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

第十二章 电能 能量守恒定律 单元通关卷 高二上学期物理人教版必修第三册　第十二章 电能 能量守恒定律　·　解析版 知识点范围　1．电功、电功率与额定功率　2．焦耳定律与非纯电阻电路 3．电动势与闭合电路欧姆定律　4．电源的 U-I 图像　5．电源的功率与效率 6．动态电路与电路故障　7．含电容器电路与黑箱问题　8．测电源电动势和内阻　9．能源与可持续发展 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 25 题　单项选择 11 题　多项选择 3 题　实验探究 8 题　解答 3 题　满分 100 分　建议用时 90 分钟 一、单项选择题（33分） 本题组共11小题，每小题3分，共33分。 1．如图所示是电饭煲及其内部的简化电路图，R1是阻值为434 Ω的定值电阻，R2是阻值为50 Ω的电热丝，下列说法正确的是（     ） A．开关S接通时，电饭煲处于保温状态 B．电饭煲处于加热状态时，R2的热功率是968 W C．电饭煲处于保温状态时，R2的热功率约为100 W D．电饭煲保温3分钟，电热丝发出的热量约为1800 J 【答案】B 【详解】A．开关S接通时，回路中总电阻较小，电饭煲功率较大，故电饭煲处于加热状态，故A错误； B．开关S接通时，电饭煲处于加热状态，则的热功率，故B正确； C．开关S断开时，回路中总电阻较大，电饭煲功率较小，电饭煲处于保温状态时，的热功率约为，故C错误； D．电饭煲保温3分钟，电热丝发出的热量约为，故D错误。 故选B。 2．为了纪念英国物理学家焦耳，人们把“焦耳”作为功和能量的单位。在国际单位制中，下列单位运算的结果一定不等于焦耳的是（     ） A．N（牛顿）·m（米） B．W（瓦特）·s（秒） C．A2（安培2）·Ω（欧姆）·s（秒） D．N（牛顿）·m（米）/s（秒） 【答案】D 【详解】A．根据功的定义式，力的单位是，位移的单位是，因此，故A不符合题意； B．根据功与功率的关系，功率的单位是，时间的单位是，因此，故B不符合题意； C．根据焦耳定律，电流的单位是，电阻的单位是，时间的单位是，因此，故C不符合题意； D．因为，所以，这是功率的单位，不等于焦耳，故D符合题意。 故选D。 3．关于电功和电热，下列说法正确的是（　　） A．电功是电流通过导体时产生的热量 B．任何情况下，电功的公式和电热的公式都可以直接通用 C．在纯电阻电路中，电流做的功全部转化为内能，即W=Q D．在电动机中，电流做的功小于产生的热量 【答案】C 【详解】A．电功是电流所做的总功，而电热仅是电流通过导体时产生的热量。在非纯电阻电路中，电功不仅转化为热量，还转化为其他形式的能量，故A错误； B． 公式和仅在纯电阻电路中通用。在非纯电阻电路中，，电功包含其他能量转化，而仅计算热量，两者不相等，故B错误； C． 在纯电阻电路中，电流做的功全部转化为内能，满足，因此，故C正确； D． 在电动机中，电功包含热量和机械能，因此。故D错误。 故选C。 4．某扫地机器人电动机的输入电压恒为，线圈电阻为。正常工作时电流为。下列说法正确的是（     ） A．正常工作时，电动机的输出功率为 B．正常工作时，电动机的机械效率为 C．电动机被杂物卡住无法运转时，电动机的发热功率为 D．电动机正常工作时，电动机的发热功率为 【答案】C 【详解】A．电动机正常工作时属于非纯电阻用电器，电动机的输入总功率 输出的机械功率，故A错误； B．电动机的机械效率是输出机械功率与输入总功率的比值，即，故B错误； C．电动机被卡住无法运转时，没有机械能输出，电能全部转化为内能，此时电动机相当于纯电阻，欧姆定律成立，发热功率，故C正确； D．电动机正常工作时是非纯电阻电路，由于正常工作时 线圈的发热功率只能用焦耳定律计算，即，故D错误。 故选C。 5．如图所示，C1=6 μF，C2=2 μF，R1=2 Ω，R2=6 Ω，电源电动势E=18 V，内阻r=1 Ω。下列说法正确的是（     ） A．开关S断开时，a、b两点电势相等 B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是0 C．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量少 D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量不会少于C2带的电荷量 【答案】D 【详解】A．当S断开时，两电容器并联在电源两端，所以电容两极板间的电势差相等，均为电源电动势，但是a接电源负极，b接电源正极，两点的电势不相等，故A错误； B．当S闭合后，电路相当于两个定值电阻串联于电路中，ab两点间的电流为电路干路电流，为，故B错误； C．结合前面分析可知，S断开时， S闭合后，与并联，与并联，此时 由于，则，断开时电荷量更多，故C错误； D．S断开，，，故 S闭合， 根据闭合电路欧姆定律可知， C1=6 μF，C2=2 μF，可得此时 显然两种情况电荷量大于或等于，即不会少于的电荷量，故D正确。 故选D。 6．如图所示电路中，电源的内电阻不能忽略。已知定值电阻=10Ω，=8Ω。当开关S接到位置1时，电压表V的示数为2.0V；当开关S接到位置2时，电压表V的示数可能为（     ） A．2.2V B．1.4V C．1.6V D．1.8V 【答案】D 【详解】由闭合电路欧姆定律知，开关接到位置1时 开关接位置2时 联立解得，故ABC错误，D正确。 故选D。 7．如图所示的U-I图像中，直线A为电源的路端电压与电流的关系，直线B、C分别是电阻R1、R2的电压与电流的关系。若将这两个电阻分别直接与该电源连接成闭合电路，则 （　　） A．两个电阻的电功率相等 B．