2021学年第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试单元测试同步达标检测题

这是一份2021学年第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试单元测试同步达标检测题，共18页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
《电能　能量守恒定律》综合检测一、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.风能是我国未来开发和利用的重要能源之一,我国已经建成了一些风力发电厂。下列说法错误的是(　C　)A.风能是可再生资源B.风力发电是将机械能转化为电能C.若空气的密度为ρ,风速为v时,t时间内通过面积为S的某横截面的空气动能为ρStv2D.风力发电既经济又环保解析:风能是可以从自然界源源不断得到的能源,是可再生能源,风力发电既经济又环保,故A、D正确;风力发电过程,消耗机械能而产生电能,是将机械能转化为电能的过程,故B正确;若空气的密度为ρ,风速为v时,t时间内通过面积为S的某横截面的空气动能为mv2=ρStv3,故C错误。2.(2022·北京西城区期末)如图为某种锂电池充电过程中电池电压、充电电流随时间变化的图像。根据图像,可以作出的正确推断是(　A　)A.该锂电池的电动势约为4.2 VB.该锂电池的充电电压可能小于4.2 VC.充电的1.0～3.0小时内,电池充入的电荷量为1 000 mA·hD.若该锂电池的容量为1 400 mA·h,则整个充电过程中,锂电池增加的电能超过5.88 W·h解析:由图像可以看出,在充满电后电池电压稳定在4.2 V,说明该锂电池的电动势约为4.2 V,故A正确;锂电池的充电电压必须大于电源电动势才能进行充电操作,即该锂电池的充电电压要大于4.2 V,故B错误;充电电流—时间图像的面积表示电池充入的电荷量,所以在充电的1.0～3.0小时内,图像面积小于1 000 mA·h,故C错误;若该锂电池的容量为1 400 mA·h,根据题意可知整个充电过程中,锂电池增加的电能为E=UQ=4.2×1 400×10-3 W·h=5.88 W·h,故D错误。3.有某款智能手表,其平均充电电压为5.0 V,充电电流为1 000 mA。如果每3天要为手表充电2小时,当地电价为0.60元/度,则一年要用的电费约是(　B　)A.0.08元  B.0.8元C.8元      D.80元解析:手表充电一次所耗费的电能为W=UIt=5.0 V×1 A×2 h=10 W·h,故一年所需的电费为=0.73(元),故B正确,A、C、D错误。4.小电珠与电动机并联接入电路,两者均正常工作时,小电珠的电阻为R1,两端电压为U1,流过的电流为I1;电动机的内阻为R2,两端电压为U2,流过的电流为I2,则(　B　)A.U1<U2 B.>C.=  D.<解析:小电珠与电动机并联接入电路,所以U1=U2,故A错误;对小电珠,由欧姆定律可得U1=I1R1,电动机正常工作时,电动机为非纯电阻,所以U2>I2R2,所以>,故B正确,C、D错误。5.在如图所示的电路中,电源内阻和定值电阻的阻值均为r,滑动变阻器的最大阻值为2r。闭合开关,将滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动的过程中,下列选项正确的是(　C　)A.电压表的示数变大B.电流表的示数变小C.电源的效率变小D.滑动变阻器消耗功率变大解析:当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动过程中,接入电路的电阻减小,总电流增大,电源的内电压增大,路端电压减小,故电压表的示数变小,电流表的示数变大,故A、B错误;根据电源效率公式η=×100%=×100%可知,当路端电压U减小时,则电源的效率变小,故C正确;将定值电阻r看成电源的内阻,则等效电源的内阻为2r,滑动变阻器的最大阻值也是2r,因为电源的内、外电阻相等时电源的输出功率最大,所以滑片P由a端向b端滑动过程中,滑动变阻器消耗的功率变小,故D错误。