2021_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律单元检测含解析新人教版必修.doc

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1、单元素养检测(四)(第十二章)(90分钟100分)【合格性考试】(60分钟60分)一、选择题(本题共9小题,每小题3分,共27分。)1.如图所示是一种新型节能路灯。它“头顶”小风扇,“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计解释合理的是()A.太阳能电池板将太阳能转化为电能B.小风扇是用来给太阳能电池板散热的C.小风扇是风力发电机,将电能转化为机械能D.蓄电池在夜晚放电时,将电能转化为化学能【解析】选A。这种新型节能路灯,“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能;“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能,这样只要有风,这种路灯也可以发电,填补了阴天和晚上不能发电的空白,可用于路灯晚上照明使用;蓄电

2、池在夜晚放电时,将化学能转化为电能;故A正确,B、C、D错误。2.关于能量耗散,下列说法中正确的是()A.能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了B.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上越来越少D.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性【解析】选D。能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变,但是总的能量是守恒的,能量不能凭空产生,也不能凭空消失,故A、B错误;能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上并未减少,但是在可利用的品质上降低了,故C错误;根据热力学定律可知,宏观自然过程自发进行是有其方向性的,能量耗散

3、就是从能量的角度反映了这种方向性,故D正确。3.关于四个公式P=UI;P=I2R;P=;P=,下列叙述正确的是()A.公式适用于任何电路的电功率的计算B.公式适用于任何电路的电功率的计算C.公式适用于任何电路的电功率的计算D.以上均不正确【解析】选A。公式适用于任何电路的电功率的计算,而只适用于纯电阻电路的电功率的计算。故A正确,B、C、D错误。4.如图所示,a、b、c为同一种材料做成的电阻,b与a的长度相等但横截面积是a的两倍;c与a的横截面积相等但长度是a的两倍。当开关闭合后,三个理想电压表的示数关系是()A.V1的示数是V3的2倍B.V1的示数是V2的2倍C.V2的示数是V1的2倍D.V

4、2的示数是V3的2倍【解析】选B。由题意可知:Lc=2La=2Lb,Sb=2Sa=2Sc;设b的电阻Rb=R,由电阻定律R=得:Ra=2Rb=2R,Rc=2Ra=4R,RcRaRb=421。由电路图可知,a、b、c三个电阻串联,通过它们的电流相等,由U=IR得:UcUaUb=421,故UV3UV1UV2=421,所以B正确。5.A、B两灯的额定电压都是110 V,A灯的额定功率PA=100 W,B灯的额定功率PB=40 W,若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路上,且使两灯均能正常发光,同学们设计了如图所示的甲、乙两种电路,则甲、乙两电路消耗的电功率之比为()A.27B.25C.57D.37

5、【解析】选C。A灯的额定电流为:IA= A= A,B灯的额定电流为:IB= A= A,甲图电路的功率为:P甲=IAU=220 W=200 W乙图电路的功率为:P乙=(IA+IB)U=220 W=280 W甲、乙两电路消耗的电功率之比:P甲P乙=200280=57。故A、B、D错误,C正确。6.如图,电源的输出电压和A、B两灯的电阻均不变。若滑动变阻器R的滑片向左移动,则()A.A、B两灯均变亮B.A、B两灯均变暗C.A灯变暗,B灯变亮D.A灯变亮,B灯亮度不变【解析】选D。因电源输出电压不变,故两支路两端的电压不变;R的滑片向左移动时,接入电阻减小,故A中电流增大;A灯变亮;而B灯两端电压不变

6、,故B灯亮度不变;故D正确,A、B、C错误。7.一台电动机额定电压为U,线圈电阻为r,电动机正常工作时通过电动机线圈的电流强度为I,电动机正常工作时间为t时,以下说法正确的是()A.电动机消耗的电能为I2rtB.线圈r产生的热量为UItC.I=D.电动机输出的机械能为UIt-I2rt【解析】选D。电动机是非纯电阻元件,电动机消耗的电能W=UIt,故A错误;线圈电阻是r,通过线圈的电流是I,研究线圈产生的焦耳热时,线圈是纯电阻元件,线圈r产生的热量为Q=I2rt,故B错误;此电路为非纯电阻电路,不满足欧姆定律,所以I,故C错误;由能量守恒定律知,电动机输出的机械能W机=UIt-I2rt,故D正确

