第十二章 电能 能量守恒定律 章末检测试卷(四)(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（人教版）

该高中物理“恒定电流”单元复习讲义通过知识框架系统梳理电功、电功率、焦耳定律、电源电动势与内阻等核心内容，用对比表格明晰纯电阻与非纯电阻电路规律差异，结合U-I图像整合电源特性与外电阻关系，构建“概念规律-图像分析-电路计算”递进知识脉络，突出能量观念与相互作用观念的物理观念培养。 讲义亮点在于分层练习设计，基础题如手机电池参数辨析（科学思维：模型建构），实验题如多用电表测定值电阻及电源电动势（科学探究：证据获取），综合题如含电动机电路动态分析（科学推理）。解析标注易错点，基础生掌握方法，优秀生深化理解，助力教师实施精准化单元复习教学。

章末检测试卷(四) (满分：100分) 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是(　　) A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路 答案　A 解析　电功率公式P＝，表示电功率越大，电流做功越快，对于一段电路，有P＝IU，则焦耳热Q＝()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝、W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，W＝Q＋W其他，所以W>Q，故UI>I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确。 2. (2023·浙江省长兴县教育研究中心高二期中)某手机电池铭牌如图所示，根据图中信息，以下说法正确的是(　　) A．800 mAh是指电池储存的能量 B．3.7 V是指该电池在单位时间内移动1 C电荷能把3.7 J的其他形式能量转化为电能 C．该手机在浏览文件时该电池的路端电压小于3.7 V D．当该电池以0.1 A的电流对外放电时最少可以使用10 h 答案　C 解析　800 mAh是指电池储存的电荷量，故A错误；电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷从电源内部的负极移到正极所做的功，即每移动单位电荷有3.7 J的其他形式的能量转化为电能，而不是在1 s内转变的电能，故B错误；3.7 V为电池的电动势，该手机在浏览文件时该电池的路端电压小于3.7 V，故C正确；若电池以0.1 A的电流工作，其工作时间为t＝＝8 h，即最多可以使用8 h，故D错误。 3. 如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源的电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，闭合开关，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈的电阻RM＝1 Ω，则下列说法中正确的是(　　) A．通过电动机的电流为10 A B．电动机的输入功率为2 W C．电源的输出功率为4 W D．电动机的输出功率为16 W 答案　D 解析　由E＝30 V，电动机两端电压为10 V可得电阻R和电源内阻上分得的电压为20 V，则I＝＝ A＝2 A，故A错误；电动机的输入功率P＝UI＝10×2 W＝20 W，故B错误；电源的热功率Pr＝I2r＝22×1 W＝4 W，电源的输出功率为P出＝IE－Pr＝(2×30－4) W＝56 W，故C错误；电动机的热功率P热＝I2RM＝22×1 W＝4 W，电动机的输出功率P出′＝P－P热＝20 W－4 W＝16 W，故D正确。 4．有四个电源甲、乙、丙、丁，其路端电压U与电流I的关系图像分别如图(a)、(b)、(c)、(d)所示。将一个6 Ω的定值电阻分别与每个电源的两极相接，使定值电阻消耗功率最大的电源是(　　) A．甲电源 B．乙电源 C．丙电源 D．丁电源 答案　D 解析　U－I图像斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知丁电源内阻r最小，再由P＝()2R知，r越小，定值电阻消耗的功率越大，故D正确。 5. (2024·滨州市高二期中)如图，直线a为某电源的U－I图线，直线b和c分别为电阻R1、R2的U－I图线。现用该电源分别与R1、R2组成闭合电路甲和乙。由图像能确定的是(　　) A．R1的阻值小于R2的阻值 B．甲、乙电路中电源效率相等 C．甲、乙电路中电源内阻消耗的功率相等 D．