R1接在电源上时，电源的输出功率较大 C．R2接在电源上时，电源内阻的热功率较大 D．两种情况下，电源中非静电力做功的功率相等 【答案】B 【详解】AB．由两图线的交点读出，R1接在电源上时 U1=0.5U0 I1=0.5I0 电源的输出输出功率 P1=U1I1=0.25 U0I0R2接在电源上时电压 U2=0.75U0 通过R2的电流 I2=0.25I0 则电源的输出功率 所以R1接在电源上时，电源的输出功率较大，故B正确，A错误； C．由图可知，电源接R1时电路中的电流大，所以电源内阻的热功率较大，故C错误； D．电源非静电力做功的功率为 所以电流大的，非静电力的功率大，故D错误。 故选B。 8．如图所示，直线A为电源的图线，直线B和C分别为电阻和的图线，用该电源分别与、组成闭合电路时，电源的输出功率分别为、，电源的效率分别为、，则（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．由直线B可知 由直线C可知 则，故A错误； B．电源和电阻组成闭合回路时，在图像中，两图线的交点坐标就是电路的工作电压和电流，则， 所以，故B正确； CD．电源的图线的纵截距表示电源的电动势，则 电源的效率， 所以，故CD错误。 故选B。 9．如图所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图。图中油量表由电压表改装而成，金属杠杆的一端接绝缘浮标，另一端触点接滑动变阻器。当汽车加油时，油箱内油面上升过程中，下列说法正确的是（　　） A．滑动变阻器接入电路的阻值变大 B．电压表的示数变大 C．电源的总功率变小 D．滑动变阻器的功率一定变小 【答案】B 【详解】A．由题意可知，当汽车加油时，油箱内油面上升过程中，滑动变阻器的滑片向下滑动，则滑动变阻器接入电路中的阻值变小，故A错误； B．由于滑动变阻器接入电路中的阻值变小，根据“串反并同”可知，与滑动变阻器等效串联的电压表示数变大，故B正确； C．由于滑动变阻器接入电路中的阻值变小，则电路中的总电阻减小，电路中的电流增大，根据可知，电源的总功率变大，故C错误； D．当滑动变阻器的阻值等于电源内阻与定值电阻之和时，滑动变阻器的功率最大；若一开始滑动变阻器的阻值大于电源内阻与定值电阻之和，油箱内油面上升滑动变阻器接入电路中的阻值变小，滑动变阻器的功率变大，故D错误。 故选B。 10．如图所示的电路中，闭合开关后，电压表有示数、电流表指针几乎不动。关于电路故障分析正确的是（　　） A．灯泡L1短路 B．灯泡L1断路 C．灯泡L2短路 D．灯泡L2断路 【答案】D 【详解】闭合开关后，电压表有示数，说明电压表两端到电源是通路，电流表指针几乎不动，说明电路中电阻太大，综合考虑得，灯泡L2断路。如果只有灯泡L1短路，电流表会有明显示数，如果只有灯泡L1断路，电压表没有示数，如果只有灯泡L2短路，电流表有明显示数，电压表没有示数。 故选D。 11．如图所示，电源电动势，内阻，，，，，电容器的电容。开始时开关处于闭合状态，则下列说法正确的是（     ） A．开关闭合时，电容器上极板带正电 B．开关闭合时，电容器两极板间电势差是 C．将开关断开，稳定后电容器正极板所带的电荷量是 D．将开关断开至电路稳定的过程中，通过的电荷量是 【答案】D 【详解】AB．开关闭合时的等效电路图如图所示 电容器两端电压等于两端电压，已知总电阻 由闭合电路欧姆定律可知干路电流 路端电压 则电容器两极板间电势差 且上极板电势较低，带负电；下极板电势较高，带正电，此时电容器所带电荷量，故AB错误； CD．开关断开时的等效电路图如图所示 电容器两端电压等于两端电压，此时 由图可知，上极板带正电，下极板带负电，电容器所带电荷量 故通过的电荷量为，故C错误，D正确。 故选D。 二、多项选择题（12分） 本题组共3小题，每小题4分，共12分，漏选不得分。 12．在如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，、为定值电阻且电阻值，电流表、电压表均为理想电表，现使滑动变阻器的滑片向右滑动，则（     ） A．电源输出功率一直增大 B．电流表示数增大，电压表示数增大 C．定值电阻的电功率减小 D．电压表示数的变化量大小与电流表示数变化量大小的比值不变 【答案】AD 【详解】A．根据题意，设滑动变阻器与并联后的电阻为，则外电路的总电阻 电源输出功率 由数学知识可知，当时，电源输出功率最大，当滑动变阻器的滑片向右滑动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则减小，由于一定大于，则电源输出功率一直增大，故A正确； B．当滑动变阻器的滑片向右滑动，由闭合电路欧姆定律有 由于减小，则增大，电压表示数减小，故B错误； C．定值电阻的电功率增大，故C错误； D．电压表示数的变化量大小与电流表示数变化量大小的比值不变，故D正确。 故选AD。 13．在闭合电路中，下列叙述正确的是（　　） A．闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比 B．当外电路断开时，路端电压等于零 C．当外电路短路时，电路中的电流无穷大 D．当外电阻增大时，路端电压也增大 【答案】AD 【详解】A．根据闭合电路欧姆定律，得闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和（整个电路的电阻）成反比，A正确； B．根据闭合电路欧姆定律U=E﹣Ir可知，当外电路断开时，电流I=0，路端电压U=E，故B错误； C．当外电路短路时，R=0，短路电流为 电源内阻r＞0，则电路中的电流不是无穷大，故C错误； D．当外电阻增大时，根据可知电路中电流减小，根据可知路端电压增大，故D正确。 故选AD。 14．