04-第十二章　電能　能量守恒定律

第十二章電能能量守恒定律全卷滿分100分考試用時90分鐘一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個選項符合題目要求)1.下面是某同學(xué)對一些概念及公式的理解,其中正確的是()A.根據(jù)公式ρ=SRL可知,B.根據(jù)公式W=UIt只能求純電阻電路的電流做的功C.根據(jù)公式q=It可知,電流越大,單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多D.根據(jù)公式C=QU可知,電容與電容器所帶電荷量成正比,2.小王老師的電動車使用“48V0.5kW”的電動機,由4個“12V20A·h”的電池串聯(lián)起來供電,車上前大燈的燈泡規(guī)格是“48V20W”,尾燈和4個轉(zhuǎn)向燈的燈泡規(guī)格都是“48V10W”。小王老師晚上值班后,騎上該車并開啟前大燈和尾燈,以最大速度勻速騎行20分鐘回到家。在此過程中,電動車消耗的電能至少是()×105×105J×104×104J3.如圖所示,圖線a是某電源的UI圖線,圖線b是一定值電阻的UI圖線。若將該電源與該定值電阻連成閉合電路,已知該電源的內(nèi)阻r=2.0Ω,則下列說法錯誤的是()A.該定值電阻的阻值為6ΩB.該電源的電動勢為20VC.將2只這種電阻串聯(lián)作為外電阻,電源輸出功率最大D.將3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻,電源輸出功率最大4.如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略,電表均為理想電表。開關(guān)S閉合后,在滑動變阻器R0的滑片P向上緩慢滑動的過程中,下列說法正確的是()A.小燈泡L變亮B.電壓表的示數(shù)增大C.電流表的示數(shù)減小D.電容器C所帶電荷量減小5.在如圖所示的電路中,燈泡A和B原來都正常發(fā)光。現(xiàn)在突然發(fā)現(xiàn)燈泡A比原來變暗了些,B比原來變亮了些,則電路中出現(xiàn)的故障可能是()A.R3斷路B.R1短路C.R2斷路D.R1、R2同時短路6.如圖所示,圖甲中M為一電動機,當(dāng)滑動變阻器R的滑片從左端滑到右端的過程中,兩電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙所示。已知電流表讀數(shù)在0.2A以下時,電動機沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動,不考慮電表對電路的影響,以下判斷正確的是()A.電路中電源電動勢為3.4VB.變阻器滑片向右滑動時,V2讀數(shù)逐漸減小C.此過程中,電動機的輸出功率最大值為0.54WD.變阻器的最大阻值為20Ω7.某學(xué)校高二物理興趣小組的同學(xué)自制歐姆表,電路圖如圖甲所示,電流表G的滿偏電流Ig=3mA,內(nèi)阻Rg=30Ω,電源電動勢E=1.5V,內(nèi)阻r=1Ω。下列說法正確的是()A.使用該歐姆表時,應(yīng)將黑表筆插入A孔B.歐姆調(diào)零時,R0接入電路的阻值為500ΩC.將待測電阻Rx接入A、B間,此時G的示數(shù)如圖乙所示,則Rx為1kΩD.該歐姆表能較準(zhǔn)確測量電阻的范圍為1kΩ~3kΩ8.如圖所示,電源電動勢E=6V,內(nèi)阻r=1Ω,定值電阻R=R1=1Ω,滑動變阻器R2的最大阻值為3Ω。若閉合開關(guān)S,將滑動變阻器的滑片P從右向左滑動,已知兩電表均為理想電表,則下列說法正確的是()A.電壓表示數(shù)增大,電流表示數(shù)增大B.定值電阻R上消耗的功率增大,最大值為2254C.電源輸出功率先變小后變大,電源效率一定增大D.滑動變阻器R2消耗的功率先變大后變小二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)9.如今,人們對的依賴程度越來越高,已成為現(xiàn)代人必不可少的隨身物品,然而長時間使用會對眼睛造成一定的傷害,因此現(xiàn)在的智能都有一項可以調(diào)節(jié)亮度的功能,該功能既可以自動調(diào)節(jié),也可以手動調(diào)節(jié)。