高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试课时作业

第十二章  电能 能量守恒定律 单元检测（B卷）

一、单选题：(每题4分，共计32分)

1.“神舟”七号飞船的发射、回收成功，标志着我国载人航空航天技术达到了世界先进水平．飞船在太空飞行时用太阳能电池供电，太阳能电池由许多片电池板组成．某电池板开路电压是800 mV，短路电流为40 mA，若将该电池板与阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是(　　)

A．0.10 V　　　　　　　　 B．0.20 V

C．0.30 V   D．0.40 V

【解析】　电源电动势E＝0.8 V

内阻r＝＝＝20 Ω，当接入R＝20 Ω电阻时

I＝＝0.02 A，所以U＝IR＝0.4 V

【答案】　D

2.图中的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能为3×106 J．如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h．光电池的光电转换效率为(　　)

A．4.8%   B．9.6%

C．16%   D．44%

答案　C

解析　太阳能电池板每天(6 h)吸收的太阳能：W总＝0.3×3×106×6 J＝5.4×106 J，路灯正常工作，P＝P额＝30 W，路灯正常工作8 h消耗的电能：W有＝Pt＝30 W×8×3 600 s＝8.64×105 J，则光电池的光电转换效率为：η＝×100%＝×100%＝16%.

3.在如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻恒定且不可忽略．初始时刻，电路中的电流等于I0，且观察到电动机正常转动．现在调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0的一半，观察到电动机仍在转动．不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是(　　)

A．电源的热功率减为初始时的一半

B．电源的总功率减为初始时的一半

C．电动机的热功率减为初始时的一半

D．变阻器的功率减为初始时的四分之一

答案　B

解析　电源的内阻和电动机的内阻不变，根据公式P＝I2R知：电路中的电流减小为I0的一半，则电源的热功率减为初始时的，电动机的热功率减为初始时的，故A、C错误．根据P＝EI知：电路中的电流减小为I0的一半，而电源的电动势不变，则电源的总功率减为初始时的一半，故B正确；电路中的电流减小为I0的一半，说明变阻器接入电路的电阻增大，所以由P＝I2R知变阻器的功率大于初始时的，故D错误．

4.如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间内（　　）

A．充电宝输出的电功率为

B．充电宝产生的热功率为

C．手机电池产生的焦耳热为

D．手机电池储存的化学能为

【答案】D

【解析】A．充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为

A错误；

BC．手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为

而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，BC错误；

D．输出的电能一部分转化为手机的化学能，一部分转化为电池的热能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为

D正确。

故选D。

5.如图所示为一块手机电池背面上的一些标识，下列说法正确的是(　　)

A．该电池的容量为500 C

B．该电池工作时的输出电压为3.6 V

C．该电池在工作时允许通过的最大电流为500 mA

D．若待机时的电流为10 mA，理论上可待机50 h

答案　D

解析　由电池上的标识数据可知，该电池的容量为500 mA·h＝500×10－3×3 600 C＝1 800 C，故A错误；3.6 V是电池的电动势，不是输出电压，故B错误；电池的容量是500 mA·h，不表示该电池在工作时允许通过的最大电流为500 mA，故C错误；若待机时的电流为10 mA，理论上可待机时间t＝＝＝50 h，故D正确．

6.如图所示为欧姆表的原理示意图．其中，电流表的满偏电流为300 μA，内阻rg＝100 Ω，调零电阻最大值R＝50 kΩ，串联的定值电阻R0＝50 Ω，电池电动势E＝1.5 V．用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是(　　)

A．30～80 kΩ   B．3～8 kΩ

C．300～800 Ω   D．30～80 Ω

答案　B

解析　用欧姆表测量电阻，指针指在表盘中央附近时测量结果比较准确．当电流最大时，Ig＝，其中R内为欧姆表的内阻，得R内＝＝ Ω＝5 000 Ω，用它测量电阻Rx，当指针指在表盘中央时Ig＝，得Rx＝－R内＝5 000 Ω，故能准确测量的阻值范围是5 kΩ附近，选项B正确．

7.四个相同的小灯泡按照如图所示的(a)、(b)两种方式接入电压相等的电路中，调节R1、R2使四个小灯泡都正常发光，这时可变电阻R1、R2消耗的电功率P1和P2的关系为　　

