高中物理必修第三册物理《电能 能量守恒定律》章末综合检测-统编人教版

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章末综合检测（四） 电能 能量守恒定律A级—学考达标1．一台电动机额定电压为100 V，电阻为1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为(　　)A．500 W　　　　　　　 B．25 WC．1 000 W D．475 W解析：选B　电动机的热功率P＝I2R＝52×1 W＝25 W，B正确，A、C、D错误。2．下面是某电热水壶的铭牌，由此可知该电热水壶正常加热1 min产生的热量为(　　)A.1.80×103 J B．1.10×104 JC．1.32×104 J D．1.08×105 J解析：选D　由铭牌可知，电热水壶的额定功率为1 800 W，所以正常加热1 min产生的热量为Q＝Pt＝1 800×60 J＝1.08×105 J。3．一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则(　　)A．电动机t秒内产生的热量是Q＝UItB．电动机t秒内产生的热量是Q＝I2RtC．电动机的功率为P＝I2RD．电动机的功率为P＝eq \f(U2,R)解析：选B　电动机工作时是非纯电阻电路，输入的总电能为UIt，它转化为两部分：一是电动机内阻上产生的热能Q＝I2Rt，二是电动机对外输出的机械能E＝UIt－I2Rt。4．如图为甲、乙两灯泡的I­U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率约为(　　)A．15 W,30 W B．30 W,40 WC．40 W,60 W D．60 W,100 W解析：选C　从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A。则P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确。5．如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 V，乙电路两端的电压为16 V。调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2，两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙，则下列关系中正确的是(　　)A．P甲P乙C．P1>P2 D．P1＝P2解析：选D　由灯都正常发光可知，R1中电流是R2中电流二倍，R1两端电压是R2两端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，选项D正确，A、B、C错误。6．如图所示的电路中，电源内阻忽略不计，电动势为E，电阻R1、R2阻值相等，保持R1的阻值不变，改变R2的阻值，则关于R2消耗的功率P的说法正确的是(　　)A．R2增大，P增大；R2减小，P减小B．R2增大，P减小；R2减小，P增大C．无论R2是增大还是减小，P均减小D．无论R2是增大还是减小，P均增大解析：选C　可把R1和电源看成一体，即认为R1是电源的内阻，则根据以上推论可知，当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率(外电路消耗功率)最大，即R1＝R2时，R2消耗的功率最大，所以当改变R2阻值时，无论是增大还是减小，P均减小。7.粗细均匀的金属环上A、B、C、D四点把其周长分成四等份，如图所示，当A、B两点接入电路中时，圆环消耗的电功率为P；当A、D两点接入电路中时，圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)(　　)A．3P B.eq \f(4,3)PC．P D.eq \f(3,4)P解析：选B　设金属环的总电阻为4R，则当A、B两点接入电路中时，等效电阻为R，圆环消耗的电功率为P＝eq \f(E2,R)；当A、D两点接入电路中时，等效电阻为R1＝eq \f(R·3R,4R)＝eq \f(3R,4)，圆环消耗的电功率P1＝eq \f(E2,R1)＝eq \f(4,3)P，选项B正确。8．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。(1)除开关和导线若干外，现还提供以下器材：A．电流表(量程为0～0.6 A，内阻RA为0.2 Ω)B．电压表(量程为0～15 V)C．电压表(量程为0～3 V)D．滑动变阻器(阻值范围为0～20 Ω)E．滑动变阻器(阻值范围为0～200 Ω)实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用________。(选填相应器材前的字母)(2)为了准确测定干电池的电动势和内阻，应选择图中的________实验电路(选填“甲”或“乙”)。(3)根据实验记录，画出干电池的U­I图像如图所示，则可得干电池的电动势E＝________，内阻r＝________。解析：(1)一节干电池的电动势约为1.5 V，则电压表应选C；为方便实验操作，滑动变阻器应选最大阻值较小的D。(2)用题图甲测干电池的电动势和内阻时，由于电压表分流，E测＝eq \f(RV,RV＋r)·E，r测＝eq \f(RV,RV＋r)·r，电动势和内阻的测量值皆偏小；用题图乙测量时，由于电流表分压，E测＝E，r测＝r＋RA。