第十二章 电能 能量守恒定律 练习题2024--2025学年物理人教（2019）必修第三册（含解析）

第十二章 电能 能量守恒定律 练习题2024--2025学年物理人教（2019）必修第三册
一、选择题。
1、有四盏电灯，如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V　100 W”字样，L3和L4都标有“220 V　40 W”字样，把电路接通后，下列说法正确的是(　　)
A．L1和L4一样亮 B．L2和L3一样亮
C．L3比L4亮 D．L1比L2亮
2、如图所示,当开关S断开时,电压表示数为3 V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8 V,则外电阻R与电源内阻r之比为(　　)
A.5∶3 B.3∶5 C.2∶3 D.3∶2
3、用伏安法测一节干电池的电动势和内阻r,实验中可供选择的电压表有两个,量程分别为、,滑动变阻器两个,规格分别为、,应选用的电压表和滑动变阻器分别为( )
A. B. C. D.
4、关于能量和能源，下列说法中正确的是 (　　)
A．化石能源是清洁能源；水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了
5、一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)
A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W
C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
6、室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器．如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是(　　)
A．电饭煲和电冰箱 B．取暖器和空调器
C．电饭煲和空调器 D．电冰箱、电视机和空调器
7、(双选)如图所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I曲线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图象可知(　　)
A.R的阻值为1.5 Ω B.电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
C.电源的输出功率为3 W D.电源内部消耗功率为1.5 W
8、电学实验的要求是安全、精确、方便。在用伏安法测电源的电动势和内电阻时,以下处理数据的方法中满足上述要求的是( )
A.利用处理数据时,只需测得两组实验数据
B.利用处理数据时,可以多测量几组数据,然后求E、r的平均值
C.利用伏安特性曲线处理数据时,只需测得两组实验数据
D.利用伏安特性曲线处理数据时,必须多测量几组数据
9、下列关于能源的说法中错误的是(　　)
A．能源是取之不尽，用之不竭的，所以不存在能源危机
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭小
10、现有一个灯泡，额定电压标识12 V清晰，额定功率标识字迹不清，某同学为了确定该灯泡的额定功率，设计了四个方案，哪个方案最准确(　　)
A．把该灯泡直接与标有额定功率的灯泡(额定电压12 V)进行外观上和灯丝粗细程度的比较，得出该灯泡的额定功率
B．把该灯泡接在12 V的直流电源上使其发光，再与有标记的灯泡进行亮度比较，得出该灯泡的额定功率
C．把该灯泡接在12 V的直流电源上使其发光，通过串联的电流表读出电流值，并联的电压表读出电压值，再由公式P＝UI求出额定功率
D．用该灯泡、电流表、电压表、一节干电池等器材设计实验，用伏安法测出该灯泡的阻值，再用公式P＝得出该灯泡的额定功率
11、功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．假设全国按5.5亿用户，每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近(　　)
A．8×108 kW·h B．8×1010 kW·h
C．8×1011 kW·h D．8×1013 kW·h
12、(双选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)的路端电压与通过它们的电流 I 的关系图线,下列说法正确的是(　　)
A.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
D.电流都是I0时,两电源的内电压相等
13、如图所示,在用一只电压表和两个定值电阻测定电源电动势和内阻的实验中,由于未考虑电压表内阻,其测量值和与真实值与相比较,正确的是( )
A. , B. ,
C. , D. ,
14、PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法中正确的是(　　)
A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用
B．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
C．能量被使用后就消灭了，所以要节约能源
D．能量耗散说明自然界的能量在不断减少
15、如图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则(　　)
A．电解槽消耗的电功率为120 W B．电解槽的发热功率为60 W
C．电解槽消耗的电功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W
二、填空与实验题。
16、某兴趣小组的同学用一个光伏电池(俗称太阳能电池)在正常光照环境下给标有“U”的小灯泡供电，发现灯泡并不发光，检查灯泡、线路均没有故障．甲、乙同学对此现象的原因进行了猜想与分析后，均认为电池内阻可能太大．为了验证猜想，甲同学用欧姆表直接连接在电池的两极，欧姆表的示数为30 Ω；乙同学则先将灵敏电流表(内阻可忽略)直接连接在电池的两极，测得电流为0.74 mA，后将电压表(内阻约为50 kΩ)单独连接电池的两极，测得电压为1.48 V，解得r＝＝ Ω＝2×103 Ω.
(1)根据甲、乙两同学的测量所得数值判断，此光伏电池的内阻Rg大小应A．
A．略大于2 kΩ　　　B．等于2 kΩ C．略小于2 kΩ
D．略大于30 Ω E．略小于30 Ω
(2)若你是兴趣小组中的一员，为测定光伏电池的电动势和内阻，在上述甲、乙两同学测量结果的基础上，请设计一个合理且具备操作性的实验电路图。提供的实验器材有：
电流表A1(量程0～0.6 A，内阻r1＝1 Ω)；
电流表A2(量程0～1 mA，内阻r2＝100 Ω)；
电阻箱R1(0～99.99 Ω)；
电阻箱R2(0～9 999 Ω)；
导线若干、开关．
请在虚线框中画出测量光伏电池的电动势和内阻的实验电路图(所选用的器材请在图中用对应的符号标出)。
(3)多次改变电阻箱的阻值R，测出相应的电流表读数I.根据实验测得的数据描点，绘出的 R图象是一条直线。若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝ ，内阻r＝ (用题中所给字母表示)。
17、某同学要测定一电源的电动势E和内电阻r，实验器材有：1只DIS电流传感器(可视为理想电流表、测得的电流用I表示)、1只电阻箱(阻值用R表示)、1只开关和若干导线．该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据．
(1)该同学设计实验的原理表达式是E＝ (用r、I、R表示)；
(2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到 (填“最大值”“最小值”或“任意值”)，实验过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为 Ω；
(3)该同学根据实验采集到的数据作出如图丙所示的 R图象，则由图象可求得，该电源的电动势E＝ V，内阻r＝ Ω.(结果均保留2位有效数字)
三、计算题。
18、一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表，
质量为M＝70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力Ff恒为车和人总重的k＝0.02倍．取g＝10 m/s2，求：
(1)此车电机在额定电压下正常工作的效率．
(2)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度．
(3)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，当车速为v1＝1.0 m/s时，人骑车的加速度．
19、由于摩托车等的燃油放出的尾气对环境有一定的影响，所以电动自行车已是许多家庭的首选。已知电动自行车的电源由18组蓄电池串联而成，正常行驶时，电路中的电流为5 A，在10 min内电源做功1.08×105 J，则每组蓄电池的电动势为多少？
20、能源问题是人类面临的重大课题，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例。如图所示的是利用潮汐发电的简单示意图，左边为陆地和海湾，中间为大坝，其下有通道，水经通道可带动发电机。涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同，堵住通道，如图甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图乙所示；待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，如图丙所示。设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内水流的平均功率为多少。(海水密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，每天两次涨潮，四个发电时间段)
21、太阳能是人类使用的最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经出现在我们的生活中。晓雨在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
容积(V)　　　　　　　　100 L
集热管的采光面积(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)晓雨家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓雨家每天可节约多少电能？
第十二章 电能 能量守恒定律 练习题2024--2025学年物理人教（2019）必修第三册
一、选择题。
1、有四盏电灯，如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V　100 W”字样，L3和L4都标有“220 V　40 W”字样，把电路接通后，下列说法正确的是(　　)
A．L1和L4一样亮 B．L2和L3一样亮
C．L3比L4亮 D．L1比L2亮
【答案】D
2、如图所示,当开关S断开时,电压表示数为3 V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8 V,则外电阻R与电源内阻r之比为(　　)
A.5∶3 B.3∶5 C.2∶3 D.3∶2
【答案】D
3、用伏安法测一节干电池的电动势和内阻r,实验中可供选择的电压表有两个,量程分别为、,滑动变阻器两个,规格分别为、,应选用的电压表和滑动变阻器分别为( )
A. B. C. D.
【答案】B
4、关于能量和能源，下列说法中正确的是 (　　)
A．化石能源是清洁能源；水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了
【答案】D　
5、一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)
A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W
C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
【答案】C
6、室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器．如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是(　　)
A．电饭煲和电冰箱 B．取暖器和空调器
C．电饭煲和空调器 D．电冰箱、电视机和空调器
【答案】C
7、(双选)如图所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I曲线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图象可知(　　)
A.R的阻值为1.5 Ω B.电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
C.电源的输出功率为3 W D.电源内部消耗功率为1.5 W
【答案】AD
8、电学实验的要求是安全、精确、方便。在用伏安法测电源的电动势和内电阻时,以下处理数据的方法中满足上述要求的是( )
A.利用处理数据时,只需测得两组实验数据
B.利用处理数据时,可以多测量几组数据,然后求E、r的平均值
C.利用伏安特性曲线处理数据时,只需测得两组实验数据
D.利用伏安特性曲线处理数据时,必须多测量几组数据
【答案】D
9、下列关于能源的说法中错误的是(　　)
A．能源是取之不尽，用之不竭的，所以不存在能源危机
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭小
【答案】A　
10、现有一个灯泡，额定电压标识12 V清晰，额定功率标识字迹不清，某同学为了确定该灯泡的额定功率，设计了四个方案，哪个方案最准确(　　)
A．把该灯泡直接与标有额定功率的灯泡(额定电压12 V)进行外观上和灯丝粗细程度的比较，得出该灯泡的额定功率
B．把该灯泡接在12 V的直流电源上使其发光，再与有标记的灯泡进行亮度比较，得出该灯泡的额定功率
C．把该灯泡接在12 V的直流电源上使其发光，通过串联的电流表读出电流值，并联的电压表读出电压值，再由公式P＝UI求出额定功率
D．用该灯泡、电流表、电压表、一节干电池等器材设计实验，用伏安法测出该灯泡的阻值，再用公式P＝得出该灯泡的额定功率
【答案】C
11、功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．假设全国按5.5亿用户，每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近(　　)
A．8×108 kW·h B．8×1010 kW·h
C．8×1011 kW·h D．8×1013 kW·h
【答案】B
12、(双选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)的路端电压与通过它们的电流 I 的关系图线,下列说法正确的是(　　)
A.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
D.电流都是I0时,两电源的内电压相等
【答案】AC
13、如图所示,在用一只电压表和两个定值电阻测定电源电动势和内阻的实验中,由于未考虑电压表内阻,其测量值和与真实值与相比较,正确的是( )
A. , B. ,
C. , D. ,
【答案】A
14、PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法中正确的是(　　)
A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用
B．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
C．能量被使用后就消灭了，所以要节约能源
D．能量耗散说明自然界的能量在不断减少
【答案】B　
15、如图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则(　　)
A．电解槽消耗的电功率为120 W B．电解槽的发热功率为60 W
C．电解槽消耗的电功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W
【答案】C
二、填空与实验题。
16、某兴趣小组的同学用一个光伏电池(俗称太阳能电池)在正常光照环境下给标有“U”的小灯泡供电，发现灯泡并不发光，检查灯泡、线路均没有故障．甲、乙同学对此现象的原因进行了猜想与分析后，均认为电池内阻可能太大．为了验证猜想，甲同学用欧姆表直接连接在电池的两极，欧姆表的示数为30 Ω；乙同学则先将灵敏电流表(内阻可忽略)直接连接在电池的两极，测得电流为0.74 mA，后将电压表(内阻约为50 kΩ)单独连接电池的两极，测得电压为1.48 V，解得r＝＝ Ω＝2×103 Ω.
