2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十二章 电能 能量守恒定律

姓名班级考号姓名班级考号密○封○装○订○线密○封○装○订○线密封线内不要答题密○封○装○订○线密○封○装○订○线密○封○装○订○线密○封○装○订○线密封线内不要答题第十二章电能能量守恒定律全卷满分100分考试用时90分钟一、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.小王老师的电动车使用“48V0.5kW”的电动机,由4个“12V20A·h”的电池串联起来供电,车上前大灯的灯泡规格是“48V20W”,尾灯和4个转向灯的灯泡规格都是“48V10W”。小王老师晚上值班后,骑上该车并开启前大灯和尾灯,以最大速度匀速骑行20分钟回到家。在此过程中,电动车消耗的电能至少是()A.6.36×105JB.6.84×105JC.3.6×104JD.8.4×104J2.R1、R2是用相同金属材料制成的电阻,其上、下表面分别是边长为a、b的正方形,厚度分别为h1、h2,按图示方式接入电路。则()A.R1、R2的电阻之比为h2∶h1B.通过R1、R2的电流之比为b∶aC.R1、R2的电功率之比为ℎD.相同时间内,通过R1、R2的电荷量之比为a∶b3.如图所示,汽车电动机启动后车灯会变暗,在打开车灯的情况下,电动机未启动时电流表读数为2A,电动机启动时电流表读数为6A,若电源电动势为25V,内阻为0.5Ω,电流表内阻不计,灯丝电阻不随温度变化而变化,则电动机启动后车灯的电功率为()A.35.3WB.40.3WC.42.5WD.44.3W4.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻,实验电路如图所示。实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。下列各示意图中正确反映P-U关系的是()5.如图所示,电路中灯泡L1、L2均正常发光,忽然灯泡L2比原来变暗了些,而灯泡L1比原来变亮了些。电路中出现的故障可能是()A.R2发生短路B.R3发生断路C.R1、R2同时发生断路D.R1、R3同时发生断路6.如图,图甲中M为一电动机,当滑动变阻器R的滑片从左端滑到右端的过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2A以下时,电动机没有发生转动,不考虑电表对电路的影响,以下判断正确的是()A.电路中电源电动势为3.4VB.变阻器滑片向右滑动时,V2读数逐渐减小C.此过程中,电动机的输出功率最大值为0.54WD.变阻器的最大阻值为20Ω7.如图所示,电源电动势为E、内阻为r,R0为定值电阻,电容器的电容为C。闭合开关S,增大电阻箱R阻值的过程中,电压表示数的变化量为ΔU,电流表示数的变化量为ΔI,则下列说法中正确的是()A.UI=RB.ΔUΔC.电容器电荷量的增加量为2CΔUD.电阻R0两端电压的减小量小于ΔU8.如图所示,电源电动势E=6V,内阻r=1Ω,定值电阻R=R1=1Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为3Ω。若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,已知两电表均为理想电表,则下列说法正确的是()A.电压表示数增大,电流表示数增大B.定值电阻R上消耗的功率增大,最大值为2254C.电源输出功率先变小后变大,电源效率一定增大D.滑动变阻器R2消耗的功率先变大后变小二、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.如图甲为内阻及损耗均不计的理想直流电动机,电动机线圈与一电阻R连接,将电动机作为发电机使用,电动机牵引一质量为m1的物体,当物体以某速率匀速下落时,电路中的电流为I。若将这个电动机与一内阻为R、电动势为E的电源连接,如图乙所示,能够牵引质量为m2的物体以同样的速率匀速上升,这时电路中的电流也为I,关于I及电源内阻消耗的功率P内,下列关系式正确的是()A.I=EC.P内=E10.如图所示,I为理想电流表A的示数,U为理想电压表V的示数,P为定值电阻R2消耗的功率,Q为电容器C所带的电荷量,W为通过电荷量q时电源做的功,在滑动变阻器的滑片向右缓慢滑动过程中,下列图像能正确反映各物理量关系的是()11.如图所示电路,电源内阻为r,两相同灯泡L1、L2的电阻均为R,D为理想二极管(具有单向导电性),电表均为理想电表。