人教版高中物理（必修三）同步讲义+练习第十二章 电能 能量守恒定律 章末检测题（含解析）

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第十二章 电能 能量守恒定律 章末检测题一、单选题1．如图所示，一手持迷你小风扇内安装有小直流电动机，其线圈电阻为 SKIPIF 1 < 0 ，额定电压为U，额定电流为I。将它与电动势为E的直流电源连接，电动机恰好正常工作，则（　　）  A．电源的内电阻为 SKIPIF 1 < 0  B．电源输出功率 SKIPIF 1 < 0 C．电动机线圈电阻的发热功率 SKIPIF 1 < 0  D．电动机输出的机械功率为 SKIPIF 1 < 0 【答案】D【解析】A．电动机恰好正常工作，根据闭合电路欧姆定律可得电源的内电阻为 SKIPIF 1 < 0 故A错误；BC．电源输出功率为 SKIPIF 1 < 0 因为直流电动机为非纯电阻元件，可知电动机内阻上消耗的电功率小于电动机的额定功率，有 SKIPIF 1 < 0 即 SKIPIF 1 < 0 故电动机线圈电阻的发热功率为 SKIPIF 1 < 0 故BC错误；D．电动机输出的机械功率为 SKIPIF 1 < 0 故D正确。故选D。2．如图所示为两个导体甲、乙串联接入电路后的I-U关系图线。由图线分析可知下列选项正确的是（　　）  A．加在导体甲两端的电压大B．经一段时间导线甲产生的热量多C．导体乙的电阻大D．导体乙消耗的电功率小【答案】C【解析】C．I-U图线中，斜率的倒数表示导体的电阻，由图可知 SKIPIF 1 < 0 故C正确；A．根据串联电路等流分压，可得 SKIPIF 1 < 0 即加在导体乙两端的电压大。故A错误；B．由焦耳定律，有 SKIPIF 1 < 0 可知经一段时间导线乙产生的热量多。故B错误；D．根据 SKIPIF 1 < 0 导体甲消耗的电功率小。故D错误。故选C。3．如图所示电路中，直流电源内阻 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 为定值电阻，滑动变阻器最大阻值为 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 。开关K闭合且电路稳定后，滑动变阻器的滑片P缓慢从b向a滑动过程中（　　）  A．电流表示数变小 B．电源的效率增加C．通过 SKIPIF 1 < 0 的电流方向为从d到c D．滑动变阻器消耗的功率一直减小【答案】C【解析】A．滑动变阻器的滑片P缓慢从b向a滑动过程中，接入电路的电阻减小，电路的总电阻减小，根据闭合电路欧姆欧姆定律可知，电路的电流增大，电流表示数增大，故A错误；B．电源的效率为 SKIPIF 1 < 0 当滑动变阻器接入电路的电阻减小，电源效率减小，故B错误；C．根据闭合电路欧姆定律有 SKIPIF 1 < 0 当滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路的电流增大时，路端电压减小，电容器电压减小，根据电容器定义式 SKIPIF 1 < 0 可知电荷量在减小，电容器在放电状态，所以通过 SKIPIF 1 < 0 的电流方向为从d到c，故C正确；D．把R1看作电源的内阻，滑动变阻器接入电路的电阻减小，若 SKIPIF 1 < 0 外电路的阻值先靠近等效电源的内阻后远离等效电源的内阻，等效电源的输出功率先变大后变小，滑动变阻器消耗的功率先变大后变小，若 SKIPIF 1 < 0 滑动变阻器消耗的功率一直减小，故D错误。故选Ｃ。4．人体含水量约 SKIPIF 1 < 0 ，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。某脂肪测量仪如图甲所示，其原理就是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例，其内部电路可简化为图乙，不计电源内阻。测量时，闭合开关，测试者两手分别握手柄A、B，体型相近的两人相比，脂肪含量高者握着手柄时（    ）  A．电流表的读数更大 B．电压表的读数更大C．定值电阻R两端的电压更大 D．电压表的读数与电流表的读数的比值更小【答案】B【解析】由题可知脂肪含量高者不容易导电，则电阻较大，所以脂肪含量高者握着手柄，电流较小，则定值电阻R两端的电压更小，电压表示数更大， 电压表的读数与电流表的读数的比值更大。