某同學(xué)為了模擬該功能,設(shè)計了如圖所示的電路,R1為光敏電阻,光照增強,阻值變小,R2為滑動變阻器,閉合開關(guān)后,下列說法正確的是()A.僅光照變?nèi)?小燈泡變亮B.僅光照變強,小燈泡變亮C.僅將滑片向a端滑動,小燈泡變暗D.僅將滑片向a端滑動,電池輸出的路端電壓變小10.如圖所示,I為理想電流表A的示數(shù),U為理想電壓表V的示數(shù),P為定值電阻R2消耗的功率,Q為電容器C所帶的電荷量,W為通過電荷量q時電源做的功,在滑動變阻器R1的滑片向右緩慢滑動過程中,下列圖像能正確反映各物理量關(guān)系的是()11.如圖甲所示的電路中,將滑動變阻器R2的滑片由a端向b端移動,用兩個電表分別測量電壓和電流,得到部分UI圖像如圖乙所示,則下列說法正確的是()A.電源的電動勢為6VB.滑動變阻器的總阻值為20ΩC.當(dāng)電壓表示數(shù)為5.0V時,電源效率最高D.當(dāng)電壓表示數(shù)為5.0V時,R2消耗的功率最大12.如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,R是定值電阻,熱敏電阻RT的阻值隨溫度的降低而增大,C是平行板電容器,電路中的電表均為理想電表。閉合開關(guān)S,平行板電容器內(nèi)的帶電液滴恰好靜止。分別用I、U1、U2和U3表示電流表A、電壓表V1、電壓表V2和電壓表V3的示數(shù),用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示電流表A、電壓表V1、電壓表V2和電壓表V3的示數(shù)變化量的絕對值。當(dāng)溫度降低時,關(guān)于該電路工作狀態(tài)的變化,下列說法正確的是()A.U2和U3均增大B.ΔC.電源的輸出功率可能先增大后減小D.帶電液滴一定向下運動三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)某研究小組收集了兩個電學(xué)元件:電阻R0(約為2kΩ)和中的鋰電池(電動勢E標(biāo)稱值為3.7V,允許最大放電電流為100mA)。實驗室備有如下器材:A.電壓表V(量程0~3V,內(nèi)阻RV約為4.0kΩ)B.電流表A1(量程0~100mA,內(nèi)阻RA1約為5Ω)C.電流表A2(量程0~2mA,內(nèi)阻RA2約為50Ω)D.滑動變阻器R1(0~40Ω,允許通過的最大電流1A)E.電阻箱R2(0~999.9Ω)F.開關(guān)S一只、導(dǎo)線若干(1)為了測定電阻R0的阻值,小明設(shè)計了一個電路,如圖所示為其對應(yīng)的實物圖,圖中的電流表A應(yīng)選(選填“A1”或“A2”)。

(2)為測量鋰電池的電動勢E和內(nèi)阻r,小紅設(shè)計了如圖甲所示的電路圖。根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出1U?1R2圖像,如圖乙所示。若該圖線的斜率為k,縱軸截距為b,則該鋰電池的電動勢E=,內(nèi)阻r=(用k14.(8分)某科技小組用楊梅制作了楊梅果汁電池(如圖1),他們要測量這種電池的電動勢E和內(nèi)阻r,并探究電極間距對E和r的影響。(1)同學(xué)們決定先用多用電表粗測果汁電池的電動勢,如圖2所示,測量時電極A應(yīng)為(選填“銅片”或“鋅片”),選擇開關(guān)在“直流2.5V擋”,則圖3粗測得果汁電池的電動勢為V。

(2)測量E和r的實驗方案為:調(diào)節(jié)滑動變阻器,改變電源兩端的電壓U和流過電源的電流I,利用測量數(shù)據(jù)作出UI圖像,得出E和r。實驗中銅片與鋅片的間距由6cm變成10cm,分別得到相應(yīng)果汁電池的UI圖像如圖4中a、b所示。由此可知:在該實驗中,隨電極間距的增大,電源電動勢(選填“增大”“減小”或“不變”),電源內(nèi)阻(選填“增大”“減小”或“不變”)。曲線a對應(yīng)的電源電動勢E=V(保留2位有效數(shù)字),內(nèi)阻r=Ω(結(jié)果取整數(shù))。

