第五章　电能与能源的可持续发展 单元提升卷Word版含解析

第五章
(考试时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．
1．一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法中正确的是(　　)
A．物体机械能不变，内能不变
B．物体机械能减少，内能不变
C．物体机械能减少，内能增加，机械能与内能总量减少
D．物体机械能减少，内能增加，机械能与内能总量不变
【答案】D　【解析】物体沿粗糙斜面匀速滑下，由于摩擦，内能增加，机械能减少，由能量守恒可知，机械能转化成内能，但机械能和内能的总量不变．故A、B、C错误，D正确．
2．上海的某活动中引入了户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空．若减小风力，体验者在加速下落过程中(　　)
A．失重且机械能增加 B．失重且机械能减少
C．超重且机械能增加 D．超重且机械能减少
【答案】B　【解析】据题意，体验者飘浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故B正确．
3．关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　)
A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．在利用能源的过程中，能量在总量上并未减少
C．能量在转化过程中没有方向性
D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
【答案】B　【解析】自然界的总能量是守恒的，能量只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，能量不可能被创造；在利用能源的过程中，能量在总量上并未减少，能量转化具有方向性，因此要节约能源，故B正确，A、C、D错误．
4．三峡水电站是我国最大的水力发电站， 平均水位落差约为100 m，每秒约有1×104 m3的水用来发电，水的重力势能约有20% 转化为电能．已知水的密度为1.0×103 kg/m3.火力发电厂每发一度电大约需消耗标准煤0.3 kg，同时排放二氧化碳1 kg.关于三峡水电站，下列说法正确的是(　　)
A．三峡发电平均功率约为2×1012 W
B．每天的发电量约为4.8×107 kW·h
C．相比于同功率的火电厂，每天约可减少煤炭消耗 2×106 kg
D．相比于同功率的火电厂，每天约可减少二氧化碳排放4.8×106 kg
【答案】B　【解析】发电功率P＝＝ W＝2×109 W，A错误；每天的发电量W1＝Pt1＝2×106×24 kW·h＝4.8×107 kW·h，B正确；相比于同功率的火电厂，每天约可减少煤炭消耗4.8×107×0.3 kg＝1.44×107 kg，减少二氧化碳排放约为4.8×107×1 kg＝4.8×107 kg，C、D错误．
5．电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一只开关并联，然后再接到恒压电源上(如图所示)，下列说法正确的是(　　)
A．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大
B．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小
C．开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少
D．开关断开时，灯泡发光，可供在焊接时照明使用，消耗总功率不变
【答案】A　【解析】开关接通时，灯泡被短路，灯泡熄灭，电路的总电阻变小，电路的总功率P＝变大，电烙铁的功率变大，A正确，B、C、D错误．
6．在如图(a)所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)．闭合开关S，将滑动变阻器的滑动触头P从最右端滑到最左端，两个电压表(内阻极大)的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图(b)所示．则下列说法正确的是(　　)
A．图线甲是电压表V1示数随电流变化的图线
B．电源内电阻的阻值为10 Ω
C．电源的最大输出功率为1.5 W
D．滑动变阻器R2的最大功率为0.9 W
