第12章 电能 能量守恒定律 章末检测卷（Word练习）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

章末检测卷(四) (时间：90分钟　满分：100分) 第Ⅰ卷(选择题　共48分) 一、选择题(共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。) 1．下列有关物理概念、物理公式的说法中正确的是(　　) A．电阻的定义式有两个，分别是R＝、R＝ρ B．任何类型的电路电功率都可以用P＝UI来计算，对纯电阻电路电功率也可以用P＝I2R来计算 C．由C＝可知C∝Q、C∝ D．由U＝Ed可知匀强电场两点间的电压与电场强度成正比，与两点间的距离成正比 【解析】　B　A．R＝是电阻的定义式，R＝ρ是电阻的决定式，故A错误；B.电流在任何类型的电路中所做功的功率都可以用P＝UI计算，对纯电阻电流的功率也可以用P＝I2R计算，故B正确；C.C＝是电容的定义式，电容C是由电容器本身决定的，与Q、U无关，故C错误；D.由U＝Ed可知匀强电场两点间的电压与电场强度成正比，与两点间沿着电场线方向的距离成正比，故D错误。故选B。 2．电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此(　　) A．电动势是一种非静电力 B．电动势越大，表明电源储存的电能越多 C．电动势的大小是把1库仑的正电荷由电源的负极移到正极非静电力做功 D．电动势就是闭合电路中电源两端的电压 【解析】　C　AC.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搬运到正极所做的功，不是一种非静电力，故C正确，A错误；B.电动势是描述电源把其他形式的能量转化为电能本领的物理量，是非静电力做功能力的反映，电动势越大，表明电源将其他形式的能转化为电能的本领越大，并不是表明电源储存的电能越多，故B错误；D.电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，在闭合电路中电源两极间的电压是路端电压，小于电源电动势，故D错误。故选C。 3．如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内(　　) A．充电宝输出的电功率为UI＋I2r B．充电宝产生的热功率为I2r C．手机电池产生的焦耳热为t D．手机电池储存的化学能为UIt－I2rt 【解析】　D　A．充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为UI，故A错误； B．充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，所以无法判断充电宝产生的热功率，故B错误； C．U是充电宝的输出电压，不是手机电池的内电压，所以不能用t，计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为I2rt，故C错误； D．充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为手机电池产生的焦耳热，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为：UIt－I2rt，故D正确。故选D。 4．如图所示，一款微型机器人的内部有一个直流电动机，其额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是(　　) A．电动机消耗的总功率为EI B．电动机的效率为 C．电源的输出功率为EI－I2r D．电源的效率为1－ 【解析】　C　A．电动机消耗的总功率为P＝UI，故A错误； B．电动机的效率η＝＝1－，故B错误； C．电源的输出功率P＝EI－I2r，C正确； D．电源的效率η′＝＝＝＝1－，故D错误。故选C。 5.电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一个开关并联，然后再接到恒压电源上(如图所示)。下列说法正确的是(　　) A．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大 B．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小 C．开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大 D．开关断开时，灯泡发光，可供焊接时照明使用，消耗总功率不变 【解析】　A　AB.开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，电阻小于开关断开时的电阻，有公式P＝ 可知，开关接通时比开关断开时消耗的总功率大，故A正确，B错误； CD.开关断开时，灯泡串联在电路中，灯泡发光，可供在焊接时照明使用；总电阻增大，电烙铁也通电，由AB选项分析可知，消耗的总功率减小，故CD错误。故选A。 6．如图甲所示的电路中，R1、R2为定值电阻，Rt为从汽车进气管道核心部分拆卸下来的电热丝(用特殊材料制作)，其阻值Rt随温度的变化规律如图乙所示，电源内阻r不能忽略。电压表与电流表均为理想电表，现用冷空气吹电热丝Rt，则(　　) A．电源的路端电压减小 B．电压表的示数增大 C．电阻R2两端的电压减小 D．流过电热丝Rt的电流减小 【解析】　A　当用冷空气吹电热丝Rt时，电热丝Rt的温度降低，阻值会减小，整个回路总电阻减小，总电流强度增加，内电压升高，电源的路端电压减小，而加在R2两端电压升高，因此加到电压表两端的电压减小，导致流过R1的电流减小，因此流过Rt的电流增加，A正确，BCD错误。故选A。 7.如图所示的U－I图像中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知(　　) A．R的阻值为0.25 Ω B．电源的内阻为0.5 Ω C．电源的输出功率为9 W D．电源内部消耗的功率为2 W 【解析】　D　A. R的阻值为R＝＝＝4 Ω，所以A错误； B．电源的内阻为r＝＝ Ω＝2 Ω，所以B错误； C．电源的输出功率为P＝UI＝4×1＝4 W，所以C错误； D．电源内部消耗的功率为P′＝I2r＝12×2 W＝2 W，所以D正确；故选D。 8．某款移动充电宝的部分相关参数如图所示：小张同学通过网络查阅得到，额定容量是由制造商标定的移动电源可输出容量。下面说法错误的是(　　) A．20 000 mAh指的是充电宝能够储存72 000 C的电荷量 B．74 Wh指的是充电宝能够储存266 400 J的电能 C．该充电宝可以按最大电流输出约3.71 h D．输入接口的输入功率为14 W 【解析】　D　根据q＝It，可知q＝20 000 mA·h＝20 A×3 600 s＝72 000 C，故A正确；根据W＝Pt可知W＝74 W·h＝74 W×3 600 s＝266 400 J，故B正确；以3.5 A电流输出，输出时间t＝＝＝3.71 h，故C正确；输入接口的最大输入功率为P＝IU＝12 W，故D错误。故选D。 9．学校为创建绿色校园改装了一批太阳能路灯，太阳能路灯技术参数如下：太阳能电池组件(太阳能电池光电转换效率为18%，得到的电池功率为100 W)；免维护蓄电池(60～250 A·h/12 V，充电效率为80% )；照明时间(4～12 h，可根据需要任意调节，阴雨天可连续工作5～7天)；光控时LED照明恒流输出功率(15～60 W)；其他辅助系统组成部分。结合上述数据，下列说法正确的是(　　) A．太阳照射2 h，光电系统可吸收太阳能为4.0×106 J B．LED照明5 h，照明时恒流输出电能最多为1.08×106 J C．利用太阳能电池给免维护蓄电池充电，充满需要的最长时间为30 h D．利用免维护蓄电池给额定功率为60 W的LED供电，最长时间为45 h 【解析】　AB　A．光电转换得到的电池功率为100 W,2 h光电系统可吸收的大阳能为 E＝ J＝4.0×106 J，故A正确； B．LED照明5 h，恒流输出的电能最多为W＝Pt＝60×5×3 600 J＝1.08×106 J，故B正确； C．利用太阳能电池给蓄电池充电，充满需要的最长时间为t＝ h＝37.5 h，故C错误； D．利用免维护蓄电池给额定功率为60 W的LED供电，最长时间为 h＝50 h，故D错误。故选AB。 10．电饭锅工作时有两种状态。一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是(　　) A．其中R2是供加热用的电阻丝 B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态 C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2∶1 D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，应为(－1)∶1 【解析】　ABD　AB.如图所示，由P＝得，当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，则R2是供加热用的电阻丝，当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态，故AB正确；CD.使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比1∶，所以(R1＋R2)∶R2＝∶1，则R1∶R2＝(－1)∶1，故C错误，D正确。故选ABD。 11．在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P从图示位置向右滑动时，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、U3表示，电表示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2、ΔU3表示。