第十二章 电能 能量守恒定律 章末综合检测 -【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理单元复习课件系统梳理了电能、能量守恒定律及电路规律等核心知识，通过生活实例（如QQ在线耗电估算）、电路分析（串并联电阻焦耳定律应用）和实验探究（电源电动势与内阻测量），构建起从概念到应用的知识网络。 其亮点在于融合物理观念与科学探究，如结合电动机功率计算培养能量观念，通过U-I图像处理数据提升科学思维，分层题目设计（基础单选到综合计算）满足个性化复习需求，助力学生巩固知识，教师精准把握学情，提升复习效率。

章末综合检测（四） 电能　能量守恒定律 一、单项选择题（本题共8小题，每小题3分，共24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. QQ是一款流行的互联网即时通讯工具，从某一版本开始QQ推出了 “在线时长”功能，用户通过积累在线时长可以获得更高等级、享 受更多服务，许多网友为追求虚拟的等级而纯粹地开机在线，造成 大量的电能浪费。如图所示是某网友QQ界面的电脑屏幕抓拍图， 请你估算他升到下一级还要消耗的电能为（假定电脑正常工作时的 功率约为200 W）（　　） A. 0.2 kW·h B. 2 kW·h C. 20 kW·h D. 200 kW·h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　电脑正常工作时的功率约为200 W，该网友升到下一级 还要消耗的电能为W＝Pt＝2 kW·h，选项B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 2. 图甲所示为一款儿童电动汽车，该款电动汽车的部分参数如图乙所 示，则下列说法正确的是（　　） A. 电源规格4.5 A·h中，A·h是能量的单位 B. 电机的输出功率小于24 W C. 电机线圈的电阻为6 Ω D. 行驶过程中电机突发故障，被卡住无法转动，此时通过电机的电流为2 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　A·h是电流与时间的乘积，是电荷量的单位，故A错误； 电机的额定功率P＝UI＝12×2 W＝24 W，可知电机的输出功率一定 小于24 W，故B正确；只知道电机的额定电压与额定电流，不能由 欧姆定律求出电机线圈的电阻值，故C错误；知道电机的额定电 压，不知道电机线圈的电阻值，所以若电机突发故障，被卡住无法 转动，不能求出通过电机的电流，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 3. A、B两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示，则 下列叙述正确的是（　　） A. 电源电动势EA＝EB B. 电源内阻rA＜rB C. 电源A的短路电流为0.2 A D. 电源B的短路电流为0.3 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　由U-I图像可知EA＝2.0 V，EB＝1.5 V，故A错误；rA＝ ＝ Ω＝5 Ω，rB＝＝ Ω＝5 Ω，故B错误；I短A＝ ＝ A＝0.4 A，故C错误；I短B＝＝ A＝0.3 A，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 4. 如图所示的电路中，a、b、c为三根长度不同、横截面积和材料都 相同的导体棒。开关闭合后，在相同时间内三根导体棒产生的热量 （　　） A. a最多 B. b最多 C. c最多 D. 都相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　根据串联关系，可知流过三根导体棒的电流I相同，由题 意可知三根导体棒的电阻率ρ，横截面积S都相同，由电路图可知三 根导体棒的长度关系为la＜lb＜lc，由R＝ρ可得三根导体棒的电阻大 小关系为Ra＜Rb＜Rc，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知在相同时间内三根 导体棒产生的热量大小关系为Qa＜Qb＜Qc，选项C正确，A、B、D 错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 5. 如图所示的电路中，电源电动势E为3 V，定值电阻R为5 Ω，当开关 闭合时，理想电流表的示数为0.5 A，电源内阻r为（　　） A. 0.5 Ω B. 1.0 Ω C. 1.5 Ω D. 2.0 Ω 解析：　根据闭合电路欧姆定律E＝I（R＋r），解得r＝－R＝ Ω－5 Ω＝1.0 Ω，选项B正确，A、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 6. 在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路。