2022-2023学年粤教版必修第三册 第四、五章 闭合电路 电能与能源的可持续发展 单元测试

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第四、五章   闭合电路  电能与能源的可持续发展 （时间：75分钟　分值：100分）一、单项选择题（本题共7小题，每题4分，共28分.每小题只有一个选项是正确的，选对得4分.错选、多选、不选均不得分）1.2020Robotex世界机器人大会京津冀选拔赛于10月1日在北京开幕，大会中出现如图所示的一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V，机器人的锂电池容量为20 A·h.则机器人（　　）A.额定工作电流为20 AB.充满电后最长工作时间为20 hC.电池充满电后总电量为7.2×104 CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为200 J解析：根据P＝UI得，额定工作电流为2 A，A错误；根据Q＝It得，最长工作时间为10 h，B错误；电池充满电后总电量为Q＝20×3 600 C＝7.2×104 C，C正确；以额定电流工作时每秒消耗能量为E＝Pt＝24 J，D错误.故选C.答案：C2.如图所示的电路中，L1、L2为两只完全相同的灯泡，R为光敏电阻（随光照的增强电阻减小），当光照强度逐渐增强的过程中，下列判断正确的是（　　）A.L1、L2两灯均逐渐变暗B.L1灯逐渐变亮，L2灯逐渐变暗C.电源内电路消耗功率逐渐增大D.电源消耗的总功率减小解析：当光照强度逐渐增强时，光敏电阻阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流I增大，L2两端电压变大，L2变亮，由U＝E－I（r＋RL1），可知，L1两端电压变小，L1变暗，A、B错误；电源内电路消耗功率为Pr＝I2r可知，电源内电路消耗功率逐渐增大，C正确；由电源消耗的总功率为P＝EI可知，电源消耗的总功率增大，D错误.故选C.答案：C3.如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的U­I图线，以下实验结论正确的是（　　）A.电池电动势和内电阻的测量值均偏大B.电池内阻的测量值为3.50 ΩC.外电路发生短路时的电流为0.40 AD.电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数I′＝0.20 A解析：由题图可知，电动势测量值E测＝1.4 V，电源内阻r＝＝ Ω＝1 Ω，由题图甲所示电路图可知，相对于电源来说，电流表采用了外接法，由于电压表的分流，使电流表所测电流小于流过电源的电流；实验误差来源于电压表的分流，电动势和内阻测量值和真实值之间的关系为E测＝E真，r测＝，电源电动势与内阻测量值都小于真实值，A错误，B错误；外电路发生短路时的电流为I短＝＝ A＝1.4 A，故C错误；电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数I′＝ A＝0.20 A，故D正确.故选D.答案：D4.如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20 m的圆面.某时间内该地区的风速是6.0 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2 kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为（　　）A.2.7 kW　　　　　　　 B.16.3 kWC.27 kW   D.163 kW解析：依题意，空气把动能转化为电能，根据能量守恒定律有Pt＝Ek×10%，又因为Ek＝mv2＝（ρ·πr2·vt）·v2＝ρπr2v3t，两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率P≈16.3 kW.故选B.答案：B5.如图为一电动机，其线圈电阻是r，当它两端所加的电压为U时，通过的电流是I，则这台电动机（　　）A.发热功率为I2rB.消耗的电功率为UI－I2rC.所做机械功的功率为UID.t时间内所做的机械功为t解析：电动机线圈电阻是r，则发热功率为P热＝I2r，故A正确；两端所加的电压为U时，通过的电流是I，消耗的电功率为UI，故B错误；机械功的功率为P＝UI－I2r，故C错误；t时间内所做的机械功为W＝Pt＝（UI－I2r）t，故D错误.答案：A6.某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水力发电站.如图所示，某小型水力发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786 m3，发电过程中上下水库平均水位差为64 m.则下列说法正确的是（　　）A.若每天发电40 kW·h，则能源利用效率约为35%B.发电时下水库出水口的水流速度可达到36 m/sC.蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139 kW·hD.平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为1.4 kW）约10 h解析：蓄水池中能用于发电的水的重力势能为Ep＝mgh＝ρVgh＝1.0×103×786×10×64 J≈5.0×108 J，则能源利用效率η＝＝＝28.8%，A错误；若没有任何阻力，由机械能守恒得mgh＝mv2，得v＝＝ m/s≈36 m/s，由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于36 m/s，故B错误；蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约E0＝ kW·h≈139 kW·h，故C正确；若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间t＝≈10 h，由于效率不可能达到100%，可供给10户居民用电时间小于10 h，D错误；故选C.