甲、乙电路中电源输出功率的大小关系不能确定 答案　D 解析　电阻的U－I图线斜率表示其阻值，由题图可知，R1的阻值大于R2的阻值，A错误； 电源效率为η＝×100% 甲电路的路端电压大于乙电路的路端电压，则甲电路的电源效率大于乙电路的电源效率，B错误；电源内阻消耗的功率为P内＝I2r 甲电路的电流小于乙电路的电流，则甲电路的电源内阻消耗的功率小于乙电路的电源内阻消耗的功率，C错误；电源输出功率为P＝UI，由于不明确路端电压与电流乘积大小，故甲、乙电路中电源输出功率的大小关系不能确定，D正确。 6．(2024·枣庄市高二期中)如图所示，电源电动势E＝6 V，内阻不计。电容器电容C＝1×10－2 F，定值电阻R1＝2 Ω，R2＝R3＝4 Ω。表A为灵敏电流计，其零刻度位于表盘中央。闭合开关S，电路稳定后，电表A指针指向表盘中央零位置。若断开开关S，下列说法正确的是(　　) A．电表A指针稳定在某一侧 B．电表A指针以中央零位置为中心左右摆动然后返回中央零位置 C．通过电表A的电荷量为6×10－2 C D．通过电表A的电荷量为2×10－2 C 答案　C 解析　开关S闭合时电容器与R2并联，电容器两端的电压等于R2两端的电压，电容器充电完毕后，电表A指针指向表盘中央零位置，电容器上极板带正电荷；由UR2＝U＝4 V 电容器带电量Q1＝CUR2＝4×10－2 C 开关S断开后电容器与R1并联，电容器两端的电压与R1两端的电压相等，电路稳定后电容器下极板带正电荷，电阻R1两端的电压为 UR1＝U＝2 V 电容器带电荷量为Q2＝CUR1＝2×10－2 C 所以开关S闭合电路稳定后再断开，电容器先放电再充电，电流方向都是向上，充电结束后通过表A的电流为零，所以电表A指针向一侧偏转一个角度然后返回中央零位置，故A、B错误；通过电表A的电荷量为Q＝Q1＋Q2＝6×10－2 C，故C正确，D错误。 7．(2024·湖北省高二期中)热敏电阻是一种能随温度变化而改变电阻值的电学元件，被广泛用于温度测量、温度控制和电子设备保护等领域。如图甲所示是某实验小组设计的家用热水器的控制电路，R0＝50 Ω，R1的阻值随温度的升高而减小，其阻值随温度变化曲线如图乙所示。R2为调温电阻，信号模块通过监测R1和R2两端总电压从而控制加热电路通断，r＝10 Ω，则下列说法正确的是(　　) A．当R2短路，信号模块监测电压数值增大 B．当R2短路，R1和R2消耗总功率一定增大 C．当信号模块临界电压不变时，要使热水器内水温维持一个较高温度，则R2的阻值应调大一点 D．当R2阻值不变时，要使热水器内水温维持一个较高水平，应增大信号模块临界电压 答案　C 解析　当R2短路，阻值减小为零，根据“串反并同”，信号模块监测电压数值减小，A错误；将R0＝50 Ω等效为电源内阻，当R2短路，外电路阻值减小，但无法判断与电源等效内阻的大小关系，R1和R2消耗总功率变化情况无法判断，B错误；当信号模块临界电压不变时，要使热水器内水温维持一个较高温度，则R1的阻值较小，则R2的阻值应调大一点，C正确；当R2阻值不变时，要使热水器内水温维持一个较高水平，则R1的阻值较小，应减小信号模块临界电压，D错误。 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18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6分，选对但不全的得4分，有选错的得0分。 8．(2024·玉林市高二期中)如图甲，为某地新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制，电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙，为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。现减少光照强度，灯泡电阻不变，则下列判断正确的是(　　) A．A、B灯都变暗 B．A、B灯都变亮 C．电源的总功率变大 D．电源的效率变大 答案　BD 解析　减少光照强度，光敏电阻阻值增大，根据“串反并同”，A、B灯都变亮，A错误，B正确；同理，干路电流减小，根据P＝EI 电源总功率变小，C错误；根据 η＝×100%＝×100% 光敏电阻阻值增大，路端电压增大，电源效率增大，D正确。 9. (2024·运城市高二期中)如图所示，图线Ⅰ是某电源的外电压U与电流I的关系图像，图线Ⅱ是某定值电阻的电压U与电流I的关系图像，两图线的交点为P，已知此定值电阻的阻值与此电源的内阻相等，图中阴影部分的面积为S0，图线Ⅰ横轴的截距为I0，下列说法正确的是(　　) A．若电源的电动势为E，则P点的纵坐标为0.5E B．P点的横坐标为I0 C．电池的内阻为 D．