15.(8分)歐姆表內(nèi)部電路如圖甲所示,G表滿偏電流為0.8mA,R0為歐姆調(diào)零電阻,測量前已歐姆調(diào)零,以電阻箱代替待測電阻,測得電路中電流I與電阻箱的阻值Rx的關(guān)系圖像如圖乙所示,求:(1)歐姆表的內(nèi)阻R內(nèi);(2)電源的電動勢E;(3)將一個未校準(zhǔn)的電壓表接到兩表筆間,若G表示數(shù)為0.3mA,則電壓表的內(nèi)阻是多大。16.(8分)隨著全球能源危機加劇,電動汽車逐漸成為更多家庭購車的選擇,電動汽車比傳統(tǒng)汽車更環(huán)保、更節(jié)能。小明同學(xué)和爸爸晚上開車回家,小明同學(xué)坐在汽車的副駕駛位上看到一個現(xiàn)象:當(dāng)汽車的電動機啟動時,汽車的車燈會瞬時變暗。汽車的電源、電流表、車燈、電動機連接的簡化電路如圖所示。已知汽車電源電動勢為10.5V,內(nèi)阻為0.05Ω,電動機線圈電阻為0.01Ω。車燈接通,電動機未啟動時,電流表示數(shù)為10A;電動機啟動的瞬間,電流表示數(shù)達(dá)到50A。電流表為理想電表,車燈的電阻認(rèn)為不變。求:(1)車燈電阻R;(2)電動機啟動前后,車燈的功率各為多大;(3)電動機啟動后,電動機的輸出功率。17.(14分)如圖所示,電路中電源的電動勢為E,內(nèi)阻不計,其他各電阻阻值R1=R3=3R,R2=R。水平放置的平行金屬板A、B間的距離為d,板長為L。在A板的左端且非?？拷鼧O板A的位置,有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小液滴,以初速度v0水平向右射入兩板間(重力加速度用g表示)。則:(1)若使液滴能沿v0方向射出電場,電動勢E應(yīng)為多大?(2)若使液滴恰能打在B板的中點,電動勢E應(yīng)為多大?18.(16分)如圖所示是某同學(xué)在科技制作活動中自制的電子秤原理圖,利用電信號來顯示物體的質(zhì)量,托盤與電阻可忽略的彈簧相連,托盤與彈簧的質(zhì)量均不計?；瑒幼冏杵鞯幕瑒佣伺c彈簧上端連接,當(dāng)托盤中沒有放物體時,滑片剛好和變阻器的上端相平,電壓表的示數(shù)為零。已知滑動變阻器的總長度L=20cm,最大阻值R=20Ω,限流電阻阻值為R0=9Ω,電源電動勢E=9V,內(nèi)阻為r=1Ω,重力加速度g取10m/s2,彈簧的勁度系數(shù)k=10N/m(彈簧始終在彈性限度內(nèi)),不計一切阻力。求:(1)電壓表的最大示數(shù)Um;(2)物體質(zhì)量為多少時滑動變阻器上消耗的功率最大,并求出最大值Pm;(3)電壓表示數(shù)U與所稱物體質(zhì)量m的關(guān)系式。答案與解析第十二章電能能量守恒定律1.C2.A3.C4.B5.C6.C7.C8.D9.BC10.AB11.BC12.AC1.C電阻率只與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān),與電阻大小無關(guān),A錯誤;公式W=UIt適用于純電阻電路和非純電阻電路中電流做功的計算,B錯誤;由公式q=It可知,電流越大,單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多,C正確;C=QU是電容的定義式,電容的大小與電容器所帶的電荷量、兩極板間的電壓無關(guān),D錯誤。2.A以最大速度勻速騎行時,電動機、前大燈和尾燈均以額定功率工作,所以騎行回家的過程中,電動車消耗的電能至少是E=Pt=(500+20+10)×1200J=6.36×105J,A正確。3.C定值電阻的UI圖線的斜率表示電阻的阻值,則R=k=152.5Ω=6Ω,A說法正確;將電源與定值電阻連成閉合電路,兩圖線的交點表示工作點,即路端電壓U=15V,電路中的電流I=2.5A,根據(jù)閉合電路歐姆定律得電源電動勢E=U+Ir=15V+2.5×2V=20V,B說法正確;定值電阻的阻值R=6Ω,電源的內(nèi)阻r=2.0Ω,當(dāng)內(nèi)、外電路的電阻相等時電源的輸出功率最大,則將3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻,電源輸出功率最大,故C4.B滑片P向上滑動,R0接入電路的電阻增大,電路總電阻增大,根據(jù)閉合電路歐姆定律I=ER外+r可知干路電流減小,則通過小燈泡的電流減小,所以小燈泡變暗,A錯誤;電壓表測量路端電壓,根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ir,由于干路電流減小,可知路端電壓增大,B正確;電流表測R所在支路的電流,由于干路電流減小,小燈泡分壓減小,路端電壓增大,所以R與R0并聯(lián)部分兩端電壓增大,根據(jù)I=UR可知電流表的示數(shù)增大,C錯誤;電容器兩端電壓增大,根據(jù)5.C燈泡A比原來變暗了些,B比原來變亮了些,說明燈泡A的電流和電壓變小,燈泡B的電壓和電流變大。