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階段驗收評價(四) 電能　能量守恒定律
(時間：75分鐘　滿分：100分)
一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)
1．現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式。下列做法不符合節能要求的是(　　)
A．電腦使用完畢后關機并切斷電源
B．電視機長時間處于待機狀態
C．長時間外出需要切斷熱水器電源
D．手機充電結束后拔掉充電器
解析：選B　電腦使用完畢后關機并切斷電源，長時間外出需要切斷熱水器電源，手機充電結束后拔掉充電器，這三種做法符合節能要求，電視機長時間處于待機狀態不符合節能要求。故選B。
2．如圖所示為甲、乙兩燈泡的I U圖像，根據圖像，計算甲、乙兩燈泡并聯在電壓為220 V的電路中時實際發光的功率約為(　　)
A．15 W　30 W B．30 W　40 W
C．40 W　60 W D．60 W　100 W
解析：選C　從圖像的橫坐標(U)為220 V的刻度可找出對應的縱坐標(I)的值分別為I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A。則P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正確。
3.如圖所示的電路中，電源的電動勢為E，內電阻為r。閉合開關S，在滑動變阻器的滑片P向左移動的過程中，下列說法正確的是(　　)
A．電容器C上的電荷量增加
B．電源的總功率變小
C．電壓表讀數變大
D．電流表讀數變大
解析：選D　當滑片向左滑動的過程中，其有效阻值變小，所以根據閉合電路歐姆定律得知，干路電流變大，電源的內電壓變大，路端電壓變小，則電流表讀數變大，電壓表讀數變小，故C錯誤，D正確；與滑動變阻器并聯的電容器兩端電壓變小，電容不變，則由C＝知電容器C上電荷量減小，故A錯誤；電源的總功率P＝EI，與電流的大小成正比，則知電源的總功率變大，故B錯誤。
4.如圖所示電路，電阻R1未知。閉合開關，移動滑動變阻器R2的滑片P，通過電壓表、電流表示數可以求得的物理量是(　　)
A．E B．r
C．E和r D．E和r都不能
解析：選A　閉合開關，移動滑動變阻器R2的滑片P，記下電壓表和電流表的讀數U1和I1，再次改變滑片P的位置，得到電壓表和電流表的讀數U2和I2，則由閉合電路歐姆定律得E＝U1＋I1(R1＋r)，E＝U2＋I2(R1＋r)，由于R1未知，所以通過化簡，只能求出電源的電動勢為E＝，所以A正確，B、C、D錯誤。
5.如圖所示的火警報警裝置，R1為熱敏電阻，若溫度升高，則R1的阻值會急劇減小，從而引起電鈴電壓的增加，當電鈴電壓達到一定值時，電鈴會響。下列說法正確的是(　　)
A．要使報警的臨界溫度升高，可以適當增大電源的電動勢
B．要使報警的臨界溫度升高，可以把R2的滑片P適當向下移
C．要使報警的臨界溫度降低，可以適當減小電源的電動勢
D．要使報警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當向下移
解析：選D　要使報警的臨界溫度升高，R1對應的阻值減小，電路中電流會增大，電鈴兩端的電壓會增大，而電鈴電壓達到一定值時，電鈴會響，要使電鈴兩端的電壓仍為原來的值，必須適當減小電源的電動勢，相反，要使報警的臨界溫度降低，可以適當增大電源的電動勢，故A、C錯誤；要使報警的臨界溫度升高，R1對應的阻值減小，根據串聯電路的特點可知，將使電鈴的電壓增大，要使電鈴的電壓仍為原來的值，可以把R2的滑片P適當向上移，以減小R2；相反，要使報警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當向下移，故B錯誤，D正確。
6．中國空間站的電能主要由太陽能電池提供。一太陽能電池接入如圖所示的純電阻工作電路中，S1閉合、S2斷開時，電壓表的示數為400 mV；S1和S2均閉合時，電壓表的示數為200 mV。已知工作電路的電阻為10 Ω，電壓表的內阻足夠大，下列說法不正確的是(　　)
A．太陽能電池的電動勢為400 mV
B．太陽能電池的內阻為10 Ω
C．S1和S2均閉合時，通過太陽能電池的電流為10 mA
D．S1和S2均閉合時，通過工作電路的電流為20 mA
解析：選C　S1閉合、S2斷開時，電壓表的示數為400 mV，電壓表的內阻足夠大，可知太陽能電池的電動勢為E＝400 mV，故A正確；S1和S2均閉合時，電壓表的示數為200 mV，則電路電流為I＝＝ mA＝20 mA，根據閉合電路歐姆定律可得E＝I(R＋r)，可得太陽能電池的內阻為r＝－R＝ Ω－10 Ω＝10 Ω，故B、D正確，C錯誤。
7.在如圖所示的U I圖像中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關系圖像，直線Ⅱ為某一電阻R的伏安特性曲線。用該電源與電阻R組成閉合電路。由圖像判斷錯誤的是(　　)
A．電源的電動勢為3 V，內阻為0.5 Ω
B．電阻R的阻值為1 Ω
C．電源的效率為80%
D．電源的輸出功率為4 W
