04-第十二章　电能　能量守恒定律

第十二章电能能量守恒定律全卷满分100分考试用时90分钟一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下面是某同学对一些概念及公式的理解,其中正确的是()A.根据公式ρ=SRL可知,B.根据公式W=UIt只能求纯电阻电路的电流做的功C.根据公式q=It可知,电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多D.根据公式C=QU可知,电容与电容器所带电荷量成正比,2.小王老师的电动车使用“48V0.5kW”的电动机,由4个“12V20A·h”的电池串联起来供电,车上前大灯的灯泡规格是“48V20W”,尾灯和4个转向灯的灯泡规格都是“48V10W”。小王老师晚上值班后,骑上该车并开启前大灯和尾灯,以最大速度匀速骑行20分钟回到家。在此过程中,电动车消耗的电能至少是()×105×105J×104×104J3.如图所示,图线a是某电源的UI图线,图线b是一定值电阻的UI图线。若将该电源与该定值电阻连成闭合电路,已知该电源的内阻r=2.0Ω,则下列说法错误的是()A.该定值电阻的阻值为6ΩB.该电源的电动势为20VC.将2只这种电阻串联作为外电阻,电源输出功率最大D.将3只这种电阻并联作为外电阻,电源输出功率最大4.如图所示电路,电源内阻不可忽略,电表均为理想电表。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片P向上缓慢滑动的过程中,下列说法正确的是()A.小灯泡L变亮B.电压表的示数增大C.电流表的示数减小D.电容器C所带电荷量减小5.在如图所示的电路中,灯泡A和B原来都正常发光。现在突然发现灯泡A比原来变暗了些,B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是()A.R3断路B.R1短路C.R2断路D.R1、R2同时短路6.如图所示,图甲中M为一电动机,当滑动变阻器R的滑片从左端滑到右端的过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2A以下时,电动机没有发生转动,不考虑电表对电路的影响,以下判断正确的是()A.电路中电源电动势为3.4VB.变阻器滑片向右滑动时,V2读数逐渐减小C.此过程中,电动机的输出功率最大值为0.54WD.变阻器的最大阻值为20Ω7.某学校高二物理兴趣小组的同学自制欧姆表,电路图如图甲所示,电流表G的满偏电流Ig=3mA,内阻Rg=30Ω,电源电动势E=1.5V,内阻r=1Ω。下列说法正确的是()A.使用该欧姆表时,应将黑表笔插入A孔B.欧姆调零时,R0接入电路的阻值为500ΩC.将待测电阻Rx接入A、B间,此时G的示数如图乙所示,则Rx为1kΩD.该欧姆表能较准确测量电阻的范围为1kΩ~3kΩ8.如图所示,电源电动势E=6V,内阻r=1Ω,定值电阻R=R1=1Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为3Ω。若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,已知两电表均为理想电表,则下列说法正确的是()A.电压表示数增大,电流表示数增大B.定值电阻R上消耗的功率增大,最大值为2254C.电源输出功率先变小后变大,电源效率一定增大D.滑动变阻器R2消耗的功率先变大后变小二、多项选择题(本题共4小题,每小题4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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)9.如今,人们对的依赖程度越来越高,已成为现代人必不可少的随身物品,然而长时间使用会对眼睛造成一定的伤害,因此现在的智能都有一项可以调节亮度的功能,该功能既可以自动调节,也可以手动调节。某同学为了模拟该功能,设计了如图所示的电路,R1为光敏电阻,光照增强,阻值变小,R2为滑动变阻器,闭合开关后,下列说法正确的是()A.仅光照变弱,小灯泡变亮B.仅光照变强,小灯泡变亮C.仅将滑片向a端滑动,小灯泡变暗D.仅将滑片向a端滑动,电池输出的路端电压变小10.如图所示,I为理想电流表A的示数,U为理想电压表V的示数,P为定值电阻R2消耗的功率,Q为电容器C所带的电荷量,W为通过电荷量q时电源做的功,在滑动变阻器R1的滑片向右缓慢滑动过程中,下列图像能正确反映各物理量关系的是()11.如图甲所示的电路中,将滑动变阻器R2的滑片由a端向b端移动,用两个电表分别测量电压和电流,得到部分UI图像如图乙所示,则下列说法正确的是()A.电源的电动势为6VB.