【答案】D　【解析】当滑片左移时，滑动变阻器接入电阻减小．则电路中总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大，而R1两端的电压增大，故乙表示是V1示数的变化，甲表示V2示数的变化，故A错误；由图可知，当只有R1接入电路时，电路中电流为0.6 A，电压为3 V，则由E＝U＋Ir可得E＝3＋0.6r.当滑动变阻器全部接入时，两电压表示数之比为，故＝.由闭合电路欧姆定律可得E＝5＋0.2r，解得r＝5 Ω，E＝6 V，故B错误；因当内阻等于外阻时，电源的输出功率最大，故当外阻等于5 Ω时，电源的输出功率最大，故此时电流I＝＝0.6 A，故电源的最大输出功率P＝UI＝1.8 W，故C错误；由C的分析可知，R1的阻值为5 Ω，R2电阻为20 Ω.当R1等效为内阻，则当滑动变阻器的阻值等于R＋r时，滑动变阻器消耗的功率最大，故当滑动变阻器阻值为10 Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，由闭合电路欧姆定律可得，电路中的电流I′＝ A＝0.3 A，则滑动变阻器消耗的最大功率P′＝I′2R′＝0.9 W，D正确．
7．一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36 V、10 A·h”字样．假设工作时电源(不计内阻)的输入电压恒为36 V，额定输出功率180 W．由于电动机发热造成能量损耗(其他损耗不计)，电动自行车的效率为80%，则下列说法正确的是(　　)
A．额定工作电流为10 A
B．动力电源充满电后总电荷量为3.6×103 C
C．电动自行车电动机的内阻为7.2 Ω
D．电动自行车保持额定功率行驶的最长时间是2 h
【答案】D　【解析】由公式I＝＝ A＝5 A，所以额定工作电流为5 A，故A错误；由动力电源上的铭牌可知，q＝It＝10×3.6×103 C＝3.6×104 C，故B错误；由题意可知，额定输出功率180 W，发热功率为Pr＝－P额＝45 W，额定工作电流为5 A，由公式Pr＝I2r，解得r＝1.8 Ω，故C错误；根据电池容量Q＝10 A·h，电流为5 A，则可得t＝＝2 h，故D正确．
8．如图所示，直线A是电源的路端电压与电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若这两个电阻分别接到这个电源上，则(　　)
A．R1接在电源上时，电源的效率高
B．R2接在电源上时，电源的效率高
C．R1接在电源上时，电源的输出功率大
D．电源的输出功率一样大
【答案】A　【解析】电源的效率η＝＝＝，效率与路端电压成正比，R1接在电源上时路端电压大，效率高，故A正确，B错误；由图线的交点读出，R1接在电源上时，U＝U0，I＝I0，电源的输出功率P1＝UI＝U0I0，R2接在电源上时U＝U0，I＝I0，电源的输出输出功率P2＝UI＝U0I0，故C、D错误．
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
9．如图所示，电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联，已知R0＝r，滑动变阻器的最大阻值是2r.当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，下列说法正确的是(　　)
A．电路中的电流变大
B．电源的输出功率先变大后变小
C．滑动变阻器消耗的功率变小
D．定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小
【答案】AC　【解析】当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，外电路电阻减小，电路中的电流变大，当滑片位于b端时，r＝R外，电源的输出功率最大，A正确，B错误；当把定值电阻R0看作电源内阻时，当滑动变阻器的滑片P位于a端时，滑动变阻器消耗的功率最大，由a端向b端滑动时，滑动变阻器消耗的功率变小，C正确；由P＝I2R0知，定值电阻R0上消耗的功率变大，D错误．
10．某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示．则判断正确的是(　　)
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．b、c线的交点与a、b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(非原点)
C．电源的最大输出功率Pm＝9 W
D．电源的电动势E＝9 V，内电阻r＝3 Ω
【答案】AB　【解析】在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，因为直流电源的总功率PE等于输出功率PR和电源发热功率Pr的和，所以这三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PC，故A正确．当内电阻和外电阻相等时，电源输出的功率最大，此时即为b、c线的交点N，表示电源的输出功率PR和电源内部的发热功率Pr相等；a、b相交时只有电源的内电阻，所以此时电流的大小为，功率的大小为，所以横坐标之比为1∶2，纵坐标之比为1∶4，故B正确．图线c表示电源的输出功率与电流的关系图像，很显然，最大输出功率小于3 W，故C错误．当I＝3 A时，说明外电路短路，根据知电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，故D错误．