6.如图所示为某款手机充电器对手机充电的原理图,用输出电压为5.0 V的充电器对内阻r=0.1 Ω的手机锂电池充电,若充电过程充电器输出功率为5.0 W,则关于充电过程说法正确的是(　B　)A.电能转化为化学能的功率为5.0 WB.充电器输出电流为1.0 AC.手机锂电池的充电电压为4.9 VD.手机锂电池的发热功率为1.0 W解析:输出电流为I== A=1.0 A,充电过程电能转化为化学能的功率P′=P-I2r=4.9 W,故A错误,B正确;手机锂电池的充电电压为充电器的输出电压,为5.0 V,故C错误;手机锂电池的发热功率为P热=I2r=(1.0)2×0.1 W=0.1 W,故D错误。7.某学校为了创建绿色校园,新装了一批节能灯。该路灯通过光控开关实现自动控制,电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变,如图所示为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,Rt为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小),现增加光照强度,则下列判断正确的是(　D　)A.干路电流减小      B.R0两端电压变小C.B灯变亮,A灯变暗 D.A、B两灯都变暗解析:增加光照强度,Rt减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律可知,干路电流I增大,电源的内电压增大,路端电压U减小,则A灯的电压减小,A灯变暗。通过R0的电流I0=I-IA,I增大,而IA减小,则I0增大,R0两端电压U0增大,而R0、B灯的电压之和等于路端电压,路端电压减小,则知B灯的电压减小,B灯变暗,故A、B、C错误,D正确。8.探究电路故障时,某实验小组设计了如图所示的电路,当开关闭合后,电路中的各用电器正常工作,经过一段时间,发现小灯泡A的亮度变暗,小灯泡B的亮度变亮。则下列对电路故障的分析正确的是(　B　)A.可能是定值电阻R1断路B.可能是定值电阻R2断路C.可能是定值电阻R3短路D.可能是定值电阻R4断路解析:若电阻R1断路,则B未接入电路,不发光,与题不符,故A错误;若R2断路,外电路总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律I=,干路电流减小,则A的亮度变暗且R3的电压增大,通过R3的电流增大,而干路电流减小,所以通过R1的电流减小,R1的电压减小,所以B的电压增大,则B的亮度变亮,与题相符,故B正确;若R3短路,则B被短路,B会熄灭,与题不符,故C错误;若R4断路,外电路处于断开状态,A、B均不发光,与题不符,故D错误。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.如图所示,直线A为电源的UI图线,直线B为电阻丝的UI图线,用该电源和电阻丝组成闭合电路,下列说法正确的是(　ABC　)A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 ΩB.电阻丝的电阻为1 ΩC.电路的路端电压为2 VD.电阻丝的电功率为9 W解析:由U=E-Ir可得,直线A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;则电源的电动势为3 V,内阻r= Ω=0.5 Ω,故A正确;两直线的交点表示该电源与电阻丝串联时的工作状态,此时电路中电流为I=2 A,电压为U=2 V,则电阻丝的电阻为R== Ω=1 Ω,故B正确;UI图像的纵坐标表示电路的路端电压,根据图像可知,路端电压为2 V,故C正确;从图像可知,当电阻丝接入电路时,电流为I=2 A,电压为U=2 V,则P=UI=2×2 W=4 W,故D错误。10.如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值Rr的关系如图乙所示,则下列说法正确的是(　AD　)A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=1.5 W,R1=6 ΩB.