则下列判断中正确的是(　　) A．U2、U3都变大　　　 B．ΔU1＞ΔU2 C.不变 D．不变 【解析】　ACD　AB.将滑动变阻器的滑片P从图示位置向右滑动时，R2变大，外电路总电阻变大，由欧姆定律，知I变小U1＝IR1变小。I变小，而U3＝E－Ir，U3变大，则U3＝U1＋U2，U1，U1变小，则U2变大，且 ΔU2＞ΔU1，故A正确，B错误； C．R1是定值电阻，则＝R1不变。故C正确； D．由U3＝E－Ir，知＝r不变。故D正确。故选ACD。 12.某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示。将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。 序号 A1示数 (安) A2示数 (安) V1示数 (伏) V2示数 (伏) 1 0.60 0.30 2.40 1.20 2 0.44 0.32 2.56 0.48 电路中E，r分别为电源的电动势和内阻，R1、R2、R3为定值电阻。则下列选项中正确的是(　　) A．在这五个物理量中，根据上表中的数据求得的物理量是E，r，R2，R3 B．在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量是E，R2，R3 C．由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了(但不为零)，则可能的故障原因是RP短路 D．由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了(但不为零)，则可能的故障原因是R2断开 【解析】　BCD　AB.根据R2＝可求出R2，根据R3＝可求出R3，根据E＝U1＋I1(r＋R1)以及E＝U1′＋I1′(r＋R1) 可解E，所以可根据上表中的数据求得的物理量是E，R2，R3，故A错误B正确； CD.若两电压表示数相同，则RP短路或R2断路，故CD正确。故选BCD。 第Ⅱ卷(非选择题　共52分) 二、实验题(满分14分) 13．某实验小组设计如图(1)所示电路图来测量电源的电动势及内阻，其中待测电源电动势约为9 V：所用电压表量程为15 V内阻非常大，可看作理想电压表： ①按实验电路图在图(2)中补充完成实物连线。 ②先将电阻箱电阻调至如图(3)所示，则其电阻读数为__________ Ω闭合开关S，将S1打到b端，读出电压表的读数为5.5 V；然后将S1打到a端，此时电压表读数如图(4)所示，则其读数为________ V。根据以上测量数据可得电阻R0＝________ Ω。 ③将S1打到b端，读出电阻箱读数R以及相应的电压表读数U、不断调节电阻箱电阻，得到多组R值与相应的U值，作出－图如图(5)所示，则通过图像可以得到该电源的电动势________ V。内阻＝________ Ω。 【解析】　①由电路图连接的实物图如图所示 ②先将电阻箱电阻调至如图(3)所示，电阻箱的读数为1×10 Ω＋1×1 Ω＝11 Ω 将S1打到b端，电压表的读数为5.5 V， 由欧姆定律知，电流为I＝ A＝0.5 A 然后将S1打到a端，此时电压表读数如图(4)所示，电压表量程为15 V，分度值为1 V，其读数为11 V，根据以上数据可得电阻为R0＝ Ω－11 Ω＝4 Ω ③在闭合电路中，电源电动势为E＝U＋I(r＋R0)＝U＋(r＋R0)整理得 ＝＋· 由图(5)所示图像可知b＝＝0.1 解得E＝10 V 图像斜率k＝＝1.5 则电源内阻r＝kE－R0＝15－4＝11 Ω 【答案】　①见解析图　②11.0　7.5　4.0 ③10　11 三、计算题(满分38分，其中15题8分，16题8分，17题10分，18题12分，每小题需写出必要的解题步骤，只有答案不得分) 14.电饭锅的电路图如图所示。S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到103 ℃时，会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时，会自动闭合；温度高于80 ℃时，自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，定电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计。 (1)分析电饭锅的工作原理； (2)计算加热和保温两种状态下，电饭锅消耗的电功率之比。 【解析】　(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合；当温度升高到103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70 ℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 ℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态。 (2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝ 保温时电饭煲消耗的电功率P2＝；R＝＝ Ω＝ Ω 联立方程，可得P1∶P2＝＝＝12∶1。 【答案】　(1)见解析　(2)12∶1 15.如图所示的电路中，R1＝0.5 Ω，R2＝3 Ω，电源内阻r＝0.5 Ω，电动机线圈电阻为r0＝0.6 Ω，若开关闭合后铭牌上标有“3 V、6 W”的电动机刚好正常工作，求： (1)电源电动势为多少？ (2)电动机输出功率为多少？ (3)若某时刻出现故障，电动机卡死不转，此时电压表的示数是多少？ 【解析】　(1)由部分电路欧姆定律得I2＝＝ A＝1 A 通过电动机的电流为IM＝＝ A＝2 A 干路电流为I＝I2＋IM＝3 A R1两端电压为U1＝IR1＝3×0.5＝1.5 V 电源电动势为E＝U＋U1＋Ir＝3 V＋1.5 V＋3×0.5 V＝6 V (2)发热功率为PQ＝Ir0＝22×0.6＝2.4 W 则输出功率为P出＝P－PQ＝6－2.4＝3.6 W (3)若某时刻出现故障，电动机卡死不转，此时电动机为纯电阻，外电路电阻为 R外＝＋R1＝＋0.5＝1 Ω 总电流I′＝＝4 A 电压表的示数U′＝I′R外＝4 V 【答案】　(1)6 V　(2)3.6 W　(3)4 V 16.在如图所示的电路中，电源的电动势E＝10 V、内阻r＝1 Ω，电阻的阻值分别为R1＝R3＝5 Ω、R2＝4 Ω，电容器的电容为C＝100 μF，当开关K断开时，一带负电的液滴刚好静止在平行板之间，重力加速度为g，求： (1)开关K闭合后电路达到稳定时液滴的加速度； (2)从开关K闭合到电路达到稳定时，通过定值电阻R3的电荷量。 【解析】　(1)开关K断开，带电液滴恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d， 有UC＝E＝4 V 由平衡条件得＝mg K闭合后电路达到稳定时UC′＝E＝8 V 设带电液滴加速度为a，则－mg＝ma 解得a＝g，方向竖直向上。 (2)开关K闭合到电路达到稳定时，流过R3的电荷量等于电容器上电荷量的增加量 ΔQ＝C(UC′－UC)＝4×10－4 C。 【答案】　(1)g，方向竖直向上 (2)4×10－4 C 17．如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求： (1)电源的电动势和内阻； (2)定值电阻R2的阻值； (3)滑动变阻器的阻值为多少时电源的输出功率最大？输出功率的最大值为多少？此时电源的效率为多少？ 【解析】　(1)根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir 由乙图的数据可得E＝16＋0.2r，E＝4＋0.8r 联立解得E＝20 V，r＝20 Ω； (2)滑片P在变阻器的右端时，R1，R3被短路，电路的总电阻减小，总电流增大，则外电阻只有定值电阻R2， 所以有R2＝＝＝5 Ω； (3)当外电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大， 则有R外＝r＝20 Ω；R外＝R并＋R2；R并＝ 代入数据联立解得R3＝17.65 Ω 输出功率的最大值为Pm＝2r＝＝5 W 此时电源的效率为η＝＝×100% 解得η＝50%。 【答案】　(1)20 V　20 Ω　(2)5 Ω (3)17.65 Ω　5 W　50% 18．某同学制作了一个可用电流表直接显示拉力大小的拉力器，原理如图。R1是一根长20 cm、阻值20 Ω的均匀电阻丝，劲度系数为1.0×103 N/m的轻弹簧左端固定，右端连接金属滑片P和拉环，拉环不受拉力时，滑片P恰好处于a端。闭合S，在弹簧弹性限度内，对拉环施加水平拉力，使滑片P滑到b端，调节阻箱电R使电流表恰好满偏。已知电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，电流表的量程为0～0.6 A，内阻不计，P与R1接触良好且不计摩擦。 (1)电阻箱R0接入电路的阻值为多少？ (2)电流表的刻度标示为拉力值时，请计算电流表刻度值为0.5 A处拉力的示数。 【解析】　(1)分析电路图，滑片P滑到b端，调节电阻箱R0使电流表恰好满偏，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的最小阻值为R总＝＝ Ω＝10 Ω 其中R总＝R0＋r 则电阻箱接入电路的阻值为R0＝9 Ω。 (2)设均匀电阻丝接入电路的电阻为R1，根据闭合电路欧姆定律可知 I＝ 设弹簧的形变量为x，均匀电阻丝原长为L＝20 cm＝0.2 m　 拉力为F＝kx 则有R1＝20 Ω× 联立解得I＝ 当电流表刻度值为0.5 A时，代入数据，解得F＝180 N。 【答案】　(1)9 Ω　(2)180 N 学科网（北京）股份有限公司 $