2024-2025学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律单元检测含解析新人教版必修第三册

PAGE14-单元素养检测(四)(第十二章)(90分钟100分)【合格性考试】(60分钟60分)一、选择题(本题共9小题,每小题3分,共27分)1.如图所示是一种新型节能路灯。它“头顶”小风扇,“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计说明合理的是 ()A.太阳能电池板将太阳能转化为电能B.小风扇是用来给太阳能电池板散热的C.小风扇是风力发电机,将电能转化为机械能D.蓄电池在夜晚放电时,将电能转化为化学能【解析】选A。这种新型节能路灯,“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能;“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能,这样只要有风,这种路灯也可以发电,填补了阴天和晚上不能发电的空白,可用于路灯晚上照明运用;蓄电池在夜晚放电时,将化学能转化为电能;故A正确,B、C、D错误。2.如图所示电路中,电源电动势E=9V、内阻r=3Ω,R=15Ω,下列说法中正确的是 ()A.当S断开时,UAC=0B.当S闭合时,UAC=9VC.当S闭合时,UAB=7.5V,UBC=0D.当S断开时,UAB=0,UBC=0【解析】选C。当S断开时,UAC与UBC都等于电源电动势,A、D错误;当S闭合时,UAC=UAB=R=7.5V,UBC=0,B错误,C正确。3.关于四个公式①P=UI;②P=I2R;③P=;④P=,下列叙述正确的是 ()A.公式①④适用于任何电路的电功率的计算B.公式②③适用于任何电路的电功率的计算C.公式①②③适用于任何电路的电功率的计算D.以上均不正确【解析】选A。公式①④适用于任何电路的电功率的计算,而②③只适用于纯电阻电路的电功率的计算。故A正确,B、C、D错误。4.在如图所示的电路中,已知电源的电动势E=3V,内电阻r=1Ω,电阻R=11Ω。闭合开关S后,电路中的电流等于 ()A.1.0A C.0.50A D.0.25A【解析】选D。已知电源的电动势E=3V,内电阻r=1Ω,电阻R=11Ω。则由闭合电路的欧姆定律得:电路中的电流I==A=0.25A;故D正确,A、B、C错误。5.夏天空调器正常工作时,制冷状态与送风状态交替运行。一空调器在不同工作状态下电功率随时间改变的关系如图,此空调器运行1小时用电 ()A.1.0度 B.1.5度 C.2.0度 D.2.5度【解析】选B。由题图可以看出,在1小时内,空调器以0.5kW的功率工作的时间为20分钟,以2kW的功率工作的时间为40分钟,故空调器1小时用电为:P1t1+P2t2=0.5×kW·h+2×kW·h=1.5kW·h=1.5度。6.如图,电源的输出电压和A、B两灯的电阻均不变。若滑动变阻器R的滑片向左移动,则 ()A.A、B两灯均变亮B.A、B两灯均变暗C.A灯变暗,B灯变亮D.A灯变亮,B灯亮度不变【解析】选D。因电源输出电压不变,故两支路两端的电压不变;R的滑片向左移动时,接入电阻减小,故A中电流增大;A灯变亮;而B灯两端电压不变,故B灯亮度不变;故D正确,A、B、C错误。7.如图所示,电源的电动势为30V,内阻为1Ω,一个标有“6V12W”的电灯与一个线圈电阻为2Ω的电动机串联。开关闭合后,电路中的电灯正常发光,则电动机输出的机械功率为 ()A.36W B.44W C.48W D.60W【解析】选A。电路中电灯正常发光,所以UL=6V,电路中电流为I==A=2A,则电动机两端的电压UM=E-Ir-UL=22V,故电动机输出的机械功率P出=P入-P热=UMI-I2RM=36W。8.如图所示电路,两电压表为志向电表,将开关K闭合,当滑动变阻器的滑片向左滑动时 ()A.电压表V1的示数不变B.电压表V1的示数变小C.电压表V2的示数变小D.电压表V2的示数不变【解析】选C。由图可知,电路中R1与R2串联接在电源两端,电压表V1测量R1两端的电压,V2测量路端电压,当滑片向左滑动时,滑动变阻器接入电阻减小,则电路中总电阻减小;由闭合电路欧姆定律可知,电路中电流增大,因R1为定值电阻,故其两端电压增大,电压表V1的示数变大,故A、B错误;由闭合电路欧姆定律U=E-Ir可知,路端电压减小,电压表V2的示数变小,故C正确,D错误。9.如图所示电路中,由于某处出现了故障,导致电路中的A、B两灯变亮,C、D两灯变暗,故障的缘由可能是 ()A.R1短路 B.R2断路C.R2短路 D.R3短路【解析】选D。A灯在干路上,A灯变亮,说明电路中总电流变大,由闭合电路欧姆定律可知电路的外电阻减小,这就说明电路中只会出现短路而不会出现断路,选项B错误。因为短路部分的电阻变小,分压作用减小,与其并联的用电器两端的电压减小,C、D两灯变暗,A、B两灯变亮,这说明发生短路的电阻与C、D两灯是并联的,而与A、B两灯是串联的,视察电路中电阻的连接方式,只有R3短路符合条件,故选D。二、试验题(12分)10.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。现有开关和导线若干及以下器材:A.电流表(0～0.6A,内阻约1Ω)B.电压表(0～3V,内阻约3kΩ)C.滑动变阻器(0～50Ω)D.滑动变阻器(0～500Ω)(1)试验中滑动变阻器应选用。(选填相应器材前的字母)

