新教材适用2023_2024学年高中物理第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

这是一份新教材适用2023_2024学年高中物理第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，共11页。
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75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．以下说法正确的是( C )A．煤、石油、天然气等燃烧时可放出氧气B．汽油是一种清洁能源C．水能是可再生能源D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的解析：煤、石油、天然气等是动植物转化成的，燃烧时放出二氧化碳，A错误；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错误；水能是可再生能源，C正确；煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错误。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 JC．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′＝eq \f(W,0.23)≈0.26 J，C正确。3．如图所示的电路中，G为电流计，RA、RB均为滑动变阻器。将这部分电路接在输出电压为U0的电源两端时，电流计的指针达到满偏；如果将这部分电路接在输出电压小于U0的电源两端，为保证电流计的指针仍达到满偏，则下列操作正确的是( B )A．保持RA的滑片位置不变，将RB的滑片向左移动B．将RA的滑片向左移动，同时将RB的滑片向右移动C．将RA的滑片向右移动，同时将RB的滑片向左移动D．保持RB的滑片位置不变，将RA的滑片向右移动解析：电源的输出电压降低，为保证电流计的指针仍达到满偏，可以通过调节滑动变阻器使通过电流计的电流不变，即电流计两端的电压不变。在电源的输出电压降低的情况下，保持RA的滑片位置不变，将RB的滑片向左移动，RB接入电路的电阻增大，RB两端的电压变大，RA两端的电压变小，相比原来电路接在输出电压为U0的电源两端的情况下，电流计两端的电压变小，选项A错误；同理，可判断出选项B正确，C、D错误。故选B。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，A、B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·hC．正常工作时的电流约为6.8 AD．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×eq \f(5,60) 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＝eq \f(P,U)＝eq \f(1 500,220)≈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＝eq \f(U2,P)＝eq \f(2202,1 500) 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．(2023·上海高三练习)如图1所示，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(最大阻值25 Ω)，现闭合电路中的开关S，将滑动变阻器的滑动触头P从最左端滑到最右端的过程中，由电表的测量数据得到U－I图线如图2所示(电表均为理想电表)。则下列说法正确的是( C )A．电源电动势为4 VB．电源内电阻的阻值为10 ΩC．电源的最大输出功率为1.8 WD．滑动变阻器R2的最大功率为1.2 W解析：当滑片左移时，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，而R1两端的电压增大，故乙表示是V1示数的变化，甲表示V2示数的变化。由图可知图乙的斜率表示定值电阻的阻值，即R1＝eq \f(3－1,0.6－0.2) Ω＝5 Ω，图甲斜率的绝对值为R1＋r＝eq \f(4－0,0.6－0.2) Ω＝10 Ω，可得r＝5 Ω，将题图2中甲图像延长如图所示，纵坐标的截距表示电源电动势，则E＝6 V，故A、B错误；设外电阻为R外，电源的输出功率为P出＝I2R外＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R外＋r)))2R外＝eq \f(E2,R外＋\f(r2,R外)＋2r)，根据数学知识可得R外＝eq \f(r2,R外)时分母最小，电源的输出功率最大，此时有R外＝r；所以当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大。故当外阻等于5 Ω时，电源的输出功率最大，电源的最大输出功率P＝eq \f(E2,4r)＝eq \f(62,4×5) W＝1.8 W，故C正确；将R1视为电源内电阻，由C项的分析可知，当R2＝R1＋r＝5 Ω＋5 Ω＝10 Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，则滑动变阻器消耗的总功率P′＝eq \f(E2,4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R1＋r)))＝eq \f(62,4×10)＝0.9 W，故D错误。故选C。7．(2023·长春市第二中学高二期中)如图甲所示的电路中，定值电阻R0＝4 Ω。可变电阻R的功率随自身阻值变化的函数关系如图乙所示，由此可知( C )A.电源电动势E＝2 VB．内阻r＝eq \f(4,3) ΩC．增大R，电源效率增大D．增大R，电源效率可能增大，也可能减小解析：将定值电阻R0与电源看成新的电源，当新的电源内阻与可变电阻R的阻值相等时，可变电阻R的功率最大，新的电源的输出功率最大，则有R＝eq \f(R0r,r＋R0)＝2 Ω，解得r＝4 Ω，由功率的定义可知，此时流过可变电阻的电流为IR＝eq \r(\f(PR,R))＝1 A，其两端电压为UR＝IRR＝2 V，干路电流为I＝IR＋eq \f(UR,R0)＝1.5 A，根据闭合电路欧姆定律有E＝U端＋Ir＝2V＋1.5 A×4 Ω＝8 V，A、B错误；电源效率η＝eq \f(IU,IE)＝eq \f(U,E)，U＝E－Ir＝E－eq \f(Er,\f(RR0,R＋R0)＋r)，增大R，路端电压增大，电源效率增大，C正确，D错误。8．(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( C )A．流过电动机M的电流为4 AB．流过电流表的电流为4.5 AC．电动机M输出的机械功率7.5 WD．