第五章 电能与能源的可持续发展 章末测试 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

第五章　电能与能源的可持续发展 (时间:75分钟　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,只有一个选项符合题目要求) 1.额定功率为1 kW的用电器,正常工作1 h,消耗的电能是(　　) A.1 kW·h B.60 kW·h C.1 000 kW·h D.3 600 kW·h 2.(2024福建高二学业考试)“电流通过导体产生的热量,跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比.”这个规律用公式表示为Q=I2Rt.通过实验发现这个规律的物理学家是(　　) A.安培 B.奥斯特 C.法拉第 D.焦耳 3.(2025广东学业考试)下表列出了某电热水壶的主要参数,该电热水壶正常工作的电流为(　　) 额定容量 1.2 L 额定频率 50 Hz 额定电压 220 V 额定功率 1 100 W A.0.5 A B.5 A C.6 A D.22 A 4.PM2.5主要来自化石燃料、生活物资、垃圾的焚烧,为了控制污染,要求我们节约及高效利用资源.关于能源和能量,下列说法正确的是(　　) A.自然界的石油、煤炭等能源可供人类永久使用 B.能量被使用后就消灭了,所以要节约能源 C.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源 D.能量耗散说明自然界的能量正在不断减少 5.(2025浙江模拟预测)某电动汽车自重2 t,其营销广告如下:电池额定容量为50 kW·h,电池瞬时功率最高可达90 kW,车行驶受到的阻力约为车重的,理论续航里程400 km.现有国家电网的充电桩可在电池额定容量的30%~80%之间应用快充技术(500 V　50 A)充电,而便携式充电器(220 V　16 A)可以将电池容量从0充到100%.不计充电损耗,当汽车电池剩余电量为额定值的30%时,下列说法正确的是(　　) A.汽车还能行驶180 km B.用国家电网充电桩将电池容量充到其额定值的80%,理论上需要50 min C.用便携式充电器将电池容量充到其额定值的80%,理论上需要7 h以上 D.此电动汽车的最高行驶速度可超过180 km/h 6.某节目中,主持人做了“电池+口香糖锡纸=取火工具”的实验:如图所示,取口香糖锡纸,中间剪掉一些,将锡纸条带锡面的一端接在电池的正极,另一端接在电池的负极,很快发现锡纸条开始冒烟、着火.下列说法正确的是(　　) A.此实验中使用老旧电池效果更好 B.此实验利用了电流的热效应,cd段最先燃烧 C.用锡做成的电阻,可以用来制作标准电阻 D.若ab=bc=cd,则ab段电阻最大,cd段电阻最小 7.潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量,是一种可再生能源.现建立一个简化模型,如图所示,某发电站大坝内储水水库的有效面积为S=4×106 m2,涨潮时,当大坝外侧海平面高度为h=4 m时(以海水流入前的水库水面为参考系),打开大坝下面通道的闸门使海水流入,此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电,直至大坝内外水面等高,关闭闸门.等到完全退潮后,开闸放水,再次发电,直至大坝内外水面再次相同,关闭闸门,等待下一次涨潮发电(此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度).由于海洋很大,大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变,潮水一天涨落两次,海水的势能有25%转化为电能,则这个发电站一天的发电量约为(　　) 潮汐能发电 A.4.0×1010 J B.1.5×1010 J C.3.0×1011 J D.1.5×1011 J 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,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 8.下列能源中属于可再生能源的是(　　) A.风能 B.潮汐能 C.天然气 D.水能 9.下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,不计自身机械损耗,若该车在额定状态下以最大速度行驶,则下列选项正确的是(　　) 自重 40 kg 额定电压 48 V 最大载重 75 kg 额定电流 12 A 最大行驶速度 20 km/h 额定输出功率 400 W A.电动机的输入功率为576 W B.电动机的线圈电阻为4 Ω C.该车获得的牵引力为72 N D.该车受到的阻力为20 N 10.新能源汽车在某些情况下可利用“动能回收”装置将机械能转化为电能.某次质量为2 t的新能源汽车以1.0×105 J的初动能沿平直斜坡向下运动.若关闭发动机,让车自由滑行时,其Ek-s关系如图直线①所示;若关闭发动机同时开启“动能回收”装置,其动能与位移的关系如图线②所示.