故选B。5．如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电流表、电压表均为理想电表，当 SKIPIF 1 < 0 的滑片向左滑动时（    ）  A．电压表读数变小B．电流表读数变大C． SKIPIF 1 < 0 消耗的功率变大D．电压表读数的变化量与电流表读数的变化量之比 SKIPIF 1 < 0 的绝对值不变【答案】D【解析】AB．当 SKIPIF 1 < 0 的滑片向左滑动时，接入电路中的电阻增大，根据闭合电路欧姆定律 SKIPIF 1 < 0 可知电流表的读数减小，根据 SKIPIF 1 < 0 可知电源的内电压和R1两端电压均减小，则电压表的读数为 SKIPIF 1 < 0 所以电压表的读数增大，故AB错误；C． SKIPIF 1 < 0 消耗的功率为 SKIPIF 1 < 0 可知 SKIPIF 1 < 0 消耗的功率在减小，故C错误；D．根据闭合电路欧姆定律得电压表两端电压为 SKIPIF 1 < 0 由上式得 SKIPIF 1 < 0 为U1-I图像的斜率，即为 SKIPIF 1 < 0 所以电压表读数的变化量与电流表读数的变化量之比的绝对值不变，故D正确。故选D。6．如图所示是小文同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图．当开关闭合时，灯 SKIPIF 1 < 0 不亮，灯 SKIPIF 1 < 0 亮，电流表有读数．电压表没有示数，则故障原因可能是（　　）  A． SKIPIF 1 < 0 断路 B． SKIPIF 1 < 0 短路 C． SKIPIF 1 < 0 断路 D． SKIPIF 1 < 0 短路【答案】B【解析】AC．电流表有示数，说明电路故障不可能是断路，故AC错误；BD．电压表无示数，说明电压表并联部分短路或者串联部分断路，又因为不断路，只能电压表并联部分短路。综合判断，是L1短路，故B正确，D错误。故选B。7．如图所示是一款海上风力发电机，主要安装在近海。该型号风力发电机的叶轮直径长达200m，它运行起来可以自动调节使得叶轮转动的平面始终与风向垂直，把通过此圆面空气动能的10%转化为电能，已知空气的密度为1.2kg/m3。若某段时间内，该风力发电机所在地区的风速为10m/s，则此时风力发电机的发电功率约为（　　）  A．1.9×106kW B．1.9×103kW C．10.9×106kW D．10.9×103kW【答案】B【解析】选取Δt时间内的一段空气柱为研究对象，其质量为 SKIPIF 1 < 0 产生的电能为 SKIPIF 1 < 0 所以风力发电机的发电功率约为 SKIPIF 1 < 0 故选B。8．太阳能汽车是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能工作的一种新型汽车。已知太阳辐射的总功率约为 SKIPIF 1 < 0 ，太阳到地球的距离约为 SKIPIF 1 < 0 ，假设太阳光传播到达地面的过程中约有40%的能量损耗，某太阳能汽车所用太阳能电池板接收到的太阳能转化为机械能的转化效率约为15%。如果驱动该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率为5kW，且其中的 SKIPIF 1 < 0 来自于太阳能电池，则所需的太阳能电池板的面积至少约为（　　）A． SKIPIF 1 < 0  B． SKIPIF 1 < 0  C． SKIPIF 1 < 0  D． SKIPIF 1 < 0 【答案】C【解析】根据题意，设太阳能电池板的面积为 SKIPIF 1 < 0 ，则太阳能电池板接受太阳能的功率为 SKIPIF 1 < 0 又有 SKIPIF 1 < 0 联立解得 SKIPIF 1 < 0 故选C。二、多选题9．图为一直流电动机工作时的电路原理图。已知 SKIPIF 1 < 0 ，电动机内电阻 SKIPIF 1 < 0 ，电阻 SKIPIF 1 < 0 。用它以 SKIPIF 1 < 0 的速度竖直向上匀速提升某重物时，理想电压表示数 SKIPIF 1 < 0 ，重力加速度g取 SKIPIF 1 < 0 。不计一切阻力，则提升过程中（　　）  A．流经电动机的电流为 SKIPIF 1 < 0  B．输入电动机的电功率为 SKIPIF 1 < 0 C．电动机输出的机械功率为 SKIPIF 1 < 0  D．