如图所示，灯泡A、B都能正常发光，由于电路中发生故障，导致两个灯泡都变亮，可能的原因是（　　） A．断路 B．断路 C．断路 D．短路 【答案】AD 【详解】A．若断路，则外电路总电阻增大，路端电压增大，总电流减小，两端电压减小，两灯泡的电压均增大，两个灯泡都变亮，故A正确； BC．若断路，则外电路总电阻增大，路端电压增大，总电流减小，两端电压减小，两端电压增大，流过的电流增大，则流过B灯的电流和的电流之和减小，由于B灯和的电阻比不变，则流过B灯的电流和的电流均减小，则B灯变暗，同理可知，若断路，A灯变暗，故BC错误； D．若短路，则外电阻减小，总电流增大，由于除之外其它电阻的串并联情况不变，则各支路的电流均变大，即流过两灯泡的电流均变大，则两个灯泡都变亮，故D正确。 故选AD。 三、实验探究题（35分） 本题组共8小题，共35分，其中第15题6分、第16题5分，其余每小题4分。 15．在“电池电动势和内阻的测量”实验中， (1)电路如图1所示，为防止电流过大，电路中连接的保护电阻R0应选择___________。 A．定值电阻（阻值100.0 Ω，额定功率1 W） B．定值电阻（阻值2.0 Ω，额定功率5 W） (2)电路连接的实物图如图2所示，其中连接错误的导线是___________（选填“①”“②”或“③”）； (3)正确连线后开始实验，在闭合电键S前，滑片应处于___________（选填“最左侧”或“最右侧”），某次测量时，如图3所示，电流表示数为___________A； (4)由实验测得的数据，得到U-I图像，如图4所示，则电源的电动势___________V，内阻___________Ω；（结果均保留两位有效数字） 【答案】(1)B (2)③ (3) 最右侧 0.24 (4) 3.0 2.0 【详解】（1）由于本实验采用两节干电池作为电源，则干电池电动势约为3 V，若选100 Ω的A电阻，电路最大电流仅约0.03 A，电流范围过小不利于多组数据测量；2.0 Ω的B电阻可将短路电流限制在1.5 A以内，且额定电流 满足安全要求，适合作为保护电阻，故电路中连接的保护电阻R0应选择定值电阻（阻值2.0 Ω，额定功率5 W）。 故选B。 （2）根据（1）分析可知电路中的最大电流为1.5 A，则为了减小测量误差，电流表选择0.6 A量程，故导线③连接错误。 （3）[1]闭合开关前滑动变阻器需调至接入阻值最大处，本电路中滑片移到最右侧时滑动变阻器接入电阻最大，可使初始电流最小，保护电路； [2]电流表选用0.6 A量程，分度值0.02 A，读数为0.24A。 （4）[1][2]根据闭合电路欧姆定律 化简可得 可知U-I图线的纵轴截距等于电源电动势，故 图线斜率的绝对值为 可得电源内阻为 16．为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学采用伏安法，现备有下列器材： A．被测干电池一节 B．电流表1：（量程0~0.6A，内阻约为0.2Ω） C．电流表2：（量程0~3A，内阻约为0.1Ω） D．电压表1：（量程0~3V，内阻约为3000Ω） E．电压表2：（量程0~15V，内阻约为5000Ω） F．滑动变阻器1：0~10Ω，2A G．滑动变阻器2：0~100Ω，1A H．开关、导线若干 在用伏安法测干电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差；在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量干电池的电动势和内阻。 (1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，在上述器材中电流表应选用_________，电压表应选用_________，滑动变阻器应选用_________（均选填器材前的字母）。 (2)实验电路图应选择图中的_________（选填“甲”或“乙”）； (3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像，则干电池的电动势_________V，内阻_________Ω（结果均保留两位有效数字） (4)本实验存在系统误差的原因是_________。 【答案】(1) B D F (2)乙 (3) 1.5 1.0 (4)电压表分流，使电流表测得的电流小于通过电源的真实电流，电动势和内阻的测量值均偏小 【详解】（1）[1]干电池的电动势约，实验中工作电流只有零点几安，选量程的电流表1（B）可使指针有较大偏转，读数较准确；若选量程的电流表2，同样的电流下指针偏转不足满偏的五分之一，相对误差大。 故选B。 [2]电源电动势约，量程的电压表1（D）可以覆盖全部路端电压；量程的电压表2在同一次测量中指针偏转不到满偏的十分之一，读数误差大。 故选D。 [3]滑动变阻器串联在电路中起限流作用，用来改变外电阻以取得多组电压和电流数据：选的滑动变阻器1（F），滑片稍作移动就能明显改变外电阻，电流可在零点一几安到零点六安之间变化，便于调节；若选的滑动变阻器2，接入后电流只有十几毫安，路端电压几乎不随滑片位置改变，得不到有效数据。 故选F。 （2）图甲中电压表接在滑动变阻器两端，电流表与电源串联，电流表读数就是通过电源的电流，而电压表读数比路端电压小，差值正是电流表两端的电压，取电源、电流表和滑动变阻器所在的回路为研究对象，由闭合电路欧姆定律得 所以图甲中电流表的内阻被并入电源内阻，测得的内阻比真实值大左右，而干电池内阻只有约，相对误差可达百分之二十。图乙中电压表直接接在电源两端，测得的就是路端电压，电流表只测外电阻中的电流，其内阻不进入测量结果，误差只来自电压表分流；电压表内阻远大于电源内阻，这一误差远小于图甲的误差。 故选乙。 （3）[1]图丙是以电流为横轴、路端电压为纵轴的图像，由闭合电路欧姆定律得，图线与纵轴的交点表示电源电动势，由图线读出时，即 [2]图线斜率的绝对值表示电源内阻，读出时，由闭合电路欧姆定律得 （4）本实验采用图乙的电路，电压表与电源并联，电压表内阻不是无穷大，一部分电流被电压表分走，电流表的读数总小于通过电源的真实电流，设电压表内阻为，图线上某点电压为，电流为时电源的实际电流为，由闭合电路欧姆定律得 把上式与对比可知，按这种接法测出的电动势和内阻都按同一比例略小于真实值，这就是本实验系统误差的来源。 17．根据闭合电路欧姆定律，用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内阻。图中是定值电阻，通过改变R的阻值，测出两端的对应电压，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的。根据实验数据在坐标系中描出坐标点，如图乙所示。已知，请完成以下数据分析和处理。 (1)图乙中电阻为______Ω的数据点应舍掉。 (2)在坐标纸上画出的关系图线_________。 (3)图线的斜率是______，由此可得电池电动势______V。（计算结果均保留三位有效数字） 【答案】(1)80 (2) (3) 1.40 【详解】（1）根据画图描点原则，应舍掉电阻为80Ω的数据点。 （2）如图所示。 （3）根据闭合电路欧姆定律知 所以 由作出的图线可知斜率 解得 18．实验室常用一个电阻箱R和电压表测量一节干电池的电动势和内阻，因干电池的内阻太小测量误差较大，因此实验中需要串联一个定值电阻，除此之外还需要一个开关和导线若干。 (1)请在下列方框中画出所用的电路图。 (2)改变电阻箱的阻值，当电阻为时测得的电压示数为，当电阻为时测得的电压示数为，则得到的干电池的电动势________，干电池的内阻________。 (3)由于电压表的内阻影响，测量的电动势和内阻有误差，其误差原因与下图中的________（填“甲”或“乙”）相同。 【答案】(1)见解析 (2) (3)乙 【详解】（1）电源（内阻）、保护电阻、电阻箱、开关串联，电压表并联在电阻箱两端，如图所示： （2）当电阻箱电阻为，电压为时，方程式为： 当电阻箱电阻为，电压为时，方程式为： 解得：，。 （3）本实验中，电阻看作内阻的一部分，电压表测量的为路端电压，电压表与电阻箱的比值为通过电阻箱的电流，不是干路电流，缺少电压表的电流。因此误差原因与图中乙相同。 19．某实验小组要测量一节新干电池的电动势和内阻，根据实验室提供的器材，设计了如图甲所示的电路。其中电阻箱（）、电压表（，内阻很大），定值电阻（约为），开关，单刀双掷开关。 (1)按图甲连接电路，先将电阻箱的阻值调到最大，将开关合向，闭合开关，调节电阻箱至合适的电阻值，记录电压表的示数，保持电阻箱的阻值不变，再将开关合向，记录电压表的示数，则定值电阻的阻值________；（用、、表示） (2)再将开关合向，多次调节电阻箱，每次调节后记录电压表的示数及电阻箱的阻值，某次电压表指针所指的位置如图乙所示，则电压表测得的电压________；将测得的多组、作出图像，得到图像的斜率为，图像与纵轴的截距为，可求得电池的电动势________，内阻________；（用、、表示） (3)小组成员小王同学认为图甲较复杂，用图丙所示的电路也可以用（2）中的图像法测出电池的电动势和内阻，你认为按照哪个图的测量方法更好________（填“甲”或“丙”）。 【答案】(1) (2) 1.20 (3)甲 【详解】（1）根据串联关系有 解得 （2）[1]电压表最小分度值为0.1V，读数保留到百分位，则。 [2][3]根据闭合电路欧姆定律有 可知图像斜率、纵截距分别为 解得 （3）丙图没有定值电阻，新干电池内阻很小，电路电流容易过大且电压表示数变化范围小，不利于实验；甲图中等效充当保护电阻，限制最大电流，保护电源与电表，同时电压表示数变化范围大，利于完成实验，因此甲更好。 20．为更准确地测量一节干电池的电动势E和内阻r，某同学设计了如图甲所示的实验电路，已知电流表内阻与电源内阻相差不大。 （1）连接好实验电路，开始测量之前，滑动变阻器R的滑片P应调到b端； （2）闭合开关S1，S2接位置1，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数； （3）重复（1）操作，闭合开关S1，S2接位置2，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数； （4）建立坐标系，在同一坐标系中分别描点作出S2接位置1、2时的图像，如图乙所示。 ①S2接2时的图线是图乙中的_________（选填“A”或“B”）线； ②每次测量操作都正确的情况下，由图乙中的A和B图线，可得电动势_________V，内阻_________Ω。（均保留3位有效数字）； （5）实验时发现电流表坏了，于是移去电流表，同时用电阻箱替换滑动变阻器。按图丙所示原理图重新连接电路，实验得到多组电阻箱阻值R及相应的电压表示数值U数据，要通过U-I图像处理实验数据，获得所测电动势和内阻的值，则通过________得到电流的数据。根据U-I图像得到的电动势测量值_____（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 【答案】 A 1.25 小于 【详解】[1]当接1时，电压表直接测路端电压，电流表的测量值是滑动变阻器的电流，误差来自电压表的分流；当接2时，电压表测的是滑动变阻器的电压，此时电流表被计入等效内阻，根据闭合电路欧姆定律：，图线斜率的绝对值代表等效内阻，等效内阻更大，图线更陡，因此接2对应的是更陡的A线 [2]当接 2 时（A 线），电动势测量值等于真实电动势，对应图线纵轴截距 [3]当接1时对应B线，真实短路电流为，根据 可得 [4]电流表移除后，电阻箱的电压为，电阻为，根据欧姆定律，可通过计算得到回路电流 [5]该电路的误差来自电压表的分流：我们计算的只是电阻箱的电流，小于总电流（总电流还包含电压表的分流）。