2025人教版高中物理必修第三册同步练习题（有解析）--第十二章　电能　能量守恒定律

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2025人教版高中物理必修第三册
第十二章　电能　能量守恒定律
全卷满分100分　考试用时90分钟
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下面是某同学对一些概念及公式的理解,其中正确的是(　　)
A.根据公式ρ=可知,金属的电阻率与导体的电阻成正比
B.根据公式W=UIt只能求纯电阻电路的电流做的功
C.根据公式q=It可知,电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多
D.根据公式C=可知,电容与电容器所带电荷量成正比,与两极板间的电压成反比
2.小王老师的电动车使用“48 V　0.5 kW”的电动机,由4个“12 V　20 A·h”的电池串联起来供电,车上前大灯的灯泡规格是“48 V　20 W”,尾灯和4个转向灯的灯泡规格都是“48 V　10 W”。小王老师晚上值班后,骑上该车并开启前大灯和尾灯,以最大速度匀速骑行20分钟回到家。在此过程中,电动车消耗的电能至少是(　　)
A.6.36×105 J　　　B.6.84×105 J
C.3.6×104 J　　　D.8.4×104 J
3.如图所示,图线a是某电源的U-I图线,图线b是一定值电阻的U-I图线。若将该电源与该定值电阻连成闭合电路,已知该电源的内阻r=2.0 Ω,则下列说法错误的是(　　)
A.该定值电阻的阻值为6 Ω
B.该电源的电动势为20 V
C.将2只这种电阻串联作为外电阻,电源输出功率最大
D.将3只这种电阻并联作为外电阻,电源输出功率最大
4.如图所示电路,电源内阻不可忽略,电表均为理想电表。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片P向上缓慢滑动的过程中,下列说法正确的是(　　)
A.小灯泡L变亮　　　B.电压表的示数增大
C.电流表的示数减小　D.电容器C所带电荷量减小
5.在如图所示的电路中,灯泡A和B原来都正常发光。现在突然发现灯泡A比原来变暗了些,B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是(　　)
A.R3断路　　　B.R1短路
C.R2断路　　　D.R1、R2同时短路
6.如图所示,图甲中M为一电动机,当滑动变阻器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0.2 A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3.4 V
B.变阻器滑片向右滑动时,V2读数逐渐减小
C.此过程中,电动机的输出功率最大值为0.54 W
D.变阻器的最大阻值为20 Ω
7.某学校高二物理兴趣小组的同学自制欧姆表,电路图如图甲所示,电流表G的满偏电流Ig=3 mA,内阻Rg=30 Ω,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω。下列说法正确的是(　　)
　
A.使用该欧姆表时,应将黑表笔插入A孔
B.欧姆调零时,R0接入电路的阻值为500 Ω
C.将待测电阻Rx接入A、B间,此时G的示数如图乙所示,则Rx为1 kΩ
D.该欧姆表能较准确测量电阻的范围为1 kΩ~3 kΩ
8.如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R=R1=1 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为3 Ω。若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,已知两电表均为理想电表,则下列说法正确的是(　　)
A.电压表示数增大,电流表示数增大
B.定值电阻R上消耗的功率增大,最大值为 W
C.电源输出功率先变小后变大,电源效率一定增大
D.滑动变阻器R2消耗的功率先变大后变小
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如今,人们对手机的依赖程度越来越高,手机已成为现代人必不可少的随身物品,然而长时间使用手机会对眼睛造成一定的伤害,因此现在的智能手机都有一项可以调节亮度的功能,该功能既可以自动调节,也可以手动调节。某同学为了模拟该功能,设计了如图所示的电路,R1为光敏电阻,光照增强,阻值变小,R2为滑动变阻器,闭合开关后,下列说法正确的是(　　)
A.仅光照变弱,小灯泡变亮
B.仅光照变强,小灯泡变亮
C.仅将滑片向a端滑动,小灯泡变暗
D.仅将滑片向a端滑动,电池输出的路端电压变小
10.如图所示,I为理想电流表A的示数,U为理想电压表V的示数,P为定值电阻R2消耗的功率,Q为电容器C所带的电荷量,W为通过电荷量q时电源做的功,在滑动变阻器R1的滑片向右缓慢滑动过程中,下列图像能正确反映各物理量关系的是(　　)
11.如图甲所示的电路中,将滑动变阻器R2的滑片由a端向b端移动,用两个电表分别测量电压和电流,得到部分U-I图像如图乙所示,则下列说法正确的是　(　　)
　
A.电源的电动势为6 V
B.滑动变阻器的总阻值为20 Ω
C.当电压表示数为5.0 V时,电源效率最高
D.当电压表示数为5.0 V时,R2消耗的功率最大
12.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,R是定值电阻,热敏电阻RT的阻值随温度的降低而增大,C是平行板电容器,电路中的电表均为理想电表。闭合开关S,平行板电容器内的带电液滴恰好静止。分别用I、U1、U2和U3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数,用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数变化量的绝对值。当温度降低时,关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是(　　)
A.U2和U3均增大
B.
C.电源的输出功率可能先增大后减小
D.带电液滴一定向下运动
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R0(约为2 kΩ)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7 V,允许最大放电电流为100 mA)。实验室备有如下器材:
A.电压表V(量程0~3 V,内阻RV约为4.0 kΩ)
B.电流表A1(量程0~100 mA,内阻RA1约为5 Ω)
C.电流表A2(量程0~2 mA,内阻RA2约为50 Ω)
D.滑动变阻器R1(0~40 Ω,允许通过的最大电流1 A)
E.电阻箱R2(0~999.9 Ω)
F.开关S一只、导线若干
(1)为了测定电阻R0的阻值,小明设计了一个电路,如图所示为其对应的实物图,图中的电流表A应选　　　　(选填“A1”或“A2”)。
(2)为测量锂电池的电动势E和内阻r,小红设计了如图甲所示的电路图。根据测量数据作出图像,如图乙所示。若该图线的斜率为k,纵轴截距为b,则该锂电池的电动势E=　　　,内阻r=　　　(用k和b表示)。
　
14.(8分)某科技小组用杨梅制作了杨梅果汁电池(如图1),他们要测量这种电池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对E和r的影响。
　
(1)同学们决定先用多用电表粗测果汁电池的电动势,如图2所示,测量时电极A应为　　　　(选填“铜片”或“锌片”),选择开关在“直流2.5 V挡”,则图3粗测得果汁电池的电动势为　　　　V。
(2)测量E和r的实验方案为:调节滑动变阻器,改变电源两端的电压U和流过电源的电流I,利用测量数据作出U-I图像,得出E和r。实验中铜片与锌片的间距由6 cm变成10 cm,分别得到相应果汁电池的U-I图像如图4中a、b所示。由此可知:在该实验中,随电极间距的增大,电源电动势　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),电源内阻　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。曲线a对应的电源电动势E=　　　　V(保留2位有效数字),内阻r=　　　　Ω(结果取整数)。
15.(8分)欧姆表内部电路如图甲所示,G表满偏电流为0.8 mA,R0为欧姆调零电阻,测量前已欧姆调零,以电阻箱代替待测电阻,测得电路中电流I与电阻箱的阻值Rx的关系图像如图乙所示,求:
(1)欧姆表的内阻R内;
(2)电源的电动势E;
(3)将一个未校准的电压表接到两表笔间,若G表示数为0.3 mA,则电压表的内阻是多大。
16.(8分)随着全球能源危机加剧,电动汽车逐渐成为更多家庭购车的选择,电动汽车比传统汽车更环保、更节能。小明同学和爸爸晚上开车回家,小明同学坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象:当汽车的电动机启动时,汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示。已知汽车电源电动势为10.5 V,内阻为0.05 Ω,电动机线圈电阻为0.01 Ω。车灯接通,电动机未启动时,电流表示数为10 A;电动机启动的瞬间,电流表示数达到50 A。电流表为理想电表,车灯的电阻认为不变。求:
(1)车灯电阻R;
(2)电动机启动前后,车灯的功率各为多大;
(3)电动机启动后,电动机的输出功率。
17.(14分)如图所示,电路中电源的电动势为E,内阻不计,其他各电阻阻值R1=R3=3R,R2=R。水平放置的平行金属板A、B间的距离为d,板长为L。在A板的左端且非常靠近极板A的位置,有一质量为m、带电荷量为-q的小液滴,以初速度v0水平向右射入两板间(重力加速度用g表示)。则:
(1)若使液滴能沿v0方向射出电场,电动势E应为多大
(2)若使液滴恰能打在B板的中点,电动势E应为多大
18.(16分)如图所示是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图,利用电信号来显示物体的质量,托盘与电阻可忽略的弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,滑片刚好和变阻器的上端相平,电压表的示数为零。已知滑动变阻器的总长度L=20 cm,最大阻值R=20 Ω,限流电阻阻值为R0=9 Ω,电源电动势E=9 V,内阻为r=1 Ω,重力加速度g取10 m/s2,弹簧的劲度系数k=10 N/m(弹簧始终在弹性限度内),不计一切阻力。求:
(1)电压表的最大示数Um;
(2)物体质量为多少时滑动变阻器上消耗的功率最大,并求出最大值Pm;
(3)电压表示数U与所称物体质量m的关系式。
答案与解析
第十二章　电能　能量守恒定律
1.C 2.A 3.C 4.B 5.C 6.C
7.C 8.D 9.BC 10.AB 11.BC 12.AC
1.C　电阻率只与导体材料和温度有关,与电阻大小无关,A错误;公式W=UIt适用于纯电阻电路和非纯电阻电路中电流做功的计算,B错误;由公式q=It可知,电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,C正确;C=是电容的定义式,电容的大小与电容器所带的电荷量、两极板间的电压无关,D错误。
2.A　以最大速度匀速骑行时,电动机、前大灯和尾灯均以额定功率工作,所以骑行回家的过程中,电动车消耗的电能至少是E=Pt=(500+20+10)×1 200 J=6.36×105 J,A正确。
3.C　定值电阻的U-I图线的斜率表示电阻的阻值,则R=k= Ω=6 Ω,A说法正确;将电源与定值电阻连成闭合电路,两图线的交点表示工作点,即路端电压U=15 V,电路中的电流I=2.5 A,根据闭合电路欧姆定律得电源电动势E=U+Ir=15 V+2.5×2 V=20 V,B说法正确;定值电阻的阻值R=6 Ω,电源的内阻r=2.0 Ω,当内、外电路的电阻相等时电源的输出功率最大,则将3只这种电阻并联作为外电阻,电源输出功率最大,故C说法错误,D说法正确。
4.B　滑片P向上滑动,R0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I=可知干路电流减小,则通过小灯泡的电流减小,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E=U+Ir,由于干路电流减小,可知路端电压增大,B正确;电流表测R所在支路的电流,由于干路电流减小,小灯泡分压减小,路端电压增大,所以R与R0并联部分两端电压增大,根据I=可知电流表的示数增大,C错误;电容器两端电压增大,根据C=可知电容器所带电荷量增大,D错误。
5.C　灯泡A比原来变暗了些,B比原来变亮了些,说明灯泡A的电流和电压变小,灯泡B的电压和电流变大。采用代入排除法,将选项逐个代入分析:R3断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大,根据串联分压易知灯泡A、B两端电压变大,两灯均变亮,故A错误;R1短路→R外减小→R总减小→I总增大→U外变小→I3减小,知通过灯泡A和B的电流变大,两灯均变亮,B错误;R2断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大→I3增大→IA减小→UA+U1变小→UB变大,C正确;R1、R2同时短路,B灯被短路,不发光,故D错误。
6.C　由题图甲知,电压表V2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,此图线的斜率绝对值表示电源的内阻,则r= Ω=2 Ω,当电流I=0.1 A时U=3.4 V,则电源的电动势为E=U+Ir=3.6 V,A错误。变阻器滑片向右移动时,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rM= Ω=4 Ω;当I=0.3 A时,电动机两端电压等于路端电压,U1=U2=3.0 V,此时电动机的输出功率最大,P1=U1I-I2rM=3.0×0.3 W-(0.3)2×4 W=0.54 W,C正确。由题图乙知,当I=0.1 A时,电路中的电流最小,滑动变阻器连入电路的阻值最大,由闭合电路欧姆定律有I=,得R=-r-rM=30 Ω,D错误。
7.C　使用欧姆表时,应让电流从红表笔流入该表,从黑表笔流出该表,故黑表笔插入B孔,A错误。欧姆调零时,将红、黑表笔短接,电流表指针满偏,根据闭合电路欧姆定律可得Ig=,解得R0=469 Ω,故B错误。将待测电阻Rx接入A、B间,G的示数即电路中的电流,为Ig,根据闭合电路欧姆定律可得,解得Rx=1 kΩ,故C正确。欧姆表读数在中值电阻附近误差最小;欧姆表的中值电阻R中等于欧姆表的内阻R总,根据闭合电路欧姆定律,满偏时Ig=,半偏时,联立解得R中=R总==500 Ω,故D错误。
8.D　若闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从右向左滑动,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电路总电阻增大,干路电流减小,内电压减小,路端电压增大,电压表测路端电压,电压表示数增大,因总电流减小,且通过R的电流增大,所以电流表示数减小,A错误;当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,路端电压最大,定值电阻R上消耗的功率最大,此时外电阻R外==0.8 Ω,路端电压U=E V,所以定值电阻R消耗的功率PR= W,B错误;电源的内阻和外电路电阻相等时,电源的输出功率最大,当滑片P从右向左滑动时,外电路的电阻从0.5 Ω增大到0.8 Ω,而电源的内阻为r=1 Ω,所以电源的输出功率一直变大,电源的效率η=,故电源的效率一定增大,C错误;设R2中的电流为I1,R中的电流为I2,则I1(R1+R2)=I2R,E=(I1+I2)r+I1(R1+R2),P2=R2,联立得P2=R2,由此可知,可将电源与R看成内阻为r'=,电动势E'=的新电源,滑片P从右向左滑动,当R2=r'+R1=1.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率达到最大值,则滑动变阻器消耗的功率先变大后变小,D正确。
9.BC　仅光照变弱,R1的阻值变大,回路总电阻变大,电路电流变小,灯泡变暗,A错误;同理可知,当光照变强时灯泡变亮,B正确;仅将滑片向a端滑动,R2接入电路的阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,灯泡变暗,根据U=E-Ir可知,路端电压变大,故C正确,D错误。
10.AB　滑动变阻器的滑片向右缓慢滑动过程中,接入电路的电阻减小,电路中的总电阻减小,电路中的电流增大,R2消耗的功率P=I2R2∝I2,A正确;电容器C两端的电压等于滑动变阻器两端的电压,有UC=E-I(R2+r),电荷量Q=CUC=-C(R2+r)·I+CE,则Q-I图像是向下倾斜的直线,B正确;电压表示数U=E-Ir,U-I图像应是向下倾斜的直线,C错误;通过电荷量q时电源做的功W=qE,E是电源的电动势,为定值,则W-q图像是过原点的直线,D错误。
11.BC　当滑片位于中央时,并联电阻最大,并联电阻两端的电压最大,故Pa部分的电阻为 Ω=10 Ω,解得R2=20 Ω,B正确;当滑片位于中央时,电压表的示数最大,外电阻也最大,电源的效率η=最高,即当电压表示数为5.0 V时,电源的效率最高,C正确;当电压表的示数为4 V时,电流表的示数为0.25 A,此时Pa部分的电阻RPa= Ω=16 Ω,Pb部分的电阻RPb=R2-RPa=4 Ω,通过Pb部分支路的电流为 A=1.00 A,干路电流为0.25 A+1.00 A=1.25 A,根据闭合电路欧姆定律得E=4 V+1.25 A×(R1+r),同理E=5 V+1 A×(R1+r),联立解得R1+r=4 Ω,E=9 V,A错误;将R1等效为电源内阻的一部分,R2消耗的功率为等效电源的输出功率,当R2两部分的并联电阻等于R1+r=4 Ω时,R2消耗的功率最大,此时电压表的示数是4.5 V,D错误。
12.AC　当温度降低时,热敏电阻RT的阻值增大,回路中电流变小,则R两端电压减小,路端电压增大,故RT两端的电压增大,U2和U3均增大,A正确;根据闭合电路欧姆定律可得U2=E-I·(R+r),U3=E-I·r,得=r,故,B错误;温度降低的过程中,热敏电阻RT的阻值增大,R+RT等于电源内阻时,电源的输出功率最大,根据题意不能确定R+RT与电源内阻的大小关系,故电源的输出功率可能先增大后减小,C正确;初始带电液滴受到向上的电场力与重力平衡,当温度降低时,U2增大,根据E电=,F=E电q,可知电场力增大,大于重力,故带电液滴一定向上运动,D错误。
13.答案　(1)A2(2分)　(2)(2分)　(2分)
解析　(1)由于R0阻值约为2 kΩ,电压表量程是0~3 V,由I=估得电路中的最大电流约为I=1.5 mA,因此电流表应选A2。(2)根据闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir=E-r,整理得·,结合题图乙所示图像,有=k,所以E=。
导师点睛　测电源电动势和内阻,无论是哪种方法,其根本依据都是闭合电路欧姆定律。用图像法处理数据时,必须找出横、纵坐标之间的物理关系,利用图线的斜率、截距求解。
14.答案　(1)锌片(1分)　0.95(1分)　(2)不变(1分)　增大(1分)　0.97(2分)　474(2分)
解析　(1)根据多用电表的知识可得黑表笔应接待测电池的负极,所以电极A应为锌片。选择开关在“直流2.5 V挡”时,对应分度值为0.05 V,测得果汁电池的电动势为0.95 V。
(2)根据闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,图像纵轴截距表示电源电动势,图线斜率的绝对值表示电源内阻大小,所以可得随电极间距的增大电源电动势不变,电源内阻增大。曲线a对应的电源电动势为E=0.97 V,内阻为r= Ω=474 Ω。
15.答案　(1)15 kΩ　(2)12 V　(3)25 kΩ
解析　(1)(2)由题图乙可知,当Rx=0时,I=Ig=0.8 mA,当I=0.4 mA时,电阻箱的阻值为Rx=15 kΩ,根据闭合电路欧姆定律可得Ig=(1分)
I=(1分)
代入数据解得E=12 V,R内=15 kΩ(2分)
(3)将电压表接到两表笔间,若G表示数为0.3 mA,则电压表两端电压为U=E-IR内=12 V-0.3×10-3×15×103 V=7.5 V(2分)
则电压表的内阻为RV= Ω=25 kΩ(2分)
16.答案　(1)1 Ω　(2)100 W　64 W　(3)318.36 W
解析　(1)车灯接通,电动机未启动时,由闭合电路欧姆定律可得
E=I1R+I1r(1分)
得车灯电阻R==1 Ω(1分)
(2)车灯接通,电动机未启动时,车灯的功率P1=R=100 W (1分)
电动机启动后,路端电压U=E-I2r=10.5 V-50×0.05 V=8 V(1分)
车灯的功率P2==64 W(1分)
(3)电动机启动后,电动机的输入功率P入=U=336 W(1分)
电动机的热功率PRM=RM=17.64 W(1分)
则电动机的输出功率为P出=P入-PRM=318.36 W(1分)
17.答案　(1)
解析　(1)由闭合电路欧姆定律可得通过电阻R2的电流为
I=(2分)
两极板间的电压等于R2两端的电压,故UBA=IR2=(2分)
液滴沿v0方向射出电场,在两板间做匀速直线运动,由平衡条件得
mg=(2分)
解得E=(1分)
(2)液滴恰好打在B板的中点,在两板间做类平抛运动,则水平方向有=v0t(2分)
竖直方向有y=d=at2(1分)
且-mg=ma(1分)
其中UBA'=E(1分)
联立解得E=(2分)
18.答案　(1)6 V　(2)0.1 kg　2.025 W　(3)U=(m≤0.2 kg)
解析　(1)分析电路知,限流电阻与滑动变阻器串联,电压表测变阻器两端的电压,当滑片在R最下方时,接入电路的电阻最大,电压表示数最大,此时电路总电阻为R总=R+R0+r=30 Ω(1分)
由闭合电路欧姆定律可得I1==0.3 A(1分)
电压表的最大示数Um=I1R=6 V(1分)
(2)将定值电阻等效为电源内阻的一部分,当等效电源内阻与滑动变阻器接入电路的有效电阻Rx相等时,等效电源的输出功率最大,即滑动变阻器消耗的功率最大,此时Rx=R0+r=10 Ω　(2分)
滑动变阻器消耗的最大功率为Pm==2.025 W(2分)
根据胡克定律可得m1g=kΔx1(1分)
且有Rx=R(1分)
解得物体质量为m1=0.1 kg(1分)
(3)由受力分析知mg=kΔx(1分)
当弹簧形变量为Δx时有Rx=R(1分)
可得Rx=R(1分)
由闭合电路欧姆定律可得I=(1分)
又有U=IRx=(1分)
联立解得U=(m≤0.2 kg)(1分)
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