当把此定值电阻直接接在此电源两端，则总功率为2S0 答案　AD 解析　两个图线斜率的绝对值均表示电阻，因为定值电阻的阻值与电池的内阻相等，则两个图像斜率的绝对值相等，由几何关系可得P点的纵坐标等于图线Ⅰ的纵截距的一半，图线Ⅰ的纵截距表示电源的电动势E，则P点的纵坐标为0.5E，故A正确；设P点的横坐标为I，则有＝，解得I＝0.5I0，故B错误；题图中阴影部分的面积S0＝×0.5I0E 解得E＝ 则电池的内阻为r＝＝ 故C错误；当把此定值电阻直接接在此电源两端，则总功率为P＝＝2S0，故D正确。 10．(2024·重庆市高二月考)如图(a)所示电路，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。从左向右移动滑动变阻器的滑片，根据电表数据得到U－I图像如图(b)所示，则(　　) A．R1的最大功率为4 W B．R2的最大功率为3 W C．电源的最大输出功率为3 W D．电源的输出功率先增大后减小 答案　BC 解析　根据欧姆定律可知＝R2＝3 Ω 所以题图(b)中斜率为正的图线是R2的U－I图像。设电源电动势为E，内阻为r。根据闭合电路欧姆定律有U3＝E－Ir，U1＝E－I(r＋R2) 所以||＝r，||＝r＋R2 所以题图(b)中斜率为负的两条图线中，斜率绝对值较大的图线反映了V1表示数随I的变化，则r＋R2＝4 Ω 斜率绝对值较小的图线反映了V3表示数随I的变化，则r＝1 Ω，E＝4 V R1的输出功率为P1＝I2R1＝＝ 根据数学知识可知当R1＝R2＋r 时，P1有最大值为P1max＝1 W 故A错误；当电路中电流最大时，R2的功率最大，此时R1接入电路的阻值为零，所以P2max＝()2R2＝3 W 故B正确；电源的输出功率为P＝I2(R1＋R2)＝＝ 从左向右移动滑动变阻器的滑片，R1增大，根据数学知识可知当R1＋R2＞r时，P随R1的增大而减小，当R1＝0时，P有最大值为Pmax＝P2max＝3 W 故C正确，D错误。 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．(10分)某同学用图(a)所示的电路测量电源的电动势E和内阻r，R1是滑动变阻器，定值电阻R2＝3 Ω。 (1)(4分)图(a)中A、B分别是________传感器、________传感器。(均选填“电压”或“电流”) (2)(2分)请根据图(a)，用笔画线代替导线将图(b)中实物图补充完整； (3)(2分)该实验中，设A传感器的示数为a，B传感器的示数为b，则a关于b的函数关系式为a＝______；(用b、E、r、R2表示) (4)(2分)若实验中得到的两电表的示数关系图像如图(c)所示，则该电源的电动势E＝__________ V，内阻r＝__________ Ω。 答案　(1)电压　电流 (2)见解析图 (3)E－b(R2＋r) (4)2.8　1 解析　(1)A传感器与电路并联，是电压传感器，B传感器与电路串联，是电流传感器； (2)实物图如图所示 (3)由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R2＋r)，U＝a，I＝b，解得a＝E－b(R2＋r) (4)由题图(c)知，电源的电动势E＝2.8 V 该电源的内阻为 r＝||－R2＝ Ω－3 Ω＝1 Ω。 12．(10分)(2024·绵阳市高二阶段检测)实验小组用多用电表测定值电阻的阻值并进一步测量一电源的电动势和内阻。实验器材有：待测定值电阻R0，待测电源(电动势约8 V，内阻r约1 Ω)，多用表一只，电阻箱R，开关一个，导线若干。 (1)(4分)用多用电表测定值电阻的阻值：先对多用电表机械调零后，将选择开关调到电阻×10 Ω挡，红黑表笔短接，调整图甲中多用电表的________(选填“A”“B”或“C”)旋钮，进行欧姆调零；再将红黑表笔与定值电阻两端相接触，多用电表指针位置如图甲放大图中a所示；重新调整到合适的电阻挡并欧姆调零后测量，指针位置如图甲放大图中b所示，读数后将选择开关调到OFF挡。则测得该定值电阻的阻值R0＝________ Ω。 (2)电路设计与电路组装：测量电源电动势和内阻的电路如图乙所示，按照该电路组装实物电路。 (3)(2分)测量并记录数据：将多用电表选择开关调到直流电压________(选填“2.5”或“10”) V挡，闭合开关，调节电阻箱R阻值，读出多用电表相对应的示数U，测得多组R和U并记录。 (4)(4分)处理数据得结论：算出每组数据对应的和值，作出了如图丙所示的－图线，则该实验测得的电源电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。(结果均保留3位有效数字)。 答案　(1)B　8　(3)10　(4)8.33　1.00 解析　(1)将选择开关调到电阻×10 Ω挡，红黑表笔短接，调整题图甲中多用电表的欧姆调零旋钮B进行欧姆调零；由题图甲放大图中a所示可知，指针偏角太大，所选挡位太大，为准确测量电阻阻值，应选择×1 Ω挡，由题图甲放大图中b所示可知，测得该定值电阻的阻值R0＝8×1 Ω＝8 Ω。 (3)电源电动势约为8 V，应将多用电表选择开关调到直流电压10 V挡。 (4)由闭合电路的欧姆定律得 E＝U＋I(r＋R0)＝U＋(r＋R0) 整理得＝·＋ 由题图丙所示－图像可知，图像纵轴截距 ＝0.12 V－1 图像斜率k＝＝ A－1 解得，电源电动势E≈8.33 V r＝1.00 Ω。 13．(11分)(2024·上海市复旦中学高二期中)如图所示，电源电动势E＝20 V，内阻不可忽略，定值电阻R＝2 Ω。开始时滑动变阻器滑片位于正中时，电流表的示数为1 A，而后将滑片滑到一个极端时，电流表的示数变成2 A。求： (1)(3分)电源的内阻r，滑动变阻器的最大阻值R1m； (2)(3分)滑片位于正中时，电源的输出功率和电源效率； (3)(5分)电源的最大输出功率，以及此时对应的R1值。 答案　(1)8 Ω　20 Ω　(2)20 W　60%　(3)12.5 W　6 Ω 解析　(1)滑动变阻器滑片位于正中时，电流表的示数为1 A；滑片滑到一个极端时，电流表的示数变成2 A，说明此时滑动变阻器接入电路中的阻值为零。设电源的内阻为r，由闭合电路欧姆定律得 E＝I1(r＋R＋R1m)，E＝I2(r＋R) 解得r＝8 Ω，R1m＝20 Ω (2)滑片位于正中时，滑动变阻器接入电路中的阻值为R1′＝R1m＝10 Ω 电源的输出功率 P＝UI1＝I12R外＝I12(R＋R1′)＝12 W 电源效率为η＝×100%＝60% (3)电源的输出功率P＝UI＝(R＋R1)＝ 当R＋R1＝r时，电源的输出功率最大，即滑动变阻器的阻值为R1＝r－R＝6 Ω 电源的最大输出功率为Pm＝＝12.5 W。 14．(11分)(2024·天津市高二期末)图甲所示为某品牌的共享电动自行车。某兴趣小组的同学对共享电动自行车的工作原理产生了浓厚的兴趣，现将其电源、车灯、电动机构成的电路简化为图乙所示。查阅资料得知该电动车的电源电动势E＝40 V，内阻r＝1 Ω，电动机的内阻为RM＝0.8 Ω，车灯电阻R＝24 Ω(不变)，电流表内阻忽略不计。 (1)(4分)当只有S1接通时，求电流表示数I1及此时车灯的两端电压U1； (2)(7分)当S1、S2都接通时，电流表示数为I＝4 A，此时电动机正常工作。求电动机正常工作时电源的输出功率P和电动机的输出功率P出。 答案　(1)1.6 A　38.4 V　(2)144 W　85 W 解析　(1)当只有S1接通时，由闭合电路欧姆定律得E＝I1(R＋r) 代入数据解得I1＝＝ A＝1.6 A 由部分电路欧姆定律得，此时车灯的两端电压为 U1＝I1R＝1.6×24 V＝38.4 V (2)根据题意，由闭合电路欧姆定律得E＝U＋Ir 代入数据解得U＝E－Ir＝(40－4×1) V＝36 V 则电源的输出功率为 P＝UI＝36×4 W＝144 W 此时通过车灯的电流为I2＝＝ A＝1.5 A 因此通过电动机的电流为 IM＝I－I2＝4 A－1.5 A＝2.5 A 电动机的输入功率为 P入＝UIM＝36×2.5 W＝90 W 电动机的热功率为 P热＝IM2RM＝2.52×0.8 W＝5 W 电动机的输出功率为 P出＝P入－P热＝90 W－5 W＝85 W。 15．(12分)如图所示的电路中，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，R3＝1.5 Ω，C＝20 μF。当开关S断开时，电源的总功率为2 W；当开关S闭合时，电源的总功率为4 W，求： (1)(6分)电源的电动势和内电阻； (2)(3分)闭合S时，电源的输出功率； (3)(3分)S断开和闭合时，电容器极板上的电荷量各是多少。 答案　(1)4 V　0.5 Ω　(2)3.5 W　(3)6×10－5 C　0 解析　(1)S断开，R2、R3串联， 根据闭合电路欧姆定律可得 I＝＝ 总功率为P＝IE＝＝2 W S闭合，R1、R2并联再与R3串联， 外电阻R′＝＋R3＝3.5 Ω 根据闭合电路欧姆定律可得 I′＝＝ 所以总功率为P′＝EI′＝＝4 W 解得E＝4 V，r＝0.5 Ω (2)闭合S，总外电阻R′＝3.5 Ω，干路电流为I′＝＝1 A 电源输出功率 P出＝EI′－I′2r＝4×1 W－12×0.5 W＝3.5 W (3)S闭合时电容器两端电压为零，电容器极板上的电荷量为零； S断开时，电容器两端电压等于电阻R2两端电压，有I＝＝0.5 A，UC＝IR2＝3 V Q＝CUC＝6×10－5 C。 学科网（北京）股份有限公司 $