答案：C7.如图所示，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝7.5 Ω，电容器电容C＝2 μF，开关S原来断开，现在合上开关S到电路稳定，则（　　）A.S断开时电容器的电压为2 VB.S断开时电容器a极板带负电C.S合上电路稳定后电容器b极板带负电D.S合上流过安培表A的电量为9.6×10－6 C解析：S断开时，电容器相当于断路，R3中无电流，电容器两端电压即为R2两端电压，电路相当于R1和R2串联，故有U＝R2＝3 V，A错误；S断开时电容器a极板接电源正极，带正电，B错误；S合上电路稳定后，R1和R2串联后再与R3并联，电容器两端电压即为R1两端电压，由电路分析，外电路的电阻为R外＝＝3 Ω，电容器电压为U＝··R外＝1.8 V，电容器的带电量Q′＝CU＝3.6×10－6 C，且a极板带负电，b极板带正电，据此通过电流表的电量ΔQ＝Q＋Q′＝9.6×10－6 C，C错误，D正确；故选D.答案：D二、多项选择题（本大题共3小题，每题6分，共18分.每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，错选、多选、不选均不得分）8.2020年春天全世界发生新冠肺炎疫情，人们居家隔离，由于运动量减少，体重逐渐增加，体内的脂肪也逐步增多，我们可以用某型号脂肪测量仪（如图甲所示）来测量脂肪率.体液中含有钠离子、钾离子等金属离子而呈现低电阻，而体内脂肪几乎不导电.脂肪测量仪根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例，模拟电路如图乙所示.测量时，闭合开关S，测试者两手分别握两手柄A、B，则（　　）A.体型相近的两人相比，脂肪含量高者对应的电流表示数较大，电压表示数较小B.体型相近的两人相比，脂肪含量高者对应的电源效率高C.体型相近的两人相比，脂肪含量高者对应的电源输出功率大D.当A、B间电阻逐渐增大时，电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值的绝对值不变解析：体型相近的两人相比，脂肪含量高者电阻较大，题图乙是串联电路，总电阻增大，电流减小，AB两端电压增大，电源效率η＝×100%，路端电压U随外电阻R外增加而增大，因此脂肪含量高者对应的电源效率高，电源输出功率与外电阻和电源内阻的关系有关，外电阻与电源的内阻越接近，电源输出功率越大，本题中未给出外电阻与电源内阻的关系，故无法判断所对应的电源输出功率大小，故B正确，A、C错误；电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值的绝对值为||＝R＋r，其大小不变，故D正确.故选BD.答案：BD9.新安江水库发电站是我国最早自行设计建设的水电站，水库年径流量113亿立方米（1亿＝1×108），年发电量为18.6亿千瓦时，上下游高度差约73 m，里面装有九台水电机组，装机总容量（即九台机组一起工作时的功率）662.5兆瓦（1兆＝1×106），只有在用电高峰期才会开启九台机组.设每户人家平均每月用电为200度，我们平时所说的一度电即为1千瓦时的电能.根据以上信息，以下分析正确的是（　　）A.一度电的能量约为10立方米的水从水库上游流下时减少的重力势能B.新安江水力发电站可以为7.75×105户家庭供电C.一年平均开启的发电机组约3台D.水电站是将水的机械能转化为电能，该发电站的转化效率约为32%解析：10立方米的水从水库上游流下时减少的重力势能为Ep＝mgh＝ρVgh＝7.3×106 J，而一度电1 kW·h＝3.6×105 J，A错误.由200×12×n＝18.6×108可得n＝7.75×105，B正确.由18.6×108×103＝P×365×24得P≈212兆瓦，大约3台发电机组的功率，C正确.转化效率η＝≈81%，D错误.故选BC.答案：BC10.某学生做研究串联电路电压特点的实验时，接成如图所示的电路，接通S后，他将多用电表电压挡的红、黑表笔并联在A、C两点间时，电压表读数为U；当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U；当并联在B、C两点间时，电压表读数为零，故障的原因可能是（　　）A.AB段断路   B.BC段断路C.AB段短路   D.BC段短路解析：由题意可得UAB＝UAC＝U，说明由A、B分别至电源的线路均已接通.若BC段完好，则AB段断路；若BC段短路，则AB段可能断路，也可能完好.又由题述得UBC＝0，因而可能AB段断路，或BC段短路，也有可能出现两者同时发生的情况.分析时考虑要全面，要把故障的可能原因全部找出来，不要漏掉正确选项.答案：AD三、非选择题（本大题共5小题，共54分.解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位）11.（8分）测定电源的电动势和内电阻的实验电路和U­I图像如图甲和图乙所示，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而移动滑动变阻器的滑动头P，应放在滑动变阻器　　　　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（0～50 Ω）；C.电压表（0～3 V）；D.电压表（0～15 V）；E.电流表（0～0.6 A）；F.电流表（0～3 A）.其中电流表应选　　　　 　，电压表应选　　　　 　.（均选填器材的字母代号）（3）根据原理图在图丙所示实物图示上把线连好.（4）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，内电阻r＝　　　　 Ω.（均保留三位有效数字）解析：（1）滑动变阻器采用限流接法，在闭合开关之前为防止电表过载，判定变阻器滑动头P应放在滑动变阻器a处.（2）由题图乙可知，电路中的最大电流为0.4 A，因此电流表选择量程为0.6 A比较合适，故电流表选择E；电源电动势约为1.5 V，因此电压表选择量程为3 V比较合适，故电压表选择C.