高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第五章 电能与能源的可持续发展本章综合与测试随堂练习题

第五章　电能与能源的可持续发展

本章达标检测

一、单项选择题(本题共6小题,每小题5分,共30分。在每小题给出的四个选项中,只有一个是符合题目要求的)

1.自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需能量的能源,在下列几组能源中,属于可再生能源的一组是              (　　)

A.水能、石油、核能　　　　B.风能、煤炭、天然气

C.煤炭、石油、天然气　　　　D.风能、水能、太阳能

2.(2021山东师范大学附中高二上月考)国家航天局消息,“嫦娥四号”着陆器于2019年7月26日19时12分成功完成唤醒设置,进入第8月昼工作期。“嫦娥四号”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,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,则每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量大约是              (　　)

A.0.48 J　　　　B.0.12 J

C.0.26 J　　　　D.0.52 J

3.一根电阻丝,1 s通过1 C的电荷量所消耗的电能是8 J。若在1 s内通过3 C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是              (　　)

A.4 V,16 J　　　　B.8 V,16 J

C.24 V,24 J　　　　D.24 V,72 J

4.(2021陕西咸阳高二上月考)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。只接通S1时,电流表示数为10 A,电压表示数为12 V;再接通S2,启动电动机工作时,电流表示数变为8 A,则此时通过启动电动机的电流是              (　　)

A.2 A　　　　B.8 A　　　　C.50 A　　　　D.58 A

5.(2021河南天一高二上期中联考)在抗击新冠肺炎期间,欢乐送机器人为数十家医院提供了无接触配送服务。该机器人正常工作时电源输出电压为29 V,输出电流为4 A,整机质量为30 kg。在某次无接触配送服务时该机器人承载药品的质量为20 kg,行驶速度为1.2 m/s,在行驶过程中受到的阻力大小为总重力的0.15,重力加速度g取10 m/s2。不计其他能量损耗,则该机器人内部电阻的阻值为              (　　)

A.1.625 Ω　　　　B.3.5 Ω　　　　C.3.875 Ω　　　　D.7.25 Ω

6.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,且电动机正常工作。现在调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0,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.滑动变阻器的功率减为初始时的四分之一

二、多项选择题(本题共2小题,每小题8分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得8分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)

7.(2021山东临沂高二上月考)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电器的输出电压为U,输出电流为I,锂电池的内阻为r,下列说法正确的是              (　　)

A.锂电池产生的热功率为UI

B.充电器的充电效率为×100%

C.锂电池将电能转化为化学能的功率为UI-I2r

D.充电器输出的电功率为UI

8.如图所示,一电动自行车动力电源的铭牌上标有“36 V、10 A·h”字样,假设工作时电源(不计内阻)的输出电压恒为36 V,额定输出功率为180 W,由于电动机发热造成损耗(其他损耗不计),该电动自行车的效率为80%,则下列说法正确的是              (　　)

A.该电动自行车的额定工作电流为5 A

B.该电动自行车的电池充满电后总电荷量为3.6×103 C

C.该电动自行车电动机的内阻为7.2 Ω

D.该电动自行车保持额定功率行驶的最长时间是2 h

三、非选择题(共4小题,共54分)

9.(2021江苏连云港赣榆高二上月考)(10分)(1)电鳗是放电能力最强的淡水鱼类,它的发电器位于身体两侧的肌肉内,每个肌肉薄片像一个小电池,能产生约0.15 V的电压,近万个这样的小电池　　　　(选填“串联”或“并联”)起来,就可以产生很高的电压。电鳗在放电时,将化学能转化为　　　　。一条电鳗某次放电产生500 V的电压,并形成2 A的电流,则该电鳗此次的放电功率达到　　　　W。 

(2)如图所示为家庭常用的电热水壶(一种用电加热饮用水的方便热水壶)。若小明家的电热水壶规格为“220 V　1.1 kW”,则该电热水壶正常工作时的电流是　　　　A,该电热水壶正常工作时的电阻是　　　　Ω。 

10.(2021湖北宜城高二上月考)(12分)太阳能是一种新能源,人造卫星上的太阳能电池板把太阳能转化为电能,然后供卫星内的设备使用。若每个太阳能电池板的电动势为0.40 V,短路电流为0.04 A,则:

(1)每个太阳能电池板的内阻为多少?

(2)现用多个这种太阳能电池板串联,对标称值为“2.4 V、0.048 W”的用电器供电,则需要多少个这样的太阳能电池板才能使用电器正常工作?