采用代入排除法,將選項逐個代入分析:R3斷路→R外增大→R總變大→I總減小→U外變大,根據(jù)串聯(lián)分壓易知燈泡A、B兩端電壓變大,兩燈均變亮,故A錯誤;R1短路→R外減小→R總減小→I總增大→U外變小→I3減小,知通過燈泡A和B的電流變大,兩燈均變亮,B錯誤;R2斷路→R外增大→R總變大→I總減小→U外變大→I3增大→IA減小→UA+U1變小→UB變大,C正確;R1、R2同時短路,B燈被短路,不發(fā)光,故D錯誤。6.C由題圖甲知,電壓表V2測量路端電壓,所以題圖乙中上面的圖線表示V2的示數(shù)與電流的關(guān)系,此圖線的斜率絕對值表示電源的內(nèi)阻,則r=3.4-3.00.3-0.1Ω=2Ω,當(dāng)電流I=0.1A時U=3.4V,則電源的電動勢為E=U+Ir=3.6V,A錯誤。變阻器滑片向右移動時,R接入電路的阻值變大,電路中總電阻變大,總電流減小,內(nèi)電壓減小,路端電壓即V2讀數(shù)增大,B錯誤。由于電流表讀數(shù)在0.2A以下時,電動機沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動,此時為純電阻用電器,由題圖乙可知,電動機線圈的電阻rM=0.8-0.40.2-0.1Ω=4Ω;當(dāng)I=0.3A時,電動機兩端電壓等于路端電壓,U1=U2=3.0V,此時電動機的輸出功率最大,P1=U1II2rM=3.0×0.3W(0.3)2×4W=0.54W,C7.C使用歐姆表時,應(yīng)讓電流從紅表筆流入該表,從黑表筆流出該表,故黑表筆插入B孔,A錯誤。歐姆調(diào)零時,將紅、黑表筆短接,電流表指針滿偏,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得Ig=Er+Rg+R0,解得R0=469Ω,故B錯誤。將待測電阻Rx接入A、B間,G的示數(shù)即電路中的電流,為13Ig,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得13Ig=Er+Rg+R0+Rx,解得Rx=1kΩ,故C正確。歐姆表讀數(shù)在中值電阻附近誤差最小;歐姆表的中值電阻R中等于歐姆表的內(nèi)阻R總,根據(jù)閉合電路歐姆定律8.D若閉合開關(guān)S,將滑動變阻器的滑片P從右向左滑動,滑動變阻器接入電路的阻值增大,電路總電阻增大,干路電流減小,內(nèi)電壓減小,路端電壓增大,電壓表測路端電壓,電壓表示數(shù)增大,因總電流減小,且通過R的電流增大,所以電流表示數(shù)減小,A錯誤;當(dāng)滑動變阻器接入電路的阻值最大時,路端電壓最大,定值電阻R上消耗的功率最大,此時外電阻R外=R(R1+R2)R+R1+R2=0.8Ω,路端電壓U=ER外r+R外=83V,所以定值電阻R消耗的功率PR=U2R=649W,B錯誤;電源的內(nèi)阻和外電路電阻相等時,電源的輸出功率最大,當(dāng)滑片P從右向左滑動時,外電路的電阻從0.5Ω增大到0.8Ω,而電源的內(nèi)阻為r=1Ω,所以電源的輸出功率一直變大,電源的效率η=IUIE=UE=R外R外+r=11+rR外,故電源的效率一定增大,C錯誤;設(shè)R2中的電流為I1,R中的電流為I2,則I1(R1+R2)=I2R,E=(I1+I2)r+I1(R1+R2),P2=9.BC僅光照變?nèi)?R1的阻值變大,回路總電阻變大,電路電流變小,燈泡變暗,A錯誤;同理可知,當(dāng)光照變強時燈泡變亮,B正確;僅將滑片向a端滑動,R2接入電路的阻值變大,回路總電阻變大,電流變小,燈泡變暗,根據(jù)U=EIr可知,路端電壓變大,故C正確,D錯誤。