闭合S后,一带电油滴恰好在平行板电容器中央静止不动。现把滑动变阻器滑片向上滑动,电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,电流表示数变化量为ΔI,则下列说法中正确的是()A.两灯泡逐渐变亮B.油滴将向下运动C.ΔU2ΔI=R+rD.ΔU12.如图所示,图中直线①表示某电路的路端电压与电流的关系图像,图中曲线②表示该电路中电源的输出功率与电流的关系图像,则下列说法正确的是()A.电源的电动势为30VB.电源的内阻为5ΩC.电流为2.5A时,外电路的电阻为15ΩD.输出功率为120W时,输出电压是30V三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R0(约为2kΩ)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7V,允许最大放电电流为100mA)。实验室备有如下器材:A.电压表V(量程0~3V,内阻RV约为4.0kΩ)B.电流表A1(量程0~100mA,内阻RA1约为5Ω)C.电流表A2(量程0~2mA,内阻RA2约为50Ω)D.滑动变阻器R1(0~40Ω,额定电流1A)E.电阻箱R2(0~999.9Ω)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,如图所示为其对应的实物图,图中的电流表A应选(选填“A1”或“A2”)。

(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和14.(8分)某科技小组用杨梅制作了杨梅果汁电池(如图1),他们要测量这种电池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对E和r的影响。(1)同学们决定先用多用电表粗测果汁电池的电动势,如图2所示,测量时电极A应为(填“铜片”或“锌片”),选择开关在“直流2.5V挡”,则图3粗测得果汁电池的电动势为V。

(2)测量E和r的实验方案为:调节滑动变阻器,改变电源两端的电压U和流过电源的电流I,利用测量数据作出U-I图像,得出E和r。实验中铜片与锌片的间距由6cm变成10cm,分别得到相应果汁电池的U-I图像如图4中a、b所示。由此可知:在该实验中,随电极间距的增大,电源电动势(填“增大”“减小”或“不变”),电源内阻(填“增大”“减小”或“不变”)。曲线a对应的电源电动势E=V(保留2位有效数字),内阻r=Ω(结果取整数)。

15.(10分)酒驾、醉驾会给交通安全带来巨大隐患,便携式酒精测试仪给交警执法带来了极大的便利。如图1所示是便携式酒精测试仪的原理图,电源电动势为2.5V,RP是酒精气体传感器,其阻值随车辆驾驶人员呼出气体酒精含量的变化而变化,按比例关系换算成阻值随血液中酒精含量的变化规律如图2所示,R0是报警器,其电阻值恒定为50Ω。电源内阻忽略不计,问:(1)当血液中酒精含量为0时,电路中的电流是多少?(2)我国法律规定,当每100mL的血液中酒精含量大于或等于20mg小于80mg为酒驾,大于或等于80mg为醉驾。在对某司机的检测中,电压表的示数为2V,通过计算分析该司机属于酒驾还是醉驾。

16.(10分)如图甲所示,R为滑动变阻器,在滑片P由滑动变阻器b端移动到a端的过程中,分别测出几组对应的电压值和电流值,通过计算得出滑动变阻器对应的电功率P,并得到滑动变阻器的电功率P和电流I的关系图像,如图乙所示。求:(1)滑动变阻器的最大阻值R;(2)电源的电动势E和内阻r。17.(10分)如图甲所示电路图,图乙中图线是电路中路端电压随电流变化的关系图像,滑动变阻器的最大阻值为15Ω,定值电阻R0=2Ω。(1)求电源的电动势E和内阻r各为多少?(2)R0消耗的最大功率为多少?(3)当R为何值时,R上消耗的功率最大,最大值为多少?18.(16分)如图所示,电源电动势E=12V,内电阻r=1Ω,电容器的电容C=1μF,电阻R1=7Ω、R2=8Ω、R3=2Ω,R4为电阻箱,闭合开关S。(1)当R4=6Ω时,求通过电源的电流I;(2)求第(1)问条件下电容器的电荷量Q;(3)求出R4消耗功率的最大值P4m。

