第十二章 电能 能量守恒定律 水平测评-【金版教程】2024-2025学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（人教版2019）

物理 必修·第三册［RJ］ 第十二章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1.在炎热的夏天我们可以经常看到，有的小朋友的太阳帽前有一小风扇(如图所示)，该小风扇与一小型的太阳能电池板相接，对其供电。经测量该电池能产生的电动势为E＝0.6 V，则关于该电池的描述正确的是(　　) A．单位时间内可把0.6 J的太阳能转化为电能 B．通过1 C电荷量该电池能把0.6 J的太阳能转化为电能 C．该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领大得多 D．把该电池接入闭合电路后，电动势减小 答案　B 解析　电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从负极移到正极所做的功，故通过1 C电荷量该电池能把0.6 J的太阳能转化为电能，A错误，B正确；电动势越大，将其他形式的能转化为电能的本领越大，一节7号电池的电动势为1.5 V，因此该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领小，C错误；电动势由电源中非静电力的特性决定，与该电池是否接入电路无关，D错误。 2．如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝2 Ω，R4＝4 Ω，电源电动势E＝12 V，内阻不计。四个灯泡中消耗功率最大的是(　　) A．R1 B．R2 C．R3 D．R4 答案　A 解析　由电路图可知，R3与R4串联后与R2并联，再与R1串联，并联部分的总电阻为R并＝＝2 Ω，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流即通过R1的电流为I1＝I＝＝3 A，并联部分各支路电流大小与电阻成反比，则I2＝＝2 A，I3＝I4＝＝1 A，四个灯泡消耗的功率分别为P1＝IR1＝18 W，P2＝IR2＝12 W，P3＝IR3＝2 W，P4＝IR4＝4 W，故四个灯泡中消耗功率最大的是R1，故选A。 3．有两个相同的电阻，阻值为R，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I；若将这两个电阻并联，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为，则该电源的内阻是(　　) A．R B. C．4R D. 答案　C 解析　由闭合电路的欧姆定律得，两电阻串联时：I＝，两电阻并联时：I＝·，联立解得r＝4R。 4.在如图所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r。设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U。当R5的滑动触点向图中a端移动时(　　) A．I变小，U变小 B．I变大，U变大 C．I变小，U变大 D．I变大，U变小 答案　A 解析　当R5的滑动触点向图中a端移动时，R5接入电路中的阻值变小，外电路总电阻变小，则由闭合电路的欧姆定律知，总电流I总变大，路端电压变小，则U变小。根据闭合电路的欧姆定律知，R5两端电压U′＝E－I总(r＋R1＋R3)变小，则I＝变小。故A正确。 5．2020年特斯拉公司发布新型“无极耳”电池。极耳是从电池正负极引出的金属导体，电流必须流经极耳才能与外部连接，可以将其视为电池正负极。为了减小体积，电池内部采用类似卷纸结构。传统电池的极耳位于两对角线(如左图所示，卷起后位于电池上下两端)；所谓无极耳电池其实有多个极耳(如右图所示，卷起后多个极耳连接在一起构成电极)。已知通过无极耳设计，电池内阻减小。试根据所学内容，分析下列选项可能正确的是(　　) 传统电池 无极耳电池 A．通过无极耳设计，可以增大电池电动势 B．若工作时流经两种电池的电流相等，无极耳电池内部电功率更大 C．若工作时两种电池所接外电路相同，无极耳电池的路端电压较小 D．