人教版（2019） 必修 第三册 第十二章 电能 能量守恒定律单元测试（含解析）

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第十二章电能能量守恒定律
一、单选题
1.下方列出了某型号电风扇铭牌上的主要参数如图，当在小电风扇上加电压时，小电风扇不转动，测得通过它的电流为，根据题中和铭牌上提供的信息判断( )
A. 小电风扇的内阻为
B. 当在小电风扇上加电压时通过的电流为
C. 小电风扇正常工作时的热功率为
D. 小电风扇正常工作时的机械功率为
2.某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路图如图所示。当汽车启动时，开关闭合，电机工作，车灯突然变暗，此时( )
A. 路端电压变小 B. 灯的电流不变 C. 电路的总电流变小 D. 电源的总功率变小
3.如图甲所示的电路中定值电阻，电源电动势，。如图乙所示，曲线为灯泡的伏安特性曲线，直线为电源的路端电压与电流的关系图线，以下说法正确的是( )
A. 开关断开时电源的效率为 B. 开关闭合后电源的总功率会变小
C. 开关断开时小灯泡消耗的功率为 D. 开关闭合后灯泡的亮度增强
4.如图所示，一个电源在外电阻不断变化时，内、外电阻消耗的电功率随电流变化的关系分别用抛物线、表示。由该图可知( )
A. 电源的电动势为 B. 电源的内电阻为
C. 电源输出功率的最大值为 D. 电源消耗的最大功率为
5.如图所示，电源电动势，内阻，定值电阻，直流电动机内阻调节滑动变阻器时可使图甲中电源的输出功率最大调节滑动变阻器时可使图乙中电源的输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作额定输出功率为，则和连入电路中的阻值分别为( )
A. 、 B. 、 C. 、 D. 、
6.在如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，电源内阻不能忽略．当闭合开关后，将滑动变阻器的滑片向下调节，则下列叙述正确的是
A. 电压表和电流表的示数都增大 B. 灯变暗，电流表的示数减小
C. 灯变亮，电压表的示数减小 D. 电源的效率增大，电容器的带电量增加
7.如图，电路中三个电阻、和的阻值分别为、和。当开关断开、闭合时，电源输出功率为当闭合、断开时，电源输出功率也为。则电源电动势及，都断开时电源的总功率分别为( )
A. ， B. ， C. ， D. ，
8.直流电动机在生活生产中有广泛的应用，其主要结构为两部分：定子和转子其中定子包括：主磁极、机座、转向器、电刷等转子包括：电枢铁芯、电枢绕组等如图所示是电动机提升重物的示意图，已知电源电动势，内阻，电阻闭合开关，发现电动机被卡死，此时电压表的示数为，立即关闭电源清除故障后重新闭合开关，当电动机正常工作时，电压表的示数为重力加速度，下列说法正确的是( )
A. 电动机内部线圈的电阻为
B. 电动机正常工作时线圈电阻的热功率为
C. 电动机正常工作时电源的效率约为
D. 电动机正常工作时将一个质量为重物由静止吊起，则重物的最大速度为
9.如图所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间内( )
A. 充电宝输出的电功率为 B. 充电宝产生的热功率为
C. 手机电池储存的化学能为 D. 手机电池产生的焦耳热为
10.小明在一根细橡胶管中灌满食盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱。他将此盐水柱接到电源两端，电源电动势和内阻恒定。握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的倍，若忽略温度对电阻率的影响，则此盐水柱( )
A. 两端的电压不变 B. 阻值增大为原来的倍
C. 通过的电流减小为原来的 D. 电功率增大为原来的倍
11.太阳能电池在空间探测器上广泛应用。某太阳能电池在特定光照强度下工作电流随路端电压变化的图线如图中曲线，输出功率随路端电压的变化图线如图中曲线。图中给出了该电池断路电压和短路电流。当路端电压为时，工作电流为，且恰达到最大输出功率，则此时电池的内阻为( )
