第十二章 电能 能量守恒定律 达标检测卷-【突破课堂】2025-2026学年高中物理必修第三册同步单元达标检测卷（人教版 北京、江苏专版）

( 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) 第十二章　电能　能量守恒定律 全卷满分100分　考试用时75分钟 一、单项选择题(共11题,每题4分,共44分。每题只有一个选项最符合题意) 1.某手机配套的无线充电器的额定输出电压为5 V,额定输出电流为2 A。该手机的电池容量为4 000 mA·h,电池的电动势为4 V,额定工作电流为0.2 A。则(　　) A.该无线充电器的内阻为2.5 Ω B.该无线充电器以额定电流工作时,发热功率为10 W C.该手机电池从满电量放电到零电量,释放的化学能为5.76×104 J D.该手机电池充满电后,以额定工作电流放电时,可以持续放电2 h 2.某兴趣小组探究发现导电液体电阻的变化规律与金属电阻的相同。如图所示,将横截面积之比为3∶5、长度相同的两段玻璃管注满相同的盐水,封闭构成盐水柱a和b并联接入电路中,忽略温度对电阻的影响,则下列说法正确的是(　　) A.盐水柱a和b的电阻之比为3∶5 B.通过盐水柱a和b的电流之比为3∶5 C.盐水柱a和b中自由电荷定向移动的速率之比为3∶5 D.流经两盐水柱的电流发热功率之比为5∶3 3.硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U随电流I变化的关系图线(电池电动势不变,内阻不是定值),图线b是某定值电阻R的U-I图线。在该光照强度下将它们组成闭合回路时,下列说法正确的是(　　) A.硅光电池的内阻为8 Ω B.硅光电池的总功率为0.36 W C.硅光电池的内阻发热的功率为0.4 W D.若将R换成阻值更大的电阻,硅光电池的输出功率增大 4.如图所示,一直流电动机与阻值R=9 Ω的电阻串联接在电源上,电源电动势E=30 V,内阻r=1 Ω,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100 W C.电动机的发热功率为1 W D.电源的输出功率为56 W 5.如图所示,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片P向上缓慢滑动的过程中(　　) A.小灯泡L变亮 B.电压表的示数增大 C.电流表的示数减小 D.电容器C所带电荷量减小 6.在如图所示的四个电路中,当分别闭合开关S,将滑动变阻器的滑片从左端移动至右端时,一定使其中一个灯由暗变亮,同时另一个灯由亮变暗,则符合要求的电路是(　　) 　　　　 　　　　 7.在如图甲所示的电路中,定值电阻R1=4 Ω、R2=5 Ω,电容器的电容C=3 μF,电源路端电压U随总电流I的变化关系如图乙所示。现闭合开关S,则电路稳定后(　　) 　 A.电源的内阻为2 Ω B.电源的效率为75% C.电容器所带电荷量为1.5×10-5 C D.若增大电容器两极板间的距离,电容器内部的场强不变 8.如图所示的电路中,电表均为理想电表,电源的内阻为r,已知r<R2,在滑动变阻器R1的滑片向左移动少许的过程中,两电流表示数变化量的绝对值分别为ΔI1、ΔI2,流过定值电阻R3的电流变化量的绝对值为ΔI3。下列说法正确的是(　　) A.电流表A1、A2的示数均增大 B.ΔI1>ΔI2 C.ΔI3<ΔI1 D.电源的输出功率增大 9.如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图像,将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上,功率相等。则(　　) A.电源a、b效率相同 B.电源a的内阻更大 C.若将定值电阻换为阻值大于R0的电阻,电源b的输出功率大于电源a的输出功率 D.若将定值电阻换为阻值小于R0的电阻,电源b的功率大于电源a的功率 10.利用如图所示的电路测量电阻R两端的电压,测量时,移动滑动变阻器的滑片P,使其依次置于a、b、c、d、e五点(相邻两点间距相同,且a、e两点为滑动变阻器的两个端点),将电压表的示数记录在表中。经过检查,发现电路中的滑动变阻器在某处发生了断路,则滑片P在d、e之间的某一点时,电压表的示数可能为(　　) P的位置 a b c d e 电压表的示数/V 12.00 6.00 4.00 3.00 12.00 A.1.80 V　　　　B.2.70 V　　　　C.3.40 V　　　　D.4.20 V 11.如图所示电路中,定值电阻R1大于电源内阻r,R2为光敏电阻,随着光照强度增强,阻值减小,电表均为理想电表。