(2)要求尽量减小试验误差,应选择的试验电路是图1中的(选填“甲”或“乙”)。

(3)某位同学记录的6组数据如表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线。序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.060.120.240.260.360.48(4)依据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=V,内阻r=Ω。

(5)试验中,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都会发生改变。图3的各示意图中正确反映P-U关系的是。

【解析】(1)干电池的内阻很小,为了调整便利,滑动变阻器选C;(2)乙图中测量的等效干电池电阻为电流表内阻和干电池内阻之和,因为电流表内阻未知,故电路图选图甲;(3)依据题给数据,描点作图,U-I图线如图所示;(4)依据(3)中所画图线可得出干电池的电动势即为图线在纵轴的截距,即E=1.50V;图线的斜率大小为电源的内阻,故内阻r=Ω=0.83Ω;(5)试验中,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都会发生改变,由欧姆定律和功率表达式得P=,由P与U关系,可得P随U先增大后减小,故A、B、C错误,D正确。答案:(1)C(2)甲(3)见解析图(4)1.500.83(5)D三、计算题(本题共3小题,共21分。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.(7分)在如图所示的电路中电源内阻r=0.5Ω,当开关S闭合后,电路正常工作,电压表的读数U=2.8V,电流表的读数I=0.4A。若所运用的电压表和电流表均为志向电表。求:(1)电阻R的阻值;(2)电源的内电压U内;(3)电源的电动势E。【解析】(1)由欧姆定律得:R==Ω=7Ω; ①(2)电源的内电压为U内=Ir=0.4×0.5V=0.2V②(3)依据闭合电路欧姆定律有:E=U+Ir=2.8V+0.4×0.5V=3V③答案:(1)7Ω(2)0.2V(3)3V12.(7分)如图所示,有一台提升重物用的直流电动机M,电动机的内阻为r=0.60Ω,与电动机串联的定值电阻阻值为R=10Ω,电路的路端电压为U=160V。图中志向电压表的示数为110V。求:(1)通过电动机的电流I是多大?(2)电动机的输入功率P是多大?(3)电动机的机械功率P'是多大?【解析】(1)电动机和电阻串联,所以电流相等,电阻R两端电压U1=160V-110V=50V,I==A=5A(2)电动机的输入功率P=UVI=110×5W=550W。(3)电动机的热功率P热=I2r=15W,所以电动机的机械功率P'=P-P热=535W答案:(1)5A(2)550W(3)535W13.(7分)如图所示,直流电动机和电炉并联后接在直流电路中,电源的内阻r=1.0Ω,电炉的电阻R1=19.0Ω,电动机线圈的电阻R2=2.0Ω。当开关S断开时,电源内电路消耗的功率P=25.0W;当S闭合时,干路中的电流I0=12.6A。(1)求电源的电动势E;(2)求S闭合后电动机的输出功率;(3)若S闭合后,正常转动的电动机的转子突然被卡住而停止转动,则电源的总功率为多大?(结果保留两位有效数字)【解析】(1)S断开时,电路中电流记为I,则电源内电路消耗的功率P=I2r解得I=5A电源电动势为E=I(R1+r)=100V(2)S闭合后路端电压记为U,则U=E-I0r=87.4V通过R1的电流I1==4.6A通过电动机的电流I'=I0-I1=8A电动机的输出功率P'=UI'-I'2R2=571.2W(3)当转子被卡住时,干路电流I″==A≈36A故电源的总功率P总=EI″=100×36W=3.6×103W答案:(1)100V(2)571.2W(3)3.6×103W【补偿训练】如图所示是利用电动机提升重物的示意图,其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物,它用细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S,重物P以速度v匀速上升,这时电流表和电压表的示数分别是I=5.0A和U=110V,重物P上升的速度v=0.70m/s。已知重物的质量m=45kg(g取10m/s2)。求:(1)电动机消耗的电功率P电;(2)细绳对重物做功的机械功率P机;(3)电动机线圈的电阻R。【解析】(1)依据电功率关系式有:P电=UI=110×5W=550W,故电动机消耗的功率为550W;(2)以重物为探讨对象,由于重物匀速上升,有:F-mg=0 ①P机=F·v ②联立①②,代入数据得:P机=315W;故细绳对重物做功的机械功率为315W;(3)依据功能关系有:P电=P机+P热 ③P热=I2R ④联立③④,代入数据得:R=9.4Ω;答案:(1)550W(2)315W(3)9.4Ω【选择性考试】(30分钟40分)14.(5分)(多选)如图甲所示,电源电动势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的额定功率为13.5WC.灯泡L消耗电功率的最小值是2WD.滑动变阻器接入电路的阻值至少应为6Ω【解析】选B、C。I-U图线上某点与坐标原点连线的斜率大小等于灯泡阻值的倒数,故灯泡L的阻值随电流的增大而增大,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P=UI=13.5W,故B正确。由R==Ω=2Ω可知,滑动变阻器接入电路的阻值至少为2Ω,故D错误。当R=10Ω时,回路中电流最小,灯泡消耗的功率最小,此时灯泡两端的电压满意关系U=12V-I×10Ω,在I-U图像中作出该直线,坐标(2V,1.0A)为两线交点,故此时灯泡的功率Pmin=UminImin=2V×1.0A=2W,故C正确。15.(5分)如图所示为两电源的U-I图像,则下列说法不正确的是 ()A.电源①的电动势比电源②的电动势大B.当外接同样的电阻时,两电源的输出功率可能相等C.电源①的内阻比电源②的内阻大D.电源①的短路电流比电源②的短路电流大【解析】选B。依据闭合电路欧姆定律得,U=E-Ir,当I=0时,U=E,即图线与纵轴交点表示断路状态,交点的纵坐标等于电源的电动势大小,图线的斜率大小等于电源的内阻,由图看出,电源①的电动势和内阻均比电源②大,故A、C正确;过原点O作出一条倾斜的直线,该直线与图线①、②的交点就表示该电阻与两电源连接时的工作状态,由图看出,直线与图线①交点的两坐标的乘积大于直线与图线②交点的两坐标的乘积,说明不论外接多大的相同电阻,电源①的输出功率总比电源②的输出功率大,故B错误;图像与横轴的交点表示短路电流,故电源①的短路电流比电源②的短路电流大,故D正确。本题选错误的,故选B。16.(5分)(多选)2019年1月11日1时11分,我国在西昌卫星放射中心用长征三号乙运载火箭,胜利将“中星2D”卫星放射升空,升空后的卫星能量补给主要靠太阳能电池。硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像,图线b是某纯电阻电器的U-I图像。则在该光照强度下,把该电池和该电器组成一个电路时,电池的 ()A.内阻为5.5Ω B.输出功率为12.5WC.内耗功率为0.22W D.效率为50%【解析】选A、C。由欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,E=U,由a与纵轴的交点读出电动势为E=3.6V,依据两图线交点处的状态可知,该电器两端的电压为2.5V,则内阻r=||Ω=5.5Ω,故A正确;电源的路端电压为2.5V,电流为0.2A,则输出功率P=2.5×0.2W=0.5W,故B错误;内阻消耗的功率Pr=(3.6×0.2-2.5×0.2)W=0.22W,故C正确;电池的效率η=×100%=69.4%,故D错误。17.(10分)(2024·山东等级考)试验方案对试验测量的精度有干脆的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的试验方案进行了探究。试验室供应的器材有:干电池一节(电动势约1.5V,内阻小于1Ω);电压表V(量程3V,内阻约3kΩ);电流表A(量程0.6A,内阻约1Ω);滑动变阻器R(最大阻值为20Ω);定值电阻R1(阻值2Ω);定值电阻R2(阻值5Ω);开关一个,导线若干。(1)该小组依据图甲所示的电路进行试验,通过调整滑动变阻器阻值使电流表示数渐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用试验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发觉电压表示数的改变范围比较小,出现该现象的主要缘由是。(单选,填正确答案标号)

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(2)针对电压表示数的改变范围比较小的问题,该小组利用试验室供应的器材改进了试验方案,重新测量得到的数据如表所示。序号1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52请依据试验数据,回答以下问题:①坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。②依据试验数据可知,所选的定值电阻为(选填“R1”或“R2③用笔画线代替导线,请依据改进后的方案,将实物图连接成完整电路。【解析】(1)电压表示数改变过小,则缘由是外电阻比内阻大得多,即电源内