假设机械能回收效率为90%,则(　　) A.图线①中,新能源汽车受到的合外力大小为500 N B.图线②中,新能源汽车行驶到150 m处的速度大小为16 m/s C.图线②中,新能源汽车行驶到150 m处电能的回收转化功率为4 000 W D.图线②中,新能源汽车行驶200 m过程中回收转化了1.224×105 J的电能 三、非选择题(本题共5小题,共54分) 11.(6分)如图所示为一种环保“重力灯”,让重物缓慢下落,拉动绳子,从而带动发电机转动,使小灯泡发光.某小组成员在某次实验中测得“重力灯”中的重物的质量为18 kg,它在30 min内缓慢下落了2 m,规格为“1.5 V　0.12 W”的小灯泡正常发光,不计绳子重力,重力加速度g取10 m/s2,则可以推断出这次实验中: (1)重物所受重力做功为　　　　 J;  (2)30 min内产生的电能为　　　　 J;  (3)重物重力势能转化为灯泡电能的效率为　　　　%.  12.(8分)某小组同学在实验室完成“测量电池组的电动势和内阻”的实验,实验室提供的器材如下: A.几节干电池组成的电池组 B.电压表V(量程0~3 V,内阻RV=2 000 Ω) C.电流表A(量程0~3 A,内阻约为1 Ω) D.定值电阻R0(阻值为2 Ω) E.定值电阻R1(阻值为2 000 Ω) F.滑动变阻器R(调节范围0~10 Ω) 该组同学根据提供的器材,设计的电路图如图甲所示. (1)虚线框内的电路表示将电压表的量程扩大了,则扩大后的“电压表”最大能测量　　　　 V的电压.  (2)实验记录了多组电压表V表盘的示数U和电流表A表盘的示数I,并描点作出如图乙所示的图线,忽略电表内阻的影响时,由图线可知该干电池组的电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω.(结果保留两位有效数字)  (3)在上述实验过程中,若改变滑动变阻器的电阻大小,电源的输出功率将会变化,下列能表示电源输出功率P与电源外电路的路端电压U的关系图像的是(　　) 13.(10分)太阳能与风能是清洁能源,我国已经建成众多的太阳能及风力发电场.风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的.某地区安装有2台超大型风力发电机,如图所示,每片扇叶长达80 m,该地区常年的平均风速v=5.0 m/s,风向跟叶片转动形成的圆面垂直,空气的密度ρ=1.25 kg/m3,风力发电机的叶片转动时可形成半径R=80 m的圆面.已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10%转化为电能. (1)求每台风力发电机的发电功率P; (2)已知标准煤的热值q=3.0×107 J/kg,则该风力发电场年发电量(按365天算)相当于燃烧多少标准煤产生的热量? 14.(14分)某利用直流电动机提升重物的装置如图所示.电动机的内阻一定,闭合开关S,当把它接入电压为U1=1.50 V的电路时,电动机不转,测得此时流过电动机的电流是I1=0.5 A;当把电动机接入电压为U2=15.0 V的电路中时,电动机正常工作且重物匀速升高,工作电流是I2=1.0 A,重力加速度g取10 m/s2. (1)求电动机正常工作时的输出功率(只考虑热损耗)及电动机的效率; (2)若重物质量m=2.0 kg,电动机输出的机械能转化效率为90%,则电动机提升重物的速度大小是多少? 15.(16分)一款电饭锅的简化电路如图所示,R1、R2是电热丝,R1的阻值为110 Ω,通过单独或同时闭合S1、S2,实现低温、中温、高温三个挡位间的切换,其铭牌如下表所示. 　　　　 加热效率 75% 额定电压 220 V 电功率 低温挡 440 W 中温挡 880 W 高温挡 (1)求低温挡加热时电流的大小; (2)求电热丝R2的阻值; (3)已知粥的比热容c粥=4.0×103 J/(kg·℃),将2.2 kg的粥用高温挡从20 ℃加热到74 ℃,加热效率为75%,求需要的工作时间. 参考答案 1.A　解析 用电器正常工作1 h,消耗的电能等于电流所做的功,E=W=Pt=1×1 kW·h=1 kW·h,故选A. 2.D 3.B　解析 电热水壶正常工作时的电流为I=,已知额定功率P=1 100 W,额定电压U=220 V,代入得I= A=5 A,故选B. 4.C　解析 煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源,但不能短期内从自然界得到补充,是不可再生能源,不可能供人类永久使用,故A错误;能量被使用后转化为其他形式的能,能量并没有消失,故B错误;太阳能和风能,包括水能等都是可再生能源且为清洁能源,应该尽量开发,故C正确;能量虽然守恒,但有些能量使用以后不可能再被利用,所以要节约资源,但能量是不会减少,也不会被消灭掉的,只是形式发生转变,故D错误;故选C. 5.C　解析 由题干可知汽车还能够行驶的距离为x=400 km×30%=120 km,故A错误;用国家电网充电桩将电池容量充至其额定值的80%,理论上需要t= s=3 600 s=60 min,故B错误;用便携式充电器将电池容量充到其额定值的80%,理论上需要t= s≈426 