现闭合开关S,随着光照强度减小,电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法正确的是(　　) A.A的示数增大,V1的示数减小,V2的示数增大 B.不变,=r,变大 C.电源的输出功率一定减小 D.光敏电阻R2的功率一定增大 二、非选择题(共5题,共56分。其中第14题—第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位) 12.(7分)某物理兴趣小组自制了图(a)所示的水果电池组,为测量该电池组的电动势和内阻,实验室提供了以下器材: 　　 A.待测水果电池组(E约为2.0 V,r约为1 000 Ω) B.电流表A1(0~2 mA,内阻约为20 Ω) C.电流表A2(0~0.6 A,内阻约为1 Ω) D.电压表V1(0~3 V,内阻约为1 000 Ω) E.电压表V2(0~15 V,内阻约为5 000 Ω) F.滑动变阻器R1(0~10 Ω) G.滑动变阻器R2(0~1 500 Ω) H.开关、导线各若干 他们选用图(b)的实验电路进行实验。 (1)实验中电流表应选用　　　　,电压表应选用　　　　,滑动变阻器应选用　　　　。(上述三空均填器材前代号)  (2)根据实验电路连接实物,调节滑动变阻器滑片的位置,记下多组电压表示数U与电流表示数I的数据,作出U-I图像如图(c)所示。根据图像和题中所给信息,该水果电池组的电动势E=　　　V,内电阻r=　　　Ω。(结果均保留3位有效数字)  (3)实验过程中存在电表系统误差。在下面四幅图像中,虚线代表没有电表误差情况下的电压、电流真实值关系的图像,实线是根据测量数据绘出的图像,则下列选项中图像及文字描述都正确的是　　　　。  　　　　 　　　　 13.(9分)某物理爱好者设计了一个两挡位(“×1”和“×10”)的电阻表。其内部结构如图,S1为单刀双掷开关,R0为调零电阻,R1、R2、R3为定值电阻,表头G的满偏电流为Ig,内阻为Rg,且R1=Rg,干电池的电动势为E,内阻为r。在保持S2断开的情况下,用此电阻表测量某待测电阻的阻值,请回答下列问题。 (1)电阻表的两只表笔中,　　　　(选填“a”或“b”)是红表笔。  (2)当电阻表的挡位为“×10”时,应将单刀双掷开关S1与　　　　(选填“1”或“2”)接通。  (3)定值电阻R1、R2的阻值之比为R1∶R2=　　　　。  (4)在“×10”挡位进行欧姆调零后,在a、b两表笔间接入阻值为600 Ω的定值电阻R',稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的;取走R',在a、b两表笔间接入待测电阻Rx,稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的,则Rx=　　　　Ω。  (5)接第(4)问,开关S1接1,S2保持闭合,将a、b短接,调节R0使表头G满偏,断开a、b,稳定后发现指针偏转到满偏刻度的。在a、b两表笔间接入待测电阻Rx',稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的,则Rx'=　　　　Ω。  14.(10分)如图所示电路,电源的电动势和内阻恒定不变,电阻R1=8 Ω,电流表和电压表均为理想电表。闭合开关S,待电路稳定时,电压表示数U1=5 V,电流表示数I1=0.1 A,调节滑动变阻器的滑片P,电路再次稳定时,电压表示数U2=2 V,电流表示数I2=0.4 A,求: (1)电源的电动势E和内阻r; (2)滑动变阻器的滑片P从最右端移动到最左端的过程中,电源消耗的最大功率P0。 (3)滑动变阻器的滑片P从最右端移动到最左端的过程中,滑动变阻器消耗的最大功率Pm。 15.(13分)如图所示,电路中电源的电动势为E,内阻不计,其他各电阻阻值R1=R3=3R,R2=R。水平放置的平行金属板A、B间的距离为d,板长为L。开关闭合状态下,在A板的左端且非常靠近极板A的位置,有一质量为m、带电荷量为-q的小液滴,以初速度v0水平向右射入两板间(重力加速度用g表示)。则: (1)若使液滴能沿v0方向射出电场,电动势E应为多大? (2)若使液滴恰能打在B板的中点,电动势E应为多大? 16.(17分)太阳能是21世纪重点发展的能源之一,太阳能汽车利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动汽车。如图是一辆太阳能实验车,在晴朗天气,太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0=1 kW。该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率η1=15%。电池产生的电压恒为U=120 V,当汽车正常行驶时,对电动机提供I0=10 A的电流。汽车在只有电池板供电的情况下行驶,在晴朗天气,汽车恰好能正常行驶,则: (1)汽车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为多大? (2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为η2=75%,在水平路面上匀速行驶的速度为v0=12 m/s,此时汽车受到的阻力f1多大? (3)设汽车在水平路面上行驶时的阻力f=f0+kv,其中f0=45 N,若电能转化效率同(2)问,当太阳光减弱,照射到电池板的辐射功率变为原来的40%时,汽车匀速行驶的速度变为多大? 答案全解全析 第十二章　电能　能量守恒定律 1.C 2.B 3.A 4.D 5.B 6.A 7.C 8.B 9.C 10.B 11.C 1.C　充电器线圈电阻和充电器发热功率无法通过题中信息求出,故A、B错误;该手机电池充满电后的电荷量q=4 000 mA·h=4×3 600 C=1.44×104 C,该手机电池工作时,非静电力做功将化学能转化为电能,转化的数值与非静电力做的功W相等,电动势E、非静电力所做的功W和移动的电荷量q的关系为E=,则从满电量放电到零电量,可释放的化学能为W=Eq=4×1.44×104 J=5.76×104 J,故C正确;该手机电池充满电后,以额定工作电流放电时,可以持续放电的时间t==20 h,故D错误。 2.B　根据电阻定律R=ρ,由于la=lb,Sa∶Sb=3∶5,可得Ra∶Rb=5∶3,A错误;盐水柱a和b并联,两端的电压相等,由I=可得Ia∶Ib=3∶5,B正确;根据电流的微观表达式I=nqSv,由于Ia∶Ib=3∶5,Sa∶Sb=3∶5,得va∶vb=1∶1,C错误;流经两盐水柱的电流发热功率之比Pa∶Pb=Ra∶Rb=3∶5,D错误。 3.A　由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,E=U,由a图线与纵轴的交点读出电池的电动势为E=3.6 V,根据两图线交点处的状态可知,将它们组成闭合回路时路端电压为U=2 V,电流为I=0.2 A,则硅光电池的内阻为r== Ω=8 Ω,故A正确;硅光电池的总功率P总=EI=3.6×0.2 W=0.72 W,故B错误;电池的内阻发热的功率为P热=I2r=0.22×8 W=0.32 W,故C错误;由于R的阻值大于硅光电池的内阻,故若将R换成阻值稍大于R的电阻,电池内阻变化可忽略不计,知硅光电池的输出功率减小,故D错误。 4.D　根据闭合电路欧姆定律有E=U+I(r+R),得I== A=2 A,故A错误;电动机的输入功率P入=UI=10×2 W=20 W,故B错误;电动机的热功率P热=I2RM=22×1 W=4 W,故C错误;电源的输出功率P出=EI-I2r=(30×2-22×1) W=56 W,故D正确。 5.B　滑片向上滑动,R0接入电路的电阻增大,电路总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律I=可知干路电流减小,则通过灯泡的电流减小,所以小灯泡变暗,A错误;电压表测量路端电压,根据闭合电路欧姆定律E=U路+Ir,干路电流减小,可知路端电压增大,B正确;小灯泡分压减小,路端电压增大,所以除小灯泡以外的并联部分电路两端电压增大,根据欧姆定律I=可知电流表的示数增大,C错误;电容器两端电压增大,根据C=可知电容器所带电荷量增大,D错误。 6.A　题图A中,采用极限法分析,滑片P置于最左端时,L1被短路,不发光,而L2两端电压最大,亮度最大,滑片P置于最右端时,L1两端电压最大,亮度最大,而L2被短路,不发光,可知符合题目要求,故A正确。题图B中,滑动变阻器的滑片从左端移动至右端时,滑动变阻器干路部分电阻变小,支路部分电阻变大,根据并联与串联电阻的关系可知,总电阻减小,干路电流增大,即灯泡L2变亮;当滑动变阻器的滑片在最左端时,灯泡L1短路,不发光,滑片右移时,灯泡L1变亮,不符合要求,故B错误。题图C中,利用特殊值法,若两灯泡额定功率相同,取L1、L2的阻值均为10 Ω,滑动变阻器总阻值也为10 Ω,电源电动势为6 V,内阻不计,当滑片P置于最左端时,两灯泡亮度相同,当滑片P置于最右端时,两灯泡两端电压均增大,两灯均变亮,不符合要求,故C错误。题图D中,灯L1一直被短路,不发光,不符合要求,故D错误。 