2020-2021学年粤教版 高中物理必修第三册单元测试卷第五章　电能与能源的可持续发展 Word版含解析

第五章　
(题目较难，有志冲击“双一流”高校的学生选做)
1．关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是(　　)
A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程
B．化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭
C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源
D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭
【答案】C　【解析】能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误．
2．两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上，两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热量分别为QA、QB，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则(　　)
A．vA>vB，QA>QB B．vAC．vA＝vB，QAvB，QA＝QB
【答案】D　【解析】两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力Ff相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Q＝FfΔx相同，根据能量守恒定律有mv2＝QA＋mv，mv2＝QB＋mv＋mBv′2，由以上两式可知vA>vB，综上所述D正确．
3．在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．则当这台电动机正常运转时(　　)
A．电动机的内阻为7.5 Ω
B．电动机的内阻为2.0 Ω
C．电动机的输出功率为30.0 W
D．电动机的输出功率为26.0 W
【答案】D　【解析】因为电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A和1.0 V，电动机在没有将电能转化为机械能时属于纯电阻元件，电动机的内阻r＝＝＝1.0 Ω，故A、B错误；当电动机正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率为P总＝U2I2＝15.0 V×2.0 A＝30.0 W，此时电动机的发热功率为P热＝Ir＝(2.0 A)2×1.0 Ω＝4.0 W，故电动机的输出功率为P出＝P总－P热＝30.0 W－4.0 W＝26.0 W，C错误，D正确．
4．(多选)如图所示，理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动扇叶转动，电热丝给空气加热，利用热风将头发吹干．电动机的线圈电阻为R1，与电阻为R2的电热丝串联后接到输出电压为U的电源上，电路中电流为I，则(　　)
A．电动机的输出功率为
B．电动机两端的电压为U－IR2
C．电吹风机的发热功率为I2(R1＋R2)
D．电吹风机消耗的电功率为I2(R1＋R2)
【答案】BC　【解析】电动机的输入功率为(U－IR2)I，电动机的输出功率为UI－I2(R1＋R2)，故A错误；含电动机电路是非纯电阻电路，电动机两端的电压为U－IR2，故B正确；电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2(R1＋R2)，电吹风机消耗的功率P＝IU要大于发热功率，故C正确，D错误．
5．(多选)如图所示，E表示电源电动势、I表示电路中的电流、U表示电源的路端电压、P表示电源的输出功率，当外电阻R变化时，下列图像中可能正确的是(　　)
【答案】CD　【解析】电源的电动势与外电路的电阻无关，A错误；由闭合电路的欧姆定律I＝可知I-R图像不是直线，B错误；U＝IR＝＝，则随R增加，U增大，当R→∞时U→E，C正确；P＝I2R＝＝，因当r＝R时，P最大，可知图像D正确．
6．如图所示，A、B两点间电压为18 V，R1＝0.2 Ω，电动机M线圈的电阻也是0.2 Ω，电路中的电流是25 A，则此电路中电能转化为机械能的效率是(　　)
A．72% B．28%
C．55.6% D．44.4%
【答案】D　【解析】电路中总的电功率P＝UI＝450 W，电路中的热功率P热＝I2(R1＋r)＝250 W，则电路中电能转化为机械能的效率为η＝×100%≈44.4%，D正确．
7．(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明(　　)
A．在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化
B．在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能
C．在水平面上滚动时，总能量正在消失
D．在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒
【答案】AD　【解析】在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的．
8．(多选)如图甲所示，电源E＝12 V，内阻不计，灯泡L的额定电压为9 V，其伏安特性曲线如图乙所示，滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω.则(　　)
