【单元练】(必考题)高中物理必修3第十二章【电能-能量守恒定律】经典习题(含答案解析)

一、选择题1．如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2是定值电阻，当滑动变阻器R0的滑片向下移动时，下列说法正确的是（）A．电流表示数变大B．电压表示数变大C．R1消耗的功率增大D．R2消耗的功率增大C解析：CAB．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，与R2并联的电阻减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，则V的示数减小，根据串联电路电压与电阻成正比的特点，可知，并联部分电压减小，通过R2的电流减小，则A的示数减小，故AB错误；C．根据可知，总电流增大，R1消耗的电功率变大，故C正确；D．通过R2的电流减小，根据可知R2消耗的电功率变小，故D错误。故选C。2．在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，灯泡L的电阻小于电源的内阻，闭合开关S，在滑动变阻器的滑片由a向b移动的过程中，下列各物理量的变化情况正确的是（）A．电流表的读数变大 B．灯泡L变亮C．电源输出功率先减小后增大 D．电压表的读数先增大后减小D解析：DBD．滑动变阻器的右半部分与左半部分并联，再与灯泡L串联，当滑动变阻器的滑片由a向b移动的过程中，总电阻先增大后减小，干路电流先减小后增大，由可知，路端电压先增大后减小，灯泡L在干路上，先变暗后变亮，电压表测的是路端电压，读数先增大后减小，B错误，D正确；A．电流表测的是流过滑动变阻器右半部分的电流，滑动变阻器两部分并联的电压为可知，先增大后减小，在增大过程，左半边电阻减小，左半边电流增大，则右半边电流减小，电流表示数减小，在减小过程，右半边电阻增大，右半边电流减小，电流表示数减小，即整个过程中电流表的读数都在变小，A错误；C．随着外电阻的增大，电源的输出功率增大，当外电阻等于内阻时输出功率最大，由题意知，灯泡L的电阻小于电源的内阻，滑动变阻器两部分并联的阻值先增大后减小，但与灯泡L及内阻的阻值关系未知，故输出功率无法确定，C错误。故选D。3．在如图所示电路中，L１、L２为“220V，40W”，L３、L４为“220V，60W”，比较四个灯的亮度，有以下各种说法，其中正确的是（）A．L４最亮 B．L１最亮C．L１、L２一样亮 D．L３比L４亮B解析：B根据功率的公式可知，L１、L２的电阻大于L３、L４。所以电压最大的是L１，其次是L４，最小是L２和L３，电流是L１L４最大，L３次之，L２最小。所以L１最亮，L４次之，L３再次之，L２最暗。故选B。4．恒压电源的内阻可视为零，普通电源的内阻不可忽略。为判别一电源是哪种电源，某同学连接了如图所示实验电路，并断开电键，设想通过观察电键闭合后的电流表作出判断。此方案（）A．无效。因为无论是哪种电路，电流表示数都变大B．无效。因为无论是哪种电路，电流表示数都变小C．有效。若是恒压电源，电流表示数不变，若是普通电源，则电流表示数变大D．有效。若是恒压电源，电流表示数不变，若是普通电源，则电流表示数变小D解析：D若为普通电源，电键闭合后，外电阻减小，干路电流增大，内电压增大，外电压减小，电流表示数变小。若是恒压电源，闭合电键后，路端电压不变，电流表示数不变。故选D。5．如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，电表均为理想电表，R为滑动变阻器，闭合开关后灯泡正常发光，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，下列判断正确的是（）A．电压表、电流表示数均变大，灯泡L将变亮B．定值电阻R0中将有从右向左的电流C．电压表示数改变量与电流表示数改变量之比变小D．电源输出功率一定变小B解析：BA．电路稳定时，与电容器串联的电路没有电流，R0两端的电压为零。当滑动变阻器的滑片向右移动时，变阻器电阻减小，外电阻减小，电路中总电流变大，则灯L将变亮，电流表示数变大，电源的内电压变大，则路端电压减小，电压表读数减小，故A错误；B．电容器的电压等于路端电压，所以电容器的电压减小，由Q=CU分析可知其电荷量将减小。电容器放电，则定值电阻R0中将有从右向左的电流出现，故B正确；C．