第12章 电能 能量守恒定律 水平测评-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册作业与测评全书Word（人教版2019）

物理　必修·第三册[人教版]作业与测评 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．针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法中，错误的是(　　) A．直接向空中排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律 B．直接向空中排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律 C．当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理 D．能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系 答案　A 解析　直接向空中排放废气浪费能源，引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律，故A错误，B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系，故D正确。本题选说法错误的，故选A。 2．一台发电机以10 A的电流向外输电，在1小时内消耗的机械能为9.9×106 J，发电效率为80%，则发电机的电动势为(　　) A．6 V B．380 V C．220 V D．12 V 答案　C 解析　由E＝，W＝ηW机，q＝It可得：E＝＝ V＝220 V，C正确。 3．电动自行车因轻便、价格相对低廉、污染小和噪音小而受到市民喜爱。某国产品牌电动自行车的铭牌如下，则此车所配电动机的内阻为(　　) 规格 后轮驱动直流永磁体电动机 车型：20″电动自行车 电动机额定输出功率：175 W 电源输出电压：≥36 V 额定工作电压/电流：36 V/5 A 整车质量：40 kg 额定转速：240 r/min A.7.2 Ω B．0.2 Ω C．7.0 Ω D．7.4 Ω 答案　B 解析　根据电动机的额定工作电压和电流可得电动机消耗的总功率P总＝36×5 W＝180 W，又电动机额定输出功率为175 W，则电动机内阻消耗的功率为P内＝5 W，由P内＝I2r可得此车所配电动机的内阻r＝0.2 Ω，B正确。 4．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变化的图线，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，则下列说法中不正确的是(　　) A．电源1与电源2的内阻之比是11∶7 B．电源1与电源2的电动势之比是1∶1 C．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1∶2 D．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2 答案　C 解析　电源U­I图线的纵截距等于电源电动势，斜率的绝对值等于电源内阻，由题图可得，电源1与电源2的内阻之比＝＝，两电源电动势均为10 V，比值为1∶1，A、B正确；电源的U­I图线与小灯泡的伏安特性曲线的交点，即为电源与小灯泡连接时的工作点，两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是＝＝，C错误；两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是＝＝＝，D正确。本题选说法不正确的，故选C。 5．如图是酒精浓度测试仪及其原理图。它可以看成是由电源(内阻为r)、酒精气敏传感器R、定值电阻R0(R0>r)和一个电压表组成。其中R的阻值随酒精气体浓度的增大而减小，闭合开关后，若驾驶员呼出的酒精气体浓度增大，则下列说法正确的是(　　) A．电压表的示数减小 B．电源的效率变大 C．R0消耗的功率减小 D．电源的输出功率增大 答案　D 解析　若驾驶员呼出的酒精气体浓度增大，电阻R的阻值减小，电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大，所以R0分得的电压增大，电压表的示数增大，故A错误；电源的效率为η＝×100%，随着R的减小，电流增大，电源的效率减小，故B错误；电阻R0消耗的功率为P0＝I2R0，电路中电流增大，R0消耗的功率增大，故C错误；电源的输出功率为P＝＝，由于R0>r，当R减小时，电源的输出功率增大，故D正确。 6．“祝融号”火星车，其动力主要来源于太阳能电池。现将“祝融号”的动力供电电路简化如图，其中电热丝电阻R＝5 Ω，太阳能电池电动势E＝150 V，内阻r未知，电动机线圈电阻rM＝4 Ω，当火星车正常行驶时，电动机两端的电压UM＝120 V，电热丝上消耗的功率为125 W。则下列说法正确的是(　　) A．太阳能电池的内电阻为6 Ω B．太阳能电池的效率为80% C．电动机的机械功率为500 W D．