第十二章 电能 能量守恒定律 单元检测-2022-2023学年物理高二上学期（人教版2019必修第三册）

人教版高一物理必修第三册单元检测第十二章电能能量守恒定律一、选择题(本题共12小题,共54分。在每小题给出的四个选项中,第1～8小题只有一项符合题目要求,每小题4分。第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选不全的得3分,有选错或不答的得0分)1、以下说法中正确的是()A.在外电路和电源内部,正电荷都受静电力作用,所以能不断地定向移动形成电流B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少C.在电源内部,正电荷能从负极到达正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力D.静电力移动电荷做功,电势能减小;非静电力移动电荷做功,电势能增加2、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)3、在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路。闭合开关S,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0.50A和2.0V,重新调节R使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V,电压表、电流表均为理想电表,则这台电动机正常运转时的输出功率为 ()A.32WB.44WC.47WD.48W4、如图所示,电源电动势E=3V,小灯泡L标有“2V0.4W”字样,开关S接1,当变阻器调到R=4Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,则 ()A.电动机的内阻为4ΩB.电动机正常工作的电压为1VC.电源内阻为1ΩD.电源总功率为0.4W5、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6、如图所示,长为L的两平行金属板水平放置,接在直流电路中,图中R为滑动变阻器,一带电微粒自两板左侧中央以某初速度v0平行于金属板进入两板间,若将滑动变阻器的滑片P置于最下端b处,带电微粒将落在下板上距离左端L3处;若滑片P与b端间电阻为18Ω,带电微粒将沿直线运动;若要微粒不打到金属板上,则滑片P与b端间电阻R的范围应为(A.12Ω<R<20ΩB.16Ω<R<20ΩC.12Ω<R<24ΩD.16Ω<R<24Ω7、如图所示的电路中,两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态,电流表和电压表均为理想电表,由于某种原因灯泡L的灯丝突然烧断,其余用电器均不会损坏,则下列说法正确的是 ()A.电流表、电压表的读数均变小B.电源内阻消耗的功率变大C.液滴将向上运动D.电源的输出功率变大8、用图示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,G是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表G的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为()A.l1l2R0B.l1l1+l2R09、如图所示,电源的电动势E=2V,内阻r=2Ω,两个定值电阻的阻值均为8Ω,平行板电容器的电容C=3×10-6F,则 ()A.开关断开时两极板间的电压为43B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10-6CC.开关接通时两极板间的电压为43D.开关接通时电容器所带电荷量为4×10-6C10、有三个电阻的阻值及额定功率分别为R1=10Ω,P1=10W,R2=20Ω,P2=80W,R3=5Ω,P3=20W,它们组成的电路如图(甲)、(乙)、(丙)所示。下列关于各图的说法正确的是()A.图(甲)两端允许加的最大电压为35VB.图(乙)电路允许通过的最大电流为5.5AC.图(丙)两端允许加的最大电压为17.5VD.图(丙)电路允许消耗的最大功率为110W11、如图所示,A和B为竖直放置的平行金属板,在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球。开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑动触头P在a处,此时绝缘线向右偏离竖直方向,电源的内阻不能忽略,则下列判断正确的是 ()A.小球带正电B.当滑动触头从a向b滑动时,绝缘线的偏角θ变小C.当滑动触头从a向b滑动时,电流计中有电流,方向从上向下D.当滑动触头停在b处时电源的输出功率一定大于滑动触头在a处时电源的输出功率12、如图所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流的变化的特性图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线,如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接,则下列说法正确的是()A.