新教材2023年高中物理第12章电能能量守恒定律学业质量标准检测新人教版必修第三册

第十二章　学业质量标准检测

本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。

第Ⅰ卷(选择题　共40分)

一、选择题(共12小题，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～8小题只有一个选项符合题目要求，每小题3分；第9～12小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)

1．(2022·全国高二课时练习)两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为(　B　)

A．QAQB＝12  B．QAQB＝21

C．QAQB＝11  D．QAQB＝41

解析：由题意可知，长度之比为12，直径比为12，则横截面积比为14，根据电阻定律R＝ρ知，电阻之比为21，根据Q＝I2Rt，可知，电流相等，则热量之比为21，ACD错误，B正确。

2．中国自行研制的“玉兔”号月球车 (如图)上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的。由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应。“玉兔”月球车上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池。在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1 A的电流，求每秒照射到这种太阳能电池上太阳光的能量(　C　)

A．0.24 J  B．0.25 J

C．0.26 J  D．0.28 J

解析：太阳能电池每秒提供的电能W＝EIt＝0.6×0.1×1 J＝0.06 J，所以照射到这种太阳能电池上的太阳光能量W′＝≈0.26 J，C正确。

3．如图为实用型高温超导电缆，利用超导电缆可实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V。若用临界温度以下的超导体电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为(　A　)

A．1 kW  B．10 kW

C．1.6 kW  D．1.6×103 kW

解析：输电导线上的输电电流I＝＝＝50 A，则输电线上损失的电功率P′＝I2R＝502×0.4 W＝1 000 W，A项正确。

4．(2022·上海市复兴高级中学高二阶段测试)电源电动势为E、内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是(　C　)

A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变

B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大

C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小

D．若外电路断开，则路端电压为零

解析：路端电压U＝IR，因为I增大时，R变化，所以不能用U＝IR判断路端电压的变化情况，根据U＝E－Ir，可知，当I增大时，路端电压减小，AB错误，C正确；当外电路断开时，路端电压为E，D错误。

5．如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识，结合该铭牌上获取的信息，得出该电热水壶(　C　)

A．只能在220 V电压下工作

B．正常工作5 min耗电约0.5 kW·h

C．正常工作时的电流约为6.8 A

D．用多用电表测量其电阻值约为32 Ω

解析：该水壶可以在220 V及之下的电压下工作；故A错误；工作5 min时，消耗的电能为：W＝Pt＝1.5 kW× h＝0.125 kW·h，故B错误；由铭牌信息可知，额定功率为1 500 W；额定电压为220 V；则由P＝UI可得：I＝＝≈6.8 A；故C正确；金属丝的电阻率随温度的升高而升高，所以用多用电表测量其电阻值小于额定电阻，额定电阻为：R＝＝ Ω≈32 Ω，所以用多用电表测量其电阻值小于32 Ω；故D错误；故选C。

6．如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝3 Ω，R0＝1 Ω，直流电动机内阻R′0＝1 Ω，当调节滑动变阻器R1为某值时可使甲电路输出功率最大，调节R2为某值时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0＝2 W)，则R1和R2接入的阻值分别为(　B　)

A．2 Ω，2 Ω  B．2 Ω，1.5 Ω

C．1.5 Ω，1.5 Ω  D．1.5 Ω，2 Ω

解析：因为题中甲电路是纯电阻电路，当外电阻与电源内阻相等时，电源的输出功率最大，所以R1＝2 Ω；而乙电路是含电动机电路，欧姆定律不适用，电路的输出功率P＝IU＝I(E－Ir)，由数学知识可知，当I＝＝2 A时，输出功率P有最大值，此时电动机的输出功率为P0＝2 W，发热功率为P热＝I2R′0＝4 W，所以电动机的输入功率为P入＝P0＋P热＝6 W，电动机两端的电压为UM＝＝3 V，电阻R2两端的电压为UR2＝E－UM－Ir＝3 V，所以R2＝＝1.5 Ω，选项B正确。

7．(2022·湖北武汉高二上期中联考改编)如图所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，闭合开关S，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表示数变化量的绝对值为ΔI，则下列结论正确的是(　D　)

