高中物理单元测试——第十二章电能能量守恒定律（较难版01）

**基本信息** 本卷为高中物理第十二章“电能 能量守恒定律”较难版单元测试，以太阳能电池、扫地机器人等现代科技情境为载体，通过选择、实验、解答题梯度设计，覆盖电动势、电路分析、能量转化等核心知识，适配单元复习中物理观念建构与科学思维提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|7/28|电动势、功率计算、能量守恒|结合太阳帽风扇、扫地机器人等生活科技，考查能量观念与科学推理| |多选题|3/18|电路功率、效率分析|以电动自行车参数表、动态电路为情境，培养科学论证能力| |实验题|2/16|水果电池电动势测量、电表改装|通过实验设计与数据处理，落实科学探究素养| |解答题|3/38|综合电路计算、水泵效率|融合农业灌溉等实际问题，考查模型建构与创新应用能力|

高中物理单元测试 —— 第十二章 电能 能量守恒定律（较难版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）在炎热的夏天我们可以经常看到，有的小朋友的太阳帽前有一小风扇（如图所示），该小风扇与一个小型的太阳能电池板相接，对其供电。经测量该电池能产生的电动势为E=0.6V，则关于该电池的描述正确的是（　　） A．通过1C电荷量该电池能把0.6J的太阳能转化为电能 B．单位时间内可把0.6J的太阳能转化为电能 C．该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领大得多 D．把该电池接入闭合电路后，电动势减小 2．（本题4分）随着智能家居的普及，扫地机器人成为了很多家庭的清洁好帮手．某款热销的扫地机器人，其额定工作电压为18V，额定功率为36W，配备的锂电池容量为。关于这款扫地机器人，下列说法正确的是（    ） A．“”是电能的单位 B．机器人电机的电阻为5Ω C．该机器人正常工作时的电流为2A D．充满电后正常工作时间为60min 3．（本题4分）砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 4．（本题4分）有四个定值电阻，、的规格为“10V  3W”，、的规格为“10V  6W”，按图示方式接入电路，消耗功率最大和最小的电阻分别为（　　） A．、 B．、 C．、 D．、 5．（本题4分）如图所示，图像A、B是电池a、b的外电路特性曲线，C是定值电阻R的图像。将电池a、b串联给电阻R供电，则电阻R消耗的功率约为（　　） A．1.68W B．1.78W C．1.88W D．1.98W 6．（本题4分）如图所示，电路中的电源，内阻不计，a、b、c、d为电路中的四个接触点，闭合开关S后，左右滑动滑动变阻器滑片，电路中的电流表没有示数，电路中两个灯泡和都不亮，用多用电表的电压挡检查电路时，测得，，，，整个电路中只有一个故障，则故障原因可能是（　　） A．灯泡短路 B．滑动变阻器R断路 C．灯泡断路 D．电流表短路 7．（本题4分）如图所示的电路中，合上开关S，将滑片Р向右移动的过程中，由理想电流表和理想电压表测得三组数据（I1、U1）、（I2、U2）和（I3、U3），已知，，。电源内阻不计，则下列结论中正确的是（　　）    A． B． C．可能存在 D． 二、多选题 8．（本题6分）如表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则（　　） 自重 40kg 额定电压 48V 载重 75kg 额定电流 12A 最大行驶速度 20km/h 额定输出功率 350W A．电动自行车消耗的总功率为350W B．电动机的效率约为61% C．电动机的内阻约为 D．该车受到的阻力为63N 9．（本题6分）如图所示电路中，合上开关S后，电压表和电流表的读数分别为U、I，定值电阻R2消耗的功率为P，电容器所带的电荷量为Q，两电表均为理想电表。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列有关物理量之间变化关系图像正确的是（　　） A． B． C． D． 10．