根据闭合电路欧姆定律知U=E－Ir，得可得电压表示数改变量与电流表示数改变量之比保持不变，故C错误；D．因不清楚外电路电阻与电源内阻的大小关系，则不能确定电源输出功率的变化，故D错误。故选B。6．如图所示为汽车蓄电池与车灯（电阻不变）、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.5Ω，电流表和电压表均为理想电表。只接通S1时，电流表示数为10A，电压表示数为10V；再接通S2，启动电动机工作时，电流表示数变为6A，则此时通过启动电动机的电流是（）A．2A B．10AC．12A D．20AC解析：C只接通S1时，由闭合电路欧姆定律得车灯的电阻灯再接通S2后，车灯两端的电压为灯灯流过蓄电池的电流为流过电动机的电流为电动机故ABD错误，C正确；故选C。7．高二教室中有一台电风扇，其电动机内电阻是，接上的恒定电压后，电风扇正常工作，消耗的总功率是，则此时（）A．电风扇电动机是纯电阻电路B．通过电风扇电动机的电流大小为C．电风扇电动机机械功率为D．若接上电源后电风扇扇叶被卡住而不能转动，则此时电风扇电动机发热功率为D解析：DA．电动机把电能转化为内能和机械能，因此不是纯电阻电路，故A错误；B．因为所以故B错误；C．电风扇正常工作时转化为内能的功率为W电风扇正常工作时转化为机械能的功率为故C错误；D．当叶片不转动时，作纯电阻处理，根据欧姆定律，有电动机消耗的电功率等于电机的发热功率故D正确。故选D。8．如图，是一实验电路图，在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是（）A．路端电压变大 B．电流表的示数变小C．电源的输出功率变小 D．电路的总电阻变大B解析：BAD．在滑动触头由a端滑向b端的过程中，R1减小，外电阻变小，电路的总电阻变小，总电流变大，内电压变大，路端电压变小，AD错误；B．在滑动触头由a端滑向b端的过程中，R1减小，由串反并同规律得，与滑动变阻器并联的电流表读数变小，B正确；C．不确定外电阻和内电阻的大小关系，所以电源的输出功率如何变化也不能确定，C错误。故选B。9．图甲为某电源的图线，图乙为某小灯泡的图线，则下列说法正确的是（）A．电源的内阻为0.5ΩB．小灯泡的电阻随着电压的增大而减小C．把电源和小灯泡组成闭合回路，小灯泡的功率约为D．当小灯泡两端的电压为时，它的电阻约为C解析：CA．根据闭合电路欧姆定律变形可得图像与纵轴的交点表示电动势，图像斜率的大小表示内阻，根据甲图电动势为内阻为故A错；B．根据乙图可知电流越大，小灯泡功率越大，根据欧姆定律变形得可知乙图线上某点与原点连线的斜率为电阻，所以小灯泡的电阻随着功率的增大而增大，故B错；C．把电源和小灯泡组成闭合回路，将在乙中作该电源对应的U-I图象，如图所示两曲线的交点即小灯泡的电压、电流，根据图像读数，所以，小灯泡的功率为故C正确；D．当小灯泡两端的电压为时，由图乙可知,它的电阻为故D错。故选C。10．新冠肺炎疫情严重时期，网络上课成为同学们的主要学习方式。某同学希望估算一下全校学生在家上课期间的耗电情况。通过收集相关资料，他得到了上表的信息。若仅考虑表中的用电器，试估算全校师生在家上直播课一天消耗的总电能约为（）学校学生总人数每节课时间每日上课节数每日网络作业时间2000人8节使用手机人数占比使用电脑人数占比手机的功率电脑的功率60%40%A． B． C． D．B解析：B使用手机和电脑的人数分别是800人和1200人，一个人每天上课的时间为网络作业的时间为所以一个人一天用电的时间为所以使用手机的师生一天消耗的电能为使用电脑的师生一天消耗的电能为全校师生在家上直播课时一天消耗的总电能为故选B。二、填空题11．2020年10月20日，世界上第一个公里级别的商用超导电缆在上海市徐汇区正式启用。已知该电缆总长1.2公里，输送的电流和电压分别为2000A和35kV。于是该电缆输电的功率为______W。在超导状态下，整根电缆的总电阻不超过10-12Ω。可知用这根电缆输电时，其损耗功率的上限为______W。7×1074×10-6解析：7×1074×10-6[1]该电缆输电的功率为[2]损耗功率的上限为12．如图甲所示电路图中，R是滑动变阻器，电键闭合后，将滑片从A端滑到B端，电源的输出功率和电流表读数作出的图象如图乙所示，则该电源的电动势为__V，滑动变阻器总阻值为__Ω。