11.(2020江西赣州十六校高二上期中联考)(14分)如图所示,M为电动机,N为电热丝,恒定电压U=10 V,S1闭合、S2断开时,电流表示数为I1=8 A,当S2闭合、S1断开时,电流表示数为I2=2 A,电动机正常工作,且电动机输出功率正好可以用来以v=2 m/s的速度匀速提升一个重为G=8 N的物体(不计空气阻力)。求:

(1)电热丝的电阻R及S1闭合时电热丝的发热功率P1;

(2)电动机的内阻RM;

(3)在电动机正常工作时,电能转化为机械能的效率η。

12.(2021河南焦作高二上期中)(18分)在课外探究活动中,某同学将开关、电动机、电流表和电阻箱串联后接到直流电源上。将电阻箱接入电路的阻值调到R1=18 Ω时,闭合开关后,电动机并没有转动,这时电流表的读数I1=0.45 A;此后,调整电阻箱接入电路的阻值,当电阻箱接入电路的阻值R2=9 Ω时,电动机正常工作,电流表的读数I2=0.65 A。已知直流电动机的线圈阻值RM=1.0 Ω,电流表为理想电表,直流电源的内阻r=1.0 Ω。求:

(1)直流电源的电动势E和电动机的额定电压U;

(2)电动机正常工作时的机械功率P(保留两位有效数字)。

答案全解全析

1.D　煤炭、石油、天然气、核能属于不可再生能源,风能、水能、太阳能属于可再生能源,选项D正确。

2.C　单片单晶硅太阳能电池每秒产生的电能为W=UIt=0.6×0.1×1 J=0.06 J,则每秒照射到单片单晶硅太阳能电池上太阳光的能量大约是W'== J≈0.26 J,选项C正确。

3.D　因为电阻丝在1 s通过1 C的电荷量所消耗的电能是8 J,由W=qU可得此时电阻丝两端电压为U==8 V,若电阻丝在1 s内通过3 C的电荷量,根据I=可得I'=3I,根据U=IR可知,电阻不变,此时电阻丝两端电压为U'=3U=24 V,电阻丝在这段时间内消耗的电能为W=q'U'=72 J,选项D正确。

4.C　只接通S1时,由闭合电路欧姆定律可得蓄电池的电动势为E=U+Ir=12 V+10×0.05 V=12.5 V,车灯的电阻为RL== Ω=1.2 Ω;再接通S2后,流过启动电动机的电流为I电动机=-I'= A-8 A=50 A,选项A、B、D错误,C正确。

5.A　机器人匀速行驶,牵引力等于阻力,则机器人的输出功率P输出=k(M+m)gv,由能量关系可知IU-I2r=k(m+M)gv,解得r=1.625 Ω,选项A正确。

6.B　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时,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,选项A、C错误;电路中的电流减小为I0时,电源的电动势不变,根据P=EI知,电源的总功率减为初始时的,选项B正确;调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0,说明滑动变阻器接入电路的电阻增大,由P=I2R知滑动变阻器的功率大于初始时的,选项D错误。

7.CD　锂电池产生的热功率为P热=I2r<UI,选项A错误;充电器输出的电功率为P输出=UI,选项D正确;充电时,锂电池将电能转化为化学能和内能,根据能量守恒定律,有UI=I2r+P化学能,故P化学能=UI-I2r,选项C正确;充电器的充电效率η=×100%=×100%,选项B错误。

8.AD　由P=UI可知,额定电流I== A=5 A,选项A正确;电池充满电后总电荷量为Q=10 A·h=10×3 600 C=3.6×104 C,选项B错误;电动自行车的热功率P热=20%P=180×0.2 W=36 W,则由P热=I2r可得r= Ω=1.44 Ω,选项C错误;根据电池容量Q=10 A·h,额定工作电流为5 A,则可得t== h=2 h,选项D正确。

9.答案　(1)串联(2分)　电能(2分)　1 000(2分)　(2)5(2分)　44(2分)

解析　(1)电池串联,总电压等于各串联电池电压之和;电鳗放电时,将化学能(或生物质能)转化为电能;由题意,一条电鳗某次放电产生500 V的电压,并形成2 A的电流,则该电鳗此次的放电功率P=UI=500×2 W=1 000 W。

(2)该电热水壶正常工作时的电流I== A=5 A,正常工作时的电阻R== Ω=44 Ω。

10.答案　(1)10 Ω　(2)12

解析　(1)太阳能电池板的内阻r== Ω=10 Ω　 (3分)

(2)“2.4 V、0.048 W”的用电器额定电流I1==0.02 A(3分)

设共需要n个这样的太阳能电池板串联,则nE=I1·nr+U (3分)

代入数据解得n=12 (3分)

11.答案　(1)1.25 Ω　80 W　(2)1 Ω　(3)80%

解析　(1)由欧姆定律和电功率公式得R==1.25 Ω(2分)

P1=UI1=80 W(2分)

(2)电动机的输出功率为P2=Gv=16 W(2分)

电流对电动机做功的总功率P=UI2=20 W(2分)

电动机的发热功率为PQ=P-P2=RM(2分)

得RM=1 Ω(2分)

(3)电能转化为机械能的效率η=×100%=80% (2分)

12.答案　(1)9.0 V　2.5 V　(2)1.2 W

解析　(1)根据闭合电路欧姆定律有E=I1(R1+RM+r) (4分)

得E=9.0 V(2分)

电动机的额定电压为UM=E-I2(R2+r) (4分)

得U=2.5 V(2分)

(2)根据能量守恒定律有I2UM=P+RM(4分)

解得P=1.2 W(2分)