第十二章 电能 能量守恒定律 单元测试-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 聚焦电能与能量守恒，融合潮汐发电、太阳能电动车等真实情境，适配高中物理第十二章单元复习，强化物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量|知识覆盖|命题特色| |----|----|----------|----------| |单选题|7|电路功率计算、电动机功率分析、电容器电荷量变化|结合电饭锅加热保温（物理观念）、斜面电动机牵引（科学推理）| |多选题|3|太阳能电动车效率、电路动态分析、伏安法误差|太阳能板能量转化（科学态度与责任）、滑动变阻器功率变化（模型建构）| |实验题|4|电动势内阻测量、电容器充放电、电动机U-I关系|DIS系统测电池参数（科学探究）、电动机卡死功率计算（质疑创新）|

第十二章 电能 能量守恒定律 单元测试 一、单选题 1．“迷你”电饭锅有加热和保温两挡，工作电路如图所示，电饭锅在保温状态下的电路总功率是加热状态下的，则和关系正确的是（     ） A． B． C． D． 2．如图a所示，固定在水平地面上的粗糙斜面倾角为，斜面足够长，安装在其顶端的电动机通过不可伸长的轻绳绕过定滑轮与一质量为m的物块相连。电动机拉动物块从静止开始沿斜面向上先加速再匀速运动，加速时间为t。物块运动的加速度与速度的倒数的关系如图b所示，重力加速度的大小为g。下列说法正确的是（     ） A．物块做匀加速直线运动 B．电动机的运行功率为 C．斜面的动摩擦因数为 D．物块加速的位移大小为 3．如图所示的电路中，电源电动势E＝12 V（内阻不计），电阻R1＝R2＝4  Ω，R3＝2  Ω，电容器的电容C＝0.1 F。初始时开关S1闭合，S2断开。现S1保持闭合，再闭合S2，待电路稳定后，电容器上极板所带电荷量的变化量为（电容器始终未被击穿）（     ） A．0.4 C B．0.8 C C．1.2 C D．2.4 C 4．如图所示，直流电源电动势为E=5 V、内阻r=1 Ω，定值电阻R1=2 Ω，可变电阻R2的阻值范围为1~4 Ω。闭合开关S，调节可变电阻R2接入电路的阻值，以下说法正确的是（    ） A．当R2=1 Ω时，R1达到最大功率2 W B．当R2=1 Ω时，R2达到最大功率4 W C．当R2=1 Ω时，电源达到最大输出功率6 W D．当R2=1 Ω时，电路达到最大总功率12 W 5．如图甲所示为测量电源的电动势E和内阻r的实验方案，通过改变滑动变阻器R的阻值得到多组电压表示数U和电流表示数I的数据，得到如图乙所示的U－I图像。已知电表为理想电表，通过图像分析可得电源的电动势E和内阻r分别是（　　） A．E＝1.50V、r＝2.5Ω B．E＝1.50V、r＝2.1Ω C．E＝1.25V、r＝2.5Ω D．E＝1.25V、r＝2.1Ω 6．测定一节蓄电池的内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0。采用如图所示电路测量电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是（　　） A．电压表的分流作用 B．电流表的分流作用 C．电流表的分压作用 D．电压表的分压作用 7．浙江省沿海地区有很多海湾，利用潮汐发电具有得天独厚的优势。某海湾修建水坝后水面面积为。一昼夜大潮、小潮各出现一次，涨潮、退潮均可发电，共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至15m，小潮时皆可涨至14m。退潮后，无论大潮还是小潮，坝外水位皆降至10m。发电过程中坝内水面面积视为不变，机械能转化成电能的平均效率为20%，则（　　） A．大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约 B．大潮时一次涨潮和退潮共可发电约 C．小潮时一次退潮可发电约 D．此电站一昼夜可发电约 二、多选题 8．如图是某兴趣小组制作的太阳能电动小车，其太阳能板的面积，光电能量转化率。电动机的额定功率、额定电压、内阻，电动机的机械效率，小车匀速行驶时受到的阻力。已知日地距离，设太阳每秒辐射的能量为，下列说法正确的是（　　） A．若电动机正常运转，小车启动时加速度恒定 B．若电动机正常运转，内阻发热的功率为 C．若电动机正常运转，小车匀速行驶时的速率为 D．