224解析：224当电源的内外电阻相等时，电源的输出功率最大，最大的输出功率Pm=I2R=r=由图知，Pm=8W，即有：8=由图看出：P=0时，I=2A，有：E=Ir=2r联立解得：E=16V，r=8Ω当滑片滑至AB的中点时电路中电阻最大，电流最小，设变阻器总电阻为R，则有：0.25=解得滑动变阻器总阻值为R=224Ω13．在“用DIS测电源的电动势和内阻”实验中，某次实验得到的电源的U-I图线如图(a）所示。(1)由图(a)实验图线的拟合方程可得，该电源的电动势E=_____V，内阻r=___Ω。(2)根据实验测得的该电源的U、I数据，若令y=UI，x=U/I，则由计算机拟合得出的y-x图线如图(b)所示，则图线最高点A点的坐标x=_______Ω，y=______W（结果保留2位小数）。(3)若该电池组电池用旧了，重复该实验，请在图(b)中定性画出旧电池组的y-x图线__________；并经推理分析对所画图线做出合理的解释。E=283Vr=103Ωx=103y=194答案见解析【解析】解析：E=2.83Vr=1.03Ω。x=1.03y=1.94答案见解析【解析】(1)[1]根据闭合电路欧姆定律和图像可知：电动势为：[2]内阻为：(2)[3][4]由题意可知，出功率：因此当时，电源的输出功率最大(3)[5]①当电池用旧了，减小，增大，当时，最大；图线峰值降低且右移；故可得出图(1)和图(2)所示图象；②当一定，由于减小，增大，变小，图线降低；可得出图(3)所示图象，故可能的图象如图所示；14．现有标着“100Ω4W”和“90Ω100W”的电阻，若将它们串联使用，则允许通过的最大电流为___________；若将它们并联使用，允许加的总电压是___________．2A20V解析：2A20V根据功率公式有：得“100Ω，4W”的电阻额定电流为：A额定电压为：V“90Ω，100W”的电阻额定电流为：A额定电压为V当它们串联时，电流相同，则允许通过的最大电流为0.2A；若将它们并联使用，电压相同，则允许所加的最大电压为20V。15．三只灯泡并联接在200V的电源上，总电流为2A，第三只灯泡的功率为100W，且，则第一只、第二只灯泡的功率分别为________W、________W．100解析：100[1][2]电路中总功率为，故第一只、第二只灯泡的总功率为，两灯泡并联，故，故。16．如图所示电路中，电源电动势E=6V，内阻r=2Ω，R1=4Ω，R2=6Ω，R3=3Ω。(1)若在C、D间连一个理想电压表，其读数是_____V；(2)若在C、D间连一个理想电流表，其读数是_____A。05解析：0.5(1)[1]若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有代入数据，得理想电压表读数为代入数据，得(2)[2]若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R2与R3并联，并联电阻大小代入数据，得根据闭合电路欧姆定律，有代入数据，得理想电流表读数为代入数据，得17．传感器在自动控制、信息处理技术中承担着信息采集与转换的任务。如光敏电阻将光信号转换为电信号、热敏电阻将热信号转换为电信号。如图所示是大型电子地磅的电路图，它是利用弹簧长度的变化使接入电路的滑动变阻器的阻值变化，将_________信号转换为电信号的。如图所示地磅刻度是________的。（填“均匀”或“不均匀”）力不均匀解析：力不均匀。[1]地磅上称量不同重物时，弹簧的形变不同，则滑动变阻器接入电路的有效电阻不同，则电路中电流就不同。该装置是将力信号转化为电信号。[2]设地磅上没有重物时，滑动变阻器的滑动触头在B端，滑动变阻器的总长度为L，重物重力为G时弹簧形变为x，劲度系数为k，则有，因为重物与形变成正比，但是电流跟形变不成线性关系，所以地磅的刻度不是均匀的。18．电动自行车具有低噪声、无废气、无油污的环保性，而且它的能源利用率很高，下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则自重40kg额定电压48V载重75kg额定电流12A最大运行速度20km/h额定输出功率350W（1）该车获得的牵引力为______N。（2）电动机的内阻为______Ω。16解析：1.6（1）[1]由题中表格可知，电动自行车的最大运动速度为v=20km/h=m/s此时电动自行车做匀速直线运动，由瞬时功率得N所以此时该车获得的牵引力为63N；（2）[2]由表格可知，电动机的电压U=48V，I=12A，所以电动机的输入功率为W根据能量守恒可知，电动机输入的电能一部分转化为机械能，即输出功，一部分转化为电动机线圈的内能，所以其中式中R为电动机线圈的内阻，联立以上各式可得R=1.619．