若工作时两种电池所接外电路相同，无极耳电池的效率更高 答案　D 解析　根据题意，通过无极耳设计，电池中非静电力的特性不变，所以电池的电动势并没有发生变化，A错误；由P内＝I2r可知，在电流相同时，无极耳电池内阻小，内部电功率小，B错误；若工作时两种电池所接外电路相同，由U＝E＝E可知，外电路相同时，无极耳电池的路端电压较大，由η＝＝可知，外电路相同时，无极耳电池的效率更高，C错误，D正确。 6．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3 V，内阻不计，L1、L2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，R为定值电阻，阻值为10 Ω。当开关S闭合后，下列说法正确的是(　　) A．L1的电阻为1.2 Ω B．L1消耗的电功率为0.6 W C．L2的电阻为5 Ω D．L2消耗的电功率为0.1 W 答案　C 解析　根据题图甲可知，L1两端的电压为3 V，根据题图乙可知，此时通过L1的电流为0.25 A，所以L1的电阻为R1＝＝ Ω＝12 Ω，L1消耗的电功率为P1＝U1I1＝3×0.25 W＝0.75 W，故A、B错误；根据闭合电路欧姆定律知，L2两端的电压与电流的关系为I2＝＝－，在题图乙中作出该关系式的图线如图所示，所以L2两端的电压为U2＝1 V，通过L2的电流为I2＝0.2 A，则L2的电阻为R2＝＝ Ω＝5 Ω，L2消耗的电功率为P2＝I2U2＝0.2×1 W＝0.2 W，故C正确，D错误。 7．电池甲和乙的电动势分别为E1和E2，内电阻分别为r1和r2。用甲、乙电池分别向某个电阻R供电，则在这个电阻上所消耗的电功率相同。若用甲、乙电池分别向某个电阻R′供电，在R′上消耗的电功率分别为P1和P2，路端电压分别为U1和U2，电源的效率分别为η1和η2，已知E1>E2，R′>R，则(　　) A．r1<r2 B．P1<P2 C．U1<U2 D．η1<η2 答案　D 解析　根据电功率表达式和闭合电路欧姆定律可得P外＝I2R＝R，因为E1>E2，电阻消耗功率相同，所以r1>r2，故A错误；根据题意，在同一坐标系中画出两电池和R的U­I图线，图线交点表示R接入电池中的实际电流和电压，如图所示，在该坐标系画出R′的U­I图线，图线斜率表示电阻的大小，则可得R′接入电池的实际电压和电流，则U1>U2，I1>I2，由P＝UI可得P1>P2，故B、C错误；电源效率为η＝＝＝，因为r1>r2，所以η1<η2，故D正确。 8．对于能量和能源，下列表述正确的是(　　) A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约自然界中的能源 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量品质降低了 C．自然界中的能量转移和转化是有方向性的 D．现在人类在不断地开发和利用一些新能源，由此可见能量是可以被创造的 答案　BC 解析　人类在能源利用过程中，由于能量转化、转移是有方向性的，由此导致能量品质降低，所以能量不会减少，但能源越来越少，故要节约能源，A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知能量是不可能被创造的，故D错误。 9.在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。下列比值正确的是(　　) A.不变，变大 B.变大，变大 C.变大，不变 D.变大，不变 答案　CD 解析　R1是定值电阻，则＝＝R1不变，故A错误；由部分电路欧姆定律知＝R2，滑动触头P向下滑动时R2变大，则变大，由U2＝E－I(R1＋r)，得＝R1＋r，则不变，故B错误，C正确；由部分电路欧姆定律知＝R1＋R2，则变大，由U3＝E－Ir得＝r，即不变，故D正确。 10.如图所示，电源电动势为E、内阻为r，电容器的电容为C，滑动变阻器R的最大值为R0，滑片P位于滑动变阻器中央，电阻R1、R2为定值电阻，电压表为理想电表。已知R1＝2R2＝R0＝4r，闭合开关S，则(　　) A．电压表的示数为E B．电阻R2消耗的热功率等于滑动变阻器R消耗的热功率的 C．电容器的极板所带电荷量为CE D．