7、。8.如图所示电路,两电压表为理想电表,将开关K闭合,当滑动变阻器的滑片向左滑动时()A.电压表V1的示数不变B.电压表V1的示数变小C.电压表V2的示数变小D.电压表V2的示数不变【解析】选C。由图可知,电路中R1与R2串联接在电源两端,电压表V1测量R1两端的电压,V2测量路端电压,当滑片向左滑动时,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,因R1为定值电阻,故其两端电压增大,电压表V1的示数变大,故A、B错误;由闭合电路欧姆定律U=E-Ir可知,路端电压减小,电压表V2的示数变小,故C正确,D错误。9.饮水机是一种常见的家用电器,其工作电路可简化

8、为如图所示的电路,其中S是温度控制开关,当水温升高到一定温度时,它会自动切换,使饮水机处于保温状态;R2是饮水机加热管的电阻,R1是与加热管串联的电阻。该饮水机的额定电压是220 V,加热功率为550 W,保温时整机耗电量0.48 kW/24 h(不考虑R1、R2的阻值受温度影响)。当开关S闭合时,饮水机处于何种工作状态及R2的阻值为()A.加热220 B.加热88 C.保温88 D.保温220 【解析】选B。电源电压U不变,由P=可知,温控开关S闭合时,只有一只电阻工作,电阻小,则电功率大,为加热状态;由公式P=得R2的阻值:R2= =88 ;故B正确,A、C、D错误。二、实验题(12分)1

9、0.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。现有开关和导线若干及以下器材:A.电流表(00.6 A,内阻约1 )B.电压表(03 V,内阻约3 k)C.滑动变阻器(050 ) D.滑动变阻器(0500 )(1)实验中滑动变阻器应选用_。(选填相应器材前的字母)(2)要求尽量减小实验误差,应选择的实验电路是图1中的_(选填“甲”或“乙”)。(3)某位同学记录的6组数据如表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线。序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.060.120.240.260.36

10、0.48(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=_V,内阻r=_。(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。图3的各示意图中正确反映P-U关系的是_。【解析】(1)干电池的内阻很小,为了调节方便,滑动变阻器选C;(2)乙图中测量的等效干电池电阻为电流表内阻和干电池内阻之和,因为电流表内阻未知,故电路图选图甲;(3)根据题给数据,描点作图,U-I图线如图所示;(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势即为图线在纵轴的截距,即E=1.50 V;图线的斜率大小为电源的内阻,故内阻r= =0.83 ;(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电

11、压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化,由欧姆定律和功率表达式得P=,由P与U关系,可得P随U先增大后减小,故A、B、C错误,D正确。答案:(1)C(2)甲(3)见解析图(4)1.500.83(5)D三、计算题(本题共3小题,共21分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11.(7分)在如图所示的电路中电源内阻r=0.5 ,当开关S闭合后,电路正常工作,电压表的读数U=2.8 V,电流表的读数I=0.4 A。若所使用的电压表和电流表均为理想电表。求:(1)电阻R的阻值;(2)电源的内电压U内;(3)电源的电动势E。【解析】(1)由欧姆定律得:R= =7 ;(2)电源的内

12、电压为U内=Ir=0.40.5 V=0.2 V(3)根据闭合电路欧姆定律有:E=U+Ir=2.8 V+0.40.5 V=3 V答案:(1)7 (2)0.2 V(3)3 V12.(7分)如图所示,有一台提升重物用的直流电动机M,电动机的内阻为r=0.60 ,与电动机串联的定值电阻阻值为R=10 ,电路的路端电压为U=160 V。图中理想电压表的示数为110 V。求:(1)通过电动机的电流I是多大?(2)电动机的输入功率P是多大?(3)电动机的机械功率P是多大?【解析】(1)电动机和电阻串联,所以电流相等,电阻R两端电压U1=160 V-110 V=50 V,I= A=5 A(2)电动机的输入功率

