2024版新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律核心素养综合评价试题新人教版必修第三册

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第十二章核心素养综合评价一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28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．下列关于能源的说法中，正确的是(　　)A．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大B．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关D．水能是不可再生能源2．2022年7月14日凌晨，年度“最大满月”亮相夜空．某同学用数码相机拍摄“超级月亮”，该数码相机的锂电池电动势为7.2V，容量为800mA·h(相当于用800mA的电流释放可放电1h，用400mA的电流释放可放电2h，以此类推)，能连续拍摄约300张照片．根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近(　　)A．0.7JB．7JC．70JD．700J3.如图所示电路中，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是(　　)A．电压表示数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮B．电压表示数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变暗C．电压表示数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变亮D．电压表示数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗4．在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是(　　)A．L变暗，Q增大B．L变暗，Q减小C．L变亮，Q增大D．L变亮，Q减小5．扫地机器人能有效清除地板上的灰尘等颗粒垃圾．若扫地机器人的电动机线圈电阻为r，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为U，通过的电流为I.则下列说法正确的是(　　)A．通过线圈的电流小于eq \f(U,r)B．通过线圈的电流等于eq \f(U,r)C．电动机的电功率为I2rD．电动机输出的机械功率为UI6.如图所示是具有更高平台的消防车，具有一定质量的伸缩臂能够在5min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400kg)上升60m到达灭火位置，此后，在登高平台上的消防员用水炮灭火．已知水炮的出水量为3m3/min，水离开炮口时的速率为20m/s.则下列说法正确的是(　　) A.水炮工作的发动机输出功率为1×104WB．水炮工作的发动机输出功率为4×104WC．水炮工作的发动机输出功率为2.4×106WD．伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800W7．如图甲所示电路，电源E＝12V，内阻不计，灯泡L的额定电压为9V，其伏安特性曲线如图乙所示，滑动变阻器R的最大阻值为10Ω.则(　　)A．灯泡L的阻值随电流的增大而减小B．灯泡L消耗电功率的最小值是4WC．滑动变阻器接入电路的阻值应至少为6ΩD．灯泡L的额定功率为13.5W二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)8．在如图所示电路中，电源电动势E和内阻r均为定值，当外电路电阻R发生变化时，回路电流I、路端电压U、内电压U′都将随之发生变化，下列图像可能正确表示其变化规律的是(　　)9.某学生为“神舟十五号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图．拴在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值，当加速度方向竖直向上时电压表的示数为正．假设这个装置在“神舟十五号”载人飞船发射、运行和回收过程中使用，下列说法中正确的是(　　)A．飞船在竖直减速上升的过程中，处于失重状态，电压表的示数为负B．飞船在竖直减速返回地面的过程中，处于超重状态，电压表的示数为正C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零D．