当调节滑 动变阻器R并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别 为0.50 A和2.0 V。重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流 表和电压表的示数分别为2.00 A和20.0 V，则这台电动机正常运转 时输出功率为（　　） A. 12 W B. 24 W C. 30 W D. 40 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　电动机停止转动时，电动机为纯电阻，根据欧姆定律得 电动机的电阻r＝＝4 Ω，正常运转后，其输出功率为P＝U2I2－ r＝20×2 W－22×4 W＝24 W，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 7. 图甲为某型号的脂肪测量仪，其原理是根据人体电阻的大小来判断 脂肪所占比例（体液中含有钠离子、钾离子等，容易导电，而脂肪 不容易导电），模拟电路如图乙所示，电压表、电流表均为理想电 表。测量时，闭合开关，测试者分握两手柄A、B，则体型相近的 两人相比，脂肪含量高者（　　） A. 电流表示数较大 B. 电压表示数较小 C. 电源内电路电压较大 D. 路端电压较大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　由题意可知，脂肪含量高者，电阻较大。测试时，脂肪 含量高者接入电路中的电阻R3较大，由闭合电路的欧姆定律可知I＝ ，电路中的电流较小，因此电流表示数较小，A错 误；由路端电压U＝E－Ir可知，脂肪含量高者接入电路时，电流I 较小，电源内电路电压U内＝Ir较小，路端电压U较大，D正确，C错 误；电流I较小，R1、R2分压较小，路端电压U较大，故脂肪含量高 者分压较大，电压表的示数较大，B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 8. 如图所示的电路，R1、R2、R3的阻值均为R，电源内阻r＝R。开关S 断开且电流稳定时，电容器所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流 再次稳定后，电容器所带的电荷量为Q2。则Q1∶Q2为（　　） A. 2∶3 B. 3∶5 C. 1∶2 D. 2∶5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　当开关S断开时，等效电路图如图甲所示，电路总阻值R 总＝r＋＝R，则干路电流I＝＝，电容器两端的电压U1＝ ＝E；当开关S闭合时，等效电路图如图乙所示， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 电路总阻值R总'＝r＋＝R，则干路电流I'＝＝，电容器两 端的电压U2＝E－I'r＝E。由C＝＝＝，故B正确， A、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 二、多项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不 全的得2分，有选错的得0分） 9. 如图所示为欧姆表的原理图，表头内阻为Rg，调零电阻为R，电池 的电动势为E，内阻为r，则下列说法中正确的是（　　） A. 它是根据闭合电路欧姆定律制成的 B. 接表内电池负极的应是红表笔 C. 电阻表盘的“∞”刻度一般在刻度盘的右端 D. 调零后刻度盘的中间刻度值是r＋Rg＋R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　多用电表是根据闭合电路欧姆定律制成的，选项A正 确；电流从黑表笔出电表，红表笔进电表，接表内电池负极的是红 表笔，接正极的是黑表笔，选项B正确；“∞”刻度在刻度盘的左 端，选项C错误；当多用电表指针指在中间位置时，＝ ，Ig＝，所以Rx＝Rg＋R＋r，即中间刻度值为r ＋Rg＋R，选项D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 10. 如图所示，一灯泡L和直流电动机M串联接入电压恒为10 V的电路 中，此时标有“3V　1.5 W”字样的小灯泡L恰好正常发光，已知 直流电动机的内阻RM＝2 Ω。下列说法正确的是（　　） A. 电动机的输入功率为3.5 W B. 电动机的输出功率为2.5 W C. 整个电路消耗的功率为5 W D. 电动机的效率约为83.3％ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　小灯泡L恰好正常发光，其电压为额定电压3 V，则电 动机的电压为UM＝U－UL＝7 V，小灯泡的额定电流就是通过电动 机的电流，有I＝＝ A＝0.5 A，则电动机的输入功率为P入＝ UMI＝3.5 W，A正确；对电动机，由能量守恒定律有P入＝P出＋ I2RM，解得电动机的输出功率为P出＝P入－I2RM＝（3.5－0.25×2） W＝3 W，B错误；整个电路消耗的功率为P总＝UI＝10×0.5 W＝5 W，C正确；电动机的效率约为η＝×100％＝×100％≈85.7 ％，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 11. 