一般情况下选用图甲测量，但本题中已知RA＝0.2 Ω，又r＝r测－RA，用图乙可以更加准确地测干电池的电动势和内阻。(3)由U­I图像可知E＝1.5 V，r测＝eq \f(ΔU,ΔI)＝0.5 Ω，r＝r测－RA＝0.3 Ω。答案：(1)C　D　(2)乙　(3)1.5 V　0.3 Ω9.在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；当重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。则：(1)电动机的内阻为多大？(2)电动机正常工作时，电动机的输出功率多大？解析：(1)电动机停止工作，电动机相当于纯电阻，因此其内阻r＝eq \f(U1,I1)＝eq \f(1.0,0.5) Ω＝2.0 Ω。(2)电动机恢复正常运转时，电动机的内阻发热功率P热＝I22r＝2.02×2 W＝8 W，电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0 V×2.0 A＝30 W，所以电动机的输出功率P输出＝P总－P热＝30 W－8 W＝22 W。答案：(1)2.0 Ω　(2)22 WB级—选考提能10．[多选]如图所示，E为电源电动势，r为电源内阻，R1为定值电阻(R1>r)，R2为可变电阻，以下说法中正确的是(　　)A．当R2＝R1＋r时，R2上获得最大功率B．当R1＝R2＋r时，R1上获得最大功率C．当R2＝0时，电源的效率最大D．当R2＝0时，电源的输出功率最大解析：选AD　据题意，电源的输出功率为：P＝I2R＝eq \f(E2,R＋r2)R＝eq \f(E2,R－r2＋4Rr)R，当R＝r时，外电阻有最大功率，最大功率为：Pm＝eq \f(E2,4r)，即当R2＝R1＋r时，R1＋r可以看成电源的内阻，则R2上获得最大功率，A选项正确；要使定值电阻R1上获得最大功率，需要使R1上的电流最大，故只有R2为0才可以实现，故B错，D正确；R2越大，电源的效率越大，C错。11．[多选]如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标出。闭合开关S，下列说法正确的有(　　)A．路端电压为10 VB．电源的总功率为10 WC．a、b间电压的大小为5 VD．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A解析：选AC　外电路总电阻为10 Ω，根据闭合电路的欧姆定律I＝eq \f(E,R＋r)＝1 A，所以路端电压为10 V，A项正确；电源的总功率为P总＝EI＝12 W，B项错误；a右侧电阻两端电压为15×0.5 V＝7.5 V，b右侧电阻两端电压为5×0.5 V＝2.5 V，所以Uab＝－(7.5 V－2.5 V)＝－5 V，C项正确；a、b间用导线连接后，电路总电阻为eq \f(5×15,5＋15)×2 Ω＋2 Ω＝9.5 Ω，电路的总电流不是1 A，D项错误。12．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R0′＝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的值分别为(　　)A．2 Ω，2 Ω B．2 Ω，1.5 ΩC．1.5 Ω，1.5 Ω D．1.5 Ω，2 Ω解析：选B　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)，当I＝eq \f(E,2r)＝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＝I2R0′＝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＝eq \f(P入,I)＝3 V，电阻R2两端的电压为UR2＝E－UM－Ir＝3 V，所以R2＝eq \f(UR2,I)＝1.5 Ω，选项B正确。13.[多选]电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后的保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是(　　)A．其中R2是供加热用的电阻丝B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，断开时为保温状态C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为2∶1D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为(eq \r(2)－1)∶1解析：选ABD　根据题图，由P＝eq \f(U2,R)得：当K接通时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当K断开时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，由上可知，R2是供加热用的电阻丝，故A、B正确；要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比为1∶eq \r(2)，所以(R1＋R2)∶R2＝eq \r(2)∶1，则R1∶R2＝(eq \r(2)－1)∶1，故C错误，D正确。14.如图所示是一实验电路图。