当外电路开路时，电阻箱阻值无穷大，电阻箱的电流为0，但电压表仍有微弱分流，测量得到的图线纵截距会小于电源真实电动势，因此电动势测量值小于真实值。 21．某同学购买的蓝牙耳机电池上标有“80mA·h”字样，为了测量该电池电动势和实际容量，该同学进行了如下实验： (1)测量电池的电动势，可供选择的器材如下： 待测电池E、电流表A1（0~0.6A，内阻较小）、电流表A2（0~100mA，内阻较小）、电阻箱R0（0~99999.9Ω）、开关S和导线若干。 完成下列填空： ①该电池允许的最大放电电流为80mA，电流表应选__________（填“A1”或“A2”）； ②按照图（a）中电路图连接电路，闭合开关S；记录电流表示数I及电阻箱阻值R0；某一次电流表示数如图（b）所示，其读数为__________mA。断开开关S，改变R0，重复以上步骤，得到和R0的关系如图（c）所示，由图可得电池电动势E=__________V（结果保留位有效数字） (2)该同学用如图（d）甲所示电路观察该电池放电过程中的电压电流变化情况。完成下列填空： ①电路连接完毕，闭合开关S，每隔一段时间记录电压表、电流表的示数U和I，得到U和I随时间变化的图像分别如图（d）乙、丙所示； ②由图（d）乙、丙可知，随着电池持续放电，输出电压和电流均持续减小。当t=120min后，电池输出电压和电流开始迅速衰减，电池无法正常工作。电池处于正常工作状态可以放出的总电量称为实际容量，由测量结果可估算出该电池的实际容量为__________mA·h（结果保留2位有效数字）。 ③小明同学认为伏特表的内阻大小对于电池实际容量的测量结果没有影响，您是否同意__________，请简要说明理由。__________ 【答案】(1) A2 52 4.0 (2) 73 不同意 电压表分流，导致电池容量测量值变小；伏特表内阻越小，对于测量值影响越大 【详解】（1）[1]电池最大放电电流80mA，因此电流表应选A2； [2]毫安表量程为0~100mA，分度值为2mA，读数为52mA； [3]根据闭合电路欧姆定律 变形可得 结合图线可得 所以 （2）[1]图像丙在0至120min内与横轴围成的面积表示电池放出的总电量，根据割补法，所作图线如图所示 利用梯形法估算图像面积，电荷量为 [2][3]不同意，电压表分流导致电池容量测量值变小，伏特表内阻越小，对于测量值影响越大。 22．某探究小组做“测定干电池的电动势和内阻”的实验。 (1)他们设计了如图1所示的甲、乙两个实验原理图，由于干电池的内电阻较小，为使测量结果比较准确，实验中应该选用图1中__________所示的原理图。 (2)为了便于测量，探究小组的付同学将一个的电阻与电池串联后再进行实验，图2为所需的实验器材，其中已连接一部分导线，请你按选中的实验原理图用笔画线代替导线把电路补画完整__________。 (3)根据付同学测得的数据，在U−I图中描出的点迹如图3所示，利用图像得出干电池的电动势__________，内阻__________。（都保留两位小数） (4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，本实验的误差原因__________。实验所得的干电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较，__________，__________。（选填“＜”“＝”或“＞”） (5)某探究性学习小组利用如图4所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表的内阻，电阻，为了方便读数和作图，给电池串联一个的电阻。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表和的多组、数据，作出图像如图5。由图像得到电池的电动势__________，内阻__________。（都保留两位小数） 【答案】(1)甲 (2) (3) (4) 电压表分流 ＜ ＜ (5) 【详解】（1）由于干电池的内电阻较小，故若将电流表采用内接法（相对于电源）直接与电源串联，则电流表内阻对测量结果影响较大；故应采用电流表外接法；故应选用甲电路。 （2）由题意，电流表串联在滑动变阻器支路中；电压表并联在滑动变阻器与电流表串联后的两端，即测外电路两端电压，连接图如下图所示： （3）[1][2]图3中图线的纵截距约为，图线斜率绝对值为 由于实验中串入了，因此 （4）[1]本实验采用图甲，误差来源是电压表的分流作用。 [2][3]电压表分流使电流表读数小于干路实际电流，因此测量值偏小。作出图线的测量图线和实际图线如图 虚线表示实际图。从图线可以看出，电动势和内阻的测量值均小于真实值，即， （5）[1][2]图4中两支路并联，支路1：滑动变阻器与电流表串联，电流为 支路2：电流表与串联，电流为，支路2总电阻为 由闭合电路欧姆定律 整理可得图像为直线，由图5读得纵轴截距约为 当时， 斜率绝对值为 由关系可得 所以 电动势为 四、解答题（20分） 本题组共3小题，共20分，其中第23题6分，第24、25题各7分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 23．如图所示电路中，若R2=R3=10Ω，R1=5Ω，接在电压恒定的电路上，当开关S断开时，R2消耗的电功率为P2=40W，求： (1)开关S断开时，R2中的电流I2； (2)电路电压UAB； (3)S闭合时，R1消耗的电功率P1。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）当开关S断开时，R2消耗的电功率为P2=40W，则有 可得R2中的电流为 （2）开关S断开时，R1、R2串联，由欧姆定律得 （3）S闭合时，R2、R3并联后和R1串联，电路中的电流 R1消耗的电功率 24．