A. B. C. D.
12.在如图所示的电路中，电源的电动势为，内阻为，灯泡的电阻大于电源的内阻，闭合开关，在滑动变阻器的滑片由向移动的过程中，下列各物理量的变化情况不正确的是
A. 电流表的读数减小 B. 灯泡变亮
C. 电源输出功率先减小后增大 D. 电压表的读数先增大后减小
二、多选题
13.在图所示的电路中，若在滑动变阻器的滑片向左滑动一小段距离的过程中，电压表的示数增大，则在该过程中( )
A. 电阻中通过的电流增大，且增加量为
B. 电阻两端的电压减小，且减少量为
C. 电源的输出功率增大
D. 电源的效率增大
14.如图所示，直线为某电源的图线，曲线为某小灯泡的图线的一部分，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，灯泡恰好能正常发光，则下列说法中正确的是( )
A. 此电源的内阻约为
B. 灯泡的额定电压为，额定功率为
C. 把灯泡换成阻值为的定值电阻，电源的输出功率将变大
D. 把和“，”的灯泡并联后接在电源上，两灯泡仍能正常发光
15.某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻，在是否可忽略电流表内阻这两种情况下，绘制两类图像。第一类图像以电流表读数为横坐标，将电流表和电阻箱读数的乘积记为作为纵坐标。第二类图像以电阻箱读数为横坐标，电流表读数的倒数为纵坐标。图中实线代表电流表内阻可忽略的情况，虚线代表电流表内阻不可忽略的情况，这四幅图中，能正确反映相关物理量之间关系的是( )
A. B.
C. D.
三、实验题
16.某同学利用电压表量程，内阻约、电阻箱等实验器材测量两种内阻较小的电池和电池的电动势和内阻，实验电路如图甲所示。实验时，多次改变电阻箱的阻值，记录电阻箱电阻及其对应的电压表示数，建立坐标系，描点绘出如图乙所示的关系图线，图线与纵轴交点坐标为。重复上述实验操作，测量电池的电动势和内阻，得到图乙中的图线。
由图乙可知电池的电动势 ________；
由图乙判断电池的内阻和电池的内阻大小关系为 ．
A. ． ． 不确定
若将同一电阻先后接在电池及电池两端，则两电池的输出功率和的大小关系为 ．
A. 不确定
若将同一电阻先后接在电池及电池两端，则两电池的效率和的关系为 ．
A. ． ． 不确定
17.某学习小组用多用电表测定值电阻的阻值并进一步测量电源的电动势和内阻。实验器材有：待测定值电阻，待测电源，电阻箱，多用电表一只，开关一个，导线若干。
用多用电表“”的倍率挡进行 后测出了定值电阻的阻值，如图甲所示，则该定值电阻的阻值 。
然后用如图乙所示的电路测量电源的电动势和内阻，经正确操作后得到几组数据，并根据数据做出电压表示数的倒数随电阻箱的阻值的倒数变化的规律如图丙所示，则该电源的电动势 ，内阻 。结果均保留两位有效数字若电压表的内阻为，则该电源的电动势 ，内阻 。结果小数点均保留位数字
18.某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻，实验室提供的器材有：干电池一节电流表满偏电流、内阻电流表量程，内阻约滑动变阻器电阻箱最大阻值开关和导线若干。
实验要求将电阻箱与电流表串联改装成量程为的电压表，则电阻箱接入电路的阻值为 ，请根据要求和提供的器材设计测量电路，并将电路画在图甲的方框内 。
不考虑改装后的电压表分流的影响，按正确操作，调节滑动变阻器，测得多组电流表的示数和电流表的示数，作图像如图乙所示，由此得到电池的电动势 ，电池的内阻 。结果均保留两位有效数字
若再次实验时发现电流表已损坏，实验小组成员又找到一个电阻箱最大阻值，请根据器材重新设计一个测该电池电动势和内阻的电路，画在图丙的方框内 。
四、计算题
19.如图所示的电路中，电源内阻，定值电阻，电容器的电容，灯泡标有“，”字样。当开关闭合、断开时，灯泡恰好正常发光，认为灯泡的电阻恒定不变。
求电源电动势
当开关、均闭合时，求小灯泡的实际电流
开关从断开到闭合直至电路稳定的过程中，求通过电阻的电荷量。
20.利用电动机提升重物的示意图如图所示，其中是直流电动机，是一质量为的重物，它用细绳拴在电动机的轴上，闭合开关，重物以速度匀速上升，这时理想电流表和理想电压表的示数分别是和，重物上升的速度大小。已知重物的质量，重力加速度取。求：
电动机输入的电功率
细绳对重物做功的机械功率
电动机线圈的电阻。