电源的总功率为16 W解析：指示灯RL的电压UL＝eq \r(PRL)＝eq \r(16×4) V＝8 V，指示灯RL的电流IL＝eq \f(UL,RL)＝eq \f(8,16) 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＝eq \f(E－UL,r)＝eq \f(12－8,2) 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－Ieq \o\al(2,M)rM＝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错误。9．(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bB．若R2增大，则G中电流从a到bC．若R3减小，则G中电流从a到bD．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．(2023·福州高三期中)太阳能无人驾驶试验汽车，安装有5 m2的太阳能电池板和蓄能电池，该电池板在有效光照条件下单位面积输出的电功率为40 W。车上安装有效率为80%电动机。该车在正常启动和行驶时仅由蓄能电池供电。某次，电动机以恒定的机械功率1 250 W启动，汽车最大行驶速度为90 km/h。假设汽车行驶时受到的空气阻力与其速度成正比，则汽车( AB )A．以最大速度行驶时牵引力大小为50 NB．所受阻力与速度的比值为2 N·s/mC．保持90 km/h的速度行驶1 h至少需要有效光照6.25 hD．若仅用太阳能电池板供电时可获得10 m/s的最大行驶速度解析：汽车最大行驶速度为v＝90 km/h＝25 m/s，汽车以最大速度行驶时，牵引力与阻力平衡，则F＝f＝kv，此时电动机输出的机械功率为P＝Fv＝kv2＝1 250 W，解得F＝50 N，k＝2 N·s/m，故A、B正确；保持90 km/h的速度行驶1 h电动机需要输出的机械功为W＝Pt＝4.5×106 J，电动机需要输入的电能为E′＝eq \f(W,80%)＝5.625×106 J，保持90 km/h的速度行驶1 h至少需要有效光照的时间为t′＝eq \f(E′,P0S)＝7.8 125 h，故C错误；若仅用太阳能电池板供电，则电动机的输出功率为P′＝80%P0S＝160 W，此时汽车行驶的最大速度为v′＝eq \r(\f(P′,k))＝eq \r(80) m/s，故D错误。故选AB。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．如图所示，在U－I图线上的a、b、c点均对应该电路中电源的一个确定的工作状态，在b点有α＝β，则下列说法中正确的是( AD )A．在b点时电源的输出功率最大B．在b点时电源的总功率最大C．工作状态从a→b时β角增大，电源的总功率和输出功率都将增大D．工作状态从b→c时β角增大，电源的总功率和输出功率都将减小解析：根据题图可知过原点的直线的斜率表示外电阻，与两坐标轴相交的直线的斜率的绝对值表示电源内阻，当α＝β时，内外电阻相等，是电源的输出功率最大的时候，A正确；电源的总功率P总＝EI，工作状态从b→a时，β角减小，电流增大，电源的总功率增大，故在b点时电源的总功率不是最大，B错误；在b点时，电源的输出功率最大，工作状态从a→b时，β角增大，电源的输出功率增大，由于电流减小，故电源的总功率减小，C错误；工作状态从b→c时，β角增大，电源的输出功率减小，由于电流减小，故电源的总功率减小，D正确。故选AD。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)(2023·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)答案：(2)见解析图解析：(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)某同学利用如图(a)所示的电路测量干电池的电动势E与内阻r，电流表的内阻为0.5 Ω，实验时改变电阻箱的阻值R，记录电流表的相应示数，相关数值在表中给出：(1)根据电路图(a)在实物图(b)中相应位置完成实物图连线 ；(2)根据所给实验数据，在图(c)的坐标纸上画出R－eq \f(1,I)图线；(3)由R－eq \f(1,I)图线可得E＝ 3.1　 V，r＝ 1.5　 Ω(结果均保留1位小数)。答案：(1)见解析图　(2)见解析图解析：(1)根据电路图连接实物图如图1所示：(2)根据“描点法”作出的R－eq \f(1,I)图像如图2所示：(3)根据闭合电路的欧姆定律可得E＝Ieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＋r＋RA))，解得R＝E·eq \f(1,I)－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r＋RA))，所以图像的斜率即为电源电动势E＝eq \f(16.0－4.0,5.88－2.00) V≈3.1 V，图像与纵坐标的截距为－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r＋RA))＝－2.0 Ω，解得r＝1.5 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＝Ieq \o\al(2,短)r，求出r＝1 Ω。(2)一个车灯的电阻：R灯＝eq \f(U\o\al(2,额),P额)＝12 Ω，两灯并联的电阻：R并＝eq \f(R灯,2)＝6 Ω，电路中的总电流：I＝eq \f(E,R并＋r)＝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＝eq \f(U1,I1)＝eq \f(0.4,0.2) 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＝Ieq \o\al(2,2)r＝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)(2023·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＝eq \f(U1,I1)＝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＝eq \f(E－U外,r)＝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＝eq \f(xR2－x,R2)＝eq \f(－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－\f(R2,2)))2＋\f(R\o\al(2,2),4),R2)，当x＝eq \f(R2,2)时，R并最大，有R并＝eq \f(R2,4)，此时电压表的读数最大。根据闭合电路的欧姆定律有I总＝eq \f(E,R＋r)，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＝eq \f(R2,2)可知，两支路电流相等，则I＝eq \f(I总,2)＝0.15 A。R(Ω)4.07.010.013.016.0eq \f(1,I)(A－1)2.002.943.954.905.88