min=7.1 h,故C正确;此电动汽车以最高速度行驶时,牵引力等于阻力,所以最高行驶速度为vm= m/s=45 m/s=162 km/h,故D错误. 6.D　解析 此实验中使用老旧电池效果没有新电池好,因为老旧电池的内阻比较大,使得电路电流较小,电流的热效应不明显,故A错误;根据电阻定律R=ρ,若ab=bc=cd,材料相同,则电阻率相同,ab段横截面积最小,cd段横截面积最大,则ab段电阻最大,cd段电阻最小,故D正确;此实验利用了电流的热效应,根据P=I2R,由于电流相等,ab段电阻最大,则ab段的功率最大,ab段最先燃烧,故B错误;用来制作标准电阻的材料,温度变化时,电阻率应变化很小,金属导体的电阻率随温度的变化而有较大变化,用锡做成的电阻,不可以用来制作标准电阻,故C错误.故选D. 7.C　解析 根据题意可得,潮水每次流入或流出的质量m=ρV=ρSh,流入或流出时水的质心高度差为,则电能为E电=Ep×25%=mg·×4×25%=ρShg·×4×25%=3.2×1011 J,故日发电量约为3.0×1011 J,故选C. 8.ABD　解析 天然气是不可再生能源,风能、潮汐能和水能在自然界可以再生,为可再生能源,故选A、B、D. 9.AC　解析 电动机的输入功率为P=UI=48×12 W=576 W,故A正确;电动机正常工作时是非纯电阻电路,不能用欧姆定律求内阻,故B错误;电动车速度最大时,牵引力大小等于阻力大小,由P出=Fvm=fvm,可得F=f==72 N,故C正确,D错误,故选A、C. 10.AD　解析 根据Ek-s图像的斜率表示物体所受合外力可知,图线①的斜率为k= N=500 N,故A正确;开启“动能回收”装置后从图线②读取动能数值,利用动能定义可知Ek=mv2,解得速度为v=8 m/s,故B错误;在150 m处,自由滑行时所受合外力为F=500 N,动能回收时,匀速直线运动,即产生电能的力为F'=F=500 N,电能回收转化功率的计算应考虑效率90%,正确的回收转化功率为P=F'v×90%=3 600 W,故C错误;回收转化的电能为两条图线在200 m处动能差值乘以效率90%,则E电=(Ek1-Ek2)×90%=1.224×105 J,故D正确.故选A、D. 11.解析 (1)重物重力做功为W=mgh=18×10×2 J=360 J. (2)30 min内产生的电能E=Pt=0.12×30×60 J=216 J. (3)重物重力势能转化为灯泡电能的效率为η=×100%=60%. 答案 (1)360　(2)216　(3)60 12.解析 (1)扩大量程后的“电压表”最大能测量的电压为Um'=Um+R1=3 V+×2 000 V=6 V. (2)根据闭合电路欧姆定律可得2U=E-I(r+R0),可得U=I,可知图乙中U-I图像的纵轴截距为=2.1 V,解得E=4.2 V,U-I图像的斜率绝对值为 Ω,解得内阻为r= Ω-2 Ω=5.0 Ω. (3)电源输出功率P与电源外电路的路端电压U的关系为 P=UI=U× 根据数学知识,此函数对应的是一个开口向下的抛物线,且当电源输出功率最大时,路端电压为总电动势的一半,外电路总电阻取值范围为2 Ω≤R外≤12 Ω 则外电路电压的取值范围为E=E≤U外≤E=E 当U=E时,对应的功率为 P= W=0.72 W 当U=E时,对应的功率为 P'= W≈0.73 W. 故选B. 答案 (1)6　(2)4.2　5.0　(3)B 13.解析 (1)设单位时间t0内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek,则有V=πR2vt0,Ek=ρVv2,Pt0=10%Ek,解得P=1.57×105 W. (2)2台风力发电机发电的功率为2P,年发电时间t=365×24×3 600 s,设年发电量为E,则有E=2Pt,E=qm,解得m=3.30×105 kg. 答案 (1)1.57×105 W　(2)3.30×105 kg 14.解析 (1)电动机不转时为纯电阻元件,则r==3.0 Ω 电动机正常工作时消耗的功率为P=U2I2=15.0 W 电动机正常工作时线圈电阻损耗的功率为P热=r=3.0 W 电动机正常工作时输出功率为P出=P-P热=12.0 W 电动机正常工作时效率为η=×100%=80%. (2)重物匀速升高时,所受拉力等于重力,即F=mg=20 N 由电动机的输出功率P出×90%=Fv 可得提升重物的速度为v=0.54 m/s. 答案 (1)12.0 W　80%　(2)0.54 m/s 15.解析 (1)低温挡加热时功率P1=440 W,电压U=220 V,故低温挡加热时电流的大小I1==2 A. (2)S1、S2单独闭合时对应着低温挡或中温挡 当S1闭合时,功率P'==440 W=P1,故S1闭合时对应着低温挡 当S2闭合时,电路对应中温挡,功率为P2=880 W,则R2==55 Ω. (3)当S1、S2都闭合时,电热丝R1、R2并联,高温挡P=P1+P2=440 W+880 W=1 320 W,Q吸=c粥m(74 ℃-20 ℃)=475 200 J 由η=×100%,得W==633 600 J 由P=,得t==480 s. 答案 (1)2 A　(2)55 Ω　(3)480 s 11 学科网（北京）股份有限公司 $