（本题6分）如图所示的电路中，电源电动势E=8V，内阻r=1Ω，定值电阻R1=9Ω，R2=10Ω，R3=5Ω；滑动变阻器R4的取值范围为0~15Ω。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，使R4取不同的阻值接入电路，则下列说法正确的是（　　） A．定值电阻R1消耗的最大功率为3.24W B．电源内阻消耗的功率的最小值为0.5W C．R4=10Ω时，R4消耗的功率最大 D．R4=15Ω时，电源的效率最高 三、实验题 11．（本题6分）将铜片和锌片插入苹果中制成一个“水果电池”，利用下列所给器材测量该“水果电池”的电动势E和内阻r。 电流表A（量程20mA，内阻约） 电压表V（量程3V，内阻约） 滑动变阻器R（） 待测“水果电池”（电动势E约为4V，内阻r约为） 开关S，导线若干 (1)甲、乙两个实验电路中最合理的电路为________（选填“甲”或“乙”）。 (2)李明同学根据实验数据画出图线，如图所示。由图线可得“水果电池”的电动势________V，内阻________。（计算结果保留3位有效数字） (3)李明同学测得的电动势比真实值________（填“偏大”，“偏小”，“相等”）。 12．（本题10分）电流表的满偏电流为，内阻，把它改装成如图甲所示的一个多量程多用电表。电流挡小量程为0~10 mA，大量程为0~100 mA；电压挡小量程为0~10 V，大量程为0~25 V。 (1)若图甲中开关S端是与“2”相连时，电流表的量程是________（填写“10 mA”或“100 mA”）若开关S端是与“6”相连的，某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。则此多用电表的读数为________V； (2)此多用电表的表笔A为________（“红色”或“黑色”），图中电阻________。 (3)已知图甲中的电源的电动势为15 V，当把开关S接到位置4，短接A、B表笔进行欧姆调零后，用该挡测量一个未知电阻阻值，指针偏转到电流表满偏刻度的处，则该电阻的阻值为________k。 四、解答题 13．（本题10分）如图所示的电路中，，，S闭合时，理想电压表V的示数为3.6V，理想电流表A的示数为0.6A，S断开时，理想电流表A的示数为1A，求： (1)电阻的值。 (2)电源电动势和内阻的值。 14．（本题12分）农业所用的灌溉喷头如图-1所示，水泵从地下表层水面抽水并以不变的速率沿水平方向喷出，每秒喷出的水的质量为。地面与水面的距离为不变，喷头离地面高为，重力加速度取，不计空气阻力。水泵由电动机带动，水泵的输入功率等于电动机的输出功率，不计电动机的摩擦损耗。水落点到喷口的水平距离为。为了调节灌溉范围，某同学重新设计了电路，如图-2所示。电路的输入电压恒为。当滑动变阻器接入电路的阻值为时，电动机恰好不转动，理想电流表示数为。 (1)求电动机内阻； (2)当滑动变阻器接入电路的阻值为时，电流表的示数为，求电动机的输出功率； (3)接（2）问，此时，求水泵的效率。 15．（本题16分）在如图所示的电路中，定值电阻R1=3Ω、R2=2Ω、R3=1Ω、R4=3Ω、R5=4Ω，电容器的电容C=4μF，电源的电动势E=10V，内阻不计。闭合开关S1、S2，电路稳定后，求： (1)电容器所带电荷量，并说明电容器哪个极板带正电？（保留两位有效数字） (2)保持开关S1闭合，断开开关S2，电路稳定后，流过R5的电荷量； (3)保持开关S2闭合，断开开关S1，电路稳定后，流过R1的电荷量。 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 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第十二章 电能 能量守恒定律（较难版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）在炎热的夏天我们可以经常看到，有的小朋友的太阳帽前有一小风扇（如图所示），该小风扇与一个小型的太阳能电池板相接，对其供电。经测量该电池能产生的电动势为E=0.6V，则关于该电池的描述正确的是（　　） A．通过1C电荷量该电池能把0.6J的太阳能转化为电能 B．