重物的质量为 SKIPIF 1 < 0 【答案】BD【解析】A．根据欧姆定律，有 SKIPIF 1 < 0 故A错误；B．输入电动机的电功率为 SKIPIF 1 < 0 故B正确；C．电动机输出的机械功率为 SKIPIF 1 < 0 又 SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0 故C错误；D．设提升重物时的质量为m，则有 SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0 故D正确。故选BD。10．图1所示电路中滑动变阻器滑片从最右端向最左端滑动，过程中记录下多组对应的电表读数并画出电压表读数U和电流表读数I的关系图像，如图2。已知电路中所有电表均为理想表，根据图像信息，下列说法中正确的是（　　）  A．电源电动势为3VB．电源内阻为6ΩC．滑动变阻器阻值为6Ω时，其电功率最大D．滑动变阻器接人电路的最大阻值为12Ω【答案】AC【解析】AB．根据闭合电路的欧姆定律有 SKIPIF 1 < 0 变式得 SKIPIF 1 < 0 即图像与纵轴得截距表示电源得电动势。结合图像可知，图像得斜率为 SKIPIF 1 < 0 即 SKIPIF 1 < 0 而 SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0 而图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻 SKIPIF 1 < 0 之和，根据以上分析可得 SKIPIF 1 < 0 故A正确，B错误；C．将定值电阻并入电源内阻，记为 SKIPIF 1 < 0 ，则电源端得输出功率 SKIPIF 1 < 0 显然，当 SKIPIF 1 < 0 时电源的输出功率最大，即当 SKIPIF 1 < 0 时电阻R消耗得功率最大，故C正确；D．当电路中的电流为 SKIPIF 1 < 0 时，根据 SKIPIF 1 < 0 可得 SKIPIF 1 < 0 而 SKIPIF 1 < 0 解得此时 SKIPIF 1 < 0 显然滑动变阻器接人电路的最大阻值大于12Ω，故D错误。故选AC。11．如图甲所示电路中，定值电阻 SKIPIF 1 < 0 与滑动变阻器 SKIPIF 1 < 0 串联在电动势为 SKIPIF 1 < 0 、内阻为 SKIPIF 1 < 0 的电源两端，所有电表均为理想电表，当变阻器的滑动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乙图中的 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 两直线所示，根据图上的已知信息，判断下列说法中正确的是（　　）A．滑动变阻器 SKIPIF 1 < 0 的最大阻值是 SKIPIF 1 < 0 B．电源的电动势 SKIPIF 1 < 0 ，内阻 SKIPIF 1 < 0 C．当滑动变阻器 SKIPIF 1 < 0 时，定值电阻 SKIPIF 1 < 0 上消耗的电功率最大D．在电流表示数逐渐减小的过程中，电源的输出效率逐渐增大【答案】BD【解析】A．当I1=1.0A时，电流最小，回路阻值最大，故滑动变阻器的触头在最右端，此时据欧姆定律可得 SKIPIF 1 < 0  SKIPIF 1 < 0 可得 SKIPIF 1 < 0 A错误；B．当I2=4.0A时，电流最大，回路阻值最小，故滑动变阻器的触头在最左端，据欧姆定律可得 SKIPIF 1 < 0  SKIPIF 1 < 0 联立解得 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 B正确；C．当滑动变阻器阻值为零时，回路电流最大，据 SKIPIF 1 < 0 可知，定值电阻 SKIPIF 1 < 0 上消耗的电功率最大，C错误；D．在电流表示数逐渐减小的过程中，外电路的阻值从 SKIPIF 1 < 0 增大到 SKIPIF 1 < 0 ，电源的效率随外电阻的增大而增大，D正确。故选BD。12．