答案全解全析第十二章电能能量守恒定律1.A2.A3.B4.C5.C6.C7.D8.D9.AC10.AB11.AC12.BC1.A以最大速度匀速骑行时,电动机的输出功率最大,即电动机达到额定功率,所以骑行回家的过程中,电动车消耗的电能至少是E=Pt=(500+20+10)×1200J=6.36×105J,A正确。2.A根据电阻定律可得R1、R2的电阻之比为R1∶R2=ρaaℎ1∶ρbbℎ2=h2∶h1,A正确;R1、R2串联,则通过它们的电流之比为1∶1,B错误;R1、R2的电功率之比为P1P2=I2R1I2R23.B电动机未启动时,根据闭合电路欧姆定律有I1=ER+r=25VR+0.5Ω=2A,解得车灯电阻为R=12Ω;电动机启动后,电动机与车灯并联,并联部分两端电压为U=E-I2r,解得U=22V,车灯的电功率为P4.C设干电池的电动势为E,内阻为r,根据闭合电路欧姆定律可得E=U+Ir,可得I=E−Ur,则干电池的输出功率为P=UI=U·E−Ur=−5.C当R2发生短路时,灯泡L1被短路,灯泡L1不亮,A不符合题意。当R3发生断路时,电路总电阻增大,总电流I减小,路端电压U增大,则流过R1的电流I1增大,可知流过L1与R2并联部分的总电流减小,则流过L1的电流减小,灯泡L1变暗;由于L1两端电压减小,可知L2两端电压增大,则灯泡L2变亮,B不符合题意。当R1、R2同时发生断路时,电阻总电阻增大,总电流I减小,路端电压U增大;由于L1与R2并联部分的电阻变大,L2与R3并联部分的电阻不变,可知L1两端电压增大,灯泡L1变亮,若L1两端电压增大的数值大于路端电压增大的数值,则L2两端电压减小,灯泡L2变暗,C符合题意。当R1、R3发生断路时,电路总电阻增大,总电流I减小,路端电压U增大;由于L1与R2并联部分的电阻不变,L2与R3并联部分的电阻变大,可知L2两端电压增大,灯泡L2变亮,D不符合题意。6.C由图乙可知电源电动势E=3.6V,选项A错误;变阻器滑片向右移动时,R接入电路的阻值变大,总电流减小,内电压减小,路端电压即V2读数增大,选项B错误;由图乙可知,电动机线圈的电阻rM=0.8−0.40.2−0.1Ω=4Ω,当I=0.3A时,电动机两端电压等于路端电压,U1=U2=3.0V,此时电动机的输出功率最大,P1=U1I-I2rM=3.0×0.3W-(0.3)2×4W=0.54W,选项C正确;由图乙知当I=0.1A时,变阻器连入电路的阻值最大,电动机线圈内阻rM=4Ω,电源内阻r=ΔU2ΔI=2Ω,由闭合电路欧姆定律有I=ER+r+rM,得7.D由电路图可知,电压表测的是电阻箱两端的电压,电流表测干路电流,所以利用电压表的值与电流表的值相比算出的是电阻箱的阻值,即R=UI,A错误;根据闭合电路欧姆定律得U=E-I(R0+r),由数学知识得ΔUΔI=R0+r,B错误;闭合开关S,增大电阻箱R的阻值后,电路中电流减小,由闭合电路欧姆定律知U=E-I(R0+r),R两端的电压增大,电阻R0两端的电压减小,而它们的总电压即路端电压增大,所以电阻R0两端的电压减小量小于ΔU,电容器两极板间的电压等于R两端的电压,可知电容器两极板间电压增大,电容器所带电荷量增大,增大量为CΔU8.D若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电路总电阻增大,干路电流减小,内电压减小,路端电压增大,电压表测路端电压,电压表示数增大,因总电流减小,且通过R的电流增大,所以电流表示数减小,A错误;当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,路端电压最大,定值电阻R上消耗的功率最大,此时外电阻R外=R(R1+R2)R+R1+R2=0.8Ω,路端电压U=ER外r+R外=83V,所以定值电阻R消耗的功率PR=U2R=649W,B错误;电源的内阻和外电路电阻相等时,电源的输出功率最大,当滑片P从右向左滑动时,外电路的电阻从0.5Ω增大到0.8Ω,而电源的内阻为r=1Ω,所以电源的输出功率一直变大,电源的效率η=IUIE=UE=R外R外+r=11+rR外,故电源的效率一定增大,C错误;设R2中的电流为I1,R中的电流为I2,则I1(R1+R2)=I2R,E=(I1+I2)r+I1(R1+R2),P2=I12R2,联立得P2=9.AC当电动机作为发电机使用时,有m1gv=I2R,当电动机与电源连接牵引物体匀速上升时,有IE=m2gv+I2R,联立上式解得I=Em1R(m1+m2),10.AB滑动变阻器的滑片向右缓慢滑动过程中,接入电路的电阻减小,电路中的总电阻减小,电路中的电流增大,R2消耗的功率为P=I2R2∝I2,A正确;电容器C两端的电压等于滑动变阻器两端的电压,有UC=E-I(R2+r),电荷量Q=CUC=-C(R2+r)·I+CE,则Q-I图像是向下倾斜的直线,B正确;电压表示数U=E-Ir,U-I图像应是向下倾斜的直线,C错误;通过电荷量q时电源做的功W=qE,E是电源的电动势,为定值,则W-q图像是过原点的直线,D错误。