第十二章 电能 能量守恒定律 单元测试卷 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 高中物理电能与能量守恒定律单元卷，通过太阳帽风扇、酒精检测仪、人造太阳等真实情境，以选择、实验、计算题型梯度考查电动势、电路分析、能量转化等核心知识，适配单元复习，落实物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|7/28|电动势、电路动态分析、电源U-I图像|结合太阳能电池等科技情境，考查物理观念| |多选|3/18|电容器、电路故障分析|通过多过程电路，培养科学推理能力| |非选择|5/54|实验（水果电池、干电池测量）、电路功率计算、能量传播|实验题注重科学探究，计算题（如人造太阳能量传播）体现科学态度与责任，综合考查模型建构|

电能 能量守恒定律 单元测试卷 （全卷满分100分 考试用时75分钟） 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，只有一项是符合题目要求的） 1. 有一种太阳帽的前面有个小风扇，通过小型的太阳能电池板对其供电。经测量，该电池的电动势。下列关于该电池的描述，正确的是（ ） A. 该电池每通过电荷量，能把的太阳能转化为电能 B. 单位时间内可把的太阳能转化为电能 C. 把该电池接入闭合电路后，电动势减小 D. 该电池把其他形式的能转化为电能的本领比一节 7 号干电池的本领大 2. 如图所示，有四盏灯接入电路中，和都标有 “” 字样，和都标有 “” 字样。把该部分接入电路中，灯泡功率最大的是（不考虑灯丝电阻变化）（ ） A.B. C. D. 3. 电源A、B的路端电压U与干路电流I的关系如图甲所示。现将一只标识为 “” 的小灯泡与电源A、B组成如图乙所示的电路，下列说法正确的是（ ） A. 只闭合，小灯泡的功率为 B.、均断开时，电源A的路端电压为零 C. 分别闭合、时，对应的电源的效率 D. 每通过相同的电荷量，电源B中非静电力做的功比电源A中的多 4. 实验小组测得灯泡的伏安特性曲线如图甲所示，小组同学将灯泡接到如图乙所示的电路中。已知乙图中电源的电动势为，内阻为，电流表的内阻为。现将电阻箱的阻值调节为，然后闭合开关。下列说法正确的是（ ） A. 电流表的示数约为 B. 电阻箱两端的电压约为 C. 灯泡两端的电压约为 D. 此时的电阻约为 5. 如图所示，电源内阻不可忽略。开关闭合后，在滑动变阻器的滑片P向上缓慢滑动的过程中（ ） A. 小灯泡变亮 B. 理想电压表的示数增大 C. 理想电流表的示数减小 D. 电容器C所带电荷量减小 6. 为了保障交通安全，交警常用酒精浓度检测仪对驾驶员进行酒精测试，其工作原理如图乙所示，电源电动势为E，内阻为r，R为气敏电阻，其阻值随酒精气体浓度的增大而减小，为定值电阻，电路中的电表均为理想电表，电压表示数为，示数变化量的绝对值为，电流表示数为I，示数变化量的绝对值为。闭合开关，当酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法正确的是（ ） A. 电流表的示数I变大，电压表的示数变小 B. 电源的效率增大 C. 电压表与电流表示数变化的绝对值的比值变小 D. 电源的输出功率一定变大 7. 如图所示，图甲中为一电动机，在滑动变阻器R的滑片从左端滑到右端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是（ ） A. 电路中电源电动势为 B. 变阻器滑片向右滑动时，读数逐渐减小 C. 此过程中，电动机的输出功率最大值为 D. 滑动变阻器的最大阻值为 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. 如图所示电路中，电源电动势，内阻未知，两定值电阻R均为，电容器的电容。先只闭合开关，待电路稳定后，电容器存储的电荷量为q；再闭合开关，当再次达到稳定时电容器存储的电荷量为。以下说法正确的是（ ） A. 先后两种情况下，电容器板间电场强度之比为 B. C. 两开关均闭合，待电路稳定后，仅断开，则流过开关所在支路电阻的电荷量为 D. 电源内阻为 9. 如图所示，在图甲所示的电路中，是滑动变阻器，是定值电阻，其阻值为，实验时调节的阻值，得到多组电压表和电流表数据，将这些数据在坐标纸上描点拟合，作出的图像如图乙中AB所示。