A．P1=2P2 B．P1＞2P2 C．P1＜2P2 D．P1=P2

【答案】B

【解析】灯泡规格相同且正常发光，甲图灯泡并联，电流为

乙图灯泡串联，电流为

电阻的电压为

消耗的功率为

电阻的电压为

消耗的功率为

所以有

故A、CD错误，B正确；故选B。

8.某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24V/200W)和10个相同的指示灯X1～X10(220V/2W)，将其连接在220 V交流电源上，电路如图2－5－10所示，若工作一段时间后，L2 灯丝烧断，则(　　)

A. X1的功率减小，L1的功率增大

B. X1的功率增大，L1的功率增大

C. X2功率增大，其它指示灯的功率减小

D. X2功率减小，其它指示灯的功率增大

【解析】　显然L1和X1并联、L2和X2并联…然后他们再串联接在220 V交流电源上，L2 灯丝烧断，则总电阻变大、电路中电流I减小，又L1和X1并联的电流分配关系不变，则X1和L1的电流都减小、功率都减小，同理可知除X2 和L2 外各灯功率都减小，A、B均错；由于I减小，各并联部分的电压都减小，交流电源电压不变，则X2 上电压增大，根据P＝U2/R可知X2 的功率变大，C对、D错．

【答案】　C

二、多选题（每题4分，共计16分）

9.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体，电梯静止时电压表示数为，电源内阻不能忽略。若在某个运动过程中，电压表的示数变化如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）

A．时间内电梯内的物体处于超重状态

B．时间内电梯内的物体处于失重状态

C．时间内电梯可能处于匀加速直线运动状态

D．时间内电梯可能处于匀减速直线运动状态

【答案】BC

【解析】A．在0~t1时间内，电压表的示数从U0开始逐渐变大，则电路中的电流减小，总电阻变大，压敏电阻的阻值增大，则所受压力减小，则电梯内的物体处于失重状态，选项A错误；

BD．在t2~t3时间内，电压表的示数逐渐变小，则电流变大，总电阻变小，压敏电阻的阻值增减小，则所受压力变大，则电梯内的物体处于超重状态；由于电压表读数是变化的，则外电阻是变化的，压敏电阻阻值是变化的，所受压力是变化的，则电梯不可能做匀变速运动，选项B正确，D错误；

C．在t1~t2时间内，电压表的示数大于静止时的读数且保持不变，说明外电路电阻变大且保持不变，压敏电阻受压力减小，电梯内的物体处于失重状态，电梯的加速度向下且保持不变，则电梯可能处于向下的匀加速直线运动状态，选项C正确；

故选BC。

10.额定电压均为220 V的白炽灯L1和L2的U－I特性曲线如图甲所示，现将和L2完全相同的L3与L1和L2一起按如图乙所示电路接入220 V电路中．则下列说法正确的是(　　)

A．L2的额定功率约为99 W

B．L2的实际功率约为17 W

C．L2的实际功率比L3的实际功率小17 W

D．L2的实际功率比L3的实际功率小82 W

解析：选ABD.由L2的伏安特性曲线可得，在额定电压220 V 时的电流为0.45 A，则L2的额定功率为P额＝U额I额＝99 W，选项A正确；图示电路为L1和L2串联再与L3并联，所以L1和L2串联后两端的总电压为220 V，那么流过L1和L2的电流及两灯的电压满足I1＝I2，U1＋U2＝220 V，由L1和L2的U－I图线可知，I1＝I2＝0.25 A，U1＝152 V，U2＝68 V，故灯L2的实际功率P2＝I2U2＝17 W，故选项B正确；由于L3两端的电压为220 V，故P3＝P额＝99 W，则P3－P2＝82 W，故选项C错误，选项D正确．

11.电源电动势为E，内电阻为r，L1、L2、L3是相同规格的小灯泡。闭合开关S，当滑动变阻器的触片从左端滑到右端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1，和ΔU2，下列说法中正确的是（　　）

A．小灯泡L3变亮，L1、L2变暗

B．小灯泡L3变暗，L1、L2变亮

C．ΔU1<ΔU2

D．ΔU1>ΔU2

【答案】AD

【解析】AB．当滑动变阻器的触片P从左端滑到右端时，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，总电流减小，则L2变暗，路端电压变大，L2两端电压变小，则并联部分电压增大，则L3变亮，由于总电流变小，流过L3的电流变大，则流过L1的电流变小，所以L1变暗，故A正确，B错误；