A．电流表A的示数减小 B．电压表V2的示数增大

C．ΔU3与ΔI的比值小于r D．ΔU1大于ΔU2

解析：电压表V1、V2、V3分别测量R、路端电压和滑动变阻器两端的电压，当滑动变阻器滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，电路中电流增大，则电流表A的示数增大，故A错误；电源的内电压增大，则路端电压减小，所以电压表V2的示数减小，故B错误；根据闭合电路欧姆定律得U3＝E－I(R＋r)，则＝R＋r＞r，故C错误；根据闭合电路欧姆定律得U2＝E－Ir，则＝r，又＝R，R＞r，则＞，故ΔU1＞ΔU2，故D正确。

8．如图所示，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为标识不清的小灯泡L1的U－I图线，将L1与该电源组成闭合电路时，L1恰好能正常发光。若将标有“3 V　20 W”的灯泡L2与该电源组成闭合电路，下列说法中正确的是(　C　)

A．电源的内阻为 Ω

B．把灯泡L1换成L2，L2可能正常发光

C．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率可能相等

D．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率一定变小

解析：由题图读出电源的电动势为E＝4 V，图线A斜率的绝对值表示电源的内阻，则r＝ Ω＝0.5 Ω，故A错误；A、B两图线的交点表示灯泡L1与电源连接时，其工作状态下的电流和电压值，又L1能正常发光，则灯泡L1的额定电压为3 V，功率为P1＝UI＝6 W，故把灯泡换成L1“3 V　20 W”的灯泡L2，L2不能正常发光，故B错误；由P＝知正常工作时灯泡L2的电阻为R2＝＝ Ω＝0.45 Ω，灯泡L1的电阻为R1＝＝ Ω＝0.15 Ω，则知正常发光时灯泡L2的电阻更接近电源的内阻，但此时灯泡L2没有正常发光，L2的电阻不能确定，则把L1换成L2后，电源的输出功率可能变小、变大或不变，故C正确，D错误。

9．(多选)(2022·辽宁沈阳月考)如图所示，闭合开关S，调节各电阻箱，使电流计的读数为零。这时，下列说法正确的是(　BD　)

A．若R1增大，则G中电流从a到b

B．若R2增大，则G中电流从a到b

C．若R3减小，则G中电流从a到b

D．若R4减小，则G中电流从a到b

解析：设想R1增大到无穷大，即电阻R1断路，易知此时电流从b到a流过电流计，A错误；设想R2增大到无穷大，即电阻R2断路，易知此时电流从a到b流过电流计，B正确；设想R3减小至零，即电阻R3短路，易知此时电流从b到a流过电流计，C错误；设想R4减小至零，即电阻R4短路，易知此时电流从a到b流过电流计，D正确。

10．(2022·海南北京师范大学附中高二上月考)如图所示电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，指示灯RL的阻值为16 Ω，电动机M线圈电阻为2 Ω。当开关S闭合时，指示灯RL的电功率为4 W。电流表内阻不计，下列说法正确的是(　CD　)

A．流过电动机M的电流为4 A

B．流过电流表的电流为4.5 A

C．电动机M输出的机械功率7.5 W

D．电源的总功率为24 W

解析：指示灯RL的电压UL＝＝ V＝8 V，指示灯RL的电流IL＝＝ A＝0.5 A，根据闭合电路欧姆定律可得E＝UL＋Ir，解得流过电流表的电流I＝＝ A＝2 A，流过电动机M的电流为IM＝I－IL＝2 A－0.5 A＝1.5 A，A、B错误；电动机M输出的机械功率为P机＝UMIM－IrM＝8×1.5 W－1.52×2 W＝7.5 W，C正确；电源的总功率为P＝EI＝12×2 W＝24 W，D正确。

11．(2022·吉林长春市第二中学高二期中)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，A、V为理想电流表和理想电压表。在滑动变阻器的滑片P向下滑动的过程中，下列说法中正确的是(　CD　)

A．电压表示数变小 B．电流表示数变小

C．电容器C所带电荷量减少 D．a点的电势降低

解析：在滑动变阻器的滑片P向下滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电阻减小，干路电流I增大，电阻R1两端的电压增大，则电压表示数变大。电阻R2两端的电压U2＝E－I(R1＋r)，I增大，则U2减小，电容器两极板间的电压减小，其所带电荷量减少。根据外电路中沿着电流方向，电势降低，可知a点的电势大于零，U2减小，则a点的电势降低。通过R2的电流I2减小，通过电流表的电流IA＝I－I2，I增大，I2减小，则IA增大，即电流表示数变大。故选CD。