10.AB滑動變阻器的滑片向右緩慢滑動過程中,接入電路的電阻減小,電路中的總電阻減小,電路中的電流增大,R2消耗的功率P=I2R2∝I2,A正確;電容器C兩端的電壓等于滑動變阻器兩端的電壓,有UC=EI(R2+r),電荷量Q=CUC=C(R2+r)·I+CE,則QI圖像是向下傾斜的直線,B正確;電壓表示數(shù)U=EIr,UI圖像應(yīng)是向下傾斜的直線,C錯誤;通過電荷量q時電源做的功W=qE,E是電源的電動勢,為定值,則Wq圖像是過原點的直線,D錯誤。11.BC當(dāng)滑片位于中央時,并聯(lián)電阻最大,并聯(lián)電阻兩端的電壓最大,故Pa部分的電阻為R22=UI=5.00.50Ω=10Ω,解得R2=20Ω,B正確;當(dāng)滑片位于中央時,電壓表的示數(shù)最大,外電阻也最大,電源的效率η=P出P總=R外R外+r=11+rR外最高,即當(dāng)電壓表示數(shù)為5.0V時,電源的效率最高,C正確;當(dāng)電壓表的示數(shù)為4V時,電流表的示數(shù)為0.25A,此時Pa部分的電阻RPa=40.25Ω=16Ω,Pb部分的電阻RPb=R2RPa=4Ω,通過Pb部分支路的電流為44A=1.00A,干路電流為0.25A+1.00A=1.25A,根據(jù)閉合電路歐姆定律得E=4V+1.25A×(R1+r),同理E=5V+1A×(R1+r),聯(lián)立解得R1+r=412.AC當(dāng)溫度降低時,熱敏電阻RT的阻值增大,回路中電流變小,則R兩端電壓減小,路端電壓增大,故RT兩端的電壓增大,U2和U3均增大,A正確;根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U2=EI·(R+r),U3=EI·r,得ΔU2ΔI=R+r,ΔU3ΔI=r,故ΔU2ΔI>ΔU3ΔI,B錯誤;溫度降低的過程中,熱敏電阻RT的阻值增大,R+RT等于電源內(nèi)阻時,電源的輸出功率最大,根據(jù)題意不能確定R+RT與電源內(nèi)阻的大小關(guān)系,故電源的輸出功率可能先增大后減小,C正確;初始帶電液滴受到向上的電場力與重力平衡,13.答案(1)A2(2分)(2)1b(2分)kb(2解析(1)由于R0阻值約為2kΩ,電壓表量程是0~3V,由I=UR估得電路中的最大電流約為I=1.5mA,因此電流表應(yīng)選A2。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=EIr=EUR2r,整理得1U=1E+rE·1導(dǎo)師點睛測電源電動勢和內(nèi)阻,無論是哪種方法,其根本依據(jù)都是閉合電路歐姆定律。用圖像法處理數(shù)據(jù)時,必須找出橫、縱坐標(biāo)之間的物理關(guān)系,利用圖線的斜率、截距求解。14.答案(1)鋅片(1分)0.95(1分)(2)不變(1分)增大(1分)0.97(2分)474(2分)解析(1)根據(jù)多用電表的知識可得黑表筆應(yīng)接待測電池的負(fù)極,所以電極A應(yīng)為鋅片。選擇開關(guān)在“直流2.5V擋”時,對應(yīng)分度值為0.05V,測得果汁電池的電動勢為0.95V。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=EIr,圖像縱軸截距表示電源電動勢,圖線斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻大小,所以可得隨電極間距的增大電源電動勢不變,電源內(nèi)阻增大。曲線a對應(yīng)的電源電動勢為E=0.97V,內(nèi)阻為r=0.97-0.15.答案(1)15kΩ(2)12V(3)25kΩ解析(1)(2)由題圖乙可知,當(dāng)Rx=0時,I=Ig=0.8mA,當(dāng)I=0.4mA時,電阻箱的阻值為Rx=15kΩ,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得Ig=ER內(nèi)(1I=ER內(nèi)+代入數(shù)據(jù)解得E=12V,R內(nèi)=15kΩ(2分)(3)將電壓表接到兩表筆間,若G表示數(shù)為0.3mA,則電壓表兩端電壓為U=EIR內(nèi)=12V0.3×103×15×103V=7.5V(2分)則電壓表的內(nèi)阻為RV=UI=7.5016.答案(1)1Ω(2)100W64W(3)318.36W解析(1)車燈接通,電動機未啟動時,由閉合電路歐姆定律可得E=I1R+I1r