（3）根据电路图连接的实物图如下图所示.（4）由题图乙可知，电源的U­I图像与纵轴的交点坐标值是1.49，则电源电动势为1.49 V，图像的斜率表示电源内阻，所以电源内阻为r＝ Ω＝0.725 Ω.答案：（1）a　（2）E　C　（3）图见解析　（4）1.49　0.72512.（8分）在练习使用多用电表的实验中：（1）某同学连接的电路如图所示.①若旋转选择开关，使其尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过　　　　的电流；②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是　　　　的电阻；③若旋转选择开关，使其尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是　　　　两端的电压.（2）在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时　　　　.A.若双手捏住两表笔金属杆，则测量值将偏大B.若测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，重新调零后再进行测量C.若选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25 ΩD.若欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大解析：（1）①多用电表与R1串联，则选择直流电流挡时，测得的是通过R1的电流；②若断开电路中的开关，多用电表使用电阻挡，则R1和R2串联接在多用电表两端，此时测得的是R1和R2串联的电阻；③若多用电表选用直流电压挡，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，则多用电表与R2并联，所以此时测得的是R2（或电源）两端的电压.（2）双手捏住两表笔金属杆，相当于给待测电阻又并联了一个电阻，测量值将偏小，选项A错误；测量时发现指针偏离中央刻度过大，要看指针偏角情况，若偏角太大，说明待测电阻较小，应减小倍率，重新调零后再进行测量，若偏角太小，说明待测电阻较大，应增大倍率，重新调零后再进行测量，选项B错误；选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于250 Ω，选项C错误；欧姆表内的电池使用时间太长，则电动势E减小，完成调零过程则有Ig＝（式中Ig为满偏电流，是一定值，R内为欧姆表总内阻即中值电阻，随E变化），测量电阻Rx时，根据闭合电路欧姆定律有I＝＝，由此可知当E减小时，I减小，指针偏角减小，所以测量值将偏大，选项D正确.答案：（1）①R1　②R1和R2串联　③R2（或电源）　（2）D13.（12分）某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，电动机线圈的电阻为4 Ω，重物的质量m＝50 kg，不计电源内阻及各处的摩擦.当电动机以v＝0.6 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I＝5 A.（g取10 m/s2）求：（1）电源的电动势E；（2）该装置的效率η.解析：（1）电动机的输出功率P出＝mgv＝50×10×0.6 W＝300 W，电动机的热功率P热＝I2R＝52×4 W＝100 W，故电动机的总功率P＝P出＋P热＝300 W＋100 W＝400 W，根据P＝EI可得电源的电动势E＝＝ V＝80 V.（2）该装置的效率为η＝×100%＝×100%＝75%.答案：（1）80 V　（2）75%14.（12分）如图所示，一电荷量q＝3×10－5 C带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点.开关S合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角α＝37°.已知两板相距d＝0.1 m，电源电动势E＝15 V，内阻r＝0.5 Ω，电阻R1＝3 Ω，R2＝R3＝R4＝8 Ω.g取10 m/s2，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：（1）电源的输出功率；（2）两板间的电场强度大小；（3）带电小球的质量.解析：（1）R2、R3并联再与R1串联，阻值R外＝7.0 Ω，R总＝R外＋r＝7.5 Ω，根据闭合电路欧姆定律有I＝＝ A＝2 A，P出＝I2R外＝22×7 W＝28 W.（2）U外＝IR外＝2×7 V＝14 V，E＝＝ V/m＝140 V/m.（3）小球静止，由力的平衡条件得Eq＝mgtan 37°，m＝＝ kg＝5.6×10－4 kg.答案：28 W　（2）140 V/m　（3）5.6×10－4 kg15.（14分）某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量m＝3×103 kg.当它在水平路面上以v＝36 km/h的速度匀速行驶时，蓄电池的输出电流I＝50 A，输出电压U＝200 V.在此行驶状态下，该环保汽车能够将蓄电池输出功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机.（g取10 m/s2）（1）求汽车所受阻力； （2）若该环保汽车的驱动电机的内部结构如图所示，其中R1＝0.1 Ω，R2＝1 950 Ω，求电动机M的热功率.解析：（1）蓄电池输出功率P＝UI＝200×50 W＝104 W.90%P＝Fv，解得汽车所受阻力f＝F＝900 N.（2）电动机M两端电压U′＝U－IR1＝195 V.R2中电流I2＝＝0.1 A，电动机输入电流I′＝I－I2＝49.9 A，电动机输入功率P＝U′I′＝9 730.5 W，输出功率P出＝90%P＝9 000 W.电动机M的热功率P热＝P－P出＝730.5 W.答案：（1）900 N　（2）730.5 W