13、P=UVI=1105 W=550 W。(3)电动机的热功率P热=I2r=15 W,所以电动机的机械功率P=P-P热=535 W答案:(1)5 A(2)550 W(3)535 W13.(7分)如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图,电动机内电阻r=1.0 ,电路中另一电阻R=4 ,直流电压U=120 V,电压表示数UV=100 V。试求:(1)通过电动机的电流;(2)输入电动机的电功率;(3)电动机的输出功率。【解析】(1)R两端电压为:UR=120 V-100 V=20 V则通过电阻R的电流为:I= A=5 A电动机与电阻R串联,则通过电动机的电流也为5 A;(2)电动机的输入功率为

14、:P=UVI=1005 W=500 W(3)电动机的输出功率为:P出=UVI-I2r=1005 W-521 W=475 W答案:(1)5 A(2)500 W(3)475 W【补偿训练】如图所示是利用电动机提升重物的示意图,其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物,它用细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S,重物P以速度v匀速上升,这时电流表和电压表的示数分别是I=5.0 A和U=110 V,重物P上升的速度v=0.70 m/s。已知重物的质量m=45 kg(g取10 m/s2)。求:(1)电动机消耗的电功率P电;(2)细绳对重物做功的机械功率P机;(3)电动机线圈的电阻R。【解析】(1)根据电功率

15、关系式有:P电=UI=1105 W=550 W,故电动机消耗的功率为550 W;(2)以重物为研究对象,由于重物匀速上升,有:F-mg=0P机=Fv联立,代入数据得:P机=315 W;故细绳对重物做功的机械功率为315 W;(3)根据功能关系有:P电=P机+P热P热=I2R联立,代入数据得:R=9.4 ;答案:(1)550 W(2)315 W(3)9.4 【等级性考试】(30分钟40分)14.(5分)处于山区的某校引入一台风力发电机,利用丰富的风能为学校供电。已知该风力发电机扇叶半径为8 m,空气平均密度为1.2 kg/m3,发电机所在处平均风速为5 m/s,该发电机将风的动能转化为电能的效率

16、为10%,该校配备的日光灯功率为20 W,则该发电机可供日光灯正常发光的数量约为()A.15盏B.75盏C.150盏D.750盏【解析】选B。单位时间内垂直流向扇叶旋转面积的气体质量为vS,S=r2,风能的最大功率可表示为:Pm=(vr2)v2= v3r2=15 072 W,发电机将风的动能转化为电能的效率为10%,所以转化的电能为1507.2 W,n=75盏,故B正确。15.(5分)如图所示为两电源的U-I图像,则下列说法不正确的是()A.电源的电动势比电源的电动势大B.当外接同样的电阻时,两电源的输出功率可能相等C.电源的内阻比电源的内阻大D.电源的短路电流比电源的短路电流大【解析】选B。

17、根据闭合电路欧姆定律得,U=E-Ir,当I=0时,U=E,即图线与纵轴交点表示断路状态,交点的纵坐标等于电源的电动势大小,图线的斜率大小等于电源的内阻,由图看出,电源的电动势和内阻均比电源大,故A、C正确;过原点O作出一条倾斜的直线,该直线与图线、的交点就表示该电阻与两电源连接时的工作状态,由图看出,直线与图线交点的两坐标的乘积大于直线与图线交点的两坐标的乘积,说明不论外接多大的相同电阻,电源的输出功率总比电源的输出功率大,故B错误;图像与横轴的交点表示短路电流,故电源的短路电流比电源的短路电流大,故D正确。本题选错误的,故选B。16.(5分)(多选)如图所示,将一个改装的电流表接入电路和标准

18、表进行校准,发现待测表的读数比标准表的读数偏大一些,如果表头G的示数Ig是准确的,出现的误差可能是选项中哪种原因引起的()A.Rg的测量值比真实值偏大B.Rg的测量值比真实值偏小C.所并联的R并比公式R并=计算出的R并偏小D.所并联的R并比公式R并=计算出的R并偏大【解析】选A、D。改装成的电流表(待测表)比标准表的读数偏大,说明流经表头G的电流偏大些,根据并联电路的特点,所并联的R并越大,流经表头G的电流越大,所以R并比公式R并=计算出的R并偏大。同样如果Rg的测量值比真实值偏大,也会使R并偏大,故选项A、D正确。17.(10分)在“测定蓄电池的电动势和内电阻”的实验中,备有如下器材:A.蓄

19、电池B.电流表(00.6 A,内阻约为0.1 )C.灵敏电流计G(满偏电流Ig=200 A,内阻rg=150 )D.滑动变阻器R1(020 ,2.0 A)E.电阻箱R2F.定值定阻R0=2 H.开关、导线若干(1)由于没有电压表,可把灵敏电流计G与电阻箱R2串联改装成量程为6 V的电压表,如图甲中电阻箱R2的阻值应为_。(2)按图甲所示电路图,请在乙图上补充完成实物连线。(3)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑片移动至图甲中的_(选填“a”“中央”或“b”)端。(4)丙图为该实验绘出的I1-I2图线(I1为灵敏电流计G的示数,I2为电流表A的示数),由丙图可求得被测蓄电池的电动势E=_V,内电阻

20、r=_(结果保留三位有效数字)。【解析】(1)根据电压表改装的原理,有Ig(rg+R2)=6 V,代入数据,得R2=29 850 (2)实物图如图所示;(3)在闭合开关S前,滑动变阻器连入电路电阻应最大,起到保护电路作用,则由图甲可知滑片应移到a端;(4)根据闭合电路欧姆定律,有E=U+I(R0+r)=I1(rg+R2)+(I1+I2)(R0+r)整理得I1=-I2结合图像,得=17510-6 A=联立,代入数据得r=2.50 E=5.25 V答案:(1)29 850(2)实物图见解析(3)a(4)5.252.5018.(15分)一台国产全自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如表。试根据表中提

21、供的数据计算:(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时,通过洗衣机的电流是多大?(2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min,则洗衣机耗电多少度?额定电压频率额定洗衣、脱水功率额定洗衣、脱水容量整机质量外形尺寸(长宽高)220 V50 Hz360 W3 kg33 kg542 mm550 mm920 mm【解析】(1)额定电压为U=220 V,而额定功率P=360 W,所以I= A=1.64 A(2)因为P=360 W,t=4060 s=2 400 s所以W=Pt=3602 400 J=0.24 kWh=0.24度答案:(1)1.64 A(2)0.24度【补偿训练】如图甲是定值电阻和标有“8 V8

22、 W”灯泡L的I-U关系图像。如图乙所示,电源电压恒定不变,滑动变阻器的最大阻值为12 。当开关S、S2闭合,开关S1断开,将滑动变阻器的滑片P滑到b端时,灯泡L的实际功率为1 W。求:(1)灯泡正常发光10 s,电流通过灯泡产生的热量。(2)电源电压。(3)当开关S、S1、S2同时闭合,调节滑片P,求电路消耗的最大功率。【解析】(1)因为P=,所以灯泡产生的热量为QL=PLt=8 W10 s=80 J;(2)当开关S、S2闭合,开关S1断开,将滑动变阻器R2的滑片P滑到b端时,灯泡与整个滑动变阻器串联。由图像知,灯泡实际功率P实L=1 W时,灯泡两端电压为U实L=2 V,I实=0.5 A,因为I=,所以滑动变阻器两端电压为U2=I实R2=0.5 A12 =6 V,所以电源电压为U=U实L+U2=2 V+6 V=8 V;(3)当开关S、S1、S2同时闭合,滑动变阻器滑片位于最左端,灯泡和定值电阻R1并联。因为U实L=U=U额=8 V,所以灯泡实际功率P实L=P额=8 W;由图甲可知定值电阻阻值为R1=10 ,所以R1功率为P1=6.4 W;电路消耗的最大功率为P总=P实L+P1=8 W+6.4 W=14.4 W。答案:(1)80 J(2)8 V(3)14.4 W- 14 -