21.“祝融号”火星车的动力主要来源于太阳能电池。现将“祝融号”的动力供电电路简化如图，其中太阳能电池电动势，内阻未知，电动机线圈电阻，电热丝定值电阻，当火星车正常行驶时，电动机两端电压，电热丝消耗功率。求：
太阳能电池的内阻；
电动机的效率；
若电动机的转子被卡住了，此时电热丝消耗的功率。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.在小电风扇上加电压时，小电风扇不转动，测得通过它的电流为，根据欧姆定律，有：，故A错误；
B.当在小电风扇上加电压时，功率为，故电流为：，故B错误；
D.小电风扇正常工作时的热功率，故C正确；
C.小电风扇正常工作时的机械功率，故D错误。
故选C。
2.【答案】
【解析】开关闭合，车灯突然变暗，灯的电流和电压均变小，电路的路端电压等于车灯的电压，则路端电压变小，根据闭合电路欧姆定律得：，可知电路的总电流变大，故A正确，BC错误；
D.电源的总功率，变大，则电源的总功率变大，故D错误。
3.【答案】
【解析】A、由乙图可知电源的电动势为开关断开时，图乙交点数值为灯泡的实际工作电压和电流，即，，所以灯泡的实际功率，电源的总功率为，所以电源的效率为，故A错误；
B、闭合开关后，电路的外电阻减少，根据闭合电路的欧姆定律知干路电流增大，所以电源的总功率增大，故B错误；
D、闭合开关后，干路电流增大，路端电压，所以路端电压减小，灯泡两端电压减小，所以灯泡亮度减弱，故D错误；
C、由上面的分析可知开关断开时灯泡消耗的功率为，故C正确。
故选：。
4.【答案】
【解析】根据可知，当输出功率最大时，，，所以，由于：，所以电源的电动势为，故AB错误；
C.根据图像可以知道，曲线、的交点的位置，表示电路的内外功率相等，此时电源的内阻和外电阻的大小是相等的，电源的输出的功率是最大的，由图可知电源输出功率最大值为，故C错误；
D.当电源被短路时，电源消耗的功率，故D正确。
故选D。
5.【答案】
【解析】甲图中，当电路的外电阻等于内阻时，电路的输出功率最大，则，此时电流，电阻消耗的功率，
对于乙图，电路输出的功率最大时，电动机正好正常工作，此时电动机输出功率为，此时电源的输出功率最大，故可知，电流，，故D正确，ABC错误。
6.【答案】
【解析】当闭合开关后，将滑动变阻器的滑片向下时，接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，干路电流增大，路端电压减小，则灯变亮，电压表的示数减小，根据串联电路分压规律可知，并联部分的电压减小，则灯的电流减小，灯变暗，根据干路电流增大，灯的电流减小，可知电流表的示数增大，故AB错误，C正确；
D.电源的效率，减小，则电源的效率减小；并联部分电压减小，则电容器的电压减小，由，可知电容器的带电量减小，故D错误．
7.【答案】
【解析】当断开、闭合时，由闭合电路欧姆定律有，，
当闭合、断开时，由闭合电路欧姆定律有，，
联立解得，，
当、都断开时，电源的总功率为，故ACD错误，B正确。
8.【答案】
【解析】A.电动机被卡住时，相当于纯电阻，电源内电压，电路电流，由闭合电路欧姆定律可得电动机内阻为，故A错误
B.电动机正常工作时，电源内电压，电路电流，电动机线圈电阻的热功率为，故B正确
C.电动机正常工作时，电源的效率为，故C错误
D.当重物速度最大时，拉力，电动机的输出功率，由可得重物的最大速度为，故D错误。
9.【答案】
【解析】A.充电宝的输出电压、输出电流，所以充电宝输出的电功率为，故A错误；
B.充电宝内的电流也是，但其内阻未知，所以产生的热功率不一定为，故B错误；
C.由题可得手机输入总能量为，发热消耗的能量为，所以手机电池存储的化学能为，故C正确；
D.是充电宝的输出电压，不是内电压，所以不能用计算电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为，故D错误。
故选：。
10.【答案】
【解析】根据电阻定律：，可知，长度变为原来的倍，横截面积变为原来的倍，所以电阻变为原来的倍；根据闭合电路欧姆定律：，可知总电阻增大，干路电流减小，路端电压即盐水柱两端电压增大，故A错误，B正确；
D.电功率的表达式：，电流变化倍数无法计算，所以电功率变化倍数无法计算，故CD错误。
11.【答案】
【解析】由图可知输出功率最大为，根据图像可知此时电路电流为，该电池断路电压，根据能量守恒定律有，
解得，故ABC错误，D正确；
故选D。
12.【答案】