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为负10.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220V，吹冷风时的功率为120W，吹热风时的功率为1000W．关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)A．若S1、S2闭合，则电吹风吹冷风B．电热丝的电阻为55ΩC．电动机工作时输出的机械功率为880WD．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J三、非选择题(本题共5小题，共54分．按题目要求作答．计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位．)11．(6分)测定电源的电动势和内阻的实验电路和U­I图像如图所示，请回答下列问题．(1)如图甲所示，在闭合开关之前为防止电表过载，滑动变阻器的滑片P应放在________处(选填“a”或“b ”)；(2)现备有以下器材：A．干电池1个B．滑动变阻器(0～50Ω)C．电压表(0～3V)D．电压表(0～15V)E．电流表(0～0.6A)F．电流表(0～3A)其中电流表应选________，电压表应选________．(填字母代号)(3)如图乙是根据实验数据画出的U­I图像．由此可知这个干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.12．(8分)某实验小组利用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻．所用器材有待测电源、电压表、电阻箱、开关和导线．(1)请在如图所示的虚线框中画出实验的电路图．Ｋ(2)实验的主要步骤如下：①检查电压表并调零，按照电路图连线．②调节电阻箱R的阻值至________．③将开关S闭合，调节电阻箱的阻值使电压表指针有足够的偏转，记下此时电阻箱的阻值R和电压表的示数U.④改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，作出eq \f(1,R)­eq \f(1,U)的图像，如图所示．(3)由作出的eq \f(1,R)­eq \f(1,U)图线可求得电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留两位有效数字)13．(12分)小硕同学有一块充电宝，他想知道充电宝是否跟干电池一样，是一个有一定电动势和内阻的直流电源．于是用如图所示的实验电路进行探究．图中用两只数字多用电表分别作为电压表和电流表，R0＝0.5Ω.(1)在闭合开关前，他应把滑动变阻器的滑片移到最________端(选填“左”或“右”).(2)图中“数字多用表1”是______________表(选填“电流”或“电压”).(3)在充电宝电量为100%时，通过实验得到了如图所示的U­I图像．由图像可知，充电宝在电量100%时，跟通常的干电池的电路特性相同，具有一定的电动势和内阻．由图像可得该充电宝的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(均保留三位有效数字).(4)小硕同学想用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于图中的________(选填“A”“B”“C”“D”)位置．(5)充电宝在电量减少较多时，电动势几乎不变，那么可以推测充电宝内可能用来储存电能的是________．A．电感线圈B．电容器C．电阻D．电池14．(14分)一个物理兴趣小组的同学准备测定某电池的电动势和内阻，实验室可供选用的实验器材有电流表A1、A2，滑动变阻器R，电阻箱R0，待测电池E，开关S，导线等．(1)兴趣小组的同学设计了如图甲所示的电路来测定电流表A1的内阻．将电阻箱的阻值调整到R0＝50Ω，调节滑动变阻器的阻值，得到多组电流表A1、A2的读数I1、I2，并用描点法得到的I2­I1图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示．可得电流表A1的内阻RA1＝________Ω.(2)兴趣小组的同学利用上述实验器材设计了如图丙所示的电路来测定电池的电动势和内阻．实验中，他们通过改变R0的阻值，记录了多组数据(电阻箱阻值R0和电流表A1示数I).(3)一同学以IR0为纵坐标，以I为横坐标作图像；在坐标纸上画出的图像如图丁所示．