A．灯泡L的阻值随电流的增大而减小
B．灯泡L的额定功率为13.5 W
C．灯泡L消耗电功率的最小值是2 W
D．滑动变阻器接入电路的阻值应至少为6 Ω
【答案】BC　【解析】由I-U图像可知，灯泡的电阻随电流的增大而增大，故A错误；由图像可知，当灯泡的电压U＝9 V时，电流I＝1.5 A，所以灯泡的额定功率为P＝UI＝9×1.5 W＝13.5 W，故B正确；当R＝10 Ω时，电流最小，灯泡消耗的电功率最小，以r＝R＝10 Ω，E＝10 V的等效电源在图乙中作电源的I-U图像交曲线，可得此时灯泡的电流I′＝1.0 A，电压U′＝2 V，所以灯泡的功率P′＝U′I′＝2×1 W＝2 W，故C正确；因灯泡的额定电流为I＝1.5 A，正常工作时的电阻RL＝＝ Ω＝6 Ω，根据闭合电路欧姆定律有I＝，可得R＝－RL＝ Ω＝2 Ω，即滑动变阻器接入电路的电阻至少为2 Ω，故D错误．
9．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随电流变化的U-I图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的U-I图线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是(　　)
A．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻相等
B．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2
C．电源1与电源2的内阻之比是7∶11
D．由于小灯泡L的U-I图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用
【答案】B　【解析】根据图像交点知与电源1相接时电阻R1＝ Ω，与电源2相连接时R2＝ Ω，在这两种连接状态下，小灯泡的电阻不相等，故A错误；小灯泡U-I图线与电源U-I图线的交点即为灯泡与电源连接时的工作状态，则连接电源1时，U1＝3 V，I1＝5 A，故P1＝U1I1＝15 W，连接电源2时，U2＝5 V，I2＝6 A，故P2＝U2I2＝30 W，所以小灯泡消耗的功率之比为P1∶P2＝1∶2，故B正确；U-I图像的斜率的绝对值表示电源内电阻，根据电源U-I图线，r1＝ Ω，r2＝ Ω，则r1∶r2＝11∶7，故C错误；欧姆定律适用于纯电阻，灯泡是纯电阻用电器，适用欧姆定律，故D错误．
10．(多选)如图所示，一台直流电动机所加电压为110 V，通过的电流为5 A .该电动机在10 s内把一个质量为50 kg的物体匀速提高了9 m，不计摩擦，g取10 m/s2，在此过程中(　　)
A．电动机的输入功率为450 W
B．电动机输出机械能为550 W
C．电动机的发热功率为100 W
D．电动机线圈的电阻为4 Ω
【答案】CD　【解析】电功率输入功率P＝UI＝110×5 W＝550 W，机械能E＝mgh＝50×10×9 J＝4 500 J，产生的内能Q＝W－E＝Pt－E＝(550×10－4 500)J＝1 000 J，热功率P热＝＝100 W，由焦耳定律Q＝I2Rt，得R＝＝ Ω＝4 Ω.综上所述，C、D正确．
11．一辆电动自行车的铭牌上给出的技术参数如下表．质量M＝70 kg的人骑着此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力f恒为车和人总重力的k倍，k＝0.02.取g＝10 m/s2.求：
规格 后轮直流永磁铁电动机
车型 26″电动自行车 额定输出功率 120 W
整车质量 30 kg 额定电压 40 V
最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A
(1)此电动自行车的电动机在额定电压下正常工作时的效率；
(2)仅在电动机以额定功率提供动力的情况下，人骑车行驶的最大速率；
(3)仅在电动机以额定功率提供动力的情况下，当车速v＝2.0 m/s时，人骑车的加速度大小．
【答案】(1)85.7%　(2)6.0 m/s　(3)0.4 m/s2
【解析】(1)由题表可知，电动机的额定电压为U0＝40 V，额定电流为I0＝3.5 A，所以电动机正常工作时的输入功率为P入＝U0I0＝140 W
又电动机的输出功率为P出＝120 W
所以电动机的效率为η＝×100%＝85.7%.
(2)设车的质量为m，则车行驶时所受阻力为f＝k(M＋m)g
当达到最大速度vm时，应有P出＝fvm
所以最大速度vm＝＝6.0 m/s.
(3)当车速为v＝2.0 m/s时，牵引力F＝＝60 N
设此时车的加速度大小为a，根据牛顿第二定律得
F－f＝(M＋m)a，解得a＝0.4 m/s2.
12．如图所示，电源的电动势E＝110 V，电阻R1＝21 Ω，电动机绕组的电阻R0＝0.5 Ω，开关S1始终闭合．当开关S2断开时，电阻R1的电功率是525 W；当开关S2闭合时，电阻R1的电功率是336 W，求：
(1)电源的内电阻；
(2)当开关S2闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率．
【答案】(1)1 Ω　(2)1 606 W
【解析】设S2断开时R1消耗的功率为P1，
则P1＝2R1
代入数据解得r＝1 Ω.
(2)设S2闭合时R1两端的电压为U，消耗的功率为P2，则
P2＝
解得U＝84 V
由闭合电路欧姆定律得E＝U＋Ir
代入数据，得I＝26 A
设流过R1的电流为I1，流过电动机的电流为I2，则
I1＝＝4 A
而电流关系I1＋I2＝I
所以I2＝22 A
由UI2＝P出＋IR0
代入数据得P出＝1 606 W.
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