若阳光直射太阳能板时，电动机恰好正常运转 9．如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，电源的电动势为、内阻为，定值电阻的阻值为，滑动变阻器的最大阻值是。闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P由最左端向最右端滑动过程中，下列说法正确的是（     ） A．电流表的示数变大 B．滑动变阻器消耗的功率一直变大 C．电源内部消耗的功率变小 D．电源的最大效率约为 10．某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，甲图和乙图为同学设计出的两种实验电路图，丙图为由实验数据作出的U－I图像，下面分析正确的是（　　） A．用甲图做实验，的测量值比真实值小，的测量值比真实值小 B．用乙图做实验，的测量值比真实值小，的测量值比真实值小 C．为了减小实验系统误差，实验必须选择用甲图 D．由丙图可得干电池的电动势为1.5V，内阻为 三、实验题 11．已知题中使用的低速直流电动机正常工作时的额定电压为3 V，为探究该电动机工作时的电流I与电压U之间的关系，该小组同学又设计了如图1所示的电路图来进行实验探究。所用实验器材有：电压表（量程0~3 V，内阻约1500 Ω），电流表（量程0~400 mA，内阻约0.6 Ω），滑动变阻器R，学生电源（可提供0~12 V的交、直流电，内阻不计），单刀双掷开关S及导线若干。 (1)实验时在B、C两端接入学生电源，电源旋钮应调至4 V________（选填“直”或“交”）流挡。在接通学生电源的开关前，滑动变阻器的滑片应调至________（选填“a”或“b”）端。 (2)正确连接电路后，接通学生电源的开关，移动滑动变阻器的滑片，记录多组电压表示数U和电流表示数I，并作出关系图像如图2所示。由此可知，为减小实验误差，图1中的开关S应与________（选填“1”或“2”）连接。 (3)实验中，当滑动变阻器的滑片移至a、b间位置时（滑片到a端的距离为ab总长的），电压表示数为3.0 V，若此时电动机突然被卡死但马上又正常工作，则结合图2可知：电动机被卡死不转的瞬间，该电动机的输入功率约为________W（结果保留两位有效数字）。 12．某探究小组利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，为定值电阻，C为电容器，A为零刻度位于中央的毫安表，V为电压表（内阻近似无穷大）。 (1)当开关接1，稳定后，电压表（量程）的示数如图乙所示，则电压_____。 (2)操作时，先把开关接1（此前电容器不带电）并以此刻为计时起点，待稳定后，再把开关接2。在下列四个图像中，可正确表示全过程中通过电流表的电流随时间变化的图像和电压表测得两极板间的电压随时间变化的图像的是_______（填字母序号，多选）。 A． B． C． D． (3)若仅将图甲电路中的换成阻值更大的定值电阻，重新将开关接1（此前电容器不带电）并以此刻为计时起点，直到充满，则_________。 A．电容器电压变小 B．充电时间变长 C．电容器充满所带电荷量变小 D．电容器充满所带电荷量变大 13．某同学利用DIS系统、定值电阻、电阻箱等实验器材分别研究、两节干电池的电动势、和内阻、，实验装置如图甲所示。首先测量电池的电动势和内阻，实验时多次改变的阻值，用电流传感器测得对应的电流值，在计算机上显示出如图乙所示的的关系图线，重复上述实验方法测量电池的电动势和内阻，得到图乙中的图线，以下计算结果均保留2位有效数字。 (1)某次实验电阻箱调节后如图丙所示，则此时电阻箱的读数为______； (2)若定值电阻，令，，由图乙中实验图线的拟合方程可得，电池的电动势______，内阻______； (3)根据图乙可以判断，电池和电池的电动势和内阻大小关系为：______，______（填“大于”、“等于”或“小于”）； (4)若用同一个电阻先后与电池及电池连接，则两电池的输出功率______（填“大于”、“等于”或“小于”）。 14．在“测电池的电动势和内阻”的实验中，测量对象为一节新的干电池。 (1)某实验小组先采用图甲所示电路测量时，在较大范围内调节滑动变阻器阻值，发现电压表示数虽然有变化，但变化不明显，主要原因是________。 A．滑动变阻器与电路接触处断路 B．滑动变阻器与电路接触处短路 C．电池内阻太大 D．电池内阻太小 (2)为了提高实验精度，他们最终采用了图乙所示电路，实验提供的器材如下： 电压表V：量程0~3V，内阻可视为无穷大； 电流表A：量程0~0.6A，内阻（已知）； 定值电阻：阻值未知，约几欧姆； 滑动变阻器； 滑动变阻器； 单刀单掷开关、单刀双掷开关，导线若干。 ①电路中，接入电阻有两方面的作用，一是方便实验操作和数据测量，二是防止滑动变阻器接入的电阻过小时，电路损坏； ②为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选______（填“”或“”）； ③由于未知，需先测出其阻值，故在开始实验之前，、都处于断开状态。 (3)下面是他们的部分实验操作。请根据要求填空。 ①闭合，将打向1，测得电压表的示数，电流表的示数，则=______； ②再将打向2，改变滑动变阻器的阻值，当电流表示数为时，电压表示数为；当电流表示数为时，电压表示数为，则该电池电动势的表达式为E=______，内阻的表达式为r=______。（用、、、、、表示） 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B D C B A A C BCD CD BD 1．B 【详解】当开关闭合时，电路中电阻较小，电饭锅处于加热状态，加热功率为 当开关断开时，电阻与串联，电路中总电阻较大，电饭锅处于保温状态，保温功率为 根据题干条件有 联立解得 故选B。 2．D 【详解】BC．图b方程为 电动机拉动物块从静止开始沿斜面向上先加速再匀速运动，故电动机以恒定功率运行，则 根据牛顿第二定律可得， 解得 整理可得 则， 解得，，故BC错误； A．根据可知速度增大，减小，则a减小，故物块做加速度减小的加速运动，故A错误； D．当加速度为0时，速度最大，开始做匀速直线运动，则 根据动能定理可得 解得，故D正确。 故选D。 3．C 【详解】初始时开关闭合，断开， 电路稳定时，电容器所在支路相当于断路，电阻中无电流通过。 因此两端无电压降。电容器上极板的电势等于电源负极电势。 电阻与串联接在电源两端，电容器下极板接在 与 之间。 电路电流 电容器两端电压等于电阻两端的电压 由于上极板接电源负极，电势较低，故上极板带负电。 根据 可知初始时上极板带电量 末状态、 均闭合，电容器上极板通过开关直接连接到电源正极。 电阻与依然串联，然后与并联，此时电容器两端电压等于电阻 两端的电压。 电源内阻不计，通过电阻与的电流不变，仍为 电阻两端的电压 此时电容器两端电压。 由于下极板电势低于上极板电势，故上极板带正电。 根据 可得末状态上极板带电量 电容器上极板电荷量的变化量 故选 C。 4．B 【详解】A．R1是定值电阻，功率，U为路端电压。R2越小，总外阻越小，总电流越大，内电压越大，路端电压U越小，则越小。因此R2=1 Ω时，R1功率最小，故A错误； B．总电阻 根据闭合电路欧姆定律可知 路端电压为 R2的功率为 联立代入数据解得 根据数学知识可知时，随增大而增大，因此越小，越大。 代入可得，故B正确； C．电源输出功率的规律：当外电阻等于内阻r时，输出功率最大。令外阻 解得 此时最大输出功率，故C错误； D． 电路总功率，E不变，总电阻越小总电流越大，总功率越大。时总电阻最小，总电流 解得总功率，故D错误； 故选B。 5．A 【详解】根据闭合电路欧姆定律可得 整理可得 所以，结合图线可知时， 故选A。 6．A 【详解】由电路图可知，根据闭合电路欧姆定律 解得 由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比实际的电路总电流小，从而造成实验误差，故A正确，B、C、D错误。 故选A。 7．C 【详解】A．大潮水位差，一次涨潮增加的重力势能，故A错误； B．大潮单次涨/退潮发电量，一次涨潮加退潮共发电，故B错误； C．小潮水位差，一次退潮重力势能变化，发电量，故C正确； D．一昼夜共发电4次：大潮涨、大潮退、小潮涨、小潮退，总电能，故D错误。 故选C。 8．BCD 【详解】A．若电动机正常运转， 所以，加速度大小为 小车启动时，速度增大，空气阻力等也会增大，故加速度减小，A错误； BC．若电动机正常运转 解得 电动机内阻的热功率 电动机输出的机械功率 小车匀速行驶， 联立解得，故B正确，C正确； D．阳光直射时，到达太阳能板的功率 光电转化后，电动机输入功率 代入数据解得 由于，故电动机恰好正常运转，D正确。 故选BCD。 9．CD 【详解】A．当滑动变阻器的滑片P由最左端向最右端滑动过程中，，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则电路总电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电流变小，即电流表的示数变小，故A错误； C．电源内部消耗的功率为 由于电路总电流变小，所以电源内部消耗的功率变小，故C正确； D．电源的效率为 可知当外电阻最大时，电源的效率最大，则当变阻器阻值最大时，电源的最大效率为，故D正确； B．滑动变阻器消耗的功率为 可知当时，滑动变阻器消耗的功率最大，故变阻器功率先增大再减小，故B错误。 故选CD。 10．BD 【详解】A．用甲图做实验，把电源和电流表看成等效电源，如图所示，当外电路断开时，开路电压等于电源电动势，等效电源的内阻等于电源内阻和电流表内阻之和，故的测量值等于真实值，的测量值比真实值大，A错误； B．用乙图做实验，把电源和电压表看成等效电源，如图所示，当外电路断开时，开路电压小于电源电动势，等效电源的内阻等于电源内阻和电压表内阻并联值，故的测量值比真实值小，的测量值比真实值小，B正确； C．甲图中电流表内阻占电源内阻测量值的比例太大，导致电源内阻测量值和真实值差太多，故一般选用乙图。如果已知电流表内阻，可以采用甲图，C错误； D．由得，从丙图可知，，D正确。 故选BD。 11．(1) 直 a (2)1 (3)1.6 【详解】（1）[1]本实验研究的是直流电动机，因此电源需要调至直流挡。 [2]该电路滑动变阻器为分压式接法，接通电源前，需要让待测电动机两端初始电压为0，保护电路。由电路结构可知，滑片调至端时，电动机两端电压为0，因此滑片调至端。 （2）由图像可知，电动机电压较低、未转动时（纯电阻状态）， 满足 属于小电阻，电流表外接法误差更小。开关S接1时为电流表外接法，因此选1。 （3）电动机卡死不转时为纯电阻，内阻由图像线性段得 此时电动机两端电压为，输入功率 12．(1)1.20/1.19/1.21 (2)BC (3)B 【详解】（1）电压表选用的量程为，其分度值为。观察图乙可知，指针指在后面的第2个小格上。根据估读原则，需估读到分度值的下一位（即），故电压表的准确读数为（和也可）。 （2）先把开关接1，电容器开始充电。充电过程中，极板电荷量逐渐增多，电容器两端电压逐渐增大，最终趋于稳定等于电源电动势；电路中的充电电流逐渐减小并趋近于零。 待稳定后把开关接2，电容器通过定值电阻进行放电。放电过程中，电容器两端电压从最大值逐渐呈指数衰减至零；放电电流也是由最大值逐渐减小至零，但由于放电时正电荷从正极板流出，经过毫安表的方向与充电时恰好相反，因此在图像中放电电流应在时间轴的下方（即为负值）。 能正确反映整个过程中电流变化的图像是图B，能正确反映电压变化的图像是图C。 故选BC。 （3）A．电容器充满电后，电路达到稳态，此时回路中无电流，电容器两端电压等于电源电动势。由于电源未变，故电容器电压不变，故A错误； B．由于外接定值电阻增大，根据闭合电路欧姆定律，在任意相同极板电压时刻，回路中的充电电流均小于原情况。充电电流减小，导致充满同等电荷量所需的时间必然变长，故B正确； CD．电容器充满时所带的最终电荷量满足，由于电容和电源电动势均未改变，所以电容器充满所带的电荷量不变，故C、D错误。 故选B。 13．(1)12.0 (2) 1.3 2.0 (3) 小于 小于 (4)小于 【详解】（1）根据图丙可得电阻箱的读数为 （2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得 整理得 令，，根据图乙中实验图线的拟合方程可得， 解得电池的电动势， （3）[1]根据图乙可得电池的斜率小于电池的斜率，则有 可得 [2]根据 可知横截距的绝对值为，则电池的横截距的绝对值为，可得电池的横截距的绝对值为；根据图乙可知电池的横截距的绝对值大于电池的横截距的绝对值，则有 可得 （4）根据图像可知，电阻相同时，有 则有 根据可知，电池的输出功率小于电池的输出功率。 14． D 【详解】(1)[1]较大范围调节滑动变阻器的阻值，电压表有示数但变化不大，说明其阻值始终相对于电池内阻很大，即电池内阻太小。 故选D。 (2)②[2]滑动变阻器应选用最大电阻较小的，方便调节且测量误差较小。 (3)①[3]根据闭合电路欧姆定律可知，可以测出的物理量是定值电阻和电流表内阻之和，即 故 ②[4][5]根据闭合电路欧姆定律得 ， 联立解得 ， 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $