第十二章 电能 能量守恒定律 章末闯关试题 2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第三册

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第十二章 电能 能量守恒定律 章末闯关试题
2024-2025学年物理人教版(2019) 必修第三册
一、单选题
1．下述做法能改善空气质量的是（　　）
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等干净能源替代化石能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．限制使用电动车
2．以下有关电动势的说法中正确的是(　　)
A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比
B．电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是电源两极间的电压
C．非静电力做的功越多，电动势就越大
D．只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的
3．如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8V，乙电路两端的电压为16V，调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2 ，两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙则下列关系中正确的是( )
A．P甲＜P乙 B．P甲＞P乙 C．P1 ＞P2 D．P1＝P2
4．某节水喷灌系统如图所示，水以的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为2.0kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H=3.75m不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为2.0A。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（　　）
A．每秒水泵对水做功为75J
B．每秒水泵对水做功为225J
C．水泵输入功率为440W
D．电动机线圈的电阻为10
5．催化燃烧式气体传感器可以检测一氧化碳气体，当一氧化碳气体达到一定的浓度，传感器中的检测片燃烧，使检测片温度上升、检测片的电阻增加，如图所示电路中，R为催化燃烧式气体传感器的检测片。当环境一氧化碳气体达到一定浓度，会发现（　　）
A．电压表、电流表示数均减小
B．电压表，电流表示数均增大
C．电压表示数减小，电流表示数增大
D．电压表示数增大，电流表示数减小
6．如图所示，电源的电动势，内阻，两个定值电阻均为，平行板电容器的电容，则（　　）
A．开关断开时两极板间的电压为
B．开关断开时电容器所带电荷量为
C．开关接通时两极板间的电压为
D．开关接通时电容器所带电荷量为
7．风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为时，输出电功率为，风速在范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为，空气密度为，风场风速为，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是（　　）
A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比
B．单位时间流过面积的流动空气动能为
C．若每天平均有的风能资源，则每天发电量为
D．若风场每年有风速在范围内，则该发电机年发电量至少为
二、多选题
8．如图甲所示是小明设计的调光灯电路图，他将粗细均匀的电阻丝AB通过滑片P连入电路，小灯泡的额定电压为6V。闭合开关S后，滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中，小灯泡的I-U关系图像如图乙所示。设电阻丝AB的阻值不随温度变化，电压表为理想电表，则下面说法中正确的是（　　）
A．电阻丝AB的阻值为9Ω
B．小灯泡的最小功率为0.75W
C．电路中的最大功率是3W
D．滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中，电压表示数逐渐变大
9．如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线，直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图线．将这个电阻分别接到a、b两电源上，那么(　　)
A．R接到b电源上时电源的效率高
B．R接到b电源上时电源的输出功率较大
C．R接到a电源上时电源的输出功率较大，但电源效率较低
D．R接到a电源上时电阻的发热功率较大，电源效率也较高
10．如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为、额定功率为的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过到达高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则（　　）
A．空气对无人机的作用力始终大于或等于
B．直流电源对无人机供电的额定电流为
C．无人机上升过程中消耗的平均功率为
D．无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功
11．如图所示，A和B为竖直放置的平行金属板，在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球。开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑动触头P在a处，此时绝缘线向右偏离竖直方向，电源的内阻不能忽略，则下列判断正确的是（　　）
A．小球带正电
B．当滑动触头从a向b滑动时，绝缘线的偏角变小
C．当滑动触头从a向b滑动时，电流表中有电流，方向从上向下
D．当滑动触头停在b处时，电源的输出功率一定大于滑动触头在a处时电源的输出功率
三、实验题
12．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图中的 （选填“甲”或“乙”）。
(2)现有开关和导线若干，以及以下器材：
A．电流表（0~0.6A）
B．电流表（0~3A）
C．电压表（0~10V）
D．电压表（0~3V）
E.滑动变阻器（）
F.滑动变阻器（）
实验中电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（均选填相应器材前的字母）
13．如图甲所示，用铜片、铝片和可乐可以做成可乐电池，电动势在0.4 V～0.6 V范围内，内阻几千欧，某实验兴趣小组制作了一个可乐电池并测量其电动势和内阻。
（1）如图乙所示，直接用多用电表“直流2.5 V”挡测量出可乐电池的电动势为 V。
（2）现有实验器材：
A．电压表（0～3 V；约为3000） B．电流表（0～300μA，为300）
C．电阻箱（0～9999） D．滑动变阻器（0～20） E．开关，导线若干
①为了更准确测量可乐电池的电动势和内阻，选择合适的器材并按电路图 完成电路连接。
A． B． C． D．
②通过数据处理画出相应的可乐电池图像如图实线所示，可知该可乐电池的内阻约为 （保留2位有效数字）。
③将该可乐电池静置5h后再次测量获得的图像如图丙虚线所示，可知该可乐电池的电动势 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
四、解答题
14．某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数、自然长度的弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是由不导电的材料制成的。迎风板面积，工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连。迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。定值电阻R＝1.0Ω，电源的电动势，内阻。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为(电压表可看作理想电表)。
(1)求金属杆单位长度的电阻。
(2)求此时作用在迎风板上的风力大小。
15．如图所示，电源电动势，内阻，电阻，，，电容器的电容。开关S原来断开，从闭合开关S到电路稳定，试问这一过程中通过电阻R的电荷量是多少？
16．如图所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻r＝2 Ω，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6 A；当S2闭合、S1断开时，电流表的示数为4 A（电流表内阻不计），求：
(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？
(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？
17．在如图所示的电路中，两平行正对金属板A、B水平放置，两板间的距离d=4.0cm．电源电动势E=400V，内电阻r=20Ω，电阻R1=1980Ω．闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球（可视为质点）从B板上的小孔以初速度v0=1.0m/s竖直向上射入两板间，小球恰好能到达A板．若小球所带电荷量q=1.0×10-7C，质量m=2.0×10-4kg，不考虑空气阻力，忽略射入小球对电路的影响，取g=10m/s2．求：
（1）A、B两金属板间的电压的大小U；
（2）滑动变阻器消耗的电功率P；
（3）电源的效率η．
18．酒驾、醉驾会给交通安全带来巨大隐患，便携式酒精测试仪给交警执法带来了极大的便利。如图1所示，是便携式酒精测试仪的原理图，电源电动势为，是酒精气体传感器，其阻值随酒精气体浓度变化的规律如图2所示，是报警器，其电阻值恒定为。电源内阻忽略不计，问：
（1）当气体中酒精浓度为0时，电路中的电流是多少？
（2）我国法律规定，当每的气体中酒精浓度大于或等于小于为酒驾，大于或等于为醉驾。在对某司机的检测中，电压表的示数为，通过计算分析该司机属于酒驾还是醉驾。
参考答案
1．B
A．以煤作为主要生活燃料会产生大量污染物，如：CO、CO2、SO2等有害气体，污染大气，温室效应、导致酸雨等环境问题，故A错误；
B．利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放，解决能源问题的最佳方法是开发新能源（如风能、地热能、氢能、水能、核能、生物质能等），故B正确；
C．汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，故C错误；
D．使用电动车不会产生污染，故限制使用电动车不能改善空气质量，故D错误。
故选B。
2．D
电源内部非静电力把正电荷从电源负极移送到正极，根据电动势的定义式可知，电动势等于非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功．属于比值定义，电动势E与W、q及体积和外电路无关，由电源内非静电力的特性决定．故A错误，D正确；电动势和电压虽然单位相同，但是二者具有不同的性质，不能说电动势就是电压；故B错误；
非静电力做功的多少与时间有关，电动势很小，若时间很长也可以做功很多；故C错误；故选D．
本题考查电动势的物理意义．要注意电动势与电压是两个不同的概念，不能说电动势就是电压．
3．D
设灯泡的额定电流为I，则甲电路干路电流2I,=,=因为所以可确定=
变阻器消耗的功率等于总功率减去电灯消耗功率，因为灯泡相同且都正常发光说明在两电路中消耗功率相同，即P1＝P2选D
4．D
AB．每秒喷出水的质量为,抽水增加了水的重力势能和动能，则每秒水泵对水做功为
故AB错误；
C．水泵的输出能量转化为水的机械能，则
而水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，则
故C错误；
D．电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率，则电动机的机械功率为
而电动机的电功率为
由能量守恒可知
联立解得
故D正确；
故选D。
5．D
由题意知当环境一氧化碳气体达到一定浓度，R增大，总电阻增大，则总电流减小，内电压减小，根据
可知路端电压增大，因此电压表V示数增大，通过滑动变阻器的电流增大，则电流表A示数减小。
故选D。
6．D
AB．电容器两极板间的电压等于两端的电压，开关S断开时，电路中的总电流为
电容器的两极板间的电压为
此时电容器所带电荷量为
故AB错误；
CD．开关接通时两定值电阻并联，电容器两极板间的电压等于路端电压，电路中的总电流为
电容器的两极板间的电压为
此时电容器所带的电荷量为
故C错误，D正确。
故选D。
7．D
AB．单位时间流过面积的流动空气体积为
单位时间流过面积的流动空气质量为
单位时间流过面积的流动空气动能为
风速在范围内，转化效率可视为不变，可知该风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，AB错误；
C．由于风力发电存在转化效率，若每天平均有的风能资源，则每天发电量应满足
C错误；
D．若风场每年有风速在的风能资源，当风速取最小值时，该发电机年发电量具有最小值，根据题意，风速为时，输出电功率为，风速在范围内，转化效率可视为不变，可知风速为时，输出电功率为
则该发电机年发电量至少为
D正确；
故选D。
8．AB
A．当滑片位于A端时，灯泡与电阻丝AB串联，电压表测电阻丝AB两端的电压，电流表测电路中的电流；根据串联电路的分压特点可知，此时灯泡两端的电压最小，电路中的电流最小，由小灯泡的I-U图像可知
因串联电路的总电压等于各分电压之和，所以
根据欧姆定律可得电阻丝AB的阻值为
故A正确；
B．根据电功率公式可得
故B正确；
C．当滑片位于B端时，电路为灯泡的简单电路，此时电路中的电流最大，由乙图可知，电源的电压为
电路中的电流为
则电路中的最大功率为
故C错误；
D．滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中，接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流将变大，则灯泡两端电压变大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，滑动变阻器两端的电压变小，即电压表的示数变小，故D错误。
故选AB。
9．AC
A.电源的效率
由闭合电路欧姆定律
可知，b电源的内阻r较小，R接到b电源上，电源的效率较高，则R接到a电源上，电源的效率较低，故A正确；
BC.当电阻R与电源组成闭合电路时，电阻R的U-I图线与电源的U-I凸显的交点表示电阻的工作状态，焦点的纵坐标表示电压，横坐标表示电流，电源的输出功率
由图像看出，R接到a电源上，电压与电流的乘积较大，电源的输出功率较大，故B错误，C正确；
D.由图知，R接到a电源上时，电流大，则电阻的发热功率较大，但电源的效率较低，故D错误。
10．BD
A．无人机先向上加速后减速，最后悬停，则空气对无人机的作用力先大于200N后小于200N，最后等于200N，选项A错误；
B．直流电源对无人机供电的额定电流
选项B正确；
C．无人机的重力为
F=mg=200N
则无人机上升过程中克服重力做功消耗的平均功率
但是由于空气阻力的作用，故对无人机向上的作用力不等于重力，则无人机上升过程中消耗的平均功率大于100W，则选项C错误；
D．无人机上升及悬停时，螺旋桨会使周围空气产生流动，则会有部分功率用于对空气做功，选项D正确。
故选BD。
11．ABC
A．由图，A板带正电，B带负电，电容器内电场方向水平向右。细线向右偏，电场力向右，则小球带正电。故A正确；
B．滑动头向右移动时，R变小，外电路总电阻变小，总电流变大，路端电压
变小，电容器电压变小，细线偏角变小，故B正确；
C．滑动头向右移动时，电容器电压变小，电容器放电，因A板带正电，则流过电流表的电流方向向下。故C正确；
D．根据电源的输出功率与外电阻的关系：当外电阻等于内阻时，输出功率最大。外电阻大于内阻，外电阻减小输出功率增大；当外电阻小于内阻时，外电阻减小，输出功率减小。本题不知道外电阻与内阻大小关系，故无法判断电源输出功率的大小。选项D错误。
故选ABC。
12．(1)甲
(2) A D E
（1）如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大；用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小，测量引起的误差小，故选择甲电路图。
（2）[1]为了使读数误差较小，电流表量程选择0.6A，故选A；
[2]电源电动势为1.5V，因此电压表量程选择3V，故选D；
[3]为使电流表有较大角度的偏转，需选用全阻值小的滑动变阻器，故选E。
13． A 不变
（1）[1]选择“直流2.5 V”挡时分度值为，估读到，可得可乐电池的电动势大小为
（2）[2]电流表内阻已知，将其与电阻箱串联，电流表测量流过电路的准确电流，通过闭合电路欧姆定律得到电动势和电路中总电阻的关系，以减小系统误差。
故选A。
[3]根据电路图和闭合电路欧姆定律可得
整理得
所以可得图像的斜率表示电源电动势，纵截距的绝对值表示电池内阻和电流表的内阻之和，根据图线可得
解得
[4]根据前面分析可得图像的斜率表示电源电动势，虚线所示图线的斜率不变，所以可乐电池的电动势不变。
14．(1)
(2)
（1）当无风时，定值电阻R与金属杆串联，由欧姆定律得，电路中电流
此时金属杆接入电路中的电阻
故金属杆单位长度的电阻为
（2）当有风时，由欧姆定律得，电路中电流
此时金属杆接入电路中的电阻
金属杆的长度为L＝0.3 m，根据胡克定律得，作用在迎风板上的风力
15．
S断开时的等效电路图如图甲所示，电容器C两端电压U等于电阻两端电压，且
电容器C的带电荷量
且a板带正电，b板带负电。
S闭合时的等效电路图如图乙所示，电容器C两端电压等于电阻两端电压，有
干路电流
外电压
电阻两端电压
电容器C的带电荷量
且a板带负电，b板带正电，故通过电阻R的电荷量
16．(1)2 Ω，72 W；　(2)16 W
(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律
I1＝
得
R＝＝2 Ω
其发热功率为
PR＝UI1＝12×6 W＝72 W
(2)电解槽为非纯电阻元件
17．（1）U =200V（2）20W（3）
（1）小球从B板上的小孔射入恰好到达A板的过程中，在电场力和重力作用下做匀减速直线运动，设A、B两极板间电压为U，根据动能定理有：
，
解得：U = 200 V．
（2）设此时滑动变阻器接入电路中的电阻值为R，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流，而 U = IR ，
解得：R = 2×103 Ω
滑动变阻器消耗的电功率．
（3）电源的效率．
本题电场与电路的综合应用，小球在电场中做匀减速运动，由动能定理求电压．根据电路的结构，由欧姆定律求变阻器接入电路的电阻．
18．（1）；（2）醉驾
（1）当气体中酒精浓度为0时，由图知，根据闭合电路欧姆定律可得
代入数据解得
（2）当电压表的示数为时，通过报警器的电流为
由于传感器和报警器串联，传感器两端的电压为
此时传感器的阻值为
由图2可知，的气体中酒精浓度大于，该司机属于醉驾。
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