电源1与电源2的内阻之比是11∶7B.电源1与电源2的电动势之比是1∶1C.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是1∶2D.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是1∶2三、非选择题(本题共5小题,共46分)13、（6分）某同学测量一节旧干电池的电动势和内电阻的电路图如图甲所示,其中虚线框内为用毫安表改装成双量程电压表的电路:(1)毫安表的内阻为100Ω,满偏电流为5mA;R1和R2为定值电阻,其中R1=500Ω。若使用a和c接线柱,电压表量程为15V,则R2=____Ω。(2)现有两个电流表:A1(量程0.6A,内阻约0.2Ω),A2(量程3A,内阻约0.05Ω);两个滑动变阻器,最大阻值分别为10Ω和500Ω,则应选电流表____(选填“A1”或“A2”),应选最大阻值为____Ω的滑动变阻器。

(3)实验主要步骤如下:①开关S2拨向b,将滑动变阻器R的滑片移到最____端(选填“左”或“右”);②闭合开关S1,多次调节滑动变阻器的滑动片,记下相应的电流表示数I1和毫安表示数I2;③根据测量数据画出的I2-I1图像如图乙所示;④由图像可得电源的电动势E=____V,内阻r=____Ω。(结果均保留三位有效数字)14.(6分)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R0(约为2kΩ)和手机中的锂电池(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,电阻RV约为4.0kΩ)B.电流表A1(量程0~100mA,电阻RA1约为5Ω)C.电流表A2(量程0~2mA,电阻RA2约为50Ω)D.滑动变阻器R1(0~40Ω,额定电流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,与其对应的实物图如图,图中的电流表A应选(选填“A1”或“A2”),请将实物连线补充完整。(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k、b15.(8分)如图所示电路中,A为电解槽,N为电炉子,恒定电压U=12V,电解槽内阻rA=2Ω,当S1闭合、S2断开时,电流表的示数为6A;当S2闭合、S1断开时,电流表的示数为4A,求:(1)电炉子的电阻及发热功率各多大。(2)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少。16、（12分）如图所示电路,电源内阻r=1Ω,R1=2Ω,R2=5Ω,灯L标有“3V1.5W”字样,滑动变阻器最大值为R,当滑片P滑到最右端A时,电流表读数为1A,此时灯L恰好正常发光,试求:(1)电源电动势E。(2)当滑片P滑到最左端B时,电流表读数。(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时,滑动变阻器上消耗的功率。17.(14分)在如图所示电路中,灯L标有“6V3W”,定值电阻R1=4Ω,R2=10Ω,电源内阻r=2Ω,当滑片P滑到最下端时,理想电流表读数为1A,此时灯L恰好正常发光,试求:(1)滑动变阻器最大阻值R;(2)当滑片P滑到最上端时,电流表的读数;(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时,滑动变阻器消耗的功率。答案与解析1、D解析：在电源内部和外部都存在着由正极指向负极的电场。在电源外部,正电荷受静电力作用,能不断地定向移动形成电流,此过程静电力做正功使电荷的电势能减少;在电源内部,正电荷所受静电力方向与移动方向相反,静电力不能使正电荷定向移动,而非静电力使正电荷由负极移动到正极,克服静电力做功,使电荷的电势能增加,故D正确,A、B、C错误。2、B解析：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。3.A解析：电动机停止转动时,可视为纯电阻元件,线圈的电阻r=U1I1=4Ω;电动机恢复正常运转时,电功率P=UI=48W,热功率为P热=I2r=16W,电动机输出的机械功率P机=P-P热=32W,4.C解析：小灯泡的额定电流为I=PU=0.42A=0.2A,电阻为RL=UI=20.2Ω=10Ω;当开关接1时,L和R串联,由闭合电路欧姆定律可知E=I(RL+R+r),代入数据解得r=1Ω,选项C正确;当开关接2时灯泡正常发光,L和M串联,电流为I=0.2A,电源内阻分得电压为Ur=Ir=0.2×1V=0.2V,故电动机分得电压为U机=E-U-Ur=(3-2-0.2)V=0.8V,故电动机内阻R机<U机I=0.80.2Ω=4Ω,5、C解析：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。6.B解析：设两平行金属板间距为d,微粒打到板上时运动时间为t1,当滑动变阻器的滑片P置于b处时,两平行板间的电压为0,得d2=12gL3=v0t1;当滑片P与b端间电阻为18Ω时,有qU0d=mg。