第十二章 电能 能量守恒定律 单元能力过关卷（A）
（时间：60分钟 满分：100分）
一、单选题（本小题共8小题，每小题只有一个选项符合题意，每小题4分，共32分）
1．（2023·全国·高三专题练习）下列有关风能的说法正确的是（ ）
①风能其实是太阳能的一种转换形式
②风能和水能、太阳能等都是清洁能源
③风力发电由风能转换为机械能，再转化为电能
④推广可利用太阳能、风能的城市照明系统，发展低碳经济和循环经济，有利于改善环境质量
A．①②③④ B．②③④ C．①②③ D．①②④
【答案】A
【详解】地球表面大量空气流动所产生的动能叫风能，而空气流动主要是由两地受阳光照射的强度不同而导致的温度差异引起的，故风能是太阳能的一种转换形式，故①正确；风能和水能、太阳能等是可再生的绿色能源，故②正确；风力发电的原理是：风力带动风车叶片旋转，发电机在风车叶片转轴的带动下发电，实现能量从风能转换为机械能，再转化为电能，故③正确；发展低碳经济和循环经济，推广利用太阳能、风能的城市照明系统，降低发电用的能耗，符合低碳环保理念，故④正确，综上所述。
故选A。
2．（2022·山东·邹平市黄山中学高二阶段练习）冬天人们喜欢用电热毯来取暖。现有一个家庭使用电热毯的电阻的阻值是550Ω，正常接在家庭电路中使用的时候，电热毯在10s内产生的热量为（ ）
A．600J B．720J C．880J D．1 200J
【答案】C
【详解】电热毯为纯电阻电路，根据焦耳定律有
故选C。
3．（2023·江苏·高二学业考试）如图所示，若滑动变阻器的滑片P向C端移动时，小灯泡变亮，那么应将N接（ ）
A．B接线柱 B．C接线柱 C．D接线柱 D．以上都可以
【答案】B
【详解】根据题意可知，小灯泡变亮表明电路中的电流增大，滑动变阻器接入电路中的电阻值减小，长度变短，而滑动变阻器连入电路的电阻由下面的接线柱决定，只有N接C才能满足题意。
故选B。
4．（2022·湖南· 邵东市第一中学高二阶段练习）在如图所示的U一I图像中，直线I为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的U一I图线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图下面说法错误的是（ ）
A．电源的电动势为3V，内阻为0.5Ω B．电阻R的阻值为1Ω
C．电源的效率为50% D．电源的输出功率为4W
【答案】C
【详解】A．根据闭合电路欧姆定律得
图像中直线I表示电源的路端电压与电流的关系图线，可知当时，，读出电源的电动势，图线的斜率大小表示内阻大小，则
A正确；
B．根据欧姆定律可知，伏安特性曲线的斜率表示电阻值，则电阻
B正确；
C．当电源直接与电阻R相连组成闭合电路时，由于电源内部和外电路电流大小相同，则电源的效率
C错误；
D．图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图读出电压，电流，则电源的输出功率为
D正确。
选错误的，故选C。
5．（2022·重庆巴蜀中学高二阶段练习）如图，图线AB是某电源的路端电压随电流变化的关系图线，OM是固定电阻R两端的电压随电流变化的图像，由图可知（ ）
A．固定电阻R的阻值为1Ω
B．该电源的电动势为6V，内阻为2Ω
C．当该电源只向电阻R供电时，其效率约为33.3%
D．该电源的最大输出功率为9W
【答案】D
【详解】A．由图线OM可知
故A错误；
B．根据闭合电路欧姆定律可得，由图线AB可知电源的电动势为
短路电流为
则电源内阻
故B错误；
C．当该电源只向电阻R供电时，电源效率为
故C错误；
D．电源的输出功率
当时电源的输出功率最大，所以该电源的最大输出功率
故D正确。
故选D。
6．（2022·山东·青岛二中高二阶段练习）如图所示电路，电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，当开关S闭合后，电动机M和指示灯L都恰能正常工作，则下列说法中正确的是（ ）
A．电动机的额定电压为
B．电源的输出功率为
C．电动机的输出功率为
D．整个电路的热功率为
【答案】D
【详解】A．由于电动机是非纯电阻，不适用欧姆定律求解电动机的相关物理量，本题中电动机正常工作，计算其额定电压只能用串联电路分压特点，通过灯泡来求解，即电动机的额定电压应为
A错误；
B．电源的输出功率应为
B错误；