(4)根据以上测量结果可知，电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(5)另一同学以eq \f(1,I)为纵坐标，以R0为横坐标作eq \f(1,I)­R0图像，请根据(1)、(4)的计算结果，在图戊所示的坐标系中绘出图像．15．(14分)一个允许通过最大电流为2A的电源和一个滑动变阻器，接成如图甲所示的电路，滑动变阻器最大阻值为R0＝22Ω.路端电压U随外电阻R变化的规律如图乙所示，图中U＝12V的直线为图线的渐近线．(1)求电源电动势E和内阻r；(2)求A、B两端空载时输出电压的范围；(3)若要保证滑动变阻器的滑片任意滑动时，干路电流不超过2A，A、B两端所接负载电阻至少为多大？第十二章核心素养综合评价1．解析：高度可用的能量会转化为不能利用或不易利用的能量，所以这样会减少可利用能源的数量，因此应该节约能源；煤、石油、天然气等是化石燃料，是由古代动植物遗体转化来的，而动植物体内的能量最初都可以追溯到太阳能；加强发展科技，提高能源的利用率，可以更多地节约能源；水具有循环性，水能属于可再生能源．答案：B2．解析：根据题意分析可知，数码相机能连续拍摄约300张照片消耗的电能为W＝UIt，每拍摄一张照片消耗的电能为W′＝eq \f(W,300)＝eq \f(UIt,300)＝eq \f(7.2×0.8×3600,300)J＝74.88J.故选C.答案：C3．解析：当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由I＝eq \f(E,R外＋r)知总电流增大，通过L2的电流增大，L2变亮；由U并＝E－I(RL2＋r)知，滑动变阻器与L1并联部分电压减小，电压表示数变小，L1变暗，D正确．答案：D4．解析：当滑动变阻器的滑片向下移动时．滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，灯L变暗．电容器板间电压等于滑动变阻器两端的电压．由上得知，路端电压减小，则通过L灯的电流减小，而干路电流增大，则通过R1的电流增大，R1的电压也增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电容器所带电荷量Q减小，故B项正确．答案：B5．解析：根据能量守恒定律有P电＝P热＋P出，即UI＝I2r＋P出，则I2r＜UI，可得I＜eq \f(U,r)，故A正确，B错误；电动机的电功率P电＝UI，而I2r是电动机的内阻损耗的热功率，故C错误；电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝UI－I2r，故D错误．答案：A6．解析：水炮发动机做的功为水增加的动能与重力势能之和，伸缩臂在抬升等高平台的同时也将本身抬高了，计算做功时，需要计算这部分功，结合根据公式P＝eq \f(W,t)分析．伸缩臂将人与平台抬高60m，用时5min，同时伸缩臂也有质量，设为M，则其输出功率为P＝eq \f(（400＋M）×10×60,5×60)W＝800W＋2M>800W，D错误；水炮工作的发动机首先将水运至60m高的平台，然后给水20m/s的速度，即做的功等于水增加的动能与重力势能之和，每秒射出水的质量为m＝1000×eq \f(3,60)＝50kg，故W＝mgh＋eq \f(1,2)mv2，功率为P＝eq \f(W,t)＝eq \f(mgh＋\f(1,2)mv2,t)＝4×104W，B正确，A、C错误．答案：B7．解析：I­U图线上各点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数，则灯泡L的阻值随电流的增大而增大，所以A错误；由题图乙可知，U＝9V时，电流等于1.5A，则灯泡的额定功率为P＝UI＝9×1.5W＝13.5W，所以D正确；由R＝eq \f(E－U,I)＝eq \f(12－9,1.5)Ω＝2Ω，则滑动变阻器接入电路的阻值至少为2Ω，所以C错误；当滑动变阻器R的最大阻值为10Ω时，回路中的电流最小，灯泡消耗的功率最小，此时灯泡两端的电压为U＝E－IR＝12－10I，在I­U图线中作出该直线，如图所示，两线的交点坐标就是灯泡的实际电压、电流，则此时灯泡的最小功率为Pmin＝UminImin＝2×1.0W＝2W，所以B错误．答案：D8．解析：由闭合电路欧姆定律得I＝eq \f(E,R＋r)，可知I随R的增大单调递减，但不是线性变化，A正确；由U＝E－Ir＝E－eq \f(Er,R＋r)＝eq \f(RE,R＋r)，变形可得U＝eq \f(E,1＋\f(r,R))，利用数学知识可知B正确，D错误；由U′＝Ir＝eq \f(rE,R＋r)，可知C错误．答案：AB9．解析：飞船在竖直减速上升的过程中，加速度方向竖直向下，由牛顿第二定律得知，飞船处于失重状态．