滑动变阻器的总阻值为20ΩC.当电压表示数为5.0V时,电源效率最高D.当电压表示数为5.0V时,R2消耗的功率最大12.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,R是定值电阻,热敏电阻RT的阻值随温度的降低而增大,C是平行板电容器,电路中的电表均为理想电表。闭合开关S,平行板电容器内的带电液滴恰好静止。分别用I、U1、U2和U3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数,用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数变化量的绝对值。当温度降低时,关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是()A.U2和U3均增大B.ΔC.电源的输出功率可能先增大后减小D.带电液滴一定向下运动三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R0(约为2kΩ)和中的锂电池(电动势E标称值为3.7V,允许最大放电电流为100mA)。实验室备有如下器材:A.电压表V(量程0~3V,内阻RV约为4.0kΩ)B.电流表A1(量程0~100mA,内阻RA1约为5Ω)C.电流表A2(量程0~2mA,内阻RA2约为50Ω)D.滑动变阻器R1(0~40Ω,允许通过的最大电流1A)E.电阻箱R2(0~999.9Ω)F.开关S一只、导线若干(1)为了测定电阻R0的阻值,小明设计了一个电路,如图所示为其对应的实物图,图中的电流表A应选(选填“A1”或“A2”)。

(2)为测量锂电池的电动势E和内阻r,小红设计了如图甲所示的电路图。根据测量数据作出1U−1R2图像,如图乙所示。若该图线的斜率为k,纵轴截距为b,则该锂电池的电动势E=,内阻r=(用k14.(8分)某科技小组用杨梅制作了杨梅果汁电池(如图1),他们要测量这种电池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对E和r的影响。(1)同学们决定先用多用电表粗测果汁电池的电动势,如图2所示,测量时电极A应为(选填“铜片”或“锌片”),选择开关在“直流2.5V挡”,则图3粗测得果汁电池的电动势为V。

(2)测量E和r的实验方案为:调节滑动变阻器,改变电源两端的电压U和流过电源的电流I,利用测量数据作出UI图像,得出E和r。实验中铜片与锌片的间距由6cm变成10cm,分别得到相应果汁电池的UI图像如图4中a、b所示。由此可知:在该实验中,随电极间距的增大,电源电动势(选填“增大”“减小”或“不变”),电源内阻(选填“增大”“减小”或“不变”)。曲线a对应的电源电动势E=V(保留2位有效数字),内阻r=Ω(结果取整数)。

15.(8分)欧姆表内部电路如图甲所示,G表满偏电流为0.8mA,R0为欧姆调零电阻,测量前已欧姆调零,以电阻箱代替待测电阻,测得电路中电流I与电阻箱的阻值Rx的关系图像如图乙所示,求:(1)欧姆表的内阻R内;(2)电源的电动势E;(3)将一个未校准的电压表接到两表笔间,若G表示数为0.3mA,则电压表的内阻是多大。16.(8分)随着全球能源危机加剧,电动汽车逐渐成为更多家庭购车的选择,电动汽车比传统汽车更环保、更节能。小明同学和爸爸晚上开车回家,小明同学坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象:当汽车的电动机启动时,汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示。已知汽车电源电动势为10.5V,内阻为0.05Ω,电动机线圈电阻为0.01Ω。车灯接通,电动机未启动时,电流表示数为10A;电动机启动的瞬间,电流表示数达到50A。电流表为理想电表,车灯的电阻认为不变。求:(1)车灯电阻R;(2)电动机启动前后,车灯的功率各为多大;(3)电动机启动后,电动机的输出功率。17.(14分)如图所示,电路中电源的电动势为E,内阻不计,其他各电阻阻值R1=R3=3R,R2=R。水平放置的平行金属板A、B间的距离为d,板长为L。在A板的左端且非常靠近极板A的位置,有一质量为m、带电荷量为q的小液滴,以初速度v0水平向右射入两板间(重力加速度用g表示)。则:(1)若使液滴能沿v0方向射出电场,电动势E应为多大?(2)若使液滴恰能打在B板的中点,电动势E应为多大?18.(16分)如图所示是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图,利用电信号来显示物体的质量,托盘与电阻可忽略的弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,滑片刚好和变阻器的上端相平,电压表的示数为零。已知滑动变阻器的总长度L=20cm,最大阻值R=20Ω,限流电阻阻值为R0=9Ω,电源电动势E=9V,内阻为r=1Ω,重力加速度g取10m/s2,弹簧的劲度系数k=10N/m(弹簧始终在弹性限度内),不计一切阻力。求:(1)电压表的最大示数Um;(2)物体质量为多少时滑动变阻器上消耗的功率最大,并求出最大值Pm;(3)电压表示数U与所称物体质量m的关系式。答案与解析第十二章电能能量守恒定律1.C2.A3.C4.B5.C6.C7.C8.D9.BC10.AB11.BC12.AC1.C电阻率只与导体材料和温度有关,与电阻大小无关,A错误;公式W=UIt适用于纯电阻电路和非纯电阻电路中电流做功的计算,B错误;由公式q=It可知,电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,C正确;C=QU是电容的定义式,电容的大小与电容器所带的电荷量、两极板间的电压无关,D错误。2.A以最大速度匀速骑行时,电动机、前大灯和尾灯均以额定功率工作,所以骑行回家的过程中,电动车消耗的电能至少是E=Pt=(500+20+10)×1200J=6.36×105J,A正确。3.C定值电阻的UI图线的斜率表示电阻的阻值,则R=k=152.5Ω=6Ω,A说法正确;将电源与定值电阻连成闭合电路,两图线的交点表示工作点,即路端电压U=15V,电路中的电流I=2.5A,根据闭合电路欧姆定律得电源电动势E=U+Ir=15V+2.5×2V=20V,B说法正确;定值电阻的阻值R=6Ω,电源的内阻r=2.0Ω,当内、外电路的电阻相等时电源的输出功率最大,则将3只这种电阻并联作为外电阻,电源输出功率最大,故C4.B滑片P向上滑动,R0接入电路的电阻增大,电路总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律I=ER外+r可知干路电流减小,则通过小灯泡的电流减小,所以小灯泡变暗,A错误;电压表测量路端电压,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,由于干路电流减小,可知路端电压增大,B正确;电流表测R所在支路的电流,由于干路电流减小,小灯泡分压减小,路端电压增大,所以R与R0并联部分两端电压增大,根据I=UR可知电流表的示数增大,C错误;电容器两端电压增大,根据5.C灯泡A比原来变暗了些,B比原来变亮了些,说明灯泡A的电流和电压变小,灯泡B的电压和电流变大。采用代入排除法,将选项逐个代入分析:R3断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大,根据串联分压易知灯泡A、B两端电压变大,两灯均变亮,故A错误;R1短路→R外减小→R总减小→I总增大→U外变小→I3减小,知通过灯泡A和B的电流变大,两灯均变亮,B错误;R2断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大→I3增大→IA减小→UA+U1变小→UB变大,C正确;R1、R2同时短路,B灯被短路,不发光,故D错误。6.C由题图甲知,电压表V2测量路端电压,所以题图乙中上面的图线表示V2的示数与电流的关系,此图线的斜率绝对值表示电源的内阻,则r=3.4-3.00.3-0.1Ω=2Ω,当电流I=0.1A时U=3.4V,则电源的电动势为E=U+Ir=3.6V,A错误。变阻器滑片向右移动时,R接入电路的阻值变大,电路中总电阻变大,总电流减小,内电压减小,路端电压即V2读数增大,B错误。由于电流表读数在0.2A以下时,电动机没有发生转动,此时为纯电阻用电器,由题图乙可知,电动机线圈的电阻rM=0.8-0.40.2-0.1Ω=4Ω;当I=0.3A时,电动机两端电压等于路端电压,U1=U2=3.0V,此时电动机的输出功率最大,P1=U1II2rM=3.0×0.3W(0.3)2×4W=0.54W,C7.C使用欧姆表时,应让电流从红表笔流入该表,从黑表笔流出该表,故黑表笔插入B孔,A错误。欧姆调零时,将红、黑表笔短接,电流表指针满偏,根据闭合电路欧姆定律可得Ig=Er+Rg+R0,解得R0=469Ω,故B错误。将待测电阻Rx接入A、B间,G的示数即电路中的电流,为13Ig,根据闭合电路欧姆定律可得13Ig=Er+Rg+R0+Rx,解得Rx=1kΩ,故C正确。