11．如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V,12 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.50 Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是(　　)
A．电动机的输入功率为12 W
B．电动机的输出功率为12 W
C．电动机的热功率为2.0 W
D．整个电路消耗的电功率为22 W
【答案】AC　【解析】电动机两端的电压U1＝U－UL＝(12－6) V＝6 V，整个电路中的电流I＝＝ A＝2 A，所以电动机的输入功率P＝U1I＝6×2 W＝12 W，故A正确．电动机的热功率P热＝I2RM＝4×0.5 W＝2.0 W，则电动机的输出功率P2＝P－I2RM＝(12－2) W＝10 W，故B错误，C正确．整个电路消耗的功率P总＝UI＝12×2 W＝24 W，故D错误．
12．用标有“6 V,3 W”的灯泡L1、“6 V,6 W”的灯泡L2与理想电压表和理想电流表连接成如图甲所示的实验电路，其中电源电动势E＝9 V．图乙是通过两个灯泡的电流随两端电压变化的曲线．当其中一个灯泡正常发光时(　　)
A．电流表的示数为0.5 A
B．电压表的示数约为6 V
C．电路输出功率为6 W
D．电源内阻为2 Ω
【答案】AD　【解析】L1正常发光的电流为0.5 A，L2的正常发光电流为1 A，因两灯串联在电路中，只有一灯正常发光，则一定是L1正常发光，此时电路中的电流为0.5 A，此时电压表测L2两端的电压，即电压表的示数为2 V，由图可知L1的电压为U1＝6 V，此时路端电压为U＝U′1＋U′2＝2 V＋6 V＝8 V，电源的输出功率P＝UI＝8×0.5 W＝4 W，电源的内阻r＝＝ Ω＝2 Ω，故B、C错误，A、D正确．
三、非选择题：本题共6小题，共60分．
13．(8分)水库上建筑一条拦河坝，利用水库水位与拦河坝下游水位之间的落差，使水轮机转动，可以带动发电机发电．若水的重力势能有60%转化为电能，已知每分钟5 000 t的水流量可以使发电机得到的发电功率为4.9×107 W．水的落差是____________；如果水库的水不通过水轮机，而是自由下落到拦河坝下游的水面上，且水的重力势能全部转化为水的内能，则水温升高__________℃.[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)]
【答案】100 m　0.23
【解析】由P＝＝，得
h＝＝ m＝100 m
若重力势能全部转化为内能，则
mgh＝cmΔt，Δt＝＝ ℃≈0.23 ℃.
14．(10分)如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l，求这个过程中：小铁块增加的动能为____________；长木块减少的动能为____________；系统机械能的减少量为____________；系统产生的热量为___________．
【答案】μmg(l－L)　μmgl　μmgL　μmgL
【解析】画出这一过程两物体位移示意图，如图所示．根据动能定理得μmg(l－L)＝ΔEk，即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功．摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得ΔEkM＝－μmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl.系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.m、M间相对滑动的位移为L，根据能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能．
15．(10分)如图所示的电路中，电源的电动势E＝12 V，内阻未知，R1＝8 Ω，R2＝1.5 Ω，L为规格“3 V、3 W”的灯泡，开关S断开时，灯泡恰好正常发光．(不考虑温度对灯泡电阻的影响)试求：
(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻；
(2)电源的内阻；
(3)开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率．
【答案】(1)1 A　3 Ω　(2)1 Ω　(3)0.48 W
【解析】(1)灯泡的额定电流I0＝＝ A＝1 A
灯丝电阻RL＝＝Ω＝3 Ω
(2)断开S时，灯L正常发光，即I1＝I0，根据闭合电路欧姆定律E＝I0(R1＋RL＋r)
得r＝－(R1＋RL)＝Ω＝1 Ω.
(3)闭合S时，设外电路总电阻为R外，有
R外＝＋R1＝9 Ω
干路电流为I总＝＝1.2 A
灯泡两端的电压UL＝E－I总(R1＋r)＝1.2 V
灯泡实际消耗的功率P＝＝0.48 W.