7.C　由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,知电源的U-I图线的纵轴截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻,可得E=10 V,r== Ω=1 Ω,故A错误;电源的效率为η=×100%=×100%=90%,故B错误;电容器在电路中相当于断路,则电路中的电流为I==1 A,电容器所带电荷量为Q=CUC=CUR2=CIR2=1.5×10-5 C,故C正确;电容器并联在R2两端,则其电压不变,若增大电容器两极板间的距离,电容器内部的场强为E=,可知场强变小,故D错误。 8.B　滑动变阻器R1的滑片向左移动少许,R1接入电路的阻值减小,电路总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流增大,则电流表A1的示数增大,内电压增大,则路端电压减小,由I2=可知电流表A2的示数减小,故A错误。对于定值电阻R2,由欧姆定律得I2=,则有=R2;又由闭合电路欧姆定律得U=E-I1r,则有=r;由于r<R2,所以ΔI1>ΔI2,故B正确。由并联电路的特点得I1=I2+I3,可知流过定值电阻R3的电流增加,且ΔI1=ΔI3-ΔI2,即ΔI3=ΔI1+ΔI2,则ΔI3>ΔI1,故C错误。由于电源的内阻与外电路总电阻的关系未知,因此该过程电源输出功率如何变化不能确定,故D错误。 9.C　由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,可知U-I图像的纵轴截距表示电动势,图线斜率的绝对值表示电源内阻,则a电源的电动势较小,内阻较小,故B错误;由于定值电阻R0分别接到a、b两电源上时R0的功率相等,所以定值电阻两端的电压相等,即直线A、B交点的纵坐标表示路端电压,由电源的效率η=×100%,可知电源a效率高,故A错误;电源的输出功率即定值电阻的功率,若将定值电阻换为阻值大于R0的电阻,如图甲,图中的n图线与A、B图线的交点横纵坐标的乘积为电源的输出功率,由于图线n与图线B交点的电压值与电流值均大于图线n与图线A交点的电压值与电流值,即电源b的输出功率大于电源a的输出功率,故C正确;电源的功率为P=EI,将定值电阻换为阻值小于R0的电阻,如图乙,图线l与图线A、B交点的电流值表示电路中的电流,可知定值电阻与电源a组成的闭合电路中的电流大,又电源a的电动势小,所以电源b的功率与电源a的功率大小无法比较,故D错误。 　 10.B　设滑动变阻器的总阻值为R',滑片左侧部分的电阻为x,则右侧部分的电阻为R'-x,按照图示的接法,滑动变阻器接入电路的阻值为R滑==,其中0≤x≤R'。由二次函数的性质可知,当x=,即滑片位于c处时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,此时电压表的示数应该最小;但是测量数据却符合串联分压的规律,且滑片在d处时电压表的示数最小,说明滑动变阻器的断点在d、e之间。当滑片在a点时有URa=E=12 V,当滑片在b点时,x=R',有URb=E=6 V,可得R'=R+r。滑片在d、e之间的某一点时,若滑片在断点左侧,设断点靠近于e点,滑动变阻器串联进电路的电阻R1满足R'<R1<R',则电压表的示数UR>E=E=URa=2.4 V,同时UR<URd=3 V;若滑片在断点右侧,设断点靠近于d点,滑动变阻器串联进电路的电阻R2满足0<R2<R',则电压表的示数UR>E=6 V,同时UR<URe=12 V。故选B。 11.C　随着光照强度减小,R2阻值增大,回路中总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律可得,回路中电流减小,则A的示数减小,内电压减小,路端电压增大,所以V2的示数增大,R1两端电压减小,则V1的示数减小,故A错误;根据欧姆定律可得U1=IR1,所以=R1,根据闭合电路欧姆定律可得U2=E-Ir,所以=r,又U3=U2-U1=E-Ir-IR1=E-I(r+R1),所以=r+R1,则、、均不变,故B错误;由于R2阻值增大,回路中总电阻增大,且定值电阻R1大于电源内阻r,根据电源输出功率与外电路电阻的关系可得,当外电路总电阻大于电源内阻且总电阻增大时,电源的输出功率减小,故C正确;把定值电阻R1和电源等效为一个新的电源,根据等效电源法可知,光敏电阻的功率等于等效电源的输出功率,所以当R2阻值增大时,等效电源的输出功率可能增大、可能减小,可能先增大后减小,故光敏电阻R2的功率不一定增大,故D错误。 12.答案　(1)B(1分)　D(1分)　G(1分)　(2)2.26(2.25~2.28均可)(1分)　1.10×103(1.09×103~1.11×103均可)(1分)　(3)D(2分) 解析　(1)由于水果电池组的短路电流约为2 mA,则实验中电流表应选B;电动势约为2 V,则电压表应选D;水果电池组内阻约为1 000 Ω,为了便于调节回路电流和电压,则滑动变阻器应选G。 (2)根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir,结合图像可知,该水果电池组的电动势E=2.26 V,内电阻为r== Ω=1.10×103 Ω。 (3)该实验的误差产生于电流表的分压,而该电路对电动势的测量不会产生误差,由于考虑电流表内阻,则r测=r真+rA,可知考虑电表内阻影响时,电源的内阻测量值偏大,即实线和虚线应该过纵轴上同一点,且实线斜率的绝对值偏大,故A、B错误;图C中I2-I1表示实际路端电压为U1时和电压表所测电压为U1时通过电流表的电流之差,故C错误;图D中U2-U1表示电流为I1时电流表两端电压,故D正确。 13.答案　(1)b(1分)　(2)1(2分)　(3)9∶1(2分)　(4)1 200(2分)　(5)400(2分) 解析　(1)电流从红表笔流进电阻表,从黑表笔流出电阻表,电阻表红表笔与内部电源负极相连,所以图中b是红表笔。 (2)当S2断开、S1接1时,有Ig1=Ig+=,当S2断开、S1接2时,Ig2=Ig+=,R中1和R中2为相应挡位的中值电阻,由于Ig1<Ig2,因此R中1>R中2,故当电阻表的挡位为“×10”时,应将单刀双掷开关S1与1接通。 (3)由于R中1∶R中2=10∶1,则∶=1∶10,将R1=Rg代入,整理得R2=Rg,则R1∶R2=9∶1。 (4)在“×10”挡位进行欧姆调零后,内部电阻为R中1,则Ig1=,Ig1=,Ig1=,解得R中1=600 Ω,Rx=1 200 Ω。 (5)开关S1接1,S2保持闭合,将a、b短接,调节R0使表头G满偏,R3被短路,回路电阻为R中1=600 Ω,断开a、b,稳定后发现指针偏转到满偏刻度的,则R3=2R中1=1 200 Ω;在a、b两表笔间接入待测电阻Rx',稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的,则有Ig1=,R并=,解得Rx'=400 Ω。 14.答案　(1)6 V　2 Ω　(2)3.6 W　(3)0.9 W 解析　(1)根据闭合电路欧姆定律有 E=U1+I1R1+I1r(1分) E=U2+I2R1+I2r(1分) 联立解得E=6 V,r=2 Ω(2分) (2)电源消耗的功率P=EI 根据闭合电路欧姆定律,电路中的电流为 I=(1分) 当RP=0时,电路中的电流最大,电源消耗的功率最大,则有Im==0.6 A(1分) 电源消耗的最大功率P0=EIm=3.6 W(1分) (3)将R1等效为电源内阻的一部分,外电路为滑动变阻器,可知当RP=r+R1=10 Ω时,等效电源的输出功率最大,即滑动变阻器消耗的功率最大。(2分) 由RP1==50 Ω知,RP能取到10 Ω,当RP=10 Ω时,Pm==0.9 W(1分) 15.答案　(1)　(2) 解析　(1)由闭合电路欧姆定律可得通过电阻R2的电流为I==(2分) 两极板间的电压等于R2两端的电压,故 UBA=IR2=(1分) 液滴沿v0方向射出电场,在两板间做匀速直线运动,由平衡条件得mg==q(1分) 解得E=(2分) (2)液滴恰好打在B板的中点,在两板间做类平抛运动,则水平方向有=v0t(1分) 竖直方向有y=d=at2(1分) 且-mg=ma(2分) 其中UBA'=E(1分) 联立解得E=(2分) 16.答案　(1)8 m2　(2)75 N　(3)6 m/s 解析　(1)在晴朗天气,汽车恰好能正常行驶,设车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S,则有SP0η1=UI0(2分) 代入数值解得S== m2=8 m2(2分) (2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为η2=75%,则汽车的机械功率为 P机=P电×η2=UI0×η2=120×10×75%=900 W(1分) 当汽车匀速行驶时P机=F牵v0(1分) 则有f1=F牵== N=75 N(2分) (3)由(2)问知,当v0=12 m/s时f1=75 N,代入车在水平路面上行驶时的阻力公式,解得k=2.5 kg/s(2分) 当太阳光减弱,照射到电池板的辐射功率变为原来的40%时,则汽车太阳能电池板接收到太阳辐射功率为P阳=8×P0×40%=8×1 000×40% W=3 200 W(1分) 则太阳能转化为电能的功率为 P电'=P阳×η1=3 200×15% W=480 W(1分) 汽车的机械功率为 P机'=P电'×η2=480×75% W=360 W(1分) 根据公式有P机'=F牵'v=(f0+kv)v(2分) 代入数值,解得v=6 m/s(2分) 学科网（北京）股份有限公司 $