泡被短路,灯泡熄灭,电路的总电阻变小,电路的总功率P=变大,电烙铁的功率变大,A正确,B、C、D错误。

答案A

6.解析开关S闭合后,外电路的总电阻为R=10 Ω,路端电压U=R=×10 V=10 V,A项正确;电源的总功率P==12 W,B项错误;由于两条支路的电流均为I'= A=0.5 A,因此a、b两点间的电压为Uab=0.5×(15-5) V=5 V,C项错误;a、b两点用导线连接后,外电阻R'=2× Ω=7.5 Ω,因此电路中的总电流I= A≈1.26 A,D项错误。

答案A

7.解析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= A=0.2 A,电容器的两极板间的电压为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;开关闭合时两定值电阻并联,电容器两极板间的电压等于路端电压,电路中的总电流I'= A= A,电容器的两极板间的电压U'=I'R外=×4 V= V,此时电容器所带的电荷量Q'=CU'=3×10-6× C=4×10-6 C,故选项C、D正确。

答案CD

8. 解析当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,并联电路总电阻减小,总电流I增大,路端电压U减小。干路电流增大,则L2变亮;与滑动变阻器串联的灯泡L1电流增大,变亮;与滑动变阻器并联的灯泡L3电压U3=U-U2,U减小,U2增大,则U3减小,L3变暗;U1减小,U2增大,而路端电压U=U1+U2减小,所以U1的变化量大于U2的变化量,故选项B、D正确。

答案BD

9. 解析当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,外电路电阻减小,电路中的电流变大,当滑片位于b端时,r=R外,电源的输出功率最大,选项A正确,B错误;当把定值电阻R0看作电源内阻时,当滑动变阻器的滑片P位于a端时,滑动变阻器消耗的功率最大,由a端向b端滑动时,滑动变阻器消耗的功率变小,选项C正确;由P=I2R0知,定值电阻R0上消耗的功率变大,选项D错误。

答案AC

10. 解析在串联电路中,阻值越大,分电压越大,调节大电阻会使电路中的电流和电压分配产生很大的影响,所以用来作粗调,而在并联电路中,通过大电阻的电流小,调节较大阻值电阻对电路中的电流大小影响较小,属细调;故A、C正确,B、D错误。

答案AC

11. 解析在b点α=β说明此时外电阻R等于电源内阻,电源有最大输出功率,A正确;电源总功率P总=IE,则电流越大,总功率越大,B、C错误,D正确。

答案AD

12.解析由闭合电路欧姆定律可知,当滑动触头向上滑动时,R总变小,I总增大,U端减小,而R1分压U1增大,所以电容器上的电压减小。电源总功率P总=I总E增大,A错误;Q=CU减小,B正确;电源内部消耗功率P内=r增大,C正确;电阻R1消耗的功率增大,R上消耗的功率无法确定,D错误。

答案BC

二、实验题(本题共2个小题,共12分)

13.解析(1)使用多用电表测电阻前,应首先将红、黑表笔短接进行欧姆调零。

(2)多用电表电流为“红进黑出”,图甲中外电路电流由2到1,所以红表笔应连1端。

(3)多用电表挡位为“×1 k”欧姆挡,指针指15,则R=15.0×1 kΩ=15.0 kΩ,由图丙知电压表读数为3.60 V。

答案(1)短接　(2)1　(3)15.0　3.60

14.解析(1)在闭合电路中,E、I、R、r几个量之间的关系是E=I(R+r)。

(2)为了整个电路的安全,开始电流要小,即电阻箱电阻调到最大值;题图中电阻箱读数为25 Ω。

(3)根据E=I(R+r),推出,再结合-R图像可知,图线的斜率为,截距为,解得E≈6.0 V(5.8~6.2均可),r=2.4 Ω(2.3~2.5均可)。

答案(1)E=I(R+r)　(2)最大值　25　(3)6.0(5.8~6.2均可)　2.4(2.3~2.5均可)

三、计算题(本题共4个小题,每小题10分，共40分)

15. 解析(1)灯泡的额定电流I0= A=1 A,

灯丝电阻RL= Ω=3 Ω。;

(2)断开S时,灯L正常发光,即I1=I0,根据闭合电路欧姆定律E=I0(R1+RL+r),

得r=-(R1+RL)= Ω=1 Ω。

(3)闭合S时,设外电路总电阻为R外,

R外=+R1=9 Ω

干路电流为I总==1.2 A

灯泡两端的电压UL=I总·=1.2 V

灯泡实际消耗的功率P==0.48 W。

答案(1)1 A　3 Ω　(2)1 Ω　(3)0.48 W

16.解析(1)电风扇每秒产生的热量为Q=I2Rt=52×0.8×1 J=20 J。

(2)电风扇每秒转化的机械能为E=UIt-I2Rt=220×5×1 J-52×0.8×1 J=1 080 J。

(3)电风扇的效率为η=×100%=×100%=×100%≈98%。

答案(1)20 J　(2)1 080 J　(3)98%

17.解析(1)灯泡两端电压等于电源两端电压,且U=E-Ir

得总电流I==8 A

电源提供的能量

E电=IEt=8×12×100×60 J=5.76×105 J。

(2)通过灯泡的电流I1==2 A

电流对灯泡所做的功W1=Pt=16×100×60 J=9.6×104 J

通过电动机的电流I2=I-I1=6 A

电流对电动机所做的功

W2=I2U2t=6×8×100×60 J=2.88×105 J。

(3)灯丝产生的热量Q1=W1=9.6×104 J

电动机线圈产生的热量

Q2=Rt=36×0.5×6 000 J=1.08×105 J。

答案(1)5.76×105 J　(2)9.6×104 J　2.88×105 J　(3)9.6×104 J　1.08×105 J

18.解析设电炉电阻为R,由于P=得

R= Ω=24.2 Ω

当电压为U'=200 V时,电炉的实际功率为

P'= W≈1 653 W

在220 V的电压下,一月耗用电能

W=Pt=2×30×2 kW·h=120 kW·h=120度。

答案24.2 Ω　1 653 W　120度