CD．由于总电流变小，L2两端电压变小，路端电压变大，则并联部分电压的增大值比L2两端电压的减小值更大，则有

ΔU1>ΔU2

故C错误，D正确。

故选AD。

12.如图所示，直流电源、滑动变阻器、平行板电容器与理想二极管(正向电阻为0，反向电阻为∞)连接，电源负极接地.开始时电容器不带电，闭合开关S，稳定后，一带电油滴恰能静止在电容器中的P点.在开关S保持接通的状态下，下列说法正确的是(　　)

A.当滑动变阻器的滑片向上滑动时，带电油滴会向上运动

B.当电容器的上极板向上移动时，带电油滴会向下运动

C.当电容器的下极板向下移动时，P点的电势不变

D.当电容器的下极板向左移动时，P点的电势会升高

答案　AD

解析　带电油滴恰好静止，其合力为零，受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力，即mg＝qE.当滑动变阻器的滑片向上滑动时，其电阻值变大，电容器两端的电压U变大，对电容器进行充电，两极板间电场强度E变大，带电油滴受到的电场力大于重力，会向上运动，选项A正确；当电容器的上极板向上移动时，极板间距d变大，根据C＝＝，电容器的电荷量Q应减小，但由于二极管的单向导电性，电容器只能进行充电，不能进行放电，故此时，电容器的电荷量Q不变，电场强度E＝＝不变，带电油滴仍静止不动，选项B错误；同理，当电容器的下极板向下移动时，d变大，电场强度E不变，而P点到下极板的距离变大且下极板的电势不变，故P点电势升高，选项C错误；当电容器的下极板向左移动时，S变小，根据C＝＝和二极管的单向导电性，电容器的电荷量Q不变，电场强度E＝变大，而P点到下极板的距离不变，故P点电势升高，选项D正确.

三、实验题（本题共3小题，共计24分）

13.（6分）如图甲所示是一种测量电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电量Q，从而再求出电容器的电容C．某同学在一次实验时的情况如下：接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是I0=490μA，电压表的示数U0=6．0V，I0、U0分别是电容器放电时的初始电压和电流．断开开关S，同时开始计时，每隔5S测读一次电流I的值，将测得数据填入表格，并标在图乙坐标纸上（时间t为横坐标、电流i为纵坐标），结果如图中小黑点“．”所示．

（1）在图乙中画出i—t图线，图线与坐标轴所围成面积的物理意义是      ；

（2）该电容器电容为______F（结果保留两位有效数字）；

（3）若某同学实验时把电压表接在E、D两端，则电容的测量值比它的真实值____（填“大”、“小”或相等）．

【答案】（1）在开始放电时电容器所带的电量；（2）1．0×10-3（3） 小

【解析】（1）由知，电荷量为I-t图象与坐标轴所包围的面积：则面积为电容器在开始放电时时所带的电荷量；

（2）查出格子数，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求：

则

（3）电容的测量值比它的真实值偏小，原因是若把电压表接在E、D两端，则电容器在放电时，有一部分电量会从电压表中通过，从而使得通过电流表中的电量小于电容器的带电量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小．

14.（10分）同学们用如图1所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势和内电阻．实验室提供的器材如下：电压表，电阻箱（阻值范围）；开关、导线若干．

（1）请根据图1所示的电路图，在图2中用笔替代导线，画出连线，把器材连接起来_____________．

（2）某同学开始做实验，先把变阻箱阻值调到最大，再接通开关，然后改变电阻箱，随之电压表示数发生变化，读取和对应的，并将相应的数据转化为坐标点描绘在图中．请将图3、图4中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图5所示的坐标系中（描点用“+”表示），并画出图线_____________；

（3）根据图5中实验数据绘出的图线可以得出该电池组电动势的测量值_____________V，内电阻测量值______________Ω.（保留2位有效数字）

（4）实验中测两组的数据，可以利用闭合电路欧姆定律解方程组求电动势和内阻的方法．该同学没有采用该方法的原因是_____________________．

（5）该实验测得电源的电动势和内阻都存在误差，造成该误差主要原因是__________________．

（6）不同小组的同学分别用不同的电池组（均由同一规格的两节干电池串联而成）完成了上述的实验后，发现不同组的电池组的电动势基本相同，只是内电阻差异较大．同学们选择了内电阻差异较大的甲、乙两个电池组进一步探究，对电池组的内电阻热功率以及总功率分别随路端电压变化的关系进行了猜想，并分别画出了如图6所示的和图象．若已知乙电池组的内电阻较大，则下列各图中可能正确的是_______________________（选填选项的字母）．