如图所示，电池组的电动势，内电阻，电阻，，小电动机M的内电阻。当小电动机M稳定转动时，电流表A的读数为2 A，求： (1)小电动机M两端电压； (2)电动机输出的机械功率。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由图可知，与电动机并联，并联部分与串联，电流表测干路电流，根据闭合回路欧姆定律可得，外电路总电压为 两端电压为 小电动机M两端电压为 （2）通过的电流为 则通过电动机的电流为 电动机的发热功率为 电动机的总功率为 电动机输出的机械功率为 25．如图所示的电路中，电源的电动势E为3.2V，电阻R的阻值为30Ω，小灯泡L的额定电压为3.0V，额定功率为4.5W，当开关S接位置1时，电压表的读数为3.0V，求： (1)电源的内阻； (2)当开关S接位置2时，小灯泡L中的电流； (3)此时小灯泡L能正常发光吗？实际功率是多少？ 【答案】(1) 2 Ω　(2) 0.8 A　(3) 不能正常发光，实际功率 1.28 W 【详解】(1) 开关接位置 1 时，电阻 R 与电源组成回路，电压表测 R 两端的电压，也就是路端电压。回路中的电流 ，由 得 。(2) 小灯泡的电阻 。开关接位置 2 时，小灯泡与电源组成回路，。(3) 小灯泡的实际功率 ，小于额定功率 4.5 W，所以小灯泡不能正常发光。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 电能 能量守恒定律 单元通关卷 高二上学期物理人教版必修第三册　第十二章 电能 能量守恒定律　·　学生版 知识点范围　1．电功、电功率与额定功率　2．焦耳定律与非纯电阻电路 3．电动势与闭合电路欧姆定律　4．电源的 U-I 图像　5．电源的功率与效率 6．动态电路与电路故障　7．含电容器电路与黑箱问题　8．测电源电动势和内阻　9．能源与可持续发展 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 25 题　单项选择 11 题　多项选择 3 题　实验探究 8 题　解答 3 题　满分 100 分　建议用时 90 分钟 一、单项选择题（33分） 本题组共11小题，每小题3分，共33分。 1．如图所示是电饭煲及其内部的简化电路图，R1是阻值为434 Ω的定值电阻，R2是阻值为50 Ω的电热丝，下列说法正确的是（     ） A．开关S接通时，电饭煲处于保温状态 B．电饭煲处于加热状态时，R2的热功率是968 W C．电饭煲处于保温状态时，R2的热功率约为100 W D．电饭煲保温3分钟，电热丝发出的热量约为1800 J 2．为了纪念英国物理学家焦耳，人们把“焦耳”作为功和能量的单位。在国际单位制中，下列单位运算的结果一定不等于焦耳的是（     ） A．N（牛顿）·m（米） B．W（瓦特）·s（秒） C．A2（安培2）·Ω（欧姆）·s（秒） D．N（牛顿）·m（米）/s（秒） 3．关于电功和电热，下列说法正确的是（　　） A．电功是电流通过导体时产生的热量 B．任何情况下，电功的公式和电热的公式都可以直接通用 C．在纯电阻电路中，电流做的功全部转化为内能，即W=Q D．在电动机中，电流做的功小于产生的热量 4．某扫地机器人电动机的输入电压恒为，线圈电阻为。正常工作时电流为。下列说法正确的是（     ） A．正常工作时，电动机的输出功率为 B．正常工作时，电动机的机械效率为 C．电动机被杂物卡住无法运转时，电动机的发热功率为 D．电动机正常工作时，电动机的发热功率为 5．如图所示，C1=6 μF，C2=2 μF，R1=2 Ω，R2=6 Ω，电源电动势E=18 V，内阻r=1 Ω。下列说法正确的是（     ） A．开关S断开时，a、b两点电势相等 B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是0 C．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量少 D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量不会少于C2带的电荷量 6．如图所示电路中，电源的内电阻不能忽略。已知定值电阻=10Ω，=8Ω。当开关S接到位置1时，电压表V的示数为2.0V；当开关S接到位置2时，电压表V的示数可能为（     ） A．2.2V B．1.4V C．1.6V D．1.8V 7．如图所示的U-I图像中，直线A为电源的路端电压与电流的关系，直线B、C分别是电阻R1、R2的电压与电流的关系。若将这两个电阻分别直接与该电源连接成闭合电路，则 （　　） A．两个电阻的电功率相等 B．R1接在电源上时，电源的输出功率较大 C．R2接在电源上时，电源内阻的热功率较大 D．两种情况下，电源中非静电力做功的功率相等 8．如图所示，直线A为电源的图线，直线B和C分别为电阻和的图线，用该电源分别与、组成闭合电路时，电源的输出功率分别为、，电源的效率分别为、，则（     ） A． B． C． D． 9．如图所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图。图中油量表由电压表改装而成，金属杠杆的一端接绝缘浮标，另一端触点接滑动变阻器。当汽车加油时，油箱内油面上升过程中，下列说法正确的是（　　） A．滑动变阻器接入电路的阻值变大 B．电压表的示数变大 C．电源的总功率变小 D．滑动变阻器的功率一定变小 10．如图所示的电路中，闭合开关后，电压表有示数、电流表指针几乎不动。关于电路故障分析正确的是（　　） A．灯泡L1短路 B．灯泡L1断路 C．灯泡L2短路 D．