16．(10分)三峡水力发电站是我国最大的水力发电站．三峡水库二期蓄水后，水位落差约135 m，通过发电机组的水流量约1.0×104 m3/s.水流通过水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能．(g取10 N/kg)求：
(1)发电站的发电功率最大是多少？
(2)徐州市约有800万人口(4口人一户家庭)，试估计三峡水电站可以供多少个相同规模的城市的家庭用电？附表：一般家庭用电情况
用电器 功率(W) 每天用电时间(h)
电饭煲 700 0.6
电冰箱 50(平均) 24
电视机 200 2
其他 240 4
【答案】 (1)2.7×109 W　(2)11个
【解析】 (1)在t秒内，通过发电机的水的质量是m＝ρV
用来发电的水的势能是E＝mgh
发电机发电功率P＝＝2.7×109 W.
(2)每天的发电量E＝Pt＝ kW·h＝6.48×107 kW·h
每个家庭的用电量E0＝(0.7×0.6＋0.05×24＋0.2×2＋0.24×4) kW·h＝2.98 kW·h
以每个家庭四口人计算，800万人口的城市家庭用电E1＝×2.98 kW·h＝5.96×106 kW·h
可以供电的城市个数是N＝＝≈11(个)．
17．(11分)图中电源电动势E＝12 V，内电阻r＝0.5 Ω.将一盏额定电压为8 V、额定功率为16 W的灯泡与一台线圈电阻R＝0.5 Ω的直流电动机并联后和电源相连，灯泡刚好正常发光，通电100 min.问：
(1)电源输出的能量是多少？
(2)电流对灯泡和电动机所做的功各是多少？
(3)灯丝和电动机线圈产生的热量各是多少？
【答案】(1)3.84×105 J　(2)9.6×104 J　2.88×105 J　(3)9.6×104 J　1.08×105 J
【解析】(1)灯泡两端电压等于电源两端电压，且U＝E－Ir
得总电流I＝＝8 A
电源输出的能量
E电＝IUt＝8×8×100×60 J＝3.84×105 J.
(2)通过灯泡的电流I1＝＝2 A
电流对灯泡所做的功
W1＝Pt＝16×100×60 J＝9.6×104 J
通过电动机的电流I2＝I－I1＝6 A
电流对电动机所做的功
W2＝I2U2t＝6×8×100×60 J＝2.88×105 J.
(3)灯丝产生的热量Q1＝W1＝9.6×104 J
电动机线圈产生的热量
Q2＝IRt＝62×0.5×6 000 J＝1.08×105 J.
18．(11分)如图甲所示，在圆形水池正上方，有一半径为r的圆形储水桶．水桶底部有多个水平小孔，小孔喷出的水在水池中的落点离水池中心的距离为R，水桶底部与水池水面之间的高度差是h.为了维持水桶水面的高度不变，用水泵通过细水管将洒落的水重新抽回到高度差为H的水桶上方．水泵由效率为η1的太阳能电池板供电，电池板与水平面之间的夹角为α，太阳光竖直向下照射(如图乙所示)，太阳光竖直照射时单位时间、单位面积接收的能量为E0.水泵的效率为η2，水泵出水口单位时间流出水的质量为m0 ，流出水流的速度大小为v0(不计水在细水管和空气中运动时所受的阻力)．求：
(1)水从小孔喷出时的速度大小；
(2)水泵的输出功率；
(3)为了使水泵的工作能维持水面的高度不变，太阳能电池板面积的最小值S是多大？
【答案】(1)　(2)m0gH＋m0v
(3)
【解析】(1)水从小孔喷出时速度沿水平方向，只受重力作用，做平抛运动，设水喷出时的速度大小为v，有R－r＝vt，h＝gt2，解得v＝.
(2)水泵做功，既改变水的势能，又改变水的动能．由功能关系得P＝m0gH＋m0v.
(3)考虑单位时间内的能量转化及利用效率，太阳能电池板接收太阳能的其中一部分转变成电能E1，电能通过水泵将其部分能量转变成水的势能与动能E2，有
E1＝ηE0Scos α，E2＝η2E1
由能量守恒得E2＝m0gH＋m0v
联立以上各式解得S＝.