【答案】（1）电路连线如图：

    （2）画出图线如图：

    （3）2.8V，    1Ω    （4）偶然误差较大；    （5）电压表内阻不是无穷大；    （6）AC   

【解析】（1）电路连线如图：

（2）画出图线如图：

（3）根据闭合电路欧姆定律可得：，即，则由图像可知：，r=b=1Ω；

（4）由于读数不准确带来实验的偶然误差，实验中测两组U、R的数据，利用闭合电路欧姆定律解方程组求电动势和内阻的方法不能减小这种偶然误差，而利用图象进行处理数据可以减小偶然误差.

（5）由于电压表内阻不是无穷大，所以在电路中分流，从而带来系统误差；

（6）电池组的内电阻热功率，则对于相同的U值，则r越大，对应的P1越小，可知A正确，B错误；总功率：，则对相同的U值，r越大P2越小，故C正确，D错误.

15.（8分）如图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA 挡，欧姆×100Ω挡。

(1)关于R6的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。

A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置

B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置

C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置

(2)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为__________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为____________。(结果均保留3位有效数字)

【答案】B    1.47 mA    1.10 kΩ    2.94 V   

【解析】（1）[1]ABC．可变电阻R6的作用是进行欧姆调零，AC错误，B正确。

故选B。

（2）[2] B端接 “1”、 “2”时是电流挡。接“1”和“2”时电路总电流分别为

，

因为

则接“1”时是直流电流2.5 mA 挡，则多用电表读数为1.47 mA。

[3] B端是与“3”相连是欧姆挡，则多用电表读数为。

[4] B端是与“5”相连是直流电压5 V挡，则多用电表读数为2.94 V。

四、计算题（本题共3小题，共计28分）

16.（8分）如图所示电路，A、B两点间接上一电动势为4V、内电阻为1Ω的直流电源，三个电阻的阻值均为4Ω，电容器的电容为20μF，电流表内阻不计，求：

(1)闭合开关S后，电容器所带电荷量；

(2)断开开关S后，通过R2的电荷量。

【答案】(1)6.4×10-5C；(2)

【解析】(1)当电键S闭合时，电阻、被短路，据欧姆定律得电流表的读数为

电容器所带电荷量

(2)断开电键后，电容器相当于电源，外电路、并联后与串联，由于各个电阻相等，则通过的电荷量为

17.（10分如图所示的电路中，定值电阻均为R，电源电动势为E，内阻，水平放置的平行金属板A、B间的距离为d，质量为m的小液滴恰好能静止在两板的正中间。（重力加速度用g表示）求：

(1)流过电源的电流大小；

(2)两金属板间的电场强度的大小；

(3)小液滴带何种电荷，带电量为多少。

【答案】(1)；(2)；(3)负电，

【解析】(1)根据闭合电路的欧姆定律，流过电源的电流为

(2)电容器两极板间的电压为

两金属板间的电场强度为

(3)平行板电容器内电场方向竖直向下，因为液滴静止，液滴受到重力和竖直向上的电场力，液滴带负电，有

液滴的电量为

18.（10分如图所示，甲图中变阻器的滑片从一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中的AC、BC两直线所示，电表均为理想电表．

(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图象应分别为U—I图象中的哪一条直线？

(2)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少？

(3)求出电源的电动势和内阻．

答案　(1)见解析　(2)3 Ω　12 Ω　(3)8 V　1 Ω

解析　(1)电流增大，路端电压减小，定值电阻R0分压增大，V1表示电阻R0两端电压，示数变化如AC直线所示，V2指示路端电压，示数变化如BC直线所示．

(2)根据欧姆定律，由题图乙可知，R0＝＝ Ω＝3 Ω.

当电流取最小值I0＝0.5 A时，变阻器的阻值最大，此时变阻器两端电压UR＝UB－UA＝(7.5－1.5)V＝6 V，总电阻R＝＝ Ω＝12 Ω.

(3)根据闭合电路欧姆定律，路端电压与电流的关系是U＝E－Ir

所以BC直线斜率的绝对值表示电源内阻，

即r＝＝ Ω＝1 Ω，\

电动势E＝UB＋I0r＝(7.5＋0.5×1)V＝8 V．