单位时间内可把0.6J的太阳能转化为电能 C．该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领大得多 D．把该电池接入闭合电路后，电动势减小 【答案】A 【详解】AB．该电池能产生的电动势为E==0.6V，根据电动势的物理意义可知，通过1C电荷量该电池能把0.6J的太阳能转化为电能，故A正确，B错误； C．一节7号电池的电动势为1.5V，该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领小得多，故C错误； D．电源的电动势反映了其他形式的能量转化为电能本领的大小，可知把该电池接入闭合电路后，电动势不变，故D错误； 故选A。 2．（本题4分）随着智能家居的普及，扫地机器人成为了很多家庭的清洁好帮手．某款热销的扫地机器人，其额定工作电压为18V，额定功率为36W，配备的锂电池容量为。关于这款扫地机器人，下列说法正确的是（    ） A．“”是电能的单位 B．机器人电机的电阻为5Ω C．该机器人正常工作时的电流为2A D．充满电后正常工作时间为60min 【答案】C 【详解】A．根据可知，“”是电荷量的单位，故A错误； BC．该机器人正常工作时的电流为 由于机器人正常工作时是非纯电阻元件，根据题意无法求得机器人电机的电阻，故B错误，C正确； D．充满电后正常工作时间为，故D错误。 故选C。 3．（本题4分）砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 【答案】D 【详解】A．根据能量守恒定律，能量不能被创造，电池仅实现能量转化，A错误； B．太阳能源于太阳核聚变，可持续再生，B错误； C．转化率低是因能量散失（如热能），总能量守恒未被破坏，C错误； D．非静电力（如半导体内部电场）驱动电荷分离，将光能转化为电能，D正确。 故选D。 4．（本题4分）有四个定值电阻，、的规格为“10V  3W”，、的规格为“10V  6W”，按图示方式接入电路，消耗功率最大和最小的电阻分别为（　　） A．、 B．、 C．、 D．、 【答案】A 【详解】根据热功率，得, 由于、是串联关系，所以通过两电阻的电流相等，由可知 由于、是并联关系，电阻两端电压相同，由可知 、是规格相同的电阻，显然支路电流小于干路电流，即 由可知 所以四个电阻消耗的功率大小关系为。 故选A。 5．（本题4分）如图所示，图像A、B是电池a、b的外电路特性曲线，C是定值电阻R的图像。将电池a、b串联给电阻R供电，则电阻R消耗的功率约为（　　） A．1.68W B．1.78W C．1.88W D．1.98W 【答案】D 【详解】由图可知，电阻R的阻值为 电池a、b的电动势分别为 ， 电池a、b的内阻分别为 ， 将电池a、b串联给电阻R供电，根据闭合电路欧姆定律可得，流过R的电流为 则电阻R消耗的功率为 故选D。 6．（本题4分）如图所示，电路中的电源，内阻不计，a、b、c、d为电路中的四个接触点，闭合开关S后，左右滑动滑动变阻器滑片，电路中的电流表没有示数，电路中两个灯泡和都不亮，用多用电表的电压挡检查电路时，测得，，，，整个电路中只有一个故障，则故障原因可能是（　　） A．灯泡短路 B．滑动变阻器R断路 C．灯泡断路 D．电流表短路 【答案】C 【详解】电路中灯泡不发光，则可能是某处断路，电压表测断路位置为电源电压，测不断的位置电压为零，，测量的是电源电压，测得，说明电流表没有断路，，，整个电路中只有一个故障，说明灯泡断路。 故C正确。 7．（本题4分）如图所示的电路中，合上开关S，将滑片Р向右移动的过程中，由理想电流表和理想电压表测得三组数据（I1、U1）、（I2、U2）和（I3、U3），已知，，。电源内阻不计，则下列结论中正确的是（　　）    A． B． C．可能存在 D． 【答案】D 【详解】AB．将滑动变阻器的滑片Р向右移动的过程中，回路的电阻逐渐增大，电流强度逐渐减小，R0分得的电压逐渐降低，滑动变阻器分得的电压逐渐升高，因此 ， A、B错误； C．滑动变阻器接入电路的阻值分别为 ，， 若 则 ， 可知 ， 此时不满足 C错误； D．将R0等效为电源内阻，根据闭合电路欧姆定律可知 在U—I图像中，斜率表示内电阻R0，因此利用图像 D正确。 