C．电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率值，应为
C错误；
D．整个电路的热功率电源内阻、灯泡电阻、电动机电阻三者的热功率之和，即为
D正确。
故选D。
7．（2022·河南·邓州春雨国文学校高二阶段练习）电路图如图甲所示，图乙是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为，定值电阻。以下说法中正确的是（ ）
A．电源的内阻为
B．当时电源的输出功率最大
C．当时电源的输出功率最大
D．当时消耗的功率最大
【答案】C
【详解】A．根据闭合电路欧姆定律可得
可知图像的纵轴截距等于电动势，则有
图像的斜率绝对值等于内阻，则有
故A错误；
BC．设电路外电阻为，则电源的输出功率为
可知当外电阻时，电源的输出功率最大，则有
故B错误，C正确；
D．消耗的功率为
可知当
消耗的功率最大，故D错误。
故选C。
8．（2022·全国·高三专题练习）如图所示，电源的电动势为E=6V，内阻r=1，保护电阻R0=4，ab是一段粗细均匀且电阻率较大的电阻丝，总阻值为10，长度l=1m，横截面积为0.2cm2。下列说法正确的是（ ）
A．当电阻丝接入电路的阻值为1时，电阻丝的功率最大
B．当电阻丝接入电路的阻值为4时，保护电阻的功率最大
C．电源效率的最小值为80%
D．电阻丝的电阻率为
【答案】C
【详解】A．根据推论，当外电阻与电源内阻相等时，电路的输出功率最大。将保护电阻等效为内阻，当电阻丝接入电路的阻值为时，电阻丝的功率最大，选项A错误；
B．电路中电流越大，保护电阻的功率越大，当电阻丝接入电路的阻值为0时，保护电阻的功率最大，选项B错误；
C．外电阻越小，电源效率越小，当电阻丝接入电路的阻值为0时，电源效率的最小值为80%，选项C正确；
D．根据电阻定律
代入数据可得电阻丝的电阻率为
选项D错误；
故选C。
二、多选题（本小题共4小题，每小题4分，共16分每小题至少有一个选项符合题意，错选或多选不得分，漏选得2分）
9．（2022·福建福州·高二期末）如图所示的电路中，电源、电动势E=36V，内阻r=1Ω，电灯L上标有“6V，12W”字样，直流电动机M线圈电阻R=2Ω。接通电源后，电灯恰能正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．电路中的电流为2A B．电动机两端的电压为4V
C．电动机产生的热功率为60W D．电动机输出的机械功率为48W
【答案】AD
【详解】A．点灯正常发光，则电路中电流为
故A正确；
B．电源内阻的电压为
则电动机两端的电压为
故B错误；
C．根据焦耳定律，电动机的热功率为
故C错误；
D．电动机的机械功率为
故D正确。
故选AD。
10．（2022·全国·高三课时练习）细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（ ）
A．小球机械能不守恒
B．小球能量正在消失
C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化
D．总能量守恒，但小球的机械能减少
【答案】AD
【详解】A．小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；
B．小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；
CD．小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确。
故选AD。
11．（2022·山东师范大学附中高二阶段练习）如图所示，a、b分别表示一个电池组和一只电阻的伏安特性曲线，将该电阻接在该电池组两端，以下说法正确的是（ ）
A．电池组的总功率为12W
B．电阻的阻值约为0.33Ω
C．改变外电阻的阻值时，该电池组的最大输出功率为6W
D．将该电阻接在该电池组两端，电池组的输出功率是3W
【答案】ABD
【详解】A．由图可知，电池组的电动势为4V，电路中的电流为3A，则电池组的总功率为
故A正确；
B．电阻的阻值等于b图线的斜率大小，即为
故B正确；
C．当外电阻与电源内阻相等时，电源输出功率最大，所以
故C错误；
D．两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端的工作状态，所以电池组的输出功率为
故D正确。
故选ABD。