图乙中R2=9 ΩC.滑动变阻器消耗的功率P最大时,电源输出功率也最大D.无论如何调整滑动变阻器Rr的阻值,都无法使电源的输出功率达到4.5 W解析:将R+r看成等效电源的内阻,根据外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大知,当等效电源的内、外电阻相等时滑动变阻器消耗的功率最大,由图乙知,当Rr=R+r=6 Ω时,滑动变阻器消耗的功率P最大,最大功率为P2=[]2(R+r)==1.5 W,故A正确;滑动变阻器接入电路的有效阻值为3 Ω与阻值为R2时消耗的功率相等,则有()2×3=()2R2,代入数据解得R2=12 Ω(或3 Ω,舍去),故B错误;当Rr=0时,电路中外电阻最接近电源内阻,电源输出功率最大,此时,滑动变阻器消耗的功率P不是最大,故C错误;设电源输出功率为P,则P=()2(Rr+4),化简可得P=(Rr+4)=,当且仅当Rr+4=时,P有最大值为4.5 W,此时Rr=-2,不符,故达不到4.5 W,故D正确。11.如图所示,图甲中M为一电动机,当滑动变阻器R的滑片从左端滑到另一端的过程中,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0.2 A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(　AC　)A.电路中的电源电动势为3.6 VB.滑动变阻器向右滑动时,V2读数逐渐减小C.电动机的最大输出功率为0.54 WD.滑动变阻器的最大阻值为36 Ω解析:由图甲知,电压表V2测量路端电压,电流增大时,内电压增大,路端电压减小,所以图乙中上面的直线表示V2与电流的关系。此图线的斜率大小等于电源的内阻,则电源的内阻为r= Ω=2 Ω,当电流为I=0.1 A时,U=3.4 V,则电源的电动势为E=U+Ir=(3.4+0.1×2) V=3.6 V,故A正确;滑动变阻器向右滑动时,其阻值变大,电路中电流减小,内电压减小,路端电压即为V2读数逐渐增大,故B错误;已知电流表读数在0.2 A以下时,电动机没有发生转动。由图乙可知,电动机的内阻为rM= Ω=4 Ω。当I=0.3 A时,U=3.0 V,电动机输出功率最大,最大值为P=UI-I2rM=(3.0×0.3-0.32×4) W=0.54 W,故C正确;当I=0.1 A时,电路中电流最小,滑动变阻器的阻值最大,最大值为R=-r-rM=(-2-4) Ω=30 Ω,故D错误。12.如图所示,R1=R2=R3=20 Ω,电容器的电容C=5 μF,电源电动势E=7 V,电源内阻r=10 Ω。起初,开关S是断开的,电容器C所带的电荷量为Q1。然后闭合开关S,待电路稳定后,电容器C所带的电荷量为Q2。下列说法正确的是(　ACD　)A.开关S断开时,将上极板向上移动一段距离,电容器内电场强度减小B.开关S断开时,增大R2的阻值,电流表G中有向上的电流C.Q1∶Q2=7∶5D.闭合开关S待电路稳定后,通过灵敏电流计的电荷量为2.4×10-5 C解析:当开关S断开时,电容器两端电压始终等于R3两端电压,此时将上极板向上移动一段距离,根据E=可知,板间电场强度减小;此时R2等效于导线,增大R2的阻值,不会改变电容器两端电压,电容器不会进行充放电,所以电流表G中没有电流,故A正确,B错误;开关S断开时,根据闭合电路欧姆定律可得电容器两端电压为UC1== V= V,开关S闭合待电路稳定后,电路外电阻为R== Ω= Ω,电源的路端电压为U== V=4 V。电容器两端电压为UC2== V=2 V,根据电容的定义式C=可得Q1∶Q2=UC1∶UC2=∶2=7∶5,故C正确;开关S闭合前,电容器上极板带正电,开关S闭合待电路稳定后,电容器上极板带负电,所以闭合开关S待电路稳定后,通过灵敏电流计的电荷量为ΔQ=Q1+Q2=C(UC1+UC2)=5×10-6×(+2) C=2.4×10-5 C,故D正确。三、非选择题:本题共6小题,共60分。13.(6分)某学习小组在“测量电源的电动势和内阻”这个实验时设计了如下所示方案:(1)R1为定值电阻且阻值未知,R2为滑动变阻器。分析图甲和图乙是否能测出电源电动势、是否能测出电源内阻,将结论写在下面横线处:图甲:　                        。图乙:　                        。(2)实验电路图如图丙所示,已知R1=2 Ω,以U2为纵坐标,U1为横坐标,作出相应图线,见图丁,则电源电动势E=　　　　V,内阻r=　　　Ω。解析:(1)由图甲电路图可知,电压表测路端电压,电流表测电路电流,由E=U+Ir,可知该电路可以测量出电源电动势与内阻;由图乙电路图可知,电流表测电路电流,电压表测滑动变阻器两端电压,由闭合回路的欧姆定律可得E=U+I(r+R1),可以看出测量多组U、I的值,可以得到电动势的值和(r+R1)的值,由于R1阻值未知,所以该电路可以测出电源电动势,但不能测出电源内阻。(2)在图丙电路中,电源电动势E=U1+U2+r,整理得U2=E-(1+)U1,结合图丁可得E=2.5 V,(1+)=||==1.25,解得r=0.50 Ω。答案:(1)能测出电源电动势,能测出电源内阻　能测出电源电动势,不能测出电源内阻(2)2.5　0.5014.(8分)某实验小组在“练习使用多用电表”的实验中。(1)用多用电表测量某元件的电阻,选用“×10”倍率的欧姆挡测量,发现多用电表指针的偏转角度过小,因此需选择　　　　(选填“×1”或“×100”)倍率的欧姆挡,并需　　　　(填操作过程)后,再次进行测量,若多用电表的指针如图甲所示,测量结果为　　　　Ω。 (2)如图乙所示,电学实验室的黑箱表面有A、B、C三个接线柱,盒内有一只定值电阻和一个二极管,每两个接线柱之间最多连接一个元件。为了探明盒内元件的连接方式,实验小组用多用电表的欧姆挡进行测量,把红、黑表笔分别与接线柱A、B、C连接,测量结果如表所示。红表笔ABACBC黑表笔BACACB阻值/Ω200200503 0002503 200请在图乙中画出黑箱内的电路结构图。(3)实验小组最后将一量程为3 V的电压表改装成可测量电阻的仪表——欧姆表。①先用如图丙所示的电路测量该电压表的内阻,图中电源内阻可忽略不计,闭合开关S,将电阻箱的阻值调到3 kΩ时,电压表恰好满偏;将电阻箱的阻值调到12 kΩ时,电压表的指针恰好半偏,由以上信息可求得电压表的内阻RV=　　　　kΩ。②将图丙所示的电路稍作改变,在电压表两端接上两个表笔,就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表,如图丁所示,为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度,进行了如下操作:将两表笔断开,闭合开关S,调节电阻箱,使指针指在“3 V”处,此处刻度应标阻值为 ∞;再保持电阻箱阻值不变,在两表笔间接不同阻值的已知电阻,找出对应的电压刻度,则“1 V”处对应的电阻刻度为　　　　kΩ。 解析:(1)多用电表指针的偏转角度过小说明指针靠近无穷处,即电阻过大,所以要换更高的挡位,因此需选择“×100”倍率的欧姆挡,同时注意欧姆调零,多用电表的测量结果为12.0×100 Ω=1 200 Ω。(2)A、B间电阻与电流方向无关,因此一定是定值电阻,A、C间电阻与电流方向有关,电流从C到A时电阻远小于反向电阻,说明二极管一定直接接在A、C间,且C接正极,黑箱内的电路结构图如图所示。(3)①由图丙可知电源的电动势E=U+IR,由题意可知E=3+×3×103,E=1.5+×12×103,联立解得E=4.5 V,RV=6 000 Ω=6 kΩ。②若电压表的示数为1 V,电路中的电流为I′==,其中R并=,代入数据解得Rx=1 000 Ω=1 kΩ。答案:(1)×100　欧姆调零　1 200(2)图见解析　(3)①6　②115.(7分)如图所示,R=6 Ω,当Rx=3 Ω时,Uab=2.5 V;当Rx=6 Ω,Uab=3.0 V。求电池的电动势E和内阻r。解析:根据题意可知,当Rx=3 Ω时,=2.5 V当Rx=6 Ω时,=3.0 V联立解得E=5 V,r=2 Ω。答案:5 V　2 Ω16.(9分)在如图所示的电路中,R1=2 Ω,R2=R3=4 Ω,当开关S接a时,电压表示数为UV=8 V,当开关S接b时,R2上消耗的电功率为P=9 W,试求:(1)开关S接a时,通过电源的电流I;(2)电源的电动势E和内阻r;(3)当开关S接c时,通过R2的电流I2。解析:(1)当开关S接a时,R1被短路,外电阻为R2,根据欧姆定律得I== A=2 A。(2)当开关S接a时,根据闭合电路欧姆定律得E=UV+Ir=8+2r当开关S接b时,R1和R2串联,对R2,由P=R2,得通过电源的电流为I1== A=1.5 A根据闭合电路欧姆定律得E=I1(R1+R2+r)=1.5×(2+4+r)解得E=12 V,r=2 Ω。(3)当S接c时,R2与R3并联后与R1串联,电路总电阻为R总=R1+r+=(2+2+) Ω=6 Ω总电流为I总== A=2 A通过R2的电流I2=I总=×2 A=1 A。答案:(1)2 A　(2)12 V　2 Ω　(3)1 A17.(14分)现将标有“3 V　3 W”的直流电动机,串联一个滑动变阻器接在电动势为E=4.0 V、内阻为r=0.40 Ω的电源的两端,如图甲所示。已知电动机线圈的电阻R0=0.10 Ω,不计其他电阻。(1)若滑动变阻器接入电路的阻值R1=3.5 Ω,电动机卡住不转,求此时电路中的电流I1;(2)若要使直流电动机正常工作,求滑动变阻器接入电路的阻值R2应为多少?(3)调节滑动变阻器接入电路的阻值,回路中的电流I及电源的输出功率P随之改变。①请从理论上推导P与I的关系式,并在图乙中定性画出PI图像;②求该电源对外电路能够输出的最大功率Pm。解析:(1)电动机卡住不转时,I1==1 A。(2)要使直流电动机正常工作,设工作电流为I2,I2== A=1 A滑动变阻器和内阻分担的电压为U′,U′=E-U机=1 VR2+r==1 Ω,解得R2=0.60 Ω。(3)①电源总功率P总=EI电源热功率为P热=I2r电源的输出功率P=P总-P热=EI-I2rPI图像如图所示。②当电路中的电流I=时,电源的输出功率最大,Pm== W=10 W。答案:(1)1 A　(2)0.60 Ω　(3)①图见解析  ②10 W18.(16分)如图所示,电源电动势E=18 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R2=5 Ω,R3=6 Ω,平行板电容器水平放置,两金属板相距d=20 cm。当滑动变阻器R1的滑片P恰在中点时,一带电荷量q=8×10-7 C的油滴恰静止在电容器两板中间,即油滴到上、下板的距离均为10 cm,此时电流表示数为2 A。g取10 m/s2。(1)求滑动变阻器R1的最大阻值;(2)求带电油滴的质量;(3)滑片P上移或下移到不同位置,油滴运动状态将发生变化,求油滴从两极板中间运动到某一极板的最短时间。解析:(1)由闭合电路欧姆定律可得,外电路中的总电阻R总=-r=Ω-1 Ω=8 Ω则并联部分总电阻R并=R总-R2=3 Ω由并联电路的电阻规律可得R并=代入数据解得滑动变阻器的最大阻值R1=12 Ω。(2)R2两端的电压U2=IR2=2×5 Ω=10 V故电容器两端的电压为10 V,两金属板相距d=20 cm=0.2 m,对油滴受力分析,由牛顿第二定律可得q=mg代入数据解得m=4×10-6 kg。(3)当电容器两端电压最小时,即滑动变阻器接入电路的阻值最大时,由闭合电路的欧姆定律可知,R2两端的最小电压为U=E=9 V,此时对油滴受力分析,由牛顿第二定律可得q-mg=ma,代入数据解得a=-1 m/s2,方向竖直向下。当电容器两端的电压最大时,即滑动变阻器接入电路的阻值为零时,由闭合电路的欧姆定律可知,R2两端的最大电压为U′=·E=15 V,此时对油滴受力分析,由牛顿第二定律可得q-mg=ma′,代入数据解得a′=5 m/s2,方向竖直向上;要使油滴从两极板中间运动到某一极板的最短时间,则带电油滴有最大加速度,最大加速度am=5 m/s2,以此加速度从极板中间运动到某一极板时间为t=,代入数据解得t=0.2 s。答案:(1)12 Ω　(2)4×10-6 kg　(3)0.2 s