故选D。 二、多选题 8．（本题6分）如表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则（　　） 自重 40kg 额定电压 48V 载重 75kg 额定电流 12A 最大行驶速度 20km/h 额定输出功率 350W A．电动自行车消耗的总功率为350W B．电动机的效率约为61% C．电动机的内阻约为 D．该车受到的阻力为63N 【答案】BCD 【详解】A．电动自行车消耗的总功率为 P=IU=12×48W=576W 选项A错误； B．电动机的效率约为 选项B正确； C．根据 可得电动机的内阻约为 r≈ 选项C正确； D．该车受到的阻力为 选项D正确。 故选BCD。 9．（本题6分）如图所示电路中，合上开关S后，电压表和电流表的读数分别为U、I，定值电阻R2消耗的功率为P，电容器所带的电荷量为Q，两电表均为理想电表。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列有关物理量之间变化关系图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】BD 【详解】A．当滑动变阻器的滑片向右移动，则R1减小，电流I变大，根据 可知图形是开口向上的抛物线的一部分，故A错误； Ｂ．电容器所带的电荷量为 所以图像为一次函数，故B正确； C．电压表的示数为 所以图像为一次函数，图像为正比例函数，故C错误，D正确； 故选BD。 10．（本题6分）如图所示的电路中，电源电动势E=8V，内阻r=1Ω，定值电阻R1=9Ω，R2=10Ω，R3=5Ω；滑动变阻器R4的取值范围为0~15Ω。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，使R4取不同的阻值接入电路，则下列说法正确的是（　　） A．定值电阻R1消耗的最大功率为3.24W B．电源内阻消耗的功率的最小值为0.5W C．R4=10Ω时，R4消耗的功率最大 D．R4=15Ω时，电源的效率最高 【答案】ACD 【详解】A．定值电阻R1消耗的最大功率在干路电流最大时取得，可知时干路电流最大，此时并联部分的总阻值为 由闭合电路欧姆定律得干路电流为 定值电阻R1消耗的最大功率为 故A正确； B．根据电功率表达式可知当电源内阻消耗的功率最小时，干路总电流最小，对应的外电阻最大，故当时，电源内阻消耗的功率最小，此时 由闭合电路欧姆定律得干路电流为 电源内阻消耗的功率的最小值为 故B错误； C．为求滑动变阻器消耗的最大功率，可对原电路进行如下图所示的等效变换 易知，等效电源的等效电动势，等效内阻，R4消耗的功率 可知当时R4消耗的功率最大，为 故C正确； D．由于电源效率为 显然，当总的外电阻最大时，取得最大值，此时。故D正确。 故选ACD。 三、实验题 11．（本题6分）将铜片和锌片插入苹果中制成一个“水果电池”，利用下列所给器材测量该“水果电池”的电动势E和内阻r。 电流表A（量程20mA，内阻约） 电压表V（量程3V，内阻约） 滑动变阻器R（） 待测“水果电池”（电动势E约为4V，内阻r约为） 开关S，导线若干 (1)甲、乙两个实验电路中最合理的电路为________（选填“甲”或“乙”）。 (2)李明同学根据实验数据画出图线，如图所示。由图线可得“水果电池”的电动势________V，内阻________。（计算结果保留3位有效数字） (3)李明同学测得的电动势比真实值________（填“偏大”，“偏小”，“相等”）。 【答案】(1)乙 (2) 3.70 180 (3)相等 【详解】（1）由于，故电压表分流作用明显，则电流表应采用相对电源的内接法，故选择乙。 （2）[1]根据闭合电路欧姆定律有 则有 故图像的纵坐标表示电源电动势 [2]图像的斜率的绝对值表示电源的内阻 （3）若考虑电流表内阻，则有 即 故测出的电动势测量值等于真实值。 12．（本题10分）电流表的满偏电流为，内阻，把它改装成如图甲所示的一个多量程多用电表。电流挡小量程为0~10 mA，大量程为0~100 mA；电压挡小量程为0~10 V，大量程为0~25 V。 (1)若图甲中开关S端是与“2”相连时，电流表的量程是________（填写“10 mA”或“100 mA”）若开关S端是与“6”相连的，某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。则此多用电表的读数为________V； (2)此多用电表的表笔A为________（“红色”或“黑色”），图中电阻________。 (3)已知图甲中的电源的电动势为15 V，当把开关S接到位置4，短接A、B表笔进行欧姆调零后，用该挡测量一个未知电阻阻值，指针偏转到电流表满偏刻度的处，则该电阻的阻值为________k。 【答案】(1) 10mA 20.0 (2) 红色 290 (3)6 【详解】（1）[1]开关S端与“2”相连时，与电流表并联的电阻阻值较大，根据并联电路的电流分配特点，可知并联电阻分配的电流较小，所以电流表为小量程，即电流表的量程是10mA； [2]开关S端与“6”相连，作为大量程电压表使用，量程为0～25V，根据电压表读数规则可知，多用电表读数为20.0V。 （2）[1]电流从红表笔流入电表，故多用电表的表笔A为红表笔； [2]当开关S端接“2”时，电流挡的量程为0～10mA，则有 解得 （3）分析多用电表内部结构，开关S端与“4”相连，则作为欧姆表使用，此时干路电流最大为 设此时欧姆表的内阻为，则根据闭合电路欧姆定律可知， 联立解得 四、解答题 13．（本题10分）如图所示的电路中，，，S闭合时，理想电压表V的示数为3.6V，理想电流表A的示数为0.6A，S断开时，理想电流表A的示数为1A，求： (1)电阻的值。 (2)电源电动势和内阻的值。 【答案】(1) (2)E=6V，r=2Ω 【详解】（1）S闭合时，R2两端电压 U2=I2R2=1.2V 所以，R1两端电压为 U1=U－U2=2.4V 流过R1的电流 流过电阻R3的电流 I3=I1－I2=0.6A 所以电阻R3的阻值 （2）由闭合电路欧姆定律，当S闭合时 E=U＋I1r 当S断开时 代入数据，联立解得 E=6V，r=2Ω 14．（本题12分）农业所用的灌溉喷头如图-1所示，水泵从地下表层水面抽水并以不变的速率沿水平方向喷出，每秒喷出的水的质量为。地面与水面的距离为不变，喷头离地面高为，重力加速度取，不计空气阻力。水泵由电动机带动，水泵的输入功率等于电动机的输出功率，不计电动机的摩擦损耗。水落点到喷口的水平距离为。为了调节灌溉范围，某同学重新设计了电路，如图-2所示。电路的输入电压恒为。当滑动变阻器接入电路的阻值为时，电动机恰好不转动，理想电流表示数为。 (1)求电动机内阻； (2)当滑动变阻器接入电路的阻值为时，电流表的示数为，求电动机的输出功率； (3)接（2）问，此时，求水泵的效率。 【答案】(1)10Ω (2)400W (3)77.5% 【详解】（1）电动机未工作，视作纯电阻。由欧姆定律， 解得 （2）电动机两端的电压为 电动机输出功率 （3）水泵的输入功率 水泵的输出功率等于单位时间内水机械能的增量，即 又由平抛运动规律得， 解得 故水泵的效率 15．（本题16分）在如图所示的电路中，定值电阻R1=3Ω、R2=2Ω、R3=1Ω、R4=3Ω、R5=4Ω，电容器的电容C=4μF，电源的电动势E=10V，内阻不计。闭合开关S1、S2，电路稳定后，求： (1)电容器所带电荷量，并说明电容器哪个极板带正电？（保留两位有效数字） (2)保持开关S1闭合，断开开关S2，电路稳定后，流过R5的电荷量； (3)保持开关S2闭合，断开开关S1，电路稳定后，流过R1的电荷量。 【答案】(1)1.4×10-5C，下极板带正电 (2)2.4×10-5C (3)7.8×10-6C 【详解】（1）设电源负极的电势为0，根据闭合电路欧姆定律得， 下极板带正电，电容器所带电荷量为 解得 （2）断开开关S2，电容器并联在R3两端，稳定后电容器电压 电容器所带电荷量为 上极板带正电，流过R5的电荷量为 解得 （3）闭合开关S2，断开开关S1，电容器充当新电路的电源，电容器放掉全部电荷，此时、串联，、串联，二者再并联，根据并联电流关系可知流过的电流和流过的电流之比为 根据可知流过R1的电荷量和流过的电荷量之比为 又，可得流过R1的电荷量 解得 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 2 / 2 $