灯泡L2断路 11．如图所示，电源电动势，内阻，，，，，电容器的电容。开始时开关处于闭合状态，则下列说法正确的是（     ） A．开关闭合时，电容器上极板带正电 B．开关闭合时，电容器两极板间电势差是 C．将开关断开，稳定后电容器正极板所带的电荷量是 D．将开关断开至电路稳定的过程中，通过的电荷量是 二、多项选择题（12分） 本题组共3小题，每小题4分，共12分，漏选不得分。 12．在如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，、为定值电阻且电阻值，电流表、电压表均为理想电表，现使滑动变阻器的滑片向右滑动，则（     ） A．电源输出功率一直增大 B．电流表示数增大，电压表示数增大 C．定值电阻的电功率减小 D．电压表示数的变化量大小与电流表示数变化量大小的比值不变 13．在闭合电路中，下列叙述正确的是（　　） A．闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比 B．当外电路断开时，路端电压等于零 C．当外电路短路时，电路中的电流无穷大 D．当外电阻增大时，路端电压也增大 14．如图所示，灯泡A、B都能正常发光，由于电路中发生故障，导致两个灯泡都变亮，可能的原因是（　　） A．断路 B．断路 C．断路 D．短路 三、实验探究题（35分） 本题组共8小题，共35分，其中第15题6分、第16题5分，其余每小题4分。 15．在“电池电动势和内阻的测量”实验中， (1)电路如图1所示，为防止电流过大，电路中连接的保护电阻R0应选择___________。 A．定值电阻（阻值100.0 Ω，额定功率1 W） B．定值电阻（阻值2.0 Ω，额定功率5 W） (2)电路连接的实物图如图2所示，其中连接错误的导线是___________（选填“①”“②”或“③”）； (3)正确连线后开始实验，在闭合电键S前，滑片应处于___________（选填“最左侧”或“最右侧”），某次测量时，如图3所示，电流表示数为___________A； (4)由实验测得的数据，得到U-I图像，如图4所示，则电源的电动势___________V，内阻___________Ω；（结果均保留两位有效数字） 16．为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学采用伏安法，现备有下列器材： A．被测干电池一节 B．电流表1：（量程0~0.6A，内阻约为0.2Ω） C．电流表2：（量程0~3A，内阻约为0.1Ω） D．电压表1：（量程0~3V，内阻约为3000Ω） E．电压表2：（量程0~15V，内阻约为5000Ω） F．滑动变阻器1：0~10Ω，2A G．滑动变阻器2：0~100Ω，1A H．开关、导线若干 在用伏安法测干电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差；在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量干电池的电动势和内阻。 (1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，在上述器材中电流表应选用_________，电压表应选用_________，滑动变阻器应选用_________（均选填器材前的字母）。 (2)实验电路图应选择图中的_________（选填“甲”或“乙”）； (3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像，则干电池的电动势_________V，内阻_________Ω（结果均保留两位有效数字） (4)本实验存在系统误差的原因是_________。 17．根据闭合电路欧姆定律，用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内阻。图中是定值电阻，通过改变R的阻值，测出两端的对应电压，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的。根据实验数据在坐标系中描出坐标点，如图乙所示。已知，请完成以下数据分析和处理。 (1)图乙中电阻为______Ω的数据点应舍掉。 (2)在坐标纸上画出的关系图线_________。 (3)图线的斜率是______，由此可得电池电动势______V。（计算结果均保留三位有效数字） 18．实验室常用一个电阻箱R和电压表测量一节干电池的电动势和内阻，因干电池的内阻太小测量误差较大，因此实验中需要串联一个定值电阻，除此之外还需要一个开关和导线若干。 (1)请在下列方框中画出所用的电路图。 (2)改变电阻箱的阻值，当电阻为时测得的电压示数为，当电阻为时测得的电压示数为，则得到的干电池的电动势________，干电池的内阻________。 (3)由于电压表的内阻影响，测量的电动势和内阻有误差，其误差原因与下图中的________（填“甲”或“乙”）相同。 19．某实验小组要测量一节新干电池的电动势和内阻，根据实验室提供的器材，设计了如图甲所示的电路。其中电阻箱（）、电压表（，内阻很大），定值电阻（约为），开关，单刀双掷开关。 (1)按图甲连接电路，先将电阻箱的阻值调到最大，将开关合向，闭合开关，调节电阻箱至合适的电阻值，记录电压表的示数，保持电阻箱的阻值不变，再将开关合向，记录电压表的示数，则定值电阻的阻值________；（用、、表示） (2)再将开关合向，多次调节电阻箱，每次调节后记录电压表的示数及电阻箱的阻值，某次电压表指针所指的位置如图乙所示，则电压表测得的电压________；将测得的多组、作出图像，得到图像的斜率为，图像与纵轴的截距为，可求得电池的电动势________，内阻________；（用、、表示） (3)小组成员小王同学认为图甲较复杂，用图丙所示的电路也可以用（2）中的图像法测出电池的电动势和内阻，你认为按照哪个图的测量方法更好________（填“甲”或“丙”）。 