12．(2022·湖南湘东九校高二下期末联考改编)在电学探究实验课中，某组同学在实验室利用如图甲所示的电路图连接好电路，并用于测定定值电阻R0的阻值及电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器的滑片向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录了电流表A和电压表V2的测量数据。根据所得数据描绘了如图乙所示的两条U－I图线。则(　AB　)

A．图线b是电压表V2的测量值所对应的图线

B．电源电动势和内阻分别是E＝1.50 V，r＝1.0 Ω

C．图像中两直线的交点表示定值电阻R0上消耗的功率为0.75 W

D．图像中两直线的交点表示此时电源的效率达到最大值

解析：由图甲可知，V1测电源的路端电压，V2测量R0两端的电压，路端电压随电流增大而减小，定值电阻两端电压随电流增大而增大，由图乙所示图像可知，图线a是电压表V1的测量值所对应的图线，图线b是V2的测量值所对应的图线，故A正确；由电源的U－I图像可知，图像纵轴截距为1.5 V，则电源电动势E＝1.5 V，电源内阻r＝＝ Ω＝1.0 Ω，故B正确；两图线交点表示两电压表示数相等，此时滑动变阻器接入电路的阻值为零，只有定值电阻接在电源两端，由图乙可知，此时定值电阻两端电压为1.0 V，电路中电流为0.5 A，则当该电源只给定值电阻R0供电时R0消耗的功率P＝UI＝1.0×0.5 W＝0.5 W，故C错误；电源的效率为η＝×100%，外电路电阻R外越大，电源效率越高，图像中两直线相交时，外电路电阻最小，电源效率最低，故D错误。

第Ⅱ卷(非选择题　共60分)

二、填空题(共2小题，共14分。把答案直接填在横线上)

13．(6分)(2022·河北沧州第一中学高二上月考)现有一小灯泡，额定电压为4 V，额定功率大约为2 W。现在要用伏安法研究这个小灯泡的伏安特性曲线，实验室有如下器材可供选用：

A．电压表V1(量程为0～3 V，内阻rv1约为6 kΩ)

B．电压表V2(量程为0～15 V，内阻rv2约为30 kΩ)

C．电流表A1(量程为0～200 mA，内阻rA1为10 Ω)

D．电流表A2(量程为0～800 mA，内阻rA2约为3 Ω)

E．定值电阻R0(15 Ω)

F．滑动变阻器R1(0～100 Ω，允许通过的最大电流0.5 A)

G．滑动变阻器R2(0～10 Ω，允许通过的最大电流1 A)

H．电源E(5 V，内阻约为1 Ω)

I．单刀开关一个、导线若干

(1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电表__C__和__D__，滑动变阻器应选用__G__。(填对应器材前的字母序号)

(2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多测几组数据，请在如图甲所示的实线框里画出实验电路图。(图中需标明所选器材)

(3)根据电路图连接好电路，反复调节滑动变阻器的滑片，读出并记录好电表的示数，计算小灯泡两端电压U和通过小灯泡的电流I，并且填写到预先设计的表格中。根据测量的数据，在坐标纸上描点，画出小灯泡的U－I曲线，如图乙所示。

(4)根据小灯泡的U－I曲线可得小灯泡的额定功率为__1.92__W。(结果保留三位有效数字)

解析：(1)灯泡额定电压为4 V，电压表V1量程太小，电压表V2量程太大，不能用电压表测电压，应用内阻已知的电流表A1与定值电阻R0串联改装成电压表测电压，用电流表A2测电流，为方便实验操作滑动变阻器应选择R2；

(2)电流表A1与定值电阻R0串联改装成电压表，描绘灯泡伏安特性曲线时需要电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电流表A2测干路电流，实验电路图如图所示；

(4)由题图中灯泡U－I图像可知，额定电压U＝4.0 V对应的电流I＝0.48 A，灯泡额定功率P＝UI＝4.0×0.48 W＝1.92 W。

14．(8分)(2022·浙江长兴县教育研究中心高二期中)小明同学在“测定一节干电池的电动势和内阻”的实验中，为防止电流过大损坏器材，在电路中加了一个保护电阻R0。

(1)如图1是小明操作时实物连线图，根据图1在图2的方框中画出电路原理图；

(2)保护电阻R0有以下两种规格，应选用__B__(填“A”或“B”)；

A．定值电阻(阻值10.0 Ω，额定电流1 A)

B．定值电阻(阻值2.0 Ω，额定电流0.5 A)

(3)根据实验测得5组数据，请你在图3所示的坐标系画出U－I图线，根据得到的图像，求得电池的电动势E＝__1.40__V，内阻r＝__0.86__Ω。(结果均保留到小数点后2位)