12．（2022·湖南·汉寿县第一中学高二阶段练习）如图所示，电源电动势为，内阻为r，电容器的下极板接地，闭合开关，滑动变阻器的滑片在端，电容器内有一带电油滴恰好处于静止状态，若电流表视为理想电表，将滑动变阻器的滑片向端移动，移动过程中，油滴没有和极板相碰，则在移动过程中（ ）
A．电容器上级板的电势一直升高
B．电阻消耗的电功率先减小后增大
C．油滴在运动过程中先向上运动后向下运动
D．电流表示数一直在增大
【答案】BD
【详解】B．滑动变阻器的滑片在端时，滑动变阻器被断路，当滑片向端移动时，滑动变阻器以滑片左右两部分并联接入电路，接入电路电阻阻值逐渐增大，当滑片滑到中间位置时，滑动变阻器接入电路的阻值达到最大值，滑片继续向b端滑动时，接入电路电阻阻值开始减小，直到滑至b端时滑动变阻器又短路，接入电阻又为零，故电路总电阻先增大后减小，最后恢复到初始值，电路总电流先减小后增大，最后恢复到初始值。电阻消耗的电功率为
故电阻消耗的电功率先减小后增大，故B正确；
A．由于是直流电源，电阻没有电流流过，因此电容器上极板的电势与电阻上端的电势相等，故两极板间的电压为
因此电容器两极板间电压先增大后减小，由于下极板电势为零，故上级板的电势先升高后降低，故A错误；
C．由于电容器电压先增大后减小，最后减小到初始值，因此油滴受到的电场力先增大后减小，最后减小到初始值，油滴一直向上运动，运动方向未改变，故C错误；
D．由图可知电流表所测电流即为滑动变阻器滑片右侧部分接入并联电路的电流，刚开始时滑动变阻器左侧短路，左侧接入部分电流为电路总电流，为零，随着滑片向右移动，逐渐减小，逐渐增大，滑片到达最右端时，滑动变阻器右侧短路，此时为零，为电路总电流，故D正确。
故选BD。
13．（6分）（2022·云南省玉溪第三中学高三阶段练习）一同学用伏安法测量一节干电池的电动势和内阻，可供选择的器材有：
A．电流表A1（量程为1mA，内阻为100Ω）；
B．电流表A2（量程为120mA，内阻为20Ω）；
C．定值电阻；
D．定值电阻；
E．定值电阻；
F．定值电阻；
G．滑动变阻器R；
H．开关、导线若干。
（1）要求使用所提供的器材改装成一量程为的电流表，则需选择的电流表为_______、定值电阻为________。（均填写器材前的字母）
（2）要求使用所提供的器材改装成一量程为的电压表，则需选择的电流表为______、定值电阻为________。（均填写器材前的字母）
（3）利用改装后的电表设计电路如图甲所示（图中、均为改装后的电表），将测量所得数据描点、作图，得到电压表的电压U和电流表的电流I的关系图像如图乙所示，则电池的电动势_______V，内阻_______Ω。（结果均保留三位有效数字）
【答案】 B C A F 1.47 4.90
【详解】（1）[1][2]改装成一量程为0.6A的电流表，需要将量程较大的电流表A2并联一个定值电阻，并联电阻的阻值
故定值电阻选R1；
（2）[3][4] 改装成一量程为1.5V的电压表，需要将剩余电流表A1串联一个定值电阻，串联定值电阻的阻值
故定值电阻选R4；
（3）[5][6]根据
图像与纵轴的交点为电动势，斜率的绝对值等于内电阻，因此
14.（9分）（2022·山东·潍坊实验中学高二阶段练习）利用如图（a）所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源，电阻箱R（最大阻值999.9Ω），电阻R0（阻值为3.0Ω），电阻R1（阻值为3.0Ω），电流表A（量程为200mA，内阻为RA＝6.0Ω），开关S。
实验步骤如下：
①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；
②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；
③以为纵坐标，R为横坐标，作图线（用直线拟合）；
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b；
回答下列问题：
（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为______________；
（2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0Ω时，电流表的示数如图（b）所示，读出数据，完成下表，①________，②________；
R/Ω 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
