2020-2021学年高二上学期物理人教版(2019)必修第三册 十二章 电能能量...

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

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

3.关于四个公式①P=UI;②P=I2R;③P=;④P=,下列叙述正确的是(　　)

A.公式①④适用于任何电路的电功率的计算

B.公式②③适用于任何电路的电功率的计算

C.公式①②③适用于任何电路的电功率的计算

D.以上均不正确

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.V2的示数是V3的2倍

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.2∶7    B.2∶5    C.5∶7    D.3∶7

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

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I2rt

B.线圈r产生的热量为UIt

C.I=

D.电动机输出的机械能为UIt-I2rt

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

9.饮水机是一种常见的家用电器,其工作电路可简化为如图所示的电路,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 Ω    B.加热　88 Ω

C.保温　88 Ω    D.保温　220 Ω

二、实验题(12分)

10.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(0～0.6 A,内阻约1 Ω)

B.电压表(0～3 V,内阻约3 kΩ)

C.滑动变阻器(0～50 Ω)　　 

D.滑动变阻器(0～500 Ω)

(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。

(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。 

(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________。 

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 Ω,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。

12.(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 Ω,与电动机串联的定值电阻阻值为R=10 Ω,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?

13.(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 Ω,电路中另一电阻R=4 Ω,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。

14　　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。

15.(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

16.(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①的电动势比电源②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①的内阻比电源②的内阻大

D.电源①的短路电流比电源②的短路电流大

17.(5分)(多选)如图所示,将一个改装的电流表接入电路和标准表进行校准,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

18.(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.蓄电池

B.电流表(0～0.6 A,内阻约为0.1 Ω)

C.灵敏电流计G(满偏电流Ig=200 μA,内阻rg=150 Ω)

D.滑动变阻器R1(0～20 Ω,2.0 A)

E.电阻箱R2

F.定值定阻R0=2 Ω

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________Ω。 

(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”“”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r=______Ω(结果保留三位有效数字)。 

19.(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

(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。

1.【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.【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,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,故D正确。

3.【解析】选A。公式①④适用于任何电路的电功率的计算,而②③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.【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,Rc∶Ra∶Rb=4∶2∶1。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:Uc∶Ua∶Ub=4∶2∶1,故UV3∶UV1∶UV2=4∶2∶1,所以B正确。

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=200∶280=5∶7。故A、B、D错误,C正确。

6.【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,故B灯亮度不变;故D正确,A、B、C错误。

7.【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。

8.【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.【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 Ω;故B正确,A、C、D错误。

10.【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= Ω=0.83 Ω;

(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,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)1.50　0.83　(5)D

11.【解析】(1)由欧姆定律得:

R== Ω=7 Ω;    ①

(2)电源的内电压为

U内=Ir=0.4×0.5 V=0.2 V②

(3)根据闭合电路欧姆定律有:

E=U+Ir=2.8 V+0.4×0.5 V=3 V③

答案:(1)7 Ω　(2)0.2 V　(3)3 V

12.【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P=UVI=110×5 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 W

13.【解析】(1)R两端电压为:

UR=120 V-100 V=20 V①

则通过电阻R的电流为:

I== A=5 A②

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:

P=UVI=100×5 W=500 W③

(3)电动机的输出功率为:

P出=UVI-I2r=100×5 W-52×1 W=475 W④

答案:(1)5 A　(2)500 W　(3)475 W

14【解析】(1)根据电功率关系式有:

P电=UI=110×5 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=0    ①

P机=F·v    ②

联立①②,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    ③

P热=I2R    ④

联立③④,代入数据得:R=9.4 Ω;

答案:(1)550 W　(2)315 W　(3)9.4 Ω

15.【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ρvS,S=πr2,风能的最大功率可表示为:Pm=(ρvπr2)v2=πρ 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。

16.【解析】选B。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①的电动势和内阻均比电源②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①、②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①交点的两坐标的乘积大于直线与图线②交点的两坐标的乘积,说明不论外接多大的相同电阻,电源①的输出功率总比电源②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①的短路电流比电源②的短路电流大,故D正确。本题选错误的,故选B。

17.【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。

18.【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 Ω

(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

=175×10-6 A①

=    ②

联立①②,代入数据得

r=2.50 Ω

E=5.25 V

答案:(1)29 850　(2)实物图见解析

(3)a　(4)5.25　2.50

19.【解析】(1)额定电压为U=220 V,而额定功率

P=360 W,

所以I== A=1. A①

(2)因为P=360 W,t=40×60 s=2 400 s②

所以W=Pt=360×2 400 J=0.24 kW·h=0.24度    ③

答案:(1)1. A　(2)0.24度

20　　【解析】(1)因为P==,

所以灯泡产生的热量为QL=PLt=8 W×10 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 A×12 Ω=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 Ω,

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