a和b分别为的滑片在不同位置时，其接入电路的电阻的图像。电压表和电流表均看作理想电表。下列说法中正确的是（ ） A. 该电源的电动势，内阻 B.A、B状态对应的电源的效率 C. 当时，消耗的功率最大 D. 当电流为时，滑动变阻器接入电路的电阻为 10. 如图所示的电路中，电源电动势和内阻、外电路所有电阻大小都未知，所有电表都是理想电表。某同学按此电路进行实验，将滑动变阻器的滑片P移到不同位置，观察各电表示数，记录下多组数据，下列说法正确的是（ ） A. 若调节滑片时各电表示数均不变，可能原因是断路 B. 若调节滑片时，电压表示数始终为零，其他三个电表示数有变化，可能原因是断路C. 通过实验，能够测定和的阻值，不能测定的阻值 D. 通过实验，能够测定电源电动势E和内阻r的值 三、非选择题（本题共 5 小题，共 54 分） 第 11 题（6 分） 某学习小组用水果和铜、锌两种金属（作为电极）制成了一个 “水果电池”，所用到的实验器材如下：多用电表、滑动变阻器（阻值范围0～）、电压表（量程为0～3V，内阻约为）、微安表（量程0～1000uA，内阻为)、导线、开关等，进行了以下实验： (1) 小李同学用多用电表电压挡测水果电池的电动势，指针稳定时如图甲所示，读数为。 (2) 小王同学设计了如图乙和丙的实验电路，为了更精准地测量水果电池的电动势和内阻，应选择图（选填 “乙” 或 “丙”）。 (3) 利用 (2) 中选择的电路作出如图丁所示的U-I图像，由图像求得水果电池的电动势，内阻。（结果保留 2 位有效数字） (4) 将水果电池与额定电压为的小灯泡直接相连，小灯泡并不能发光（连接用的导线均没有断路），其原因为。 12.（8 分）为测定一节新干电池的电动势和内阻（已知该干电池的内阻小于，额定电流约为），可供选择的器材有： A. 电压表：量程0~，内阻为 B. 电压表：量程0~，内阻为 C. 电流表：量程0~，内阻约为 D. 电流表：量程0~，内阻约为 E. 滑动变阻器：最大阻值，允许通过的最大电流为 F. 滑动变阻器：最大阻值，允许通过的最大电流为 G. 定值电阻H. 开关、导线若干 (1) 要使实验误差较小且操作方便，可选择的器材是（填字母代号）。 (2) 滑动变阻器在电路中的连接方式为（选填 “限流式” 或 “分压式”）。 (3) 实验测得 8 组数据，如下列表所示。小明采用第 1 组和第 5 组、第 2 组和第 6组、第 3 组和第 7 组、第 4 组和第 8 组分别求出E1、r1，E2、r2，E3、r3，E4、r4，再用平均值法求出电动势E和内阻r。设第 1 组数据中电压表示数为，电流表示数为，第 5 组数据中电压表示数为，电流表示数为，则电动势表达式为（用U1、I1、U5、I5表示）。 (4) 小华采用作图法求新干电池的电动势和内阻，如图所示，根据图像可知电动势，内阻。（结果均保留 2 位有效数字） 13.（8 分）如图所示电路，电动机的线圈电阻，定值电阻，电源电动势，断开开关，理想电流表的示数；闭合开关，理想电流表的示数，求： (1) 电源内阻r； (2) 闭合开关后，通过电阻R的电流； (3) 闭合开关后，电动机输入功率和输出功率。 14.（14 分）如图所示电路中，电源的电动势，内阻，电阻可调。已知，。 (1) 先将调到后固定，则开关断开和闭合时，通过的电流分别为多大？ (2) 为了使A、B之间电路的电功率在开关闭合时能达到最大值，应将的阻值调到多大？这时A、B间消耗的最大电功率是多少？ (3) 为了使开关闭合时自身消耗的功率最大，应将的阻值调到多大？这时消耗的最大电功率是多少？ 15.（18 分）人造太阳是指像太阳一样通过核聚变，源源不断地产生巨大的能量的装置。若人造太阳成为现实，某城市构想将来在高空设置一个人造太阳（近似认为是一个点，其能量以该点为中心向四周传播），在夜晚利用人造太阳为城市提供能量。如图 1，在地面距人造太阳处一用户利用一面积为的接收装置垂直获取能量，为家中某加热器供电，其内部简化电路如图 2 所示，其正常工作时的功率如表所示。 (1) 求的阻值； (2) 在实际使用中，接收装置获得能量并转化为电能，再使用加热器的高温挡给某材料加热，材料温度升高加热时间为。[设加热器电热丝发热全部被材料吸收，材料的质量，材料的比热容，已知半径为r的球面表面积为。不计传播过程中能量损耗，该接收装置能量转换为电能的效率为] ①该加热器的实际功率为多大？ ②该人造太阳的功率至少为多少？ (3) 利用相同面积的接收装置，为了能从人造太阳中获得更多的能量，在安装人造太阳时应该适当地靠近还是远离地球一些？ 答案解析 1.A 解析 根据电动势的定义式，当时，，即每通过电荷量能将太阳能转化为电能，A 正确；单位时间内转化的电能在数值上等于，但题目未提供电流I的值，无法确定太阳能转化为电能的功率是否为，B 错误；电动势是电源的特性，与是否接入电路无关，C 错误；一节 7 号干电池的电动势为 1.5 V，比该电池的 0.6 V 大，故转化本领更大，D 错误。 2.D 根据可知，L1、L2的电阻相同，L3、L4的电阻相同，且，由于L2、L3并联再与L1、L4串联，所以，，，即，故选 D。 3.C 由题图甲可知，A、B两电源的电动势均为 6 V，只闭合S1，电源A与灯泡接通，由于电源A有内阻，则小灯泡两端电压小于 6 V，功率小于 6 W，A 错误；S1、S2均断开时，电源A的路端电压等于电源电动势，为 6 V，B 错误；分别闭合S1、S2时，A、B两电源分别与灯泡组成闭合回路，电源的效率为，由题图甲可知电源内阻，可知，故 C 正确；A、B两电源的电动势相同，根据可知，每通过相同的电荷量，电源A、B中非静电力做的功相等，D 错误。 4.C 将电流表、电阻箱和电源等效为新的电源，根据闭合电路欧姆定律，可得新电源的路端电压，在灯泡的伏安特性曲线中作出新电源的路端电压与电流的关系图像，如图所示，两图线的交点表示灯泡的工作点。由图可知，此时灯泡两端的电压约为 1.10 V，通过灯泡的电流约为 0.32 A，即电流表的示数约为 0.32 A，A 错误，C 正确；由欧姆定律得电阻箱R两端的电压约为，灯泡L的电阻为，故 B、D 错误。 5.B 滑片向上滑动，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，干路电流减小，可知路端电压增大，B 正确；小灯泡两端电压减小，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，根据欧姆定律可知电流表的示数增大，C 错误；电容器两端电压增大，根据可知电容器所带电荷量增大，D 错误。 6.A 酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，气敏电阻R的阻值减小，则总电阻减小，总电流增大，电流表的示数I变大，由可知内电压增大，则路端电压减小，而定值电阻两端电压变大，则气敏电阻R两端电压变小，即电压表的示数变小，故 A 正确；电源的效率为，酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，气敏电阻R阻值减小，外电阻减小，则电源的效率减小，故 B 错误；根据闭合电路欧姆定律有，可得电压表与电流表示数变化的绝对值的比值，可知保持不变，故 C 错误；电源的输出功率为，可知当R=r时，电源的输出功率最大，由题干信息无法确定外电阻与内阻的关系，所以无法判断电源输出功率的变化，故 D 错误。 7.C 由题图甲知，电压表测量路端电压，所以题图乙中上面的图线表示V2的示数与电流的关系，此图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，则，当电流时，则电源的电动势为，A 错误。滑动变阻器的滑片向右移动时，R接入电路的阻值变大，电路中总电阻变大，总电流减小，内电压减小，路端电压即V2读数增大，B 错误。由于电流表读数在 0.2 A 以下时，电动机没有发生转动，此时为纯电阻用电器，由题图乙可知，电动机线圈的电阻；当时，电动机两端电压等于路端电压，，此时电动机的输出功率最大，，C 正确。由题图乙知，当时，电路中的电流最小，滑动变阻器接入电路的阻值最大，由闭合电路欧姆定律有，得，D 错误。 8.AD根据、，解得，电容器的电容C、板间距离d不变，故板间场强E与电荷量Q成正比，可知先后两种情况下，电容器板间电场强度之比为4:3，故 A 正确。只闭合开关时，两板间电压，电容器的电荷量；再闭合开关后，两板间电压，电容器的电荷量，联立解得，，故 B 错误，D 正确。两开关均闭合时，电容器的电荷量为；仅断开后，电容器通过两定值电阻放电时，由于两定值电阻阻值相等且并联在电路中，故通过两支路的电荷量均等于电容器放电总电荷量的一半，即流过开关所在支路电阻的电荷量为，C 错误。 