欧姆表读数在中值电阻附近误差最小;欧姆表的中值电阻R中等于欧姆表的内阻R总,根据闭合电路欧姆定律8.D若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电路总电阻增大,干路电流减小,内电压减小,路端电压增大,电压表测路端电压,电压表示数增大,因总电流减小,且通过R的电流增大,所以电流表示数减小,A错误;当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,路端电压最大,定值电阻R上消耗的功率最大,此时外电阻R外=R(R1+R2)R+R1+R2=0.8Ω,路端电压U=ER外r+R外=83V,所以定值电阻R消耗的功率PR=U2R=649W,B错误;电源的内阻和外电路电阻相等时,电源的输出功率最大,当滑片P从右向左滑动时,外电路的电阻从0.5Ω增大到0.8Ω,而电源的内阻为r=1Ω,所以电源的输出功率一直变大,电源的效率η=IUIE=UE=R外R外+r=11+rR外,故电源的效率一定增大,C错误;设R2中的电流为I1,R中的电流为I2,则I1(R1+R2)=I2R,E=(I1+I2)r+I1(R1+R2),P2=9.BC仅光照变弱,R1的阻值变大,回路总电阻变大,电路电流变小,灯泡变暗,A错误;同理可知,当光照变强时灯泡变亮,B正确;仅将滑片向a端滑动,R2接入电路的阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,灯泡变暗,根据U=EIr可知,路端电压变大,故C正确,D错误。10.AB滑动变阻器的滑片向右缓慢滑动过程中,接入电路的电阻减小,电路中的总电阻减小,电路中的电流增大,R2消耗的功率P=I2R2∝I2,A正确;电容器C两端的电压等于滑动变阻器两端的电压,有UC=EI(R2+r),电荷量Q=CUC=C(R2+r)·I+CE,则QI图像是向下倾斜的直线,B正确;电压表示数U=EIr,UI图像应是向下倾斜的直线,C错误;通过电荷量q时电源做的功W=qE,E是电源的电动势,为定值,则Wq图像是过原点的直线,D错误。11.BC当滑片位于中央时,并联电阻最大,并联电阻两端的电压最大,故Pa部分的电阻为R22=UI=5.00.50Ω=10Ω,解得R2=20Ω,B正确;当滑片位于中央时,电压表的示数最大,外电阻也最大,电源的效率η=P出P总=R外R外+r=11+rR外最高,即当电压表示数为5.0V时,电源的效率最高,C正确;当电压表的示数为4V时,电流表的示数为0.25A,此时Pa部分的电阻RPa=40.25Ω=16Ω,Pb部分的电阻RPb=R2RPa=4Ω,通过Pb部分支路的电流为44A=1.00A,干路电流为0.25A+1.00A=1.25A,根据闭合电路欧姆定律得E=4V+1.25A×(R1+r),同理E=5V+1A×(R1+r),联立解得R1+r=412.AC当温度降低时,热敏电阻RT的阻值增大,回路中电流变小,则R两端电压减小,路端电压增大,故RT两端的电压增大,U2和U3均增大,A正确;根据闭合电路欧姆定律可得U2=EI·(R+r),U3=EI·r,得ΔU2ΔI=R+r,ΔU3ΔI=r,故ΔU2ΔI>ΔU3ΔI,B错误;温度降低的过程中,热敏电阻RT的阻值增大,R+RT等于电源内阻时,电源的输出功率最大,根据题意不能确定R+RT与电源内阻的大小关系,故电源的输出功率可能先增大后减小,C正确;初始带电液滴受到向上的电场力与重力平衡,13.答案(1)A2(2分)(2)1b(2分)kb(2解析(1)由于R0阻值约为2kΩ,电压表量程是0~3V,由I=UR估得电路中的最大电流约为I=1.5mA,因此电流表应选A2。(2)根据闭合电路欧姆定律可得U=EIr=EUR2r,整理得1U=1E+rE·1导师点睛测电源电动势和内阻,无论是哪种方法,其根本依据都是闭合电路欧姆定律。用图像法处理数据时,必须找出横、纵坐标之间的物理关系,利用图线的斜率、截距求解。14.答案(1)锌片(1分)0.95(1分)(2)不变(1分)增大(1分)0.97(2分)474(2分)解析(1)根据多用电表的知识可得黑表笔应接待测电池的负极,所以电极A应为锌片。选择开关在“直流2.5V挡”时,对应分度值为0.05V,测得果汁电池的电动势为0.95V。(2)根据闭合电路欧姆定律可得U=EIr,图像纵轴截距表示电源电动势,图线斜率的绝对值表示电源内阻大小,所以可得随电极间距的增大电源电动势不变,电源内阻增大。曲线a对应的电源电动势为E=0.97V,内阻为r=0.97-0.15.答案(1)15kΩ(2)12V(3)25kΩ解析(1)(2)由题图乙可知,当Rx=0时,I=Ig=0.8mA,当I=0.4mA时,电阻箱的阻值为Rx=15kΩ,根据闭合电路欧姆定律可得Ig=ER内(1I=ER内+代入数据解得E=12V,R内=15kΩ(2分)(3)将电压表接到两表笔间,若G表示数为0.3mA,则电压表两端电压为U=EIR内=12V0.3×103×15×103V=7.5V(2分)则电压表的内阻为RV=UI=7.5016.答案(1)1Ω(2)100W64W(3)318.36W解析(1)车灯接通,电动机未启动时,由闭合电路欧姆定律可得E=I1R+I1r