电源内阻消耗的热功率等于电阻R2消耗的热功率的2倍 答案　ABD 解析　由题图知，R2与并联后再与和R1串联，则电路外电阻为R′＝＋2r＋4r＝7r，电压表示数为路端电压U，根据闭合电路欧姆定律可得U＝E＝E，故A正确；设干路电流为I，则电阻R2消耗的热功率为PR2＝·2r＝I2r，滑动变阻器R消耗的热功率为PR＝·2r＋I2·2r＝I2r，电源内阻消耗的热功率为Pr＝I2r，则＝，＝2，故B、D正确；电容器与R2并联，其两端电压为UC＝E，其中R并＝＝r，得UC＝E，电容器的极板所带电荷量为Q＝CUC＝CE，故C错误。 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共14分) 11．(6分)某实验小组的同学想测定一节干电池的电动势和内电阻。 (1)实验小组同学先设计了如图甲所示的原理图，经过分析他们认为电动势的测量值________电动势的真实值，内电阻的测量值________内电阻的真实值。(均填“大于”“等于”或“小于”) (2)经过讨论，实验小组同学对实验原理图进行了改进，设计了如图乙所示的原理图，请用笔画线代替导线把图丙中的实物图补充完整。 (3)闭合开关S1，当单刀双掷开关S2拨向1，改变滑动变阻器的阻值得到如图丁中的a图线；当单刀双掷开关S2拨向2，改变滑动变阻器的阻值得到如图丁中的b图线。则干电池电动势的真实值E＝________ V，内电阻的真实值r＝________ Ω。(结果均保留两位有效数字) 答案　(1)小于　小于　(2)图见解析 (3)1.4　0.81 解析　(1)由题图甲所示电路图可知，由于电压表的分流作用，电流的测量值小于流过电源的电流，这是造成系统误差的原因，当外电路短路时，电流的测量值等于真实值，除此之外，电流的测量值小于真实值，电源的U­I图像如图1所示，由图像可知，电源电动势的测量值小于真实值，电源内阻的测量值小于真实值。 (2)根据题图乙连接实物图，如图2所示。 (3)当单刀双掷开关S2拨向2，电流趋近于0时，开路电压等于电动势，电动势测量值无系统误差，电动势真实值为b图线与纵轴的截距，为E＝U2＝1.4 V；当单刀双掷开关S2拨向1，电压趋近于0时，短路电流无系统误差，短路电流真实值为把a图线延长，当纵坐标U＝0时，图线与横轴的截距，由三角形相似并结合图像可得，短路电流真实值I1＝×0.46 A，又I1＝，所以电源内电阻的真实值为r＝＝0.81 Ω。 12．(8分)某物理兴趣小组成员陈俊宇同学，根据手头的实验器材设计了如图所示的欧姆表电路，通过调节开关S，可使欧姆表具有“×1”和“×10”的两种倍率。可用器材如下： A．干电池(电动势E＝1.5 V，内阻不计) B．电流表G(满偏电流Ig＝1 mA，内阻Rg＝90 Ω) C．定值电阻R0(阻值为5.0 Ω) D．滑动变阻器R1(最大阻值为150 Ω) E．定值电阻Ra F．定值电阻Rb G．开关一个，红、黑表笔各一支，导线若干 (1)该兴趣小组陈俊宇同学按照如图所示电路图连接好实验电路。当开关S合向________(填“a”或“b”)，欧姆表的倍率是“×10”倍率； (2)已知欧姆表为“×1”倍率时的中值电阻为15 Ω，则定值电阻Ra＝________ Ω，Rb＝________ Ω； (3)将开关S合向b，第一步：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器R1，使电流表电流达到满偏电流。第二步：在红、黑表笔间接入待测电阻Rx，发现电流表指针指向的位置，则待测电阻Rx＝________ Ω。 答案　(1)b　(2)1　9　(3)300 解析　(1)当开关S合向a时，电路中的最大电流Ia＝＋Ig；当开关S合向b时，电路中的最大电流Ib＝＋Ig，所以Ia＞Ib，根据欧姆表的中值电阻等于此挡位时欧姆表的内阻，则Ra中＝，Rb中＝，则Ra中＜Rb中，所以开关S合向b时欧姆表的倍率为“×10”。 (2)欧姆表为“×1”倍率时的中值电阻为15 Ω，则此时欧姆表内阻同样为15 Ω，则满偏电流Ia＝＝＝100 mA，同理可得Ib＝＝＝10 mA，结合(1)可解得Ra＝1 Ω，Rb＝9 Ω。 (3)当开关合向b，并进行欧姆调零后，此时欧姆表的内阻Rb内＝Rb中＝150 Ω；当接入待测电阻Rx，指针指向，通过Rx的电流为，有＝，联立解得Rx＝300 Ω。 三、计算题(本题共3小题，共36分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13．(10分)如图所示是某型号电饭煲的电路图。S1是一个限温开关，手动闭合，此开关在锅体内温度达到103 ℃时会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于约70 ℃时会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开。限流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻R3＝50 Ω，两灯电阻均不计。已知两灯不会同时亮，除发光颜色不同外两灯完全相同。 (1)手动闭合开关S1后，电饭煲进入煮饭的加热过程，请说明两个指示灯中的哪一个发光，并计算加热电阻此时消耗的电功率。 (2)电饭煲保温过程，在S2没有闭合的情况下，两个指示灯中的哪一个发光，并计算加热电阻此时消耗的电功率。 答案　(1)红灯发光　968 W (2)黄灯发光　6.7 W 解析　(1)手动闭合开关S1后，电饭煲进入煮饭的加热过程，黄灯所在支路被短路，黄灯熄灭，红灯发光，加热电阻此时消耗的电功率为P＝＝ W＝968 W。 (2)电饭煲保温过程，在S2没有闭合的情况下，黄灯和红灯中都有电流通过，但黄灯中电流较大，所以黄灯发光，此时R2和R3的并联阻值为R并＝＝ Ω 根据串联电路分压规律可知，R2和R3并联部分的电压为U并＝U≈18.3 V 加热电阻此时消耗的电功率为 P′＝≈6.7 W。 14．(12分)如图甲所示，已知电源电动势E＝12 V，内阻未知，保护电阻R0＝8 Ω，R为滑动变阻器。当滑片P由滑动变阻器b端移动到a端的过程中，由理想电表分别测出几组对应的电压值和电流值，通过计算得出滑动变阻器对应的电功率P，并画出滑动变阻器的电功率P和电流I的关系图像，如图乙所示。求： (1)电源内阻； (2)滑动变阻器的最大阻值； (3)整个电路消耗的电功率最大和最小时电源的效率之比。 答案　(1)2 Ω　(2)50 Ω　(3) 解析　(1)由题图乙知，当I1＝0.6 A时，滑动变阻器R的功率最大 把R0看成电源的一部分，可知此时滑动变阻器接入电路的阻值R1＝R0＋r 由闭合电路的欧姆定律有 E＝I1(R1＋R0＋r) 联立解得r＝2 Ω。 (2)当滑动变阻器接入电路的电阻最大时，电流最小，为I2＝0.2 A， 由闭合电路的欧姆定律有 E＝I2(Rmax＋R0＋r) 解得Rmax＝50 Ω。 (3)整个电路消耗的电功率P总＝EI 可知P总最大时，I最大，R＝0， 则电源的效率η1＝ P总最小时，I最小，R＝Rmax， 则电源的效率η2＝ 解得＝。 15．(14分)某同学利用图甲所示装置测定某电动机的效率。分别用理想电压表和理想电流表测得电动机的输入电压和输入电流与时间的关系图像分别如图丙、丁所示，当重物匀速上升时，重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示，电动机提升的重物的质量为91.2 g，不计一切摩擦，取g＝10 m/s2。求： (1)该电源的电动势与内阻； (2)该电动机在图乙所示时间内的效率； (3)该电动机的内阻(保留两位有效数字)。 答案　(1)3.2 V　1.25 Ω　(2)95% (3)0.94 Ω 解析　(1)设该电源的电动势为E，内阻为r，由题图丙、丁可知，电动机与电源构成闭合回路 刚启动时，有U1＝2.8 V，I1＝0.32 A，E＝U1＋I1r 电动机稳定工作时，有 U2＝3.0 V，I2＝0.16 A，E＝U2＋I2r 联立解得E＝3.2 V，r＝1.25 Ω。 (2)电动机的输入功率为P入＝U2I2 由题图乙可知重物匀速上升时的速度为 v＝ 电动机的输出功率为P出＝mgv 电动机的效率为η＝×100% 联立并代入数据解得η＝95%。 (3)设该电动机的内阻为r0 电动机稳定工作时，根据焦耳定律得，电动机的热功率为P热＝Ir0 又P热＝P入－P出 联立并代入数据解得r0≈0.94 Ω。 1 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