11.AC滑片向上滑动,滑动变阻器接入电路的阻值减小,总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律可知回路中电流变大,两灯泡变亮,A正确;总电流增大,故内电压增大,路端电压减小,即V1的示数减小,而L1两端的电压变大,所以L2和滑动变阻器两端的总电压减小,故V2的示数及电容器两板间电压变小,电容器应放电,但二极管的作用使电容器不能放电,导致Q不变,则由C=QU、C=εrS4πkd、E=Ud,联立可得E=4πkQεrS,可知板间场强E不变,油滴静止不动,B错误;把L1的电阻R看作电源内阻一部分,ΔU2就是R+r两端电压的增加量,也是电容器两板间电压减少量,则ΔU2ΔI=R+r,12.BC根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,当电流为零时,路端电压等于电源电动势大小,所以电源电动势为50V,A错误;电源的U-I图像的斜率的绝对值表示电源内阻大小,所以电源的内阻为r=50−206Ω=5Ω,B正确;当电流为2.5A时有50V=U'+2.5×5V,解得此时路端电压为U'=37.5V,此时外电路的电阻为R=37.52.5Ω=15Ω,C正确;设输出功率为120W时对应的干路电流大小为I0,根据前面分析可得此时路端电压为U0=50-5I0(V),可得P输出=U0I0=(50-5I0)I0=120W,解得I0=4A或者6A,当电流为4A时输出电压为U1=1204V=30V,当电流为6A时输出电压为U2=12013.答案(1)A2(2分)(2)1b(2分)kb(解析(1)由于R0阻值约为2kΩ,电压表量程是0~3V,由I=ER,估得电路中的最大电流约为I=1.5mA,因此电流表应选A2。(2)根据闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir=E-UR2r,整理得1U=1E+rE·1R2,结合题图乙所示图像,有1E=导师点睛测电源电动势和内电阻,无论是哪种方法,其根本依据都是闭合电路欧姆定律。用图像法处理数据时,必须找出横纵坐标之间的物理关系,利用图线的斜率、截距求解。14.答案(1)锌片(1分)0.95(1分)(2)不变(1分)增大(1分)0.97(2分)474(2分)解析(1)根据多用电表的知识可得黑表笔应接待测电池的负极,所以电极A应为锌片。选择开关在“直流2.5V挡”时,对应分度值为0.05V,果汁电池的电动势为0.95V。(2)根据闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,图像纵轴截距表示电源电动势,斜率的绝对值表示电源内阻大小,所以可得随电极间距的增大电源电动势不变,电源内阻增大。曲线a对应的电源电动势为E=0.97V,内阻为r=0.97−0.60(0.78−0)×15.答案(1)0.01A(2)见解析解析(1)当血液中酒精含量为0时,由图知RP=200Ω,根据闭合电路欧姆定律可得I=ER0+R代入数据解得I=0.01A(1分)(2)当电压表的示数为2V时,通过报警器的电流为I'=UR0=250A=0.由于传感器和报警器串联,传感器两端的电压为UP=E-U=0.5V(2分)此时传感器的阻值为RP=UPI'=0.50.04Ω=12.由图2可知,100mL的血液中酒精含量大于80mg,该司机属于醉驾。(1分)16.答案(1)50Ω(2)12V10Ω解析(1)由题图可知,当滑片P在b端时,电路中的电流最小,且Ib=0.2A,Pb=2W(1分)由P=I2R可知滑动变阻器的最大阻值为R=PbIb2=(2)当滑片P在b端时,由闭合电路欧姆定律得Ib=ER+r(得0.2A=E50Ω+r①(1分当电流I=0.4A时,路端电压U=PI=3.20.4V=8V由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir(2分)得8V=E-0.4A·r②(1分)由①②两式联立得E=12V(1分)r=10Ω(1分)17.答案(1)20V8Ω(2)8W(3)10Ω10W解析(1)题图乙中纵轴截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻,则电动势E=20V(1分)内阻r=ΔUΔI=20(2)当R=0时,电路中电流最大,R0消耗的功率最大,此时电路中电流为I=ER0+r=R0消耗的最大功率为P0=I2R0=22×2W=8W(1分)(3)将R0等效到电源内部,当R的阻值与等效电源的内阻相等时,等效电源的输出功率最大,即R上消耗的