若要微粒刚好不打到金属板上,设运动时间为t2,应满足d2=12at22,L=v0t2,qU1d-mg=ma或mg-qU2d=ma,由以上各式可求得U1=109U0,U2=89U0,由串联电路的分压规律可求得电阻R1=109R0=20Ω,R2=7、C解析：当L的灯丝突然烧断可知电路中总电阻增大,则总电流减小,电源的内电压和R1电压减小,由闭合电路的欧姆定律可知,路端电压增大,故电容器C的电压增大,板间场强增大,带电液滴所受的电场力增大,则该液滴将向上运动,故C项正确;由于C两端的电压增大,R2、R3中的电流增大,则电流表、电压表的读数均变大,故A项错误;因干路电流减小,则电源内阻消耗的功率变小,故B项错误;由于电源的内外电阻的关系未知,不能判断电源的输出功率如何变化,故D项错误。8.C解析：电流表G中的电流为零,表示电流表G两端电势差为零(即电势相等),则R0与Rl1两端电压相等,Rx与Rl2两端电压相等,其等效电路图如图所示。I1R0=I2Rl1 ①I1Rx=I2Rl2 ②由公式R=ρlS知Rl1=ρl1Rl2=ρl2S由①②③④式得R0R即Rx=l2l1R09.CD解析：电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,开关S断开时,电路中的总电流为I=ER2+r=28+2A=0.2A,电容器两极板间的电压为U=IR2=0.2×8V=1.6V,此时电容器所带电荷量为Q=CU=3×10-6×1.6C=4.8×10-6C,故选项A、B错误;开关接通时两定值电阻并联,等效电阻为4Ω,电容器两极板间的电压等于路端电压,电路中的总电流I'=ER外+r=24+2A=13A,电容器两极板间的电压U'=I'R外=13×4V=43V,此时电容器所带的电荷量Q'=CU'=3×1010、AC解析：由公式P1=R1可得I1=1A,同理可求得R2的额定电流I2=2A,R3的额定电流I3=2A,当三个电阻串联时最大电流为1A,两端允许加的最大电压为U=I(R1+R2+R3)=35V,故A项正确;由公式P1=U1I1,可得U1=10V,同理可求得电阻R2、R3的额定电压分别为U2=40V,U3=10V,当三个电阻并联时最大电压为10V,所以最大电流为I=++=3.5A,图(乙)电路允许通过的最大电流为3.5A,故B错误;由前面分析可知R1、R2并联时最大电压为10V,并联后总电流为1.5A,图(丙)中流过R3的电流最大为1.5A,两端电压大小为U3=IR3=7.5V,所以两端允许加的最大电压为17.5V,最大功率P=UI=26.25W,故C项正确,D项错误。11.ABC解析：由题图知,A板带正电,B板带负电,平行板电容器内电场方向水平向右。绝缘线向右偏,电场力向右,则小球带正电,故A正确。滑动触头向右移动时,R接入电路的阻值变小,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压U=E-Ir变小,R1两端电压变小,则电容器两极板间电压变小,绝缘线偏角变小,故B正确。滑动触头向右移动时,电容器两极板间电压变小,电容器放电,因A板带正电,则流过电流计的电流方向从上向下,故C正确。根据电源的输出功率与外电阻的关系:当外电阻等于内阻时,输出功率最大;外电阻大于内阻时,外电阻减小,输出功率增大;外电阻小于内阻时,外电阻减小,输出功率减小;由于不知道外电阻与内阻大小关系,故无法比较电源输出功率的大小,故D错误。12、ABC解析：根据电源的路端电压随输出电流的变化的特性图线斜率的绝对值表示电源内阻可知,电源1与电源2的内阻之比是11∶7,故A项正确;根据电源的路端电压随输出电流的变化的特性图线在纵轴的截距表示电源电动势可知,电源1与电源2的电动势之比是1∶1,故B项正确;根据曲线交点表示实际工作点,交点的纵、横坐标的乘积表示电源输出功率,在这两种连接状态下,由P=UI可知,小灯泡消耗的功率之比是1∶2,故C项正确;根据曲线交点的纵、横坐标的比值表示小灯泡电阻,在这两种连接状态下,由R=可知,小灯泡的电阻之比是18∶25,故D项错误。13、(1)定值电阻和毫安表串联,则根据欧姆定律可得:R2=-(Rg+R1),代入数据联立解得R2=2400Ω。(2)一节干电池的电动势约为1.5V,因此电流表应选用A1。为了方便调节,滑动变阻器应当选择10Ω的。(3)①为了让电流从最小开始调节,开始时滑动变阻器阻值滑到最大位置,因此应当滑到左端。④开关S2滑向b,则改装电压表内阻为600Ω,由600I2=E-I1r可知,图像的纵截距为b=2.4mA=2.4×10-3A,则根据公式可得E=600b=1.44V。图像的斜率为k=-由图可知k=-代入数据解得r=1.20Ω。答案:(1)2400(2)A110(3)①左④1.441.20（每空1分）14.答案：(1)A2(2分)实物连线如图所示(2分)(2)1b(1分)kb(解析：(1)电压表量程为0~3V,通过待测电阻的最大电流为I=UR0=1.5mA,因此电流表应选A2;变阻器采用限流式接法变化范围较小,不能测多组实验数据,为了减小误差,应采用分压式接法(2)由E=U+UR2r得1U=1E+rE·1R2,则1E=b,15.解析：(1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律I1=,得:R===2Ω,(1分)其发热功率为:PR=UI1=72W。(2分)(2)电解槽为非纯电阻元件,发热功率为:P热=rA=32W。(2分)总功率为:P总=UI2=48W。(2分)故电能转化为化学能的功率为:P化=P总-P热=16W。(1分)答案:(1)2Ω72W(2)