【解析】A.电流表测量的电流是滑动变阻器右半部分电阻上的电流，在滑动变阻器的滑片由向移动的过程中，右半部分上的电阻值越来越大，而左半部分的电阻值越来越小，所以电流表的读数越来越小。故A正确；
在滑动变阻器的滑片由向移动的过程中，变阻器并联的总电阻先增大后减小，根据闭合电路欧姆定律分析可知，电路中的总电流先减小后增大，灯泡先暗后亮，路端电压先增大后减小，即电压表读数先变大后变小，不正确，D正确；
C.由于灯泡的电阻大于电源的内阻，变阻器并联的总电阻先增大后减小，所以电源输出功率先减小，后增大。故C正确。
本题选不正确的，故选B。
13.【答案】
【解析】A.当向左端移动时，滑动变阻器接入电阻增大，外电路总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流减小，则内电压减小，路端电压增大，即电压表的示数增大，两端的电压减小，所以的示数增大，的示数减小，根据欧姆定律知电阻通过的电流增大，且增加量一定等于；故A正确；
B.由于路端电压等于两个电表示数之和，而路端电压增大，所以的示数减小，小于，故B错误；
C.由于电源的内电阻与外电阻的大小关系未知，不能判断电源输出功率的变化，故C错误；
D.电源的效率，不变，而路端电压增大，则电源的效率增大，故D正确。
故选AD。
14.【答案】
【解析】电源的图线中，与轴的交点即为电源电动势，故E，斜率表示内阻，即为
故A错误；
B.根据两图像的交点知：灯泡的额定电压为：，额定电流为：，则额定功率为：
；
故B正确；
C.由知：灯泡的正常工作时的电阻为，把灯泡换成阻值为的定值电阻，定值电阻的阻值更接近电源的内阻，电源的输出功率将变大，故C正确；
D.把和“，”的灯泡并联后接在电源上，外电路总电阻减小，路端电压减小，两灯泡的电压将小于，不能正常发光，故D错误。
故选：。
15.【答案】
【解析】第一类图象：忽略电流表内阻时，
不忽略电流表内阻：，
可见，
电流表内阻不可忽略的虚线斜率要大于内阻可忽略的实线斜率，表达式对应的纵轴截矩相等，即电动势相等，故图象中虚线应在实线的下方，故A正确，B错误；
第二类图象，若不考虑电流表的内阻则，则，
考虑电流表的内阻，
则，
两种情况斜率相同，截矩不同，考虑电流表内阻时截矩大，故C错误，D正确。
故选AD。
16.【答案】
【解析】由电路图甲结合闭合电路欧姆定律有
整理得
可见，在图像中，图线的斜率
纵截距
结合图乙中图线，可得
得。
由问分析可得电源内阻
由图乙可知，
则；
故A正确，BCD错误；
若将同一电阻先后接在电池及电池两端，则两电池的输出功率和的大小为，
可得
由于，，所以无法判断和的大小；
故D正确，ABC错误。
电源的效率为
若将同一电阻先后接在电池及电池两端，由于，则两电池的效率和的关系为：；
故B正确，ACD错误。
17.【答案】欧姆调零
【解析】选择多用电表“”的倍率挡，然后进行欧姆调零，由图甲所示可知，该定值电阻的阻值；
根据图乙所示电路图，由闭合电路的欧姆定律得：，整理得：，由图示图象可知，，，代入数据解得，电源电动势，；
若电压表的内阻为，由闭合电路的欧姆定律得：，整理得：，由图示图象可知，，，解得电源电动势，电源电动势的测量值小于真实值，斜率不变，由得，内阻。
18.【答案】

【解析】将电流表改装成量程的电压表，需要串联的电阻箱的阻值。由于电压表内阻已知，因此电流表相对于电池外接，
电路如图所示：
由，得到，结合图像得到，，
解得，。
若电流表损坏，可用伏阻法测电源电动势和内阻，电路如图所示：
19.【解析】当开关闭合，断开时，画出等效电路图如图甲所示。
对灯泡，由得：
灯泡的电阻
由闭合电路欧姆定律得
可得电源的电动势为：
当开关、均闭合时，画出等效电路图如图乙所示。
设与串联后再与并联的总电阻为，则有
解得：
总电流为
路端电压为
小灯泡的实际电流为
可得：
当开关闭合，断开时，电容器与并联，电压为
电容器的电荷量为
解得：
且端电势较高
当开关、均闭合时，电容器与灯泡并联，电容器的电压为
电容器的电荷量为
解得：
且端电势高，所以通过电阻的电荷量
解得：
20.【解析】电动机消耗的电功率为：；
重物匀速上升，拉力，绳对重物做功的机械功率为：；
电动机线圈的电阻的发热功率为：；
由焦耳定律：
即电动机线圈的电阻。
21.【解析】对电热丝，有
解得回路电流为
根据闭合回路欧姆定律，有
解得电源的内阻为
电动机的效率为
解得
电动机的转子被卡住，回路电流为
电热丝上消耗的功率
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