在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P从最顶 端向下滑动时（　　） A. 电压表 的示数先变大后变小 B. 电流表 的示数变大 C. 电压表 的示数先变小后变大 D. 电流表 的示数先变大后变小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　设滑动变阻器中P以上部分的电阻为Rx，滑动变阻器 的总阻值为R0，则变阻器在电路中的阻值R'＝，当Rx ＝时，R'最大。P从最顶端向下滑动时，回路中的总电阻先增 大，后减小；当P滑向中点时，R'增大，R总增大，I减小，路端电 压增大，UR减小，IA增大。同理可知P滑过中点后，IA增大，故 A、B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 12. 如图所示的电路中，定值电阻a、b、c、d的阻值相等、电容器C的 耐压值足够大，其中电源的内阻可忽略不计。当仅闭合开关K1 时，电路的总电阻用R1表示、电容器所带的电荷量为q1，当两个开 关均闭合时，电路的总电阻用R2表示、电容器所带的电荷量为q2。 则下列式子正确的是（　　） A. R1∶R2＝6∶5 B. R1∶R2＝5∶6 C. q1∶q2＝5∶3 D. q1∶q2＝3∶5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：　假设定值电阻 的阻值均为R，电源的电动 势为E，内阻可忽略不计， 当仅闭合开关K1时，等效电 路如图甲所示，则电路的总 电阻为R1＝3R，电容器两极板间的电压U1＝E＝E，则电容器所带的电荷量q1＝CU1＝EC； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 当两个开关均闭合时，等效电路如图乙所示，电路的总电阻为R2＝2R＋＝R，电容器两极板之间的电压为U2＝E＝E，电容器所带的电荷量q2＝CU2＝EC。由以上分析可知R1∶R2＝6∶5，q1∶q2＝5∶3，A、C正确，B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 三、非选择题（本题共5小题，共60分） 13. （9分）小明利用图甲所示的实验装置测量一节干电池的电动势和 内阻。 （1）图甲中电流表的示数为 A。 解析：由题中实物图可知，电流表的量程为0.6 A，精确度为0.02 A，因此电流表的示数为0.02×22 A＝0.44 A。 0.44　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （2）调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下： U/V 1.45 1.36 1.27 1.16 1.06 I/A 0.12 0.20 0.28 0.36 0.44 请根据表中的数据，在图乙 的方格纸上作出U-I图线。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 由图线求得：电动势E＝ V，内阻r ＝ Ω。 答案：图见解析 1.60（1.58～1.62均可）　 1.20（1.18～1.26均可）　 解析：根据题给数据作出U-I 图像如图所示，由图像在纵 轴上的截距得电动势为1.60 V，斜率的绝对值即内阻为r ＝ Ω＝1.20 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （3）实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间 一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不 妥，因为 ⁠ ⁠。 解析：如果一直保持电路闭合，干电池长时间工作会导致其 电动势和内阻发生变化，实验误差增大。 干电池长时间工作，电动势和内阻会发生变化， 导致实验误差增大　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 14. （9分）利用如图甲所示的电路测定电源的电动势和内阻。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （1）若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻 值得到一系列电压表的读数U。则由于未考虑电压表分流， 电动势的测量值与真实值相比 ，内阻的测量值与真实 值相比 。（填“偏大”“相等”或“偏小”） 偏小　 偏小　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列电压表的读数U，根据闭合电路欧姆定律可知，E测＝U＋Ir测＝U＋r测，则＝＋ ，这是造成系统误差的原因； 若考虑电压表的内阻，则表达式为E真＝U＋r真，变形得 ＝＋·；则由数学知识可知，测得的电动势E偏小， 内阻r偏小。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （2）若断开开关S1，将单刀双掷开关S2掷向b，改变电阻箱R的阻 值得到一系列电流表的读数I。则由于未考虑电流表分压， 电动势的测量值与真实值相比 ，内阻的测量值与真实 值相比 。（填“偏大”“相等”或“偏小”） 相等　 偏大　 解析：根据闭合电路欧姆定律E＝I（R＋r），变形得到与R的关系式＝R＋-R图像的斜率的倒数等于电源的电动势E，图线在横轴上的截距的绝对值等于电源的内阻r。若考虑电流表的内阻，则实际内阻r真＝r测－RA，所以内阻的测量值与真实值相比偏大，电动势的测量值与真实值相等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （3）某同学分别按照以上两种方式完成实验操作之后，利用作图 法处理数据，得到如图乙、丙所示的两个图像，图线在纵轴 上的截距分别是b1、b2，斜率分别为k1、k2。综合两条图线的 数据可以避免电压表分流和电流表分压带来的系统误差，则 电源的电动势E＝ 　　，内阻r＝ 　　。 解析：由以上分析可知，（2）中电动势是准确的，故 E＝；而题图乙中图线的斜率k1＝，联立解得r＝。 　 　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 15. （12分）如图所示，M为一线圈电阻rM＝0.4 Ω的电动机，R＝24 Ω，电源电动势E＝40 V。当S断开时，电流表的示数为I1＝1.6 A， 当开关S闭合时，电流表的示数为I2＝4.0 A。求： （1）电源内阻r； 答案：1 Ω　 解析：当S断开时，E＝I1（R＋r），代入数据得r＝1 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （2）开关S闭合时电源输出功率； 答案：144 W　 解析：设开关S闭合时，路端电压为U2， 则U2＝E－I2r＝36 V P＝I2U2＝144 W。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （3）开关S闭合时电动机输出的机械功率。 答案：87.5 W 解析： 开关S闭合时，流过R的电流IR＝＝1.5 A 流过电动机的电流IM＝I2－IR＝2.5 A 电动机输出的机械功率 P出＝U2IM－rM＝87.5 W。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 16. （14分）利用电动机通过如图所示的电路提升重物。已知电源电 动势E＝12 V，内阻r＝2 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝0.30 kg， 当将重物固定且电动机不转动时，理想电压表的示数为U1＝8 V。 当重物不固定且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，理想 电压表的示数为U2＝11 V，不计摩擦，g取10 m/s2。求： （1）重物固定时流过电源的电流I1； 答案：2 A　 解析：由题意有E＝U1＋I1r，解得I1＝2 A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （2）电动机内部线圈的电阻r0； 答案：1 Ω　 解析：由题意有U1＝I1（r0＋R），解得r0＝1 Ω。 （3）重物匀速上升时的速度v。 答案：1.5 m/s 解析：由题意有E＝U2＋I2r， 解得I2＝0.5 A 又U2I2－（r0＋R）＝mgv， 解得v＝1.5 m/s。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 17. （16分）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像如图乙所 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （1）电源的电动势和内阻； 答案：20 V　20Ω　 解析：将乙图中AB线段延长，交U轴于20 V处，交I 轴于1.0 A处，所以电源的电动势为E＝20 V，内阻r＝ ＝20 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 （2）定值电阻R2的阻值； 答案：5 Ω　 解析：当P滑到R3的右端时，电路参数对应乙图中的B点，即 U2＝4 V、I2＝0.8 A，得R2＝＝5 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 解析：当P滑到R3的左端时，由乙图知此时U外＝16 V，I总＝ 0.2 A，所以R外＝＝80 Ω。 因为R外＝＋R2，解得滑动变阻器的最大阻值为R3＝ 300 Ω。 （3）滑动变阻器的最大阻值。 答案：300 Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 物理·必修第三册 $