2021-2022学年【新教材】高二物理粤教版（2019）必修第三册第五章《电能与能源的可持续发展》单元能力培优达标卷（word版含答案）

第五章《电能与能源的可持续发展》单元能力培优达标卷
一、单选题
1．关于能源和能量，下列说法中正确的是（　　）
A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用
B．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源
C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源
D．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
2．某款扫地机器人如图所示，额定功率24W，额定电流3A，正常工作时电机输出的功率为19.5W，锂电池容量9A·h，为延长锂电池寿命，当剩余电量为总容量的20%时就需要充电，则（　　）
A．电机的电阻为 B．额定电压为6.5V
C．正常工作时，电机产生的热量为19.5W D．充满电的电池可以正常工作时间为2.4h
3．某无人值守彩色电视中转站采用太阳能电源工作，转换设备电压为24V，每天发射时间为15h，功耗20W，其余9小时为接收等候时间，功耗为5W，则（　　）
A．转换设备电流恒为A
B．转换设备负载每天耗电量约为14.37Ah
C．转换设备每天消耗电能为345度
D．转换设备在等待过程中，工作电压小于24V
4．如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源的电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，闭合开关，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈的电阻RM＝1 Ω，则下列说法正确的是（　　）
A．通过电动机的电流为10 A
B．电动机线圈电阻上的发热功率为2 W
C．电源的输出功率为60 W
D．电动机的输出功率为16 W
5．小电珠与电动机并联接入电路，两者均正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2则（　　）
A． B． C． D．
6．如图所示，这是安装在潜水器上的深度表的电路原理图，显示器由电流表改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源的电动势和内阻均为定值，R0是定值电阻。在潜水器完成科考任务上浮的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．传感器两端的电压减小 B．通过显示器的电流减小
C．电路的总功率可能不变 D．传感器的功率一定减小
7．如图所示电路中，RA=RC；RB=RD；RB>RA。在a、b两端加上电压后，四个灯都能发光.比较各灯消耗功率的大小，正确的是（　　）
A．PB＞PD＞PA＞PC B．PB＞PA＞PC＞PD
C．PB＞PD＞PC＞PA D．PA＞PC＞PD＞PB
8．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电热丝，S是自动开关。下列说法正确的是（　　）
A．开关S接通时，电饭锅处于保温状态
B．开关S接通时，电饭锅处于加热状态
C．当R1∶R2=1∶1时，R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的一半
D．当R1∶R2=1∶1时，R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的八分之一
9．同学为了研究电功率，现取两个完全相同的灯泡，分别按如图甲和图乙两种方式连接。其中甲电路接有U甲=8V的电压、乙电路接有U乙=16V的电压，改变可调电阻的阻值，使两个电路中的灯泡均正常发光。假设两电路中滑动变阻器消耗的电功率分别用、表示，两电路消耗的总功率分别用、表示。则下列关系式正确的是（　　）
A．P甲P乙
C．P1>P2 D．P1=P2
10．如图所示，电源电动势E=12V，内阻r=3Ω，甲图中R0=1Ω，乙图中额定输出功率P0=2W的直流电动机绕阻R0′=1Ω。当调节滑动变阻器R1时，可使甲电路输出功率最大；调节R2时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作。则（　　）
A．R1=0Ω B．R1=1.5Ω C．R2=1.5Ω D．R2=2Ω
11．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，电源内阻，电阻，重物质量，当将重物固定时，电压表的示数为，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，电压表的示数为，不计摩擦，取，下列说法正确的是（　　）
A．电动机内部线圈的电阻为
B．稳定匀速提升重物时，流过电动机的电流为
C．重物匀速上升时的速度为
D．匀速提升重物时电动机的输入功率是
12．如图所示是一均匀实心半球形导体，球心为A，顶点为B，CD为底面直径。若按甲图的方式将其接在两个电极之间，接在电压为U的恒定电路中，其电功率为P1，若按乙图的方式接在两个电极之间，接在电压为U的恒定电路中，其电功率为P2，电极的电阻不计，则P1：P2是 （　　）
A．1∶1 B．2∶1 C．4∶1 D．8∶1
二、多选题
13．在如图所示电路中，电源电动势为，电源内阻为，电路中电阻为，小型直流电动机的内阻为，闭合开关后，电动机转动，理想电流表的示数为。则以下判断中正确的是（　　）
A．电源两端的电压为 B．电源输出的电功率为
C．电动机两端的电压为 D．电动机的输出功率为
14．2021年9月6日，中国能建哈密光热50MW熔盐塔式光热发电项目成功实现全容量并网，该电站年发电量1.98亿千瓦时，共安装了14500面五边形定日镜，定日镜在伺服系统的控制下能自动地把接收到的太阳光反射到集热塔的热靶上。伺服系统是两套结构相同的装置，一套控制水平轴负责俯仰（点头）、一套控制竖直轴负责方位（摇头），伺服系统主要耗电设备是电动机，虽然驱动的角速度很小，但是要对抗风吹，所以要带阻尼运行。设每个电动机功率为40W，内阻为2Ω，工作电压为20V。根据以上数据判断下列哪个选项最接近真实状况（　　）
A．单个伺服电动机的工作电流是10A
B．单个伺服电动机克服阻尼的功率是32W
C．如果平均日照时间为10小时，则电厂伺服系统每日耗电约11600KW·h
D．单个定日镜日均发电34kW h
15．四盏灯泡接成如图所示的电路。a、c灯泡的规格是“220V 40W”，b、d灯泡的规格是“220V 100W”，通电后各个灯泡的实际功率都低于额定功率。则这四盏灯泡的实际功率Pa、Pb、Pc、Pd的大小关系，下列分析正确的是（　　）
A．Pa>Pb B．Pb>Pc C．Pc>Pd D．Pa=Pd
16．污染对身体的危害非常严重，因此装修房屋时检测甲醛污染指数非常重要。“创新”小组的同学们设计了甲醛监测设备，原理如图甲所示。电源电压恒为3 V，R0为10 Ω的定值电阻，R为可以感知甲醛污染指数的可变电阻，污染指数在50以下为轻度污染，50～100间为中度污染，100以上为重度污染，以下分析正确的是（　　）
A．电压表示数为1 V时，属于重度污染
B．污染指数越小，电压表示数越大
C．污染指数越大，电路中消耗的总功率越小
D．污染指数为50时，电压表示数为0.5 V
17．夏天天气炎热，为了迎合消费者的需求，制造厂家推出各式各样的微型电风扇，有手持式的也有挂脖式的。某研究小组为了研究小电风扇的电动机性能，设计了如下图所示的实验电路，其中电源的电动势为，内阻为，小灯泡的额定电压为，额定功率为，闭合开关，当开关S接1时，灯泡正常发光，电动机正常工作；当开关S接2，电阻箱阻值调到时电动机停止转动，此时电源的输出功率达到最大值，则（　　）
A．电动机的内阻为 B．电动机正常工作时两端的电压为
C．电动机正常工作时的输出功率为 D．开关S接1时电源的效率为87.5%
三、实验题
18．某实验小组设计如图所示的实验装置电路图，探究电机中的能量转化过程。
（1）简要实验步骤
①把玩具小电动机固定在木板上，然后把木板固定在方座支架的底座上，保证不倾斜。
②在方座支架顶端装上十字夹。把定滑轮固定在横杆上，再将细线一头系在电机的转轴上，并按电机的转动方向先绕两圈，然后把另一头穿过定滑轮，钩挂在地面上的钩码上。
③按照电路图把电动机、开关、小灯泡、电源连接起来。
④实验时用开关使电机接通电源，调节滑动变阻器，使质量为m的钩码缓缓上升（可看成匀速），用秒表测量钩码从地面上升到最高点的时间t，记录电压表和电流表测量电动机的输入电压U和电流I，断开开关。
⑤将开关扳向小灯泡一侧，使小灯泡与电动机构成闭合电路，由静止释放钩码，同时注意观察小灯泡的发光情况。
（2）分析与论证
①接通电源时，______做功使电动机转动，牵引重物上升，将______能转化为______能；当开关扳向小灯泡一侧，释放钩码，钩码在下落过程中，灯泡发光，这一过程将______能转化为______能，表明不同形式能量之间可以______；
②电动机消耗的电能E = ______，用刻度尺量出重物上升的高度h，则电动机的效率为 = ______，______1（选填“ > ”“ = ”或“ < ”），说明______。
19．某物理兴趣小组要描绘一个标有“4V、2.0W”的小灯泡L的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，且尽量减小实验误差。可供选用的器材除导线、开关外，还有以下器材：
A．直流电源4.5V（内阻很小可不计）
B．直流电流表0～500mA（内阻约为5Ω）
C．直流电压表0～3V（内阻等于6kΩ）
D．滑动变阻器甲，0～10Ω，额定电流2A
E．滑动变阻器乙，0～100Ω，额定电流1A
F．三个定值电阻（R1=1kΩ，R2=2kΩ，R3=5kΩ）
（1）在给定的器材中，滑动变阻器选用___________（选填“甲”或“乙”），定值电阻选用___________（选填“R1”、“R2”或“R3”）；
（2）小组同学设计好实验电路图后，如图A已经连好了部分导线，请用笔代替导线将实物图补充完整；（_______）
（3）实验测得小灯泡伏安特性曲线如图B所示，若将两个完全相同规格的小灯泡L按如图C所示电路连接，电源电动势E=6V，内阻r=12Ω，此时每个小灯泡消耗的电功率为___________W（结果保留两位有效数字）。
四、解答题
20．如图所示，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的滑片从最右端滑到最左端的过程中，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0.4A以下时，电动机没有转动。不考虑电表对电路的影响，电动机内阻不随温度的变化而变化，求：
（1）电源的电动势E和内阻r；
（2）变阻器的最大阻值；
（3）当滑动变阻器的滑片滑动过程中，电动机的最大输出功率。
21．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0.50A和2.0V。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2.0A和24.0V，求
（1）这台电动机的线圈阻值；
（2）这台电动机正常运转1分钟内线圈产生的热量；
（3）这台电动机正常运转时输出的功率。
22．如图所示为某化学兴趣小组模拟工业制铝的装置，A为电解槽，N为电炉，先给电炉通电，利用电炉将三氧化二铝加热至熔融状态，保持闭合，再闭合，电解熔融状态下的三氧化二铝，最终将三氧化二铝电解为单质铝和氧气。已知电源电动势恒为，电源内阻，当闭合，断开时，理想电流表示数为；当、均闭合时，理想电流表示数为；已知电解槽内阻。求：
（1）电炉的电阻和仅闭合时电炉的发热功率；
（2）当、均闭合时，电炉的发热功率；
（3）在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。
参考答案
1．C
【详解】
A．自然界的石油、煤炭等资源属于不可再生资源，不可供人类永久使用，故A错误；
B．能量被使用后并没有被消灭，只是从一个物体转移到另一个物体或者从一种形式转化为另一种形式，故B错误；
C．为了减少对环境的污染及破坏，人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源，故C正确；
D．自然界的能量保持不变，能量耗散只是说明能量可被利用的品质降低了，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．由
得
故A错误；
B．由
得额定电压
故B错误；
C．正常工作时，电机产生的热量
故C错误；
D．由
解得
故D正确。
3．B
【详解】
A．发射时间转换设备电流为
而在接收等候时间内，其电流为
故A错误；
B．转换设备负载每天耗电量约为
故B正确；
C．转换设备每天消耗电能为
故C错误；
D．转换设备在等待过程中，工作电压等于24V，他是恒定不变的，故D错误；
故选B。
4．D
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律有
解得
A错误；
B．电热机的热功率
B错误；
CD．电动机的输入功率
电动机的输出功率
C错误D正确。
故选D。
5．B
【详解】
A．小电珠与电动机并联接入电路，所以
故A错误；
BCD．对小电珠，由欧姆定律可得
电动机正常工作时，由于线圈切割磁感线产生反电动势，所以
所以
故B正确，CD错误。
故选B。
6．B
【详解】
ABC．在潜水器完成科考任务上浮的过程中，压力传感器的电阻增大，电路总电阻增大，总电流减小，通过显示器的电流减小；电源的总功率减小；电源内电压减小，路端电压增大，而R0两端电压减小，所以压力传感器两端的电压增大，综上所述可知AC错误，B正确；
D．设传感器的电阻为R，则其功率为
根据数学知识可知当R=R0+r时，P最大；当R＜R0+r时，P随R的增大而增大；当R＞R0+r时，P随R的增大而减小。由于不知道开始时R与R0+r的关系，所以无法判断传感器的功率变化情况，故D错误。
故选B。
7．B
【详解】
因AB电流相等，RB>RA，根据
P=I2R
可知
PB>PA
因A的电流大于C，RA=RC，根据
P=I2R
可知
PA＞PC
CD电压相等，RD＞RC，根据
PC＞PD
即
PB＞PA＞PC＞PD
故选B。
8．B
【详解】
AB．开关S接通时，电阻R1被短路，电路中的总电阻较小，故由
可知，此时电功率最大，电饭锅处于加热状态，故A错误，B正确；
CD．当R1： R2=1：1时，R2在保温状态下，两个电阻是串联的，此时R2的两端电压为 ，故它的电功率是
在加热状态时，R2的电功率是
故R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的四分之一，故CD错误。
故选B。
9．D
【详解】
CD．设灯泡正常发光时两端的电压为U，电流为I，由于两图的灯泡都正常发光，则甲图滑动变阻器两端的电压
U1=U甲-U=8-U
由功率公式
P=UI
可知
P1=U1×2I=（8-U）×2I=16I-2UI
乙图滑动变阻器两端的电压
U2=U乙-2U=16-2U
由功率公式
P=UI
可知
P2=U2I=（16-2U）I=16I-2UI
即两电路中滑动变阻器消耗的电功率相等
P1=P2
故C错误，D正确；
AB．两电路消耗的总功率为两个灯泡和滑动变阻器消耗的功率之和，两个灯泡都正常发光，滑动变阻器消耗的功率又相同，即两电路消耗的总功率相等
P甲=P乙
故AB错误。
故选D。
10．C
【详解】
当电路的外电阻等于内阻时，电路的输出功率最大，所以甲图
对于乙图，输出的功率最大时，电动机的额定功率
电路中电流为I，所以
根据数学知识可知当
时函数有最大值，即
电动机的电压为3V，内阻的电压
R2两端电压为3V，所以电阻为
故C正确，ABD错误。
故选C。
11．D
【详解】
A．由题，电源电动势E=6V，电源内阻r=1Ω，当将重物固定时，电压表的示数为5V，则根据闭合电路欧姆定律得电路中电流为
电动机的电阻为
故A错误；
BD．当重物匀速上升时，电压表的示数为5.5V，电路中电流为
电动机两端的电压为
消耗的电功率为
故B错误，D正确；
C．电动机输出的电功率
根据能量转化和守恒定律得
解得
故C错误。
故选D。
12．C
【详解】
此题中的半球形导体可以等分成两块四分之一的球形材料，将甲图作分割，如图所示
甲图连接方式相当于两个四分之一的球形导体并联，设甲图的电阻为R，乙图中就相当于两个四分之一的球形导体串联，根据串并联电阻的特点，乙图连接的电阻是甲图连接的4倍，由
则
故C正确，ABD错误。
故选C。
13．AB
【详解】
A．由闭合电路欧姆定律可得
解得
故A正确；
B．根据电功率公式可求的电源输出的电功率为
解得
故B正确；
C．电动机两端的电压为
解得
故C错误；
D．电动机的输出功率为
解得
故D错误。
故选AB。
14．BC
【详解】
AB．由得单个伺服电动机的工作电流
不能按纯电阻计算，电动机输出功率
故A错误，B正确；
C．伺服系统只在白天工作，认为每天工作10小时，则耗电为
故C正确；
D．单个定日镜日均发电
故D错误。
故选BC。
15．AB
【详解】
A．a、c灯泡的电阻为
b、d灯泡的电阻为
由图知通过a灯泡的电流为通过b、c两灯泡电流之和，而且，由
知，，故A正确；
BC．b、c灯泡并联两端电压相等，由
知，电阻小的功率大，即，故B正确；
C．b、c并联后的总电阻，大电阻分大电压，所以b、c两端的电压小于d灯泡的电压，由
知电阻相同的电压小的功率小，即，又因为，所以，故C错误；
D．通过a、d两灯泡的电流相等，而两灯泡电阻，由
知，，故D错误。
故选AB。
16．AD
【详解】
A．根据欧姆定律
解得
根据乙图，污染指数为150，属于重度污染，A正确；
B．根据乙图，污染指数越小，R越大，根据串反并同规律，电压表示数越小，B错误；
C．污染指数越大，R越小，总电流越大，电路中消耗的总功率越大，C错误；
D．污染指数为50时，根据乙图
根据欧姆定律
电压表示数为
D正确。
故选AD。
17．AD
【详解】
A．设电动机内阻为R2，电源的输出功率
可知，当电源内阻与外电路电阻相等时，电源的输出功率达到最大值，则有
可得
故A正确；
B．电动机正常工作时，电路中的电流
则电动机正常工作时两端的电压为
故B错误；
C．电动机正常工作时的输出功率为
故C错误；
D．开关S接1时电源的效率为
故D正确。
故选AD。
18．电流 电能 机械能 机械能 电能 相互转化 UIt × 100% < 能量在转化的过程中会损耗，也就是说，能量转化或转移的效率都不能达到100%
【详解】
（2）①[1][2][3][4][5][6]接通电源时，电流做功使电动机转动，牵引重物上升，将电能转化为机械能；当开关扳向小灯泡一侧，释放钩码，钩码在下落过程中，灯泡发光，这一过程将机械能能转化为电能，表明不同形式能量之间可以相互转化。
②[7]电动机消耗的电能
E = UIt
[8]用刻度尺量出重物上升的高度h，则机械能为
E′ = mgh
则电动机的效率为
η = × 100%
[9][10]由于电机线圈内阻会产生焦耳热，以及重物下落的过程中有空气阻力等相关因素的影响，则导致η < 1，说明能量在转化的过程中会损耗，也就是说，能量转化或转移的效率 都不能达到100%。
19．甲 0.34（0.32~0.35）
【详解】
（1）[1]本要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，所以滑动变阻器采用分压式接法，为了便于控制分压，滑动变阻器选择最大阻值较小的甲。
[2]器材中提供的直流电压表量程只有3V，而小灯泡L的额定电压为4V，所以需要给电压表串联一个电阻从而扩大量程，设定值电阻的阻值为R，则根据串联分压规律有
解得
R=2kΩ
所以定值电阻选用R2。
（2）[3]小灯泡正常发光时的电阻为
改装后电压表的内阻为
所以
电流表应采用外接法，电路图见答案。
（3）[4]设每个灯泡两端电压为U，通过灯泡的电流为I，根据闭合电路欧姆定律有
代入数据并整理得
将上述表达式所代表的的I-U图线作在题图B中，如图所示
可得
U=1.05V
I=0.32A
此时每个小灯泡消耗的电功率为
20．（1）7.2V，；（2）；（3）2.16W
【详解】
（1）根据电源和电动机的特点可推知题图乙中上方斜率为负的直线表示电压表V2的读数随电流表读数的变化图线，下方斜率为正的直线与曲线表示电压表V1的读数随电流表读数的变化图线。所以电源的内阻为
当I=0.2A时，U=6.8V，所以电源的电动势为
E=U+Ir=7.2V
（2）电动机的内阻为
当I=0.2A时，R接入电路的阻值最大最大，则
E=I(r+Rm+rM)
解得
（3）当I=0.6A时，电动机的输出功率最大，为
Pmax=UI－I2rM=2.16W
21．（1）4Ω；（2）960J；（3）32W
【详解】
（1）当电动机停止转动时，电动机可视为纯电阻电路，则有
（2）正常运动时，电流为2.0A，则运转1分钟内线圈产生的热量
（3）正常运转时的输出功率
22．（1）；40W；（2）25.6W；（3）15.36W
【详解】
（1）当闭合，断开时，由闭合电路欧姆定律得
解得
其发热功率
（2）当、均闭合时，由闭合电路欧姆定律得
流过电炉的电流
（3）流过电解槽的电流
电解槽消耗的电功率
电解槽的发热功率
由能量守恒定律知，电解槽电能转化为化学能的功率