电动机的效率为79.2% 答案　C 解析　设火星车正常行驶时，电路中的电流为I，则电热丝上消耗的功率为P＝I2R，解得I＝5 A，由闭合电路欧姆定律可得E＝UM＋I(R＋r)，解得r＝1 Ω，A错误；路端电压U＝UM＋IR，则太阳能电池的效率为η1＝×100%＝96.7%，B错误；电动机的发热功率为P热＝I2rM＝100 W，电动机的机械功率为P机＝UMI－P热＝500 W，C正确；电动机的效率为η2＝×100%＝83.3%，D错误。 7．如图甲所示的电路中，将滑动变阻器R2的滑动片由a端向b端移动，用两个电表分别测量电压U和电流I，得到部分U­I关系图像如图乙所示，则(　　) A．电源的电动势为9 V B．滑动变阻器的总阻值为10 Ω C．当电压表示数为5.0 V时，电源效率不是最高 D．当电压表示数为5.0 V时，R2消耗的总功率最大 答案　A 解析　将题图甲所示电路等效为如图所示电路，滑动变阻器的滑动片P左侧部分电阻为Ra，右侧部分电阻为Rb，两部分为并联关系，滑动片P由a端向b端移动过程，Ra由零逐渐增大，Rb逐渐减小到零。当Ra＝Rb时，并联部分的电阻最大，电压表示数最大，由题图乙可知，此时电压表示数为U1＝5.0 V，电流表示数即流过Ra的电流Ia＝0.50 A，由欧姆定律得Ra＝＝ Ω＝10 Ω，因Ra＝Rb，则滑动变阻器的总阻值为R2＝2Ra＝2×10 Ω＝20 Ω，故B错误；当Ra＝Rb时，流过Ra、Rb的电流相等，则干路电流I1＝2Ia＝2×0.50 A＝1 A，由题图乙可知，U2＝4.0 V，Ia′＝0.25 A，则Ra′＝＝ Ω＝16 Ω，则有Rb′＝R2－Ra′＝20 Ω－16 Ω＝4 Ω，可得Ib′＝＝ A＝1 A，则干路电流为I2＝Ia′＋Ib′＝0.25 A＋1 A＝1.25 A，由闭合电路欧姆定律得E＝U1＋I1(R1＋r)，E＝U2＋I2(R1＋r)，代入数据解得E＝9 V，R1＋r＝4 Ω，故A正确；电源效率η＝×100%＝×100%，由B项分析可知，当电压表示数为5.0 V时，并联部分的电阻最大，外电路总电阻最大，则路端电压U路最大，故此时电源效率最高，C错误；将R1作为电源内阻的一部分，则等效电源内阻r′＝R1＋r＝4 Ω，此时等效电源的输出功率等于滑动变阻器R2的总功率，当R2接入电路的电阻即并联部分的电阻等于r′时，其功率最大，由B项分析可知，当电压表示数为5.0 V时，Ra＝Rb＝10 Ω，则R2接入电路的总电阻为＝ Ω＝5 Ω＞r′＝4 Ω，可知R2消耗的总功率并不是最大，故D错误。 8．如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标出。闭合开关S，下列说法正确的有(　　) A．路端电压为10 V B．电源的总功率为10 W C．a、b间电压的大小为5 V D．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A 答案　AC 解析　由电路图可知，外电路的总电阻R＝10 Ω，由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I＝＝1 A，因此路端电压U＝E－Ir＝12 V－1×2 V＝10 V，A正确；电源的总功率P＝EI＝12 W，B错误；由图a可知Uab＝UaO－UbO＝－15×0.5 V＋5×0.5 V＝－5 V，故C正确；当a、b间用导线连接后，其等效电路如图b所示，外电路的总电阻R′＝7.5 Ω，电路中的总电流I′＝＝ A≠1 A，D错误。 9．在如图甲所示的电路中，L1、L2为规格相同的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，C是电容为100 μF的电容器，R是阻值为8 Ω的定值电阻，电源E的内阻为1 Ω。电路稳定后，通过L1的电流为0.2 A，下列结论正确的是(　　) A．L1的电功率为0.16 W B．L2的电阻为6 Ω C．电源的效率为60% D．电容器所带电荷量为2.4×10－4 C 答案　AB 解析　当通过L1的电流为I1＝0.2 A时，由题图乙可知L1两端的电压为U1＝0.8 V，根据P＝UI得L1的电功率为P1＝U1I1＝0.16 W，故A正确。电路稳定后，通过定值电阻R的电流为0.2 A，灯泡L2两端的电压等于灯泡L1和定值电阻R两端的电压之和，即U2＝I1R＋U1＝2.4 V，由题图乙可看出通过L2的电流为I2＝0.4 A，由欧姆定律可得L2的电阻为6 Ω，故B正确。电源内阻分得的电压为U内＝(I1＋I2)r＝0.6 V，则电源电动势E＝U内＋U2＝3 V，所以电源的效率η＝×100%＝80%，故C错误。电容器两端的电压等于定值电阻两端的电压，定值电阻两端的电压U＝I1R＝0.2×8 V＝1.6 V，由Q＝UC可得，电容器所带电荷量为1.6×10－4 C，故D错误。 10．某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。则下列说法中正确的是(　　) A．图线b表示输出功率PR随电流I变化的关系 B．图线a最高点对应的功率为最大输出功率 C．在图线上A、B、C三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PC D．