解析：(1)根据实物图，则电路原理图如下图所示。

(2)一节干电池电动势一般约为1.5 V，内阻较小，有使滑动变阻器滑动时电压表示数有明显变化，应使R0＋R与电源内阻r尽可能接近，因此选择B比较合理，A错误，B正确。故选B。

(3)根据实验测得5组数据，在图3所示的坐标系画出U－I图线如下图所示

保护电阻可以看作电源内阻一部分，有E＝I(R0＋r)＋U，

由图示图像可知，电源电动势E＝1.40 V，电阻为r＋R0＝ Ω≈2.86 Ω，

内阻为r≈0.86 Ω。

三、论述、计算题(本题共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

15．(8分)下图为“解放”牌大卡车的远程车灯电路的蓄电池总功率随电流变化的图像，已知蓄电池瞬间短路时的电流为14 A。求：

(1)该蓄电池的电动势E和内电阻r。

(2)车头两个远程车灯的铭牌上标有“12 V、12 W”字样，若两灯并联接在蓄电池两端，则两灯消耗的总电功率为多少？

答案：(1)E＝14 V；r＝1 Ω　(2)P总＝24 W

解析：(1)由图可知瞬间短路时总功率P＝196 W，

由P＝I短E，求出E＝14 V，由P＝Ir，求出r＝1 Ω。

(2)一个车灯的电阻：R灯＝＝12 Ω，

两灯并联的电阻：R并＝＝6 Ω，

电路中的总电流：I＝＝2 A，

两灯总电功率P总＝I2R并＝24 W。

16．(8分) (2022·山东济南外国语学校、济南一中等四校高二上学期期末)某直流电动机接入电路如图所示的实验电路。调节滑动变阻器R的阻值，使电动机无法转动，此时电流表和电压表的示数分别为0.2 A和0.4 V。重新调节R的阻值，使电动机能够正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为0.8 A和3 V。求：

(1)这台电动机的线圈电阻；

(2)电动机正常运转时的输入功率；

(3)电动机正常运转时的输出功率。

答案：(1)2 Ω　(2)2.4 W　(3)1.12 W

解析：(1)电动机不转时，可看成纯电阻电路，由欧姆定律得：r＝＝ Ω＝2 Ω。

(2)正常工作时输入功率：P入＝U2I2＝3×0.8 W＝2.4 W。

(3)正常工作时内阻消耗的功率P热＝Ir＝0.82×2 W＝1.28 W，

输出功率P输出＝P入－P热＝2.4 W－1.28 W＝1.12 W。

17．(14分)(2022·内蒙古喀喇沁旗锦山蒙古族中学高二期中)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． 05 Ω，电流表和电压表均为理想电表。 只闭合S1时，电流表示数为10 A，电压表示数为15 V，再闭合S2，启动电动机工作时，电流表示数变为8 A。求：

(1)车灯电阻等于多少；

(2)电源电动势E等于多少；

(3)S1和S2都闭合时，电源的输出功率是多少。

答案：(1)1.5 Ω　(2)15.5 V　(3)840 W

解析：(1)根据欧姆定律，知车灯电阻R＝＝1.5 Ω。

(2)只闭合S1时，由闭合电路欧姆定律E＝U1＋I1r，

带入数据可得E＝15.5 V。

(3)S1和S2都闭合时，车灯的电流IL＝8 A，U外＝IL·R＝12 V，I总＝＝70 A，

电源输出功率P出＝ U外I总＝840 W。

18．(16分)如图所示电路中，电源电动势为E、内阻r＝1 Ω，定值电阻R1＝4 Ω，滑动变阻器总电阻R2＝20 Ω。闭合开关S，当滑动触头P从最高端向下滑动过程中，电压表读数的最大值为2.7 V，此时电流表读数为I。电压表和电流表均可看成理想电表。求：

(1)电源的电动势E；

(2)此时电流表的读数I。

答案：(1)3 V　(2)0.15 A

解析：(1)此电路为R2的上、下两部分并联再与R1串联，设P以上部分电阻为x，则并联后R并＝＝，当x＝时，R并最大，有R并＝，此时电压表的读数最大。根据闭合电路欧姆定律有I总＝，且R＝R1＋R并，Um＝I总·R，解得E＝3 V，I总＝0.3 A。

(2)电流表的读数为支路电流，由x＝可知，两支路电流相等，则I＝＝0.15 A。