20．为更准确地测量一节干电池的电动势E和内阻r，某同学设计了如图甲所示的实验电路，已知电流表内阻与电源内阻相差不大。 （1）连接好实验电路，开始测量之前，滑动变阻器R的滑片P应调到b端； （2）闭合开关S1，S2接位置1，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数； （3）重复（1）操作，闭合开关S1，S2接位置2，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数； （4）建立坐标系，在同一坐标系中分别描点作出S2接位置1、2时的图像，如图乙所示。 ①S2接2时的图线是图乙中的_________（选填“A”或“B”）线； ②每次测量操作都正确的情况下，由图乙中的A和B图线，可得电动势_________V，内阻_________Ω。（均保留3位有效数字）； （5）实验时发现电流表坏了，于是移去电流表，同时用电阻箱替换滑动变阻器。按图丙所示原理图重新连接电路，实验得到多组电阻箱阻值R及相应的电压表示数值U数据，要通过U-I图像处理实验数据，获得所测电动势和内阻的值，则通过________得到电流的数据。根据U-I图像得到的电动势测量值_____（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 21．某同学购买的蓝牙耳机电池上标有“80mA·h”字样，为了测量该电池电动势和实际容量，该同学进行了如下实验： (1)测量电池的电动势，可供选择的器材如下： 待测电池E、电流表A1（0~0.6A，内阻较小）、电流表A2（0~100mA，内阻较小）、电阻箱R0（0~99999.9Ω）、开关S和导线若干。 完成下列填空： ①该电池允许的最大放电电流为80mA，电流表应选__________（填“A1”或“A2”）； ②按照图（a）中电路图连接电路，闭合开关S；记录电流表示数I及电阻箱阻值R0；某一次电流表示数如图（b）所示，其读数为__________mA。断开开关S，改变R0，重复以上步骤，得到和R0的关系如图（c）所示，由图可得电池电动势E=__________V（结果保留位有效数字） (2)该同学用如图（d）甲所示电路观察该电池放电过程中的电压电流变化情况。完成下列填空： ①电路连接完毕，闭合开关S，每隔一段时间记录电压表、电流表的示数U和I，得到U和I随时间变化的图像分别如图（d）乙、丙所示； ②由图（d）乙、丙可知，随着电池持续放电，输出电压和电流均持续减小。当t=120min后，电池输出电压和电流开始迅速衰减，电池无法正常工作。电池处于正常工作状态可以放出的总电量称为实际容量，由测量结果可估算出该电池的实际容量为__________mA·h（结果保留2位有效数字）。 ③小明同学认为伏特表的内阻大小对于电池实际容量的测量结果没有影响，您是否同意__________，请简要说明理由。__________ 22．某探究小组做“测定干电池的电动势和内阻”的实验。 (1)他们设计了如图1所示的甲、乙两个实验原理图，由于干电池的内电阻较小，为使测量结果比较准确，实验中应该选用图1中__________所示的原理图。 (2)为了便于测量，探究小组的付同学将一个的电阻与电池串联后再进行实验，图2为所需的实验器材，其中已连接一部分导线，请你按选中的实验原理图用笔画线代替导线把电路补画完整__________。 (3)根据付同学测得的数据，在U−I图中描出的点迹如图3所示，利用图像得出干电池的电动势__________，内阻__________。（都保留两位小数） (4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，本实验的误差原因__________。实验所得的干电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较，__________，__________。（选填“＜”“＝”或“＞”） (5)某探究性学习小组利用如图4所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表的内阻，电阻，为了方便读数和作图，给电池串联一个的电阻。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表和的多组、数据，作出图像如图5。由图像得到电池的电动势__________，内阻__________。（都保留两位小数） 四、解答题（20分） 本题组共3小题，共20分，其中第23题6分，第24、25题各7分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 23．如图所示电路中，若R2=R3=10Ω，R1=5Ω，接在电压恒定的电路上，当开关S断开时，R2消耗的电功率为P2=40W，求： (1)开关S断开时，R2中的电流I2； (2)电路电压UAB； (3)S闭合时，R1消耗的电功率P1。 24．如图所示，电池组的电动势，内电阻，电阻，，小电动机M的内电阻。当小电动机M稳定转动时，电流表A的读数为2 A，求： (1)小电动机M两端电压； (2)电动机输出的机械功率。 25．如图所示的电路中，电源的电动势E为3.2V，电阻R的阻值为30Ω，小灯泡L的额定电压为3.0V，额定功率为4.5W，当开关S接位置1时，电压表的读数为3.0V，求： (1)电源的内阻； (2)当开关S接位置2时，小灯泡L中的电流； (3)此时小灯泡L能正常发光吗？实际功率是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $