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　能量守恒定律拔高练

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2025人教版高中物理必修第三册
综合拔高练
五年高考练
考点1　电路中的能量转化
1.(2022浙江1月选考,12)某节水喷灌系统如图所示,水以v0=15 m/s的速度水平喷出,每秒喷出水的质量为2.0 kg。喷出的水是从井下抽取的,喷口离水面的高度保持H=3.75 m不变。水泵由电动机带动,电动机正常工作时,输入电压为220 V,输入电流为2.0 A。不计电动机的摩擦损耗,电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%,忽略水在管道中运动的机械能损失,则(重力加速度g取10 m/s2)(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A.每秒水泵对水做功为75 J
B.每秒水泵对水做功为225 J
C.水泵输入功率为440 W
D.电动机线圈的电阻为10 Ω
考点2　闭合电路欧姆定律的应用
2.(2023海南,7)如图所示电路,已知电源电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,闭合开关K,待电路稳定后,电容器上的电荷量为(　　)
A.CE　　B.CE
3.(多选题)(2020江苏单科,6)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时(　　)
A.车灯的电流变小　　B.路端电压变小
C.电路的总电流变小　　D.电源的总功率变大
4.(2022江苏,2)如图所示,电路中灯泡均正常发光,阻值分别为R1=2 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,R4=4 Ω,电源电动势E=12 V,内阻不计。四个灯泡中消耗功率最大的是(　　)
A.R1　　B.R2　　C.R3　　D.R4
考点3　欧姆表的原理
5.(2022湖南,12)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计示数变为In,则Im　　In(填“大于”或“小于”);
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为　　　　(填“×1”或“×10”);
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该　　　　调节(填“向上”或“向下”);
(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100 Ω的定值电阻R1,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的,则Rx=　　　　Ω。
考点4　测定电池的电动势和内阻
6.(2023浙江6月选考,16-Ⅱ)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图1所示,导线a端应连接到　　　　(选填“A”、“B”、“C”或“D”)接线柱上。正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图2所示,其示数为　　　　V。
(2)测得的7组数据已标在如图3所示U-I坐标系上,用作图法求干电池的电动势E=　　　　V和内阻r=　　　　Ω。(计算结果均保留两位小数)
7.(2023湖北,12)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:
电压表(量程0~3 V,内阻很大);
电流表(量程0~0.6 A);
电阻箱(阻值0~999.9 Ω);
干电池一节、开关一个和导线若干。
(1)根据图(a),完成图(b)中的实物图连线。
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U-I图像如图(c)所示,则干电池的电动势为　　　　V(保留3位有效数字)、内阻为　　　　Ω(保留2位有效数字)。
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出-R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为　　　　Ω(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值
　　　　(填“偏大”或“偏小”)。
8.(2022湖北,13)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。
(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为　　　mm。再用游标卡尺测得其长度L。
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6 A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R0的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见下表。根据表中数据,在图丙中绘制出-R图像。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。根据图丙中的图像可得Rx=　　　　Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ=　　　　得到该材料的电阻率(用D、L、Rx表示)。
R/Ω I/A /A-1
5.0 0.414 2.42
10.0 0.352 2.84
15.0 0.308 3.25
20.0 0.272 3.68
25.0 0.244 4.10
30.0 0.222 4.50
(3)该小组根据图乙的电路和图丙的-R图像,还可以求得电源电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(结果均保留2位有效数字)
(4)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会　　　　(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
三年模拟练
应用实践
1.(2024江西上饶第一中学期中)测体温用的额温枪及其技术参数如图所示,发现它以两节干电池为电源(内阻不可忽略),工作电流为5 mA,能通过传感器检测人体向外辐射的红外线,根据红外线能量的强弱,快速、准确且无接触地测量体温。下列说法中正确的是(　　)
A.额温枪工作时,电源的输出功率为15 mW
B.额温枪工作时,电池组两极间的电压为3 V
C.若换用两节充满电的800 mA·h充电电池,则最多可测温105次
D.额温枪工作时,电路中每通过1 C电荷,每节电池都能把1.5 J化学能转化为电能
2.(2024山东聊城期中)台风“海葵”9月3日下午于我国台湾登陆,气象部门公布的数据显示,近中心最大风速每秒43米(约每小时155公里),相当于14级风,瞬间最大阵风每秒53米(约每小时191公里),相当于16级风。如图所示是一种风速测定装置,其中风速表是由电压表改装而成,电源电动势不变,R为定值电阻,R1为滑动变阻器。T形管道的竖直管内装有可上下无摩擦自由移动的轻质活塞,活塞通过轻质细杆和滑动变阻器的滑片P相连,S闭合后,当风速增大时(活塞上方气压变小),下列说法中正确的是(　　)
A.活塞上移,则风速表的示数变小
B.活塞上移,则风速表的示数变大
C.活塞上移,则滑动变阻器R1两端的电压变大
D.活塞上移,则风速表的示数不变
3.(多选题)(2024河南开封期末)某同学将一直流电源的总功率PE、电源内部的发热功率Pr和输出功率PR随电流I变化的关系图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示。以下判断正确的是(　　)
A.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点,这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
B.电流I大于0时,b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2,纵坐标之比一定为1∶4
C.电源的最大输出功率Pm=9 W
D.电源的电动势E=3 V,内电阻r=1 Ω　　 　　　　
4.(2024江苏淮安统考)如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r,两相同灯泡L1、L2的电阻均为R,D为理想二极管(具有单向导电性),电表均为理想电表。闭合S后,一带电油滴恰好在平行板电容器中央静止不动。现把滑动变阻器的滑片向上滑动,电压表 V1、V2示数变化量绝对值分别为ΔU1、ΔU2,电流表示数变化量绝对值为ΔI,则下列说法中错误的是(　　)
A.两灯泡逐渐变亮　　B.油滴将向下运动
C.=R+r　　D.ΔU2>ΔU1
5.(2024浙江嘉兴第五中学期中)同学们用如图1所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r。实验室提供的器材如下:电压表,电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω),开关、导线若干。
图1
(1)某同学开始做实验,先把电阻箱阻值调到最大,再接通开关,然后改变电阻箱阻值,电压表示数随之发生变化,读取R和对应的U,并将相应的数据转化为坐标点描绘在R-图中。请将图2、图3中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图4所示的坐标系中(描点用“+”表示),并画出R-图线。
　
(2)根据图4中绘出的图线可以得出该电池组电动势的测量值E=　　　　V,内电阻测量值r=　　　　Ω。(结果均保留2位有效数字)
(3)不同小组的同学分别用不同的电池组(均由同一规格的两节干电池串联而成)完成了上述的实验后,发现不同组的电池组的电动势基本相同,只是内电阻差异较大。同学们选择了内电阻差异较大的甲、乙两个电池组进一步探究,对电池组的内电阻热功率P1以及总功率P2分别随路端电压U变化的关系进行了猜想,并分别画出了如图5所示的P1-U和P2-U图像。若已知乙电池组的内电阻较大,则下列各图中可能正确的是　　　　(选填选项的字母)。
6.(2024重庆第八中学月考)太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片,又称为“太阳能芯片”或“光电池”,只要光照达到一定的强度,瞬间就可输出电压。某兴趣小组测量某光电池的电动势和内阻(已知相同光照强度下该光电池的电动势不变)。
(1)一同学在某次实验中,连接好电路(如图甲所示),闭合开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电压表有示数且不变,电流表始终没有示数。为查找故障,在其他连接不变的情况下,他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置,发现试触b、c时,电压表有示数;试触d时,电压表没有示数。若电路中仅有一处故障,则
　　　　(填选项前的字母)。
A.导线ab断路　　B.滑动变阻器断路
C.导线cd断路　　D.滑动变阻器短路
(2)另一同学根据下面所给器材设计合理的实验电路:
待测光电池(电动势约为3 V,内阻约为10 Ω)
电流表A1(量程为0~3 mA,内阻RA1=100 Ω)
电流表A2(量程为0~600 mA,内阻约为1 Ω)
定值电阻R1=900 Ω
定值电阻R2=200 Ω
滑动变阻器R(0~200 Ω)
开关S,导线若干
①定值电阻应选　　　　(填“R1”或“R2”),在图乙所示方框中画出合理的电路图。
②实验Ⅰ:该同学用一定强度的光照射该电池,闭合开关S,调节滑动变阻器R的阻值,读出电流表A1的读数I1和电流表A2的读数I2,得到该电池的I1-I2曲线为图丙中曲线a。若改装的电压表可视为理想电压表,由图可知,该电池的电动势为　　　　V。(结果保留3位有效数字)
③实验Ⅱ:减小实验Ⅰ中光的强度,重复实验,测得I1-I2曲线b,已知当滑动变阻器接入电路的电阻为某值时,在实验Ⅰ的光照强度下电流表A1的读数I1为1.50 mA。若改装的电压表可视为理想电压表,则实验Ⅱ中滑动变阻器接入电路的电阻为该值时,滑动变阻器消耗的电功率为　　　mW。(结果保留3位有效数字)
迁移创新
7.某同学设计了如图甲所示的电路来测量电流表A的电阻﹐并测量电源的电动势和内阻,电流表A1的量程足够大,请你帮助他完成一些实验步骤。
　
(1)将电阻箱R2的电阻适当调　　　　(填“大”或“小”),单刀双掷开关S2接2,闭合开关S。
(2)调节电阻箱R2使电流表A满偏,记下电流表A1的示数I0。
(3)闭合开关S1,反复调节电阻箱R1、R2,若直至电流表A半偏,电流表A1的示数为　　　　,则读出电阻箱　　　　(填“R1”或“R2”)的示数即为电流表A的电阻﹐测量结果如图乙所示,电流表A的电阻为
　　　　 Ω。
(4)单刀双掷开关S2接1,保持电阻箱R1的电阻不变,调节电阻箱R2,并记录电阻箱R2的阻值和电流表A的示数I。
(5)作出-R2图像如图丙所示,则电源的电动势为　　　　V,内阻为
　　　　 Ω。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.D 2.C 3.ABD 4.A
1.D　根据机械能守恒定律可知,每秒钟水泵对水做功W=mgH+=2.0×10×3.75 J+×2.0×152 J=300 J,则水泵输出功率P1=300 W,由题意可知,水泵输入功率P2= W=400 W,故A、B、C错误。根据题意,电动机输出功率P出=400 W,故电动机线圈上热功率P=I2R=UI-P出=40 W,则R=10 Ω,D正确。
2.C　电路稳定后,由于电源内阻不计,则整个回路可看成3R与2R串联部分和R与4R串联部分并联,若取电源负极为零电势点,则电容器上极板电势为,下极板电势为,电容器两极板间电势差为,则电容器上的电荷量为Q=CU=CE,故选C。
3.ABD　开关S闭合后外电路增加了一个并联支路,则通过电源的总电流增大,由U=E-Ir可知路端电压减小,再由I灯=可知通过车灯的电流减小,由P=IE可知电源的总功率增大,故A、B、D项正确,C项错误。
4.A　干路电流I==3 A,则UR1=IR1=6 V,UR2=E-UR1=6 V,由P=可知PR2>PR4,PR1>PR2,由P=I2R可知PR4>PR3,所以PR1最大,故A正确。
一题多解
　　因并联电路电压相等,则I3(R3+R4)=I2R2,解得I2=2I3,根据串并联电路的特点,则I1=3I3,设R1=2 Ω=2R,则R1、R2、R3、R4消耗的功率分别为P1=R,比较可知P1>P2>P4>P3,故四个灯泡中功率最大的是R1,A正确。
5.答案　(1)大于　(2)×10　(3)向上　(4)400
解析　(1)因RmIn。
(2)电源总电压一定时,内阻越大,中值电阻越大,挡位越大,因此S接n时为“×10”挡位。
(3)挡位由“×1”挡位切换至“×10”挡位时,中值电阻变大,电流变小,为使得电流计重新满偏,需增大左侧并联部分等效电阻,根据电阻并联特点,结合各处电阻大小可知,调零电阻的滑片应向上移动。
(4)设电流计满偏时干路电流为I干,欧姆调零时=R内,接入阻值为100 Ω的电阻时=R内+100 Ω,接入Rx时=Rx+R内,解得Rx=400 Ω。
6.答案　(1)B　1.20　(2)1.50　1.04
解析　(1)电压表测量路端电压,开关需要控制所有元件,则导线a端应该接B接线柱;电压表分度值为0.1 V,读数为1.20 V。
(2)根据已知数据点连线作图,根据闭合电路欧姆定律知U=E-Ir,则E=1.50 V,r= Ω≈1.04 Ω。
7.答案　(1)图见解析
(2)1.58　0.64(0.63~0.65均可)　(3)2.4　(4)偏小
解析　(1)根据电路图连接实物图,如图所示。
(2)根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,由图线与纵轴的交点知E=1.58 V,由图线斜率知内阻r= Ω=0.64 Ω。(3)根据闭合电路欧姆定律得E=I(R+RA+r),因此,由题图(d)知,图线纵轴截距为=1.9 A-1,解得RA≈2.4 Ω。(4)本实验测得的干电池内阻值为干电池实际内阻与电压表内阻的并联值,故测量值偏小。
8.答案　(1)3.700　(2)6.0　　(3)12　3.0
(4)偏大
解析　(1)D=3.5 mm+20.0×0.01 mm=3.700 mm。
(2)当I=0.400 A时,=2.5 A-1,由题图丙知,此时Rx=R=6.0 Ω,由于Rx=ρ,则ρ=。
(3)由闭合电路欧姆定律有E=I(r+R0+RA+R),变形得·R+,则k= V-1= V-1,E=12 V,b==2.0 A-1,r=3.0 Ω。(4)持续使用后,电源电动势降低,内阻变大,由知,斜率变大,纵轴截距增大,故仍根据题图丙得到的电阻测量值一定偏大。
三年模拟练
1.D 2.B 3.ABD 4.B
1.D　额温枪工作时,电源消耗的总功率为P=EI=3 V×5 mA=15 mW,电源的输出功率小于电源消耗的总功率,A错误;额温枪工作时,电池组两极间的电压为路端电压,小于电源的电动势,故电池组两极间电压小于3 V,B错误;若换用两节充满电的800 mA·h的充电电池,最多可测温的次数为n==1.152×106次,C错误;每节电池的电动势为1.5 V,根据电动势的定义可以知道电路中每通过1 C电荷,每节电池中非静电力做功为W=qE=1.5 J,则有1.5 J的化学能转化为电能,D正确。
2.B　由电路图可知,电阻R和R1串联,电压表测R两端的电压,当风速增大时,活塞上方空气的流速变大,大于下方空气的流速,由于流体中速度大的地方压强小,此时活塞下方与上方间的压强差增大,空气会对活塞产生向上的力,使滑片随活塞上移,R1接入电路中的电阻变小,电路中的总电阻变小,由闭合电路欧姆定律可知I=,电路中电流变大,由U=IR可知,R两端的电压变大,即电压表(风速表)的示数变大,滑动变阻器R1两端的电压变小,选B。
3.ABD　因为直流电源的总功率PE等于输出功率PR和电源内部的发热功率Pr之和,所以在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点,这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC,A正确。当内电阻和外电阻相等时,电源的输出功率最大,此时对应b、c图线的交点,电流的大小为,输出功率的大小为;a、b图线的交点处电源的总功率PE和电源内部的发热功率Pr相等,此时电源短路,电流的大小为,功率的大小为,所以横坐标之比为1∶2,纵坐标之比为1∶4,B正确。图线c表示电源的输出功率与电流的关系图线,显然最大输出功率小于3 W,C错误。当I=3 A时,PR=0,说明外电路短路,根据PE=EI知电源的电动势E=3 V,内电阻r==1 Ω,D正确。
4.B　分析电路图可知,两灯泡L1、L2与滑动变阻器串联,电流表测电路中的电流,电压表 V1测量路端电压,电压表 V2测量L2与滑动变阻器两端的总电压。滑动变阻器的滑片向上滑动,接入电路的电阻减小,电路总电阻减小,回路中的电流变大,两灯泡变亮,A正确;总电流增大,故内电压增大,所以路端电压减小,即V1的示数减小,而L1两端的电压变大,所以L2与滑动变阻器部分的电压之和减小,所以V2的示数及电容器两极板间电压变小,电容器放电,但二极管的单向导电性使电荷不能放出,Q不变,则由C=和E=得E=,可知E不变,油滴静止不动,B错误;把L1的电阻R看作电源内阻的一部分,ΔU2就是R+r两端电压的增加量,则=R+r,C正确;由闭合电路欧姆定律可得=r,所以ΔU2>ΔU1,D正确。
5.答案　(1)见解析　(2)3.0　1.4　(3)AC
解析　(1)题图2所示电阻箱的阻值为3.0 Ω,题图3所示电压表示数为2.0 V,故 A-1=1.5 A-1,在坐标系中的坐标值为(1.5 A-1,3 Ω);画R-图线时,使大部分点落在直线上,不能落在直线上的点均匀分布在直线两侧,离直线较远的点舍去,如图所示。
(2)根据闭合电路欧姆定律可得E=U+r,整理得R=E-r,则R-图线的斜率表示电源的电动势,纵轴截距的绝对值表示电源内阻,由图像可得E=k= V=3.0 V,r=1.4 Ω。
(3)电池组的内电阻热功率P1=,则对于相同的U值,r越大,对应的P1越小,A正确,B错误;总功率P2=EI=E·,则对于相同的U值,r越大,P2越小,C正确,D错误。
6.答案　(1)C　(2)①R1　图见解析　②2.90　③69.0(67.0~71.0均可)
解析　(1)闭合开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电流表示数始终为零,可能是电路中出现断路,电压表的示数不变化,说明电压表串联在电路中,当试触b、c时依然是这个情况,说明ab、ac段是正常的,试触d时,电压表没有示数,说明在c、d之间某处发生了断路,故选C。
(2)①待测光电池电动势约为3 V,电流表A1内阻已知,将电流表A1改装成量程为3 V的电压表,根据电表改装原理可得U=Ig(RA1+R),解得R=900 Ω,故定值电阻应选R1。
电流表A2的阻值与待测光电池内阻接近,应采用相对电源的电流表外接法,电路图如图所示。
②根据闭合电路欧姆定律有E=I1(RA1+R1)+I2r,整理得I1=-,故I1-I2图线的纵轴截距为b==2.90 mA,故电池的电动势为E=2.90 V。
③当滑动变阻器接入电路的电阻为某值时,实验Ⅰ中的电流表A1的读数I1为1.50 mA,由图丙可知此时电流表A2的读数I2为185 mA,将该点与坐标原点连接,所得的图线可视作滑动变阻器接入电路的电阻保持该值不变时的U-I图线,与曲线b的交点坐标值为I2=92 mA,I1=0.75 mA,滑动变阻器消耗的电功率为P=UI2=I1(RA1+R1)I2=0.75×1 000×10-3×92 mW=69.0 mW。
7.答案　(1)大　(3)I0　R1　5　(5)8　3.5
解析　(1)为了防止通过电流表A的电流过大烧坏电表,先将电阻箱R2的电阻适当调大。
(3)根据半偏法测电阻原理可知,此时电流表A的电阻等于R1的阻值,电流表A的读数为,又因为电流表A与R1并联,所以电流表A1的示数为I0。根据题图乙可知电流表A的电阻为5 Ω。
(5)根据题图甲所示电路图,应用闭合电路的欧姆定律可得E=2I(R2+r)+IRA,整理可得,结合题图丙可得 V-1,=1.5 A-1,解得E=8 V,r=3.5 Ω。
知识迁移
　　本题创造性地将测电流表内阻和测定电源电动势和内阻这两个实验有机结合,需先利用半偏法测出电流表的内阻,再利用安阻法测电源的电动势和内阻,很好地考查了知识的迁移应用能力。解答本题的关键是要搞清楚实验原理,结合串并联电路的规律及闭合电路的欧姆定律进行分析,另外需要掌握用图像法处理实验数据的解题思路。
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