如图所示，直线 SKIPIF 1 < 0 、抛物线 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 分别为某一直流电源外接纯电阻电路中的总功率 SKIPIF 1 < 0 、外电路功率 SKIPIF 1 < 0 、电源内阻发热功率 SKIPIF 1 < 0 随路端电压 SKIPIF 1 < 0 变化的图线，但具体对应关系未知，根据图像可判断（    ）A． SKIPIF 1 < 0 图像对应图线 SKIPIF 1 < 0 ，由图知电源电动势为 SKIPIF 1 < 0 ，内阻为 SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 图像对应图线 SKIPIF 1 < 0 ，外电路电阻为 SKIPIF 1 < 0 时，输出功率有最大值为 SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 图像对应图线 SKIPIF 1 < 0 ，由图知电源电动势为 SKIPIF 1 < 0 ，内阻为 SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0 图像对应图线 SKIPIF 1 < 0 ，由图知外电路最大功率为 SKIPIF 1 < 0 【答案】AD【解析】AC．电路中的总功率 SKIPIF 1 < 0 可知 SKIPIF 1 < 0 图象对应图线a；由数学知识得知，图象a的斜率大小为 SKIPIF 1 < 0 当U=0时， SKIPIF 1 < 0 =9W联立解得 SKIPIF 1 < 0 由于电源内阻的发热功率为 SKIPIF 1 < 0 由数学知识可知， SKIPIF 1 < 0 图象的对应图线b，故C错误，A正确；BD．根据功率分配关系可得 SKIPIF 1 < 0 则有 SKIPIF 1 < 0 由数学知识可知， SKIPIF 1 < 0 图象的对应图线c；当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，即当外电路电阻为 SKIPIF 1 < 0 时，输出功率最大，最大输出功率为 SKIPIF 1 < 0 故B错误，D正确故选AD。三、实验题13．小华同学新买了两节同一型号的干电池，并用这两节干电池串联起来组成一个电源给手电筒供电，他利用如图1甲所示的电路对这个电源的电动势和内阻进行了测量．所选用的器材有：待测电源，电阻箱R（最大阻值999.9Ω），电压表V（量程为0～3V，内阻很大），定值电阻R0＝10.0Ω，开关，导线若干，正确完成实验操作后利用取得的多组数据得到了如图2所示的 SKIPIF 1 < 0 — SKIPIF 1 < 0 图像，并比较准确地测得了电源的电动势和内阻。（1）测量的结果如图1乙、丙，则电压表的读数为 V，电阻箱的读数为 Ω；（2）根据如图2所示的 SKIPIF 1 < 0 — SKIPIF 1 < 0 图像，求出电源电动势E＝ V，内阻r＝ Ω。（计算结果保留三位有效数字）【答案】 2.60 86.3 2.94 1.47【解析】（1）[1]由题图1乙知电压表的分度值是0.1V，读数要估读到分度值的下一位，则电压表的读数为2.60V；[2]电阻箱不需要估读，由题图1丙知电阻箱的读数为0×100Ω＋8×10Ω＋6×1Ω＋3×0.1Ω＝86.3Ω（2）[3]由闭合电路欧姆定律有 SKIPIF 1 < 0 可得 SKIPIF 1 < 0 由题图2可知，图线的纵轴截距的倒数等于该电源的电动势值，则E＝2.94V；[4]由图线的斜率可求得r＝1.47Ω。14．在测量电源电动势和内电阻的实验中，有电压表V（量程为3V，内阻约3kΩ）；电流表A（量程为0.6A，内阻约为0.70Ω）；滑动变阻器R（10Ω，2A）。为了更准确地测出电源电动势和内阻，设计了如图所示的电路图。①如图所示在闭合开关之前为防止电表过载而滑动变阻器的滑动头P应放在 （选填“a”或“b”）处；②在实验中测得多组电压和电流值，得到如图所示的U-I图线，由图可得该电源电动势E= V，内阻r= Ω。【答案】 a 1.5 1.0/1【解析】①[1]在闭合开关之前为防止电表过载而滑动变阻器的滑动头P应放在a处；②[2]由图可得该电源电动势E=1.5V[3]内阻 SKIPIF 1 < 0 四、解答题15．如图所示，电源的电动势 SKIPIF 1 < 0 ，电阻 SKIPIF 1 < 0 ，电动机绕组的电阻 SKIPIF 1 < 0 ，电键 SKIPIF 1 < 0 始终闭合。当电键 SKIPIF 1 < 0 断开时，电阻 SKIPIF 1 < 0 的电功率是525W；当电键 SKIPIF 1 < 0 闭合时，通过电阻 SKIPIF 1 < 0 的电流是 SKIPIF 1 < 0 ，求：（1）电源的内电阻；（2）当电键 SKIPIF 1 < 0 闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率。【答案】（1） SKIPIF 1 < 0 ；（2） SKIPIF 1 < 0 【解析】（1）设 SKIPIF 1 < 0 断开时，电阻 SKIPIF 1 < 0 的电功率是 SKIPIF 1 < 0 ，则由 SKIPIF 1 < 0 代入数据可得，电源的内电阻为 SKIPIF 1 < 0 （2）设 SKIPIF 1 < 0 闭合时，电阻 SKIPIF 1 < 0 两端的电压为 SKIPIF 1 < 0 ，消耗的功率为 SKIPIF 1 < 0 ，由 SKIPIF 1 < 0 可得 SKIPIF 1 < 0 由闭合电路的欧姆定律 SKIPIF 1 < 0 可得，当电键 SKIPIF 1 < 0 闭合时流过电源的电流为 SKIPIF 1 < 0 设流过 SKIPIF 1 < 0 的电流为 SKIPIF 1 < 0 ，流过电动机的电流为 SKIPIF 1 < 0 ，所以 SKIPIF 1 < 0 由电流关系 SKIPIF 1 < 0 可得 SKIPIF 1 < 0 由能量守恒定律 SKIPIF 1 < 0 可得，电动机的输出功率为 SKIPIF 1 < 0 16．在如图所示的电路中R1=4Ω，R2=R3=8Ω，C=40μF。当开关S接1时，R2上消耗的电功率为8W，当开关S接2时，电压表示数为9V，试求：（1）开关S接1时，通过电源的电流和电源两端的电压；（2）电源的电动势和内阻；（3）开关S接3直到电路稳定时，通过R3的电荷量。【答案】（1）1A，8V；（2）12V，4Ω；（3）2.4×10-4C【解析】（1）开关S接1时， SKIPIF 1 < 0 被短路，由 SKIPIF 1 < 0 得通过电源的电流 SKIPIF 1 < 0 电源两端的电压等于 SKIPIF 1 < 0 的两端电压 SKIPIF 1 < 0 （2）由闭合电路欧姆定律可知，当开关S接1时，有E=U+Ir代入得E=8+r当开关S接2时，电压表示数为9V，有E=9+0.75r联立以上两式解得E=12V，r=4Ω（3）当开关S接3时， SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 串联，电压 SKIPIF 1 < 0 则电容器充电的电荷量 SKIPIF 1 < 0 即通过 SKIPIF 1 < 0 的电荷量为 SKIPIF 1 < 0 。17．如图所示，图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的示数随电流表示数的变化情况如图中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。（1）电压表V1的示数随电流表示数的变化图线为图中的哪一条直线（2）求定值电阻R0的阻值和滑动变阻器的总电阻R（3）求电源的电动势E和内阻r【答案】（1）BC直线；（2） SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ；（4）8.0V， SKIPIF 1 < 0 【解析】（1）当滑动变阻器的滑片向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，回路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流增大，则定值电阻R0两端电压增大，电压表V2测的是R0两端电压，其示数随电流表示数的变化图像是U-I图中的AC，由U=E-Ir可知，路端电压随电流增大而减小，电压表V1测的是路端电压，其示数随电流表示数的变化图像是U-I图中的BC；（2）由图线AC的斜率可知，定值电阻R0的阻值为 SKIPIF 1 < 0 当滑动变阻器的滑片在最右端时，路端电压为7.5V，R0两端电压为1.5V，电流为0.5A，可得滑动变阻器R的总阻值为 SKIPIF 1 < 0 （3）由图线BC的斜率可知，电源的内阻为 SKIPIF 1 < 0 当路端电压为U=7.5V时，电流为I=0.5A，内电压为U内=Ir=0.5×1V=0.5V则电源的电动势为E=U端+U内=7.5V+0.5V=8.0V