9.ACD根据闭合电路的欧姆定律，可得，由题图乙可知，当时，；当时，，代入上式可得，，故 A 正确；电源的效率，代入数据可知，，则，故 B 错误；把视作电源内阻的一部分，当时，消耗的功率最大，故 C 正确；当电流为0.2A时，根据题图乙可知，，根据欧姆定律可知接入电路的电阻为，故 D 正确。 10.发生断路故障时，理想电压表与滑动变阻器串联（相当于断路），调节滑动变阻器的滑片时，对其他支路没有影响，故几个电表的读数均不变，A 正确。若发生断路，外电路断开，几个电表都没有读数，B 错误。由于电表是理想电表，由电压表和电流表的示数可求出的阻值；电压表测量两端的电压，通过的电流等于电流表A2与A1示数之差，可以求出的阻值；由于两端的电压无法测量，所以不能测出的阻值，C 正确。根据闭合电路欧姆定律可得，并联电路部分的电压由电压表V1测量，总电流由电流表A2测量，可以求出电源的电动势及和内阻r的总电阻，因为的阻值未知，所以无法求出内阻r，D 错误。 11. 答案(1)0.90 (1 分) (2)丙(1 分) (3)0.97(1 分)；(1 分)(4) 见解析 (2 分)解析(1) 多用电表2.5V电压挡对应分度值为0.05V，读数时需要保留到百分位，根据题图甲可知读数为0.90V。(2) 由于微安表内阻已知，可知微安表的分压情况，故采用题图丙所示电路进行实验。(3) 根据闭合电路欧姆定律可得，可知U-I图像的纵轴截距表示电源电动势，斜率的绝对值等于，结合题图丁可知，水果电池的电动势，，解得。(4) 由于水果电池的电动势较小，内阻较大，将水果电池与额定电压为1V的小灯泡直接相连，通过灯泡的电流太小，故小灯泡不能发光。 12. 答案(1)ACEGH(1 分)(2)限流式(1 分)(3)、(2 分)(4)1.5(2 分)；0.14(2 分) 解析(1) 一节新干电池的电动势约为1.5V，则电压表选0~3V量程的，即选 A；额定电流约0.7A，则电流表应选量程为0~0.8A的，即选 C；干电池内阻很小，为了使得电压表示数变化明显，滑动变阻器应选最大阻值较小的，即选 E；将定值电阻与电源串联以增大等效内阻，应选 G；开关、导线必须选，故应选 ACEGH。(2) 本实验滑动变阻器采用限流式接法即可，将定值电阻与电源串联以增大等效内阻，因等效内阻较小，故电流表应采用相对电源的外接法。(3) 根据闭合电路欧姆定律得，，联立解得，。(4) 根据闭合电路欧姆定律得，可知U-I图像的纵轴截距表示电源电动势，斜率的绝对值等于，由图像可得电源电动势，，解得。 13. 答案(1) (2)1.5A (3)90W；77.5W (1) 断开开关 S 时，外电路只有电阻R，根据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R+r) 解得电源内阻 (2) 闭合开关 S 后，外电路为电动机与定值电阻R并联，此时路端电压为V=36V，则通过电阻R的电流 (3) 闭合开关 S 后，通过电动机的电流 则电动机的输入功率 . 答案(1)；(2)0；(3)； 解析(1) 将调到后固定，S断开时，外电路为、串联，通过的电流解得I1=0.3A，开关S闭合时，外电路为、并联后与串联，、并联电阻为 通过的电流为 解得I1'=0.5A (2) 已知为定值，为了使A、B之间电路的电功率在开关S闭合时能达到最大值，则需电路中的干路电流最大，总电阻最小，即应将的阻值调到0，这时A、B间消耗的最大电功率是，解得 (3) 为了使开关S闭合时自身消耗的功率最大，此时将、并联后的电阻等效为电源内阻的一部分，则需满足，即应将的阻值调到3欧姆，这时消耗的最大电功率是，解得 15. 答案(1)(2)①②(3) 见解析解析(1) 由图 2 可知，S1、S2都闭合时，电路中只有电阻，由表中数据可知，此时功率，则S2闭合、S1断开时，、串联，有可得所以R2=R总-R1=2200-1100=1100 (2)①加热器电热丝发热全部被材料吸收， 有P实t=Q=cmt ，则该加热器的实际功率为②设该人造太阳的功率至少为P，工作时间为(t')，则人造太阳在t'时间内产生的能量至少为E=Pt' ，其能量以该点为中心向四周传播，半径为r的球的表面积为，故每平方米能获得的能量为则接收装置能获得的能量为不计传播过程中能量损耗，该接收装置能量转换为电能的效率为(15%)， 即联立解得故该人造太阳的功率至少为 (3) 由上面分析可知，所以利用相同面积的接收装置，为了能从人造太阳中获得更多的能量，r要小一些，即在安装人造太阳时应该适当地靠近地球一些。 学科网（北京）股份有限公司 $