在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是(　　)A．路端电压变小B．电流表的示数变大C．电源内阻消耗的功率变小D．电路的总电阻变大解析：选A　当滑片向b端滑动时，其接入电路中的电阻减小，使得外电路总电阻减小，故D错误。根据I＝eq \f(E,R＋r)，可知总电流在增加，根据闭合电路中的欧姆定律有E＝Ir＋U外，可知路端电压U外在减小，故A正确。流过电流表的示数为I＝eq \f(U外,R3)，可知电流在减小，故B错误。根据P＝I2r，可知内阻消耗的功率在增大，故C错误。15．利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图如图1所示；图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和电流表A1内阻之和为10 000 Ω(比r和滑动变阻器的总电阻大得多)，A2为理想电流表。(1)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至______(填“a端”“中央”或“b端”)。(2)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2。多次改变滑动端c的位置，得到的数据如下表所示。在图2所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线。(3)利用所得曲线求得电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω(保留两位有效数字)。(4)该电路中电源输出的短路电流I＝ ________A。解析：(1)为保证安全，开始时滑动变阻器应接到最大值，故应接b端；(2)将各点依次描出，连线如图所示；(3)由图示可知，电源电动势E＝I1(R1＋RA1)＝149×10－6×10 000 V＝1.49 V，电源内阻r＝eq \f(ΔI1R1＋RA1,ΔI2)＝eq \f(149－120×10－6×10 000,480×10－3) Ω≈0.60 Ω；(4)短路电流I＝eq \f(E,r)＝eq \f(1.49,0.60) A＝2.4 A。答案：(1)b端　(2)图像见解析　(3)1.49　0.60　(4)2.416．如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重为20 N，不计摩擦力，求：(1)电动机线圈上消耗的热功率是多少？(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少？(3)10 s内，可以把重物A匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？解析：电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，输出功率是机械功率。(1)根据焦耳定律，电动机线圈上消耗的热功率为PQ＝I2r＝12×1 W＝1 W。(2)电动机的输入功率等于输入电流与电动机的两端电压的乘积，故有P入＝IU＝1×5 W＝5 W。输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率，所以有P出＝P入－PQ＝5 W－1 W＝4 W。(3)电动机的输出功率用来提升重物，转化为机械功率，在10 s内，有P出t＝mgh，解得h＝eq \f(P出t,mg)＝eq \f(4×10,20) m＝2 m。(4)电动机的机械效率η＝eq \f(P出,P入)＝eq \f(4,5)×100%＝80%。答案：(1)1 W　(2)5 W　4 W　(3)2 m　(4)80%17．太阳能是人类使用的最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经出现在我们的生活中。晓雨在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：容积(V)　　　　　　　　100 L集热管的采光面积(S) 1.5 m2效率(η) 40%使用年限(z) 15年(1)晓雨家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？(2)与效率为80%的电热水器相比，晓雨家每天可节约多少电能？解析：(1)设T为光照时间，k＝1.0×103 J/(s·m2)Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×(45－25)J＝8.4×106 J太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη因为Q吸＝Q放，所以T＝eq \f(Q吸,kSη)＝eq \f(8.4×106,1.0×103×1.5×40%) s＝1.4×104 s≈3.9 h。(2)由Q吸＝Q电η1得Q电＝eq \f(Q吸,η1)＝eq \f(8.4×106,0.8) J＝1.05×107 J≈2.9 kW·h。答案：(1)3.9 h　(2)2.9 kW·h电热水壶型号SP—356 A额定电压220 V额定功率1 800 W额定频率50 Hz额定容量1.5 LI1(mA)0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2(mA)48040032023214068