I/A 0.143 0.125 ① 0.100 0.091 0.084
/A-1 6.99 8.00 ② 10.0 11.0 11.9
（3）在图（c）的坐标纸上描点并作图_____；根据图线求得斜率k＝_____A-1·Ω-1，截距b＝_____A-1；
（4）根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。
【答案】 0.110 9.09 见解析图 1.0（0.96～1.04均可） 6.0（5.9～6.1均可） 3.0（2.7～3.3均可） 1.0（0.6～1.4均可）
【详解】（1）[1]根据闭合电路欧姆定律有
代入数据化简得
（2）[2][3]电流表每小格表示4mA，因此电流表读数为
（3）[4]在坐标纸上描点，画出一条直线，如图所示
[5][6]由图可知，斜率为
截距为
（4）[7][8]根据表达式，图线的斜率为
解得
纵截距为
解得
四、解答题（本题共3小题，解答过程要有适当的文字说明，只给结果没有步骤的不得分，共37分）
15．（10分）（2022·山东·临朐县实验中学高二阶段练习）如图所示，电源电动势E=8V，内阻r=0.8Ω，闭合开关S后，标有“6V，3W”的灯泡恰能正常发光，电动机M的内阻R0=2Ω，求：
（1）流过电源的电流；
（2）电动机的发热功率。
【答案】（1）2.5A；（2）8W
【详解】（1）由于灯泡正常发光，可知路端电压为
U=6V
则电源的内电压为
Ur=E-U=8V-6V=2V
故流过电源的电流为
（2）流过灯泡的电流为
则流过电动机的电流为
IM=I﹣IL=2.5A-0.5A=2A
故电动机的发热功率为
P热=IM2R0=22×2W=8W
16．（12分）（2021·全国·高三课时练习）有一种全自动手表，既不需要上发条，也不用任何电池，却能不停地走下去，这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持指针走动的能量是从哪里来的吗？你能设法验证吗？
【答案】不是，见解析，见解析
【详解】所谓“全自动”手表内部还是有能量转换装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停地摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动。
17．（15分）（2021·全国·高二期末）.加速度计是测定物体加速度的仪器，在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船制导系统的信息源.图14－15所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，架与待测系统固定在一起.敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转换为电信号输出.已知敏感元件的质量为m,两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，内阻为r，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，调整接点C的位置，使静态时输出电压为零.
（1）当系统做匀加速运动时，试写出加速度a与电压表示数U的对应关系，以便重新刻制到电压表表盘，使它成为直接读加速度值的加速度计；
（2）为什么C点设置在电阻丝AB的中间 对电压表的零刻度在表盘上的位置应有什么要求 表盘的加速度刻度是否均匀
【答案】（1）U= （2）由上式可知，m、E、R、r、k、L均为常数，则系统加速度a与电压表示数U成正比，可将电压表上刻度相应地改成加速度a的数值，因而可知表盘上加速度a的刻度与电压刻度一样是均匀的.利用这个装置也可测定系统减速时的加速度，故电压表的零刻度应在刻度盘的中央位置
【详解】（1）设敏感元件从平衡位置移动距离x，滑臂滑过的距离也为x.则有2kx=ma.滑臂滑过的距离为x时输出电压为 U=IRx,其中I=，Rx=.
消去x，加速度a与输出电压U的关系式为U=.
（2）由上式可知，m、E、R、r、k、L均为常数，则系统加速度a与电压表示数U成正比，可将电压表上刻度相应地改成加速度a的数值，因而可知表盘上加速度a的刻度与电压刻度一样是均匀的.利用这个装置也可测定系统减速时的加速度，故电压表的零刻度应在刻度盘的中央位置.