(1)根据甲、乙两同学的测量所得数值判断，此光伏电池的内阻Rg大小应A．
A．略大于2 kΩ　　　B．等于2 kΩ C．略小于2 kΩ
D．略大于30 Ω E．略小于30 Ω
(2)若你是兴趣小组中的一员，为测定光伏电池的电动势和内阻，在上述甲、乙两同学测量结果的基础上，请设计一个合理且具备操作性的实验电路图。提供的实验器材有：
电流表A1(量程0～0.6 A，内阻r1＝1 Ω)；
电流表A2(量程0～1 mA，内阻r2＝100 Ω)；
电阻箱R1(0～99.99 Ω)；
电阻箱R2(0～9 999 Ω)；
导线若干、开关．
请在虚线框中画出测量光伏电池的电动势和内阻的实验电路图(所选用的器材请在图中用对应的符号标出)。
(3)多次改变电阻箱的阻值R，测出相应的电流表读数I.根据实验测得的数据描点，绘出的 R图象是一条直线。若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝ ，内阻r＝ (用题中所给字母表示)。
【答案】（1）A （2）如图所示：
（3）电动势E＝，内阻r＝－r2
17、某同学要测定一电源的电动势E和内电阻r，实验器材有：1只DIS电流传感器(可视为理想电流表、测得的电流用I表示)、1只电阻箱(阻值用R表示)、1只开关和若干导线．该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据．
(1)该同学设计实验的原理表达式是E＝ (用r、I、R表示)；
(2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到 (填“最大值”“最小值”或“任意值”)，实验过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为 Ω；
(3)该同学根据实验采集到的数据作出如图丙所示的 R图象，则由图象可求得，该电源的电动势E＝ V，内阻r＝ Ω.(结果均保留2位有效数字)
【答案】（1）I(R＋r) （2）最大值 21
（3）E＝6.0(5.8～6.2均对) V r＝2.4(2.3～2.5均对) Ω
三、计算题。
18、一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表，
质量为M＝70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力Ff恒为车和人总重的k＝0.02倍．取g＝10 m/s2，求：
(1)此车电机在额定电压下正常工作的效率．
(2)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速度．
(3)仅在电机以额定功率提供动力的情况下，当车速为v1＝1.0 m/s时，人骑车的加速度．
【答案】(1)85.7%　 (2)6.0 m/s　 (3)1.0 m/s2
【解析】(1)由表可知，电机的额定电压为U0＝40 V、额定电流为I0＝3.5 A，所以电机正常工作时输入功率为
P入＝U0I0＝140 W
又因电机的输出功率为P出＝120 W，
所以电机的效率为η＝≈85.7%.
(2)行驶时所受阻力为Ff＝k(M＋m)g式中m为车的质量．
当达到最大速度vmax时，应有P出＝Ffvmax，
所以最大速度vmax＝＝6.0 m/s.
(3)当车速为v1＝1.0 m/s时，牵引力
F＝＝120 N.
设此时车的加速度为a，根据牛顿第二定律F－Ff＝(M＋m)a，解得a＝1.0 m/s2.
19、由于摩托车等的燃油放出的尾气对环境有一定的影响，所以电动自行车已是许多家庭的首选。已知电动自行车的电源由18组蓄电池串联而成，正常行驶时，电路中的电流为5 A，在10 min内电源做功1.08×105 J，则每组蓄电池的电动势为多少？
【答案】2 V
【解析】由q＝It得10 min内移送的电荷量q＝5×600 C＝3 000 C。由电动势的定义，电池组的总电动势E＝＝ V＝36 V，故每组蓄电池的电动势E′＝＝＝2 V。
20、能源问题是人类面临的重大课题，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例。如图所示的是利用潮汐发电的简单示意图，左边为陆地和海湾，中间为大坝，其下有通道，水经通道可带动发电机。涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同，堵住通道，如图甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图乙所示；待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，如图丙所示。设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内水流的平均功率为多少。(海水密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，每天两次涨潮，四个发电时间段)
【答案】1.04×108 W
【解析】每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的质量m＝ρSh＝1.5×1011 kg
其重心高度变化为h′＝1.5 m
每次落潮海水重力势能的减少量ΔEp＝mgh′＝2.25×1012 J
一天内水流做功的功率P＝≈1.04×108 W。
21、太阳能是人类使用的最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经出现在我们的生活中。晓雨在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
容积(V)　　　　　　　　100 L
集热管的采光面积(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)晓雨家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓雨家每天可节约多少电能？
【答案】(1)3.9 h　 (2)2.9 kW·h
【解析】(1)设T为光照时间，k＝1.0×103 J/(s·m2)
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×(45－25)J＝8.4×106 J
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη
因为Q吸＝Q放，所以
T＝＝ s＝1.4×104 s≈3.9 h。
(2)由Q吸＝Q电η1得
Q电＝＝ J＝1.05×107 J≈2.9 kW·h。