如图，电阻Rl、R2和R3的阻值分别为1Ω、2Ω和4Ω。当电键S1断开、S2闭合时，电源输出功率为1W；当S1闭合、S2断开时，电源输出功率也为1W。则电源电动势为_____V，内阻为_____Ω。2解析：2[1][2]电键S1断开、S2闭合时，和被短路，则当S1闭合、S2断开时，和被短路，则代入数据解得20．如图a所示电路中，电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，R1=R2=4Ω。若在A、B间连接一个理想电压表，其读数是_____V；图a中虚线框内的电路可等效为一个电源，即图a可等效为图b，其等效电动势E′等于AB间断路时AB间的电压；则该等效电源的内电阻r′是___Ω。848解析：84.8[1]若在A、B间连接一个理想电压表，电压表测量的电阻，根据串联分压规律可知[2]与电源内阻并联再与串联得等效电源的内阻三、解答题21．在如图所示的电路中，电源电动势E=20V，内阻r=2Ω；当接入固定电阻R=4Ω时，电路中标有“4V

2W”的灯泡L和内阻的小型直流电动机都恰能正常工作。

求：(1)电路中的电流强度；(2)电源的输出功率；(3)电动机的额定工作电压。解析：(1)0.5A；(2)9.5W；(3)13V(1)由题，“”的灯泡正常发光，则通过灯泡的电流等于额定电流，则电路中的电流大小为(2)电源的输出功率(3)直流电动机能正常工作，其两端的电压等于额定电压，则有22．如图所示，，电源电动势，内阻。开关原来断开。求：(1)开关断开时，电容器所带的电荷量？(2)开关闭合后，电路稳定时点的电势为多少？(3)开关闭前、合后，电容器所带的电荷量变化了多少？

解析：(1)；(2)；(3)(1)开关断开时，两端的电势差,所以电荷量(2)、并联的电阻开关闭合后，由闭合电路欧姆定律因为得代入数据，得(3)开关闭合前，两端的电势差，开关闭合后，两端的电势差故两端的电势差减小了带电荷量减少了23．如图所示，定值电阻、阻值分别为和，电容器C的电容为，电源电动势E和内电阻r分别为和，电压表为理想电表。开始时，开关S处于断开状态。(1)求电压表的示数；(2)求C所带电荷量；(3)现将开关S闭合，发现电容器C所带电荷量减少了。求定值电阻的阻值。解析：(1)1.5V；(2)1.0×10-4C；(3)2Ω。(1)根据闭合电路的欧姆定律可得电流强度为则电压表的示数为UV=IR2=0.5×3V=1.5V(2)R1两端电压为U1=IR1=0.5×2V=1V则电容C所带的电荷量为Q=CU1=100×10-6×1C=1.0×10-4C(3)将开关S闭合，发现电容器C所带电荷量减少了4×10-5C，则此时电容器所带电荷量为Q′=1.0×10-4C-4×10-5C=6×10-5C则R1两端电压为通过R1的电流强度为电路总电流为则通过R3的电流强度I3=I总-I′=0.6A-0.3A=0.3A根据欧姆定律可得24．在如图所示的电路中，电源的电动势，内阻未知，，，L为规格是“3V3W”的灯泡，当开关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）求：(1)电源的内阻；(2)开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率。解析：(1)1Ω；(2)0.48W(1)当S断开时，灯L正常发光，即根据闭合电路欧姆定律有得(2)当S闭合时，外电路的总电阻为干路电流为灯泡两端的电压为灯泡的实际功率为25．如图所示的电路中，电源的电动势E=12V，内阻未知，R1=8Ω，R2=1.5Ω，L为规格“3V，3W”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)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，电源的输出功率。解析：(1)1A，3Ω；(2)1Ω；(3)12.96W(1)灯泡的额定电流灯丝电阻(2)断开S时，灯L正常发光，由闭合电路欧姆定律解得(3)闭合S时，设外电路总电阻为R由闭合电路欧姆定律电源的输出功率为26．如图所示的电路中，电源电动势E＝12V，内阻r＝0.5