两个图线交点M与N的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4 答案　CD 解析　电源内部的发热功率Pr＝I2r，电流I越大，Pr越大，且呈二次函数关系，所以图线b表示电源内部的发热功率Pr随电流I变化的关系，A错误。电源的总功率PE＝EI，所以图线a表示PE随I变化的关系，图线a最高点对应的功率为电源的最大总功率，B错误。电源输出功率PR＝UI＝(E－Ir)I＝EI－I2r＝PE－Pr，所以在图线上A、B、C三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PC，C正确。由当外电阻与内电阻相等时电源的输出功率最大可知，图线交点M对应R＝r，N对应R＝0，由I＝可知，两个图线交点M与N的横坐标之比一定为1∶2，M点的纵坐标PM＝，N点的纵坐标PN＝，两个图线交点M与N的纵坐标之比一定为1∶4，D正确。 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共15分) 11．(6分)在物理课外活动中，刘聪同学制作了一个简单的多用电表，如图甲为电表的电路图。已知选用的电流表内阻Rg＝10 Ω、满偏电流Ig＝10 mA，当选择开关接3时为量程250 V的电压表，该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心，上排刻度线对应数据没有标出。 (1)若指针在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________ mA；选择开关接3时其读数为________ V。 (2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，刘聪同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验： ①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏； ②将电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指在中间刻度C处，此时电阻箱的示数如图丙，则欧姆挡的内阻为________ Ω。 ③计算得到多用电表内电池的电动势为________ V。(保留两位有效数字) (3)调零后将多用电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________ Ω。(结果保留两位有效数字) 答案　(1)6.9　173(172～174均可) (2)②150　③1.5　(3)67 解析　(1)选择开关接1时测电流，其量程为10 mA，分度值为0.2 mA，示数为6.9 mA；选择开关接3时测电压，其量程为250 V，分度值为5 V，示数为173 V。 (2)②电阻箱示数为0×1000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω，C为上排刻度线的中间刻度，C处电阻为中值电阻，则欧姆挡的内阻为150 Ω。 ③多用电表内电池的电动势E＝IgR＝0.01×150 V＝1.5 V。 (3)根据第(1)问可知，表头所示电流为6.9 mA；调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值也为6.9 mA，而表内电池的电动势为E＝1.5 V，表内总电阻为150 Ω，由闭合电路欧姆定律可知，待测电阻的阻值Rx＝ Ω－150 Ω＝67 Ω。 12．(9分)如图甲所示，装有稀硫酸的两个烧杯内，分别插有作为电源正、负极的铜片和锌片。U形玻璃管内放入粗棉线，倒插在两个烧杯中，利用粗棉线把两边烧杯中的稀硫酸溶液连成一体。这个装置构成了一个化学电源，其中左侧烧杯内插铜片、右侧烧杯内插锌片。 (1)电压表V1、V2分别用于测量电源的________(填“内”或“外”)电压和________(填“内”或“外”)电压，图甲中电压表V2左侧是该电压表的________(填“正”或“负”)接线柱。 (2)若滑动变阻器接入电路的阻值增大，将观察到电压表V1的示数________(填“增大”或“减小”)，电压表V2的示数________(填“增大”或“减小”)，同时两电压表的示数还会满足____________关系。 (3)为测量该电源的电动势与内阻，该小组用一电阻箱替代滑动变阻器，并撤去电压表V2。开始做实验时，先把电阻箱的阻值调到最大，再接通开关，然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值R，读取与R对应的电压表V1的示数U，并将相应的数据转化为电阻的倒数与相应的电压的倒数，如表所示。 序号 1 2 3 4 5 6 7 (Ω－1) 0.1 0.4 0.5 1.0 2.0 2.5 5.0 (V－1) 0.36 0.44 0.40 0.60 0.87 1.00 1.58 根据表中的数据和实验原理，你认为第________(填序号)组数据是错误的。 (4)该小组根据实验数据在坐标系中绘出­关系图线(如图乙所示)，根据图线可得该电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。(结果均保留两位有效数字) 答案　(1)外　内　负　(2)增大　减小　和保持不变　(3)3　(4)2.9　0.71 解析　(1)由题图甲可知，电压表V1测量的是电源的外电压，电压表V2测量的是电源的内电压。由于电压表V2测量的是内电路的电压，内电路电流从电源负极流向电源正极，而电压表要保证电流从正接线柱流入从负接线柱流出，因此，电压表V2左侧是该电压表的负接线柱。 (2)当滑动变阻器接入电路的阻值增大时，电路电流减小，根据欧姆定律可知，外电路电压增大，即电压表V1的示数增大，而电动势E不变，因此内电压减小，即V2的示数减小，在该过程中，两表的示数之和始终等于电源电动势E，即和保持不变。 (3)根据闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，其中I＝，整理可得＝＋·，则与成线性递增关系，分析可知，第3组数据是错误的。 (4)根据(3)分析可知＝＋·，再结合图像得＝0.35 V－1，＝ V－1·Ω＝ V－1·Ω，解得E＝2.9 V，r＝0.71 Ω。 三、计算题(本题共3小题，共35分。解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤) 13．(9分)一个允许通过最大电流为2 A的电源和一个滑动变阻器，接成如图甲所示的电路。滑动变阻器最大阻值为R0＝22 Ω，电源路端电压U随外电阻R变化的规律如图乙所示，图中U＝12 V的直线为图线的渐近线，试求： (1)电源电动势E和内阻r； (2)A、B空载(即A、B间断路)时输出电压的范围； (3)若要保证滑动变阻器的滑片任意滑动时，干路电流不能超过2 A，A、B两端所接负载电阻至少多大？　 答案　(1)12 V　2 Ω　(2)0～11 V　(3)4.9 Ω 解析　(1)由图乙可知， 当R→∞时，U＝12 V，则E＝12 V 当U＝＝6 V时，r＝R，由图乙可知，r＝2 Ω。 (2)当滑片滑至上端时， UAB最大，且Umax＝E＝11 V 当滑片滑至下端时，UAB为零，因此，A、B空载时输出电压的范围为0～11 V。 (3)A、B两端接某一负载电阻后，滑动变阻器滑片移至上端时，干路电流最大。 此时I＝，为了电源不过载，应保证I≤2 A 代入数据得Rx≥4.9 Ω 即所接负载电阻至少为4.9 Ω。 14．(12分)在如图甲所示的电路中，电阻R1和R2都是纯电阻，它们的伏安特性曲线分别如图乙中a、b所示。电源的电动势E＝7.0 V，内阻忽略不计。 (1)调节滑动变阻器R3，使电阻R1和R2消耗的电功率恰好相等，求此时电阻R1和R2阻值为多大？R3接入电路的阻值为多大？ (2)调节滑动变阻器R3，使R3＝0，这时电阻R1和R2消耗的电功率各是多少？ 答案　(1)1000 Ω　1000 Ω　800 Ω (2)1.05×10－2 W　1.4×10－2 W 解析　(1)R1、R2和R3串联，电流相等，当电阻R1和电阻R2消耗的电功率相等时，由伏安特性曲线可知，此时电路中的电流I＝2.5 mA 这时加在电阻R1和R2上的电压U1＝U2＝2.5 V 由欧姆定律得R1＝R2＝＝1000 Ω 滑动变阻器R3两端电压为 U3＝E－U1－U2＝2 V 由欧姆定律得R3＝＝800 Ω。 (2)调节滑动变阻器R3，当R3＝0时，U1′＋U2′＝E＝7 V 又因通过电阻R1和R2的电流相等，从伏安特性曲线上可以看出，此时I′＝3.5 mA，且U1′＝3 V，U2′＝4 V 电阻R1消耗的电功率为P1＝I′U1′＝1.05×10－2 W 电阻R2消耗的电功率为P2＝I′U2′＝1.4×10－2 W。 15．(14分)小明同学在玩一个会发光的电动玩具汽车时，发现了一个现象：启动电源，电动机正常工作，车轮正常转动，当不小心卡住车轮时，车灯会变暗。玩具汽车的简化电路如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝2 Ω，车轮电动机的额定电压UM＝6 V，额定功率PM＝6 W，线圈电阻RM＝1 Ω。求： (1)玩具汽车正常工作时，流过灯泡的电流； (2)玩具汽车的车轮被卡住后，流过灯泡的电流； (3)玩具汽车的车轮被卡住前后，灯泡消耗的功率的减少量。 答案　(1)1 A　(2)0.5 A　(3)4.5 W 解析　(1)玩具汽车正常工作时，电源内阻分压U内＝E－UM＝4 V 通过电源的电流I＝＝2 A 由PM＝UMIM知，玩具汽车正常工作时，通过电动机的电流IM＝＝1 A 故流过灯泡的电流IR＝I－IM＝1 A。 (2)灯泡的电阻为R＝＝6 Ω 玩具汽车的车轮被卡住后，电动机可视为纯电阻，灯泡与电动机并联的总电阻 R′＝＝ Ω 电路中的总电流I′＝＝3.5 A 由并联电路的特点可知，流过灯泡的电流 IR′＝I′＝0.5 A。 (3)玩具汽车的车轮被卡住前，灯泡消耗的功率P＝UMIR＝6 W 玩具汽车的车轮被卡住后，灯泡消耗的功率P′＝IR′2R＝1.5 W 灯泡消耗的功率的减少量ΔP＝P－P′＝4.5 W。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$