此时电压表的示数为负，A正确；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向竖直向上，由牛顿第二定律得知，处于超重状态，电压表的示数为正，B正确；飞船在圆轨道上运行时，加速度方向竖直向下，电压表的示数为负，C错误、D正确．答案：ABD10．解析：开关均闭合时，电动机、电热丝均工作，电吹风吹热风，A错误；电动机工作时输出的机械功率为电动机消耗的电功率减去自身消耗的功率，其数值一定小于120W，C错误；由P＝eq \f(U2,R)得电热丝的电阻R＝eq \f(U2,P)＝eq \f(2202,（1000－120）)Ω＝55Ω，B正确；电吹风吹热风、冷风时电动机消耗的电功率不变，均为120W，故每秒钟消耗的电能为120J，D正确．答案：BD11．解析：(1)闭合开关之前滑动变阻器的滑片P应放在阻值最大值处，即a处．(2)电源电动势约为1.5V，因此电压表选择量程为0～3V的比较合适，故电压表选择C；电路中的电流较小，因此电流表选择0～0.6A量程的E.(3)在U­I图像中图线与纵轴的交点的纵坐标表示电源的电动势，所以由图可以读出电源的电动势约为1.49V，图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，所以电源的内阻为r＝eq \f(1.49－1.2,0.4)Ω＝0.725Ω.答案：(1)a　(2)E　C　(3)1.49　0.72512.解析：(1)根据伏阻法测电源电动势和内阻原理知，实验电路如图所示．(2)为了保护电路，初始时，电阻箱的阻值应调为最大值．(3)由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋eq \f(U,R)r，变换得到eq \f(1,R)＝eq \f(E,r)·eq \f(1,U)－eq \f(1,r)，由图像在纵轴上截距的绝对值得内阻r＝1.0Ω.由图线斜率可得电动势E＝3.3V.答案：(1)图见解析　(2)最大值　(3)3.3　1.013．解析：(1)电路图中的滑动变阻器采用的是限流式接法，闭合开关前为了确保电路安全，应使滑动变阻器接入电阻最大，即应将滑片移到最右端．(2)图中“数字多用表1”与滑动变阻器并联，是用来测量电压，即图中“数字多用表1”是电压表．(3)根据电路图，结合闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R0)结合U­I图像有E＝5.50V，r＋R0＝eq \f(5.50－4.00,2.0)Ω，解得r＝0.250Ω.(4)由于电动势的测量值为5.50V，因此若用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于10V的直流电压挡，可知，第二个选择项中的示意图符合要求，故选B.(5)由于充电宝在电量减少较多时，电动势几乎不变，而电感线圈与电阻不具备这个特征，电容器电量减小时，电压也减小，因此可以推测充电宝内可能用来储存电能的是电池，故选D.答案：(1)右　(2)电压　(3)5.50　0.250　(4)B　(5)D14．解析：(1) 由题图甲根据并联电路电流的关系有eq \f(I1RA1,R0)＋I1＝I2，结合题图乙中数据解得RA1＝eq \f(I2－I1,I1)R0＝5Ω.(4)由闭合电路的欧姆定律得E＝I(R0＋RA1＋r)，解得IR0＝E－I(RA1＋r)，IR0­I图像的纵截距表示电源电动势，由图丁知E＝1.5V.IR0­I图像斜率的绝对值表示RA1＋r，则RA1＋r＝|eq \f(ΔU,ΔI)|＝eq \f(1.5,100)×103Ω＝15Ω，解得电源内阻r＝10Ω.(5)由E＝I(R0＋RA1＋r)得eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)R0＋eq \f(RA1＋r,E)＝eq \f(2,3)R0＋10，以eq \f(1,I)为纵坐标，以R0为横坐标作eq \f(1,I)­R0图像，如图所示．答案：(1)5　(4)1.5　10　(5)图见解析15．解析：(1)由题图乙可知，当R→∞时，U＝E＝12V；而当U＝6V时，R＝2Ω，由U＝eq \f(E,R＋r)R＝eq \f(E,2)，可得r＝R＝2Ω.(2)当滑片滑至上端时，UAB最大，UABmax＝eq \f(R0,R0＋r)E＝11V；当滑片滑至下端时，UAB为零．因此，A、B两端空载时输出电压范围为0～11V.(3)A、B两端接某一负载电阻后，滑动变阻器滑片移至上端时，干路电流最大．此时I＝eq \f(E,\f(R0Rx,R0＋Rx)＋r)，为了使电源不过载，应保证I≤2A，代入数据得Rx≥eq \f(44,9)Ω，即所接负载电阻最小值为eq \f(44,9)Ω.答案：(1)12V　2Ω　(2)0～11V　(3)eq \f(44,9)Ω