解析：選C　根據閉合電路歐姆定律得：U＝E－Ir，當I＝0時，U＝E，由題圖讀出電源的電動勢E＝3 V，內阻等于圖線的斜率的絕對值，則：r＝＝ Ω＝0.5 Ω，A正確；根據圖像可知電阻R＝＝1 Ω，B正確；電源的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝66.7%，C錯誤；兩圖線的交點表示該電源直接與電阻R相連組成閉合電路時工作狀態，由題圖讀出電壓U＝2 V，電流I＝2 A，則電源的輸出功率為：P出＝UI＝4 W，D正確。
二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)
8.如圖所示的電路中，電源電壓保持不變，閉合開關S，電路正常工作，過了一會兒，電流表A的示數變為零。若電路中故障發生在燈L、電阻R上，用一根導線來判斷電路故障，則下列判斷正確的是(　　)
A．將導線并聯在R兩端，電流表無示數，一定是L斷路
B．將導線并聯在L兩端，電流表無示數，一定是R斷路
C．將導線并聯在R兩端，電流表有示數，一定是R斷路
D．將導線并聯在L兩端，電流表有示數，一定是L斷路
解析：選CD　電流表A的示數變為零，說明電路故障為斷路。將導線與用電器并聯進行檢測時，若電流表有示數，說明與導線并聯的用電器斷路；若電流表無示數，說明另一個用電器斷路或兩個用電器都斷路。若將導線并聯在R兩端，電流表無示數，則可能是L斷路，也可能是R、L都斷路，故選項A錯誤；若將導線并聯在L兩端，電流表無示數，則可能是R斷路，也可能是R、L都斷路，故選項B錯誤；若將導線并聯在R兩端，電流表有示數，則一定是R斷路，選項C正確；若將導線并聯在L兩端，電流表有示數，則一定是L斷路，選項D正確。
9.國慶期間小明去逛超市，遇促銷打折，他買了一個電吹風，電吹風的使用說明書上給出了如表所示的參數及圖示電路圖。下列說法正確的是(　　)
電吹風銘牌參數
額定電壓 220 V
額定功率 熱風 1 000 W
冷風 250 W
A．該電吹風發熱電阻R的阻值約為64.5 Ω
B．該電吹風電動機M的內阻為193.6 Ω
C．當開關S1斷開、S2閉合時，電吹風吹冷風
D．當開關S1、S2均閉合時，電動機每秒鐘消耗的電能為1 000 J
解析：選AC　由題中表格可知發熱電阻的功率PR＝P－PM＝1 000 W－250 W＝750 W，所以該電吹風發熱電阻R的阻值R＝＝ Ω≈64.5 Ω，故A正確；電動機正常工作過程為非純電阻，不能使用公式R＝計算電動機內阻，故B錯誤；由題圖可知當開關S1斷開、S2閉合時，發熱電阻斷路，電動機工作，故吹冷風，故C正確；當開關S1、S2均閉合時，電動機正常工作，功率仍然為250 W，故電動機每秒鐘消耗的電能為W＝Pt＝250×1 J＝250 J ，故D錯誤；故選A、C。
10.某導體中的電流與其兩端電壓的關系如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．導體兩端加5 V電壓時，導體的電阻為5 Ω
B．導體兩端加5 V電壓時，導體的電阻為10 Ω
C．導體兩端加12 V電壓時，導體的電功率為18 W
D．隨著導體兩端電壓的增大，導體的電阻不斷減小
解析：選AC　當電壓為5 V時，電流值為1.0 A，根據歐姆定律可知R＝＝5 Ω，故A正確，B錯誤；當電壓為12 V時，電流值為1.5 A，根據功率公式可知P＝UI＝18 W，故C正確；I U圖像上的點與O點連線的斜率倒數表示導體的電阻，由圖像可知，隨電壓的增大，連線斜率減小，則電阻增大，故D錯誤。
三、非選擇題(本題共5小題，共54分)
11．(8分)某實驗小組選用以下器材測定電池組的電動勢和內阻，要求測量結果盡量準確。
電壓表(量程0～3 V，內阻約為3 kΩ)
電流表(量程0～0.6 A，內阻約為1 Ω)
滑動變阻器(0～20 Ω，額定電流1 A)
待測電池組(電動勢約為3 V，內阻約為1 Ω)
開關、導線若干
(1)該小組連接的實物電路如圖甲所示，經仔細檢查，發現電路中有一條導線連接不當，這條導線對應的編號是________。
甲
(2)改正這條導線的連接后開始實驗，閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應置于滑動變阻器的______(填“a”或“b”)端。
(3)實驗中發現調節滑動變阻器時，電流表讀數變化明顯但電壓表讀數變化不明顯。為了解決這個問題，在電池組負極和開關之間串聯一個阻值為5 Ω的電阻，之后該小組得到了幾組電壓表讀數U和對應的電流表讀數I，并作出U I圖像，如圖乙所示。根據圖像可知，電池組的電動勢為________V，內阻為________Ω。(結果均保留兩位有效數字)
乙
解析：(1)應用伏安法測電源電動勢和內阻，電壓表應測量電源兩端的電壓，故導線5接滑動變阻器的一端應改接到電源的正極或電流表的正極。
(2)滑動變阻器起保護電路的作用，因此閉合開關前，應將其接入電路的電阻調為最大值，故滑片P應置于a端。
(3)在電池組負極和開關間串聯一個阻值為5 Ω的電阻，由閉合電路歐姆定律有U＝E－I(r＋R)，所以U I圖線的縱軸截距表示電源電動勢，E＝2.9 V，圖線斜率的絕對值表示電源內阻與定值電阻串聯的總電阻，所以電源內阻為r＝－5Ω＝0.80 Ω。
答案：(1)5　(2)a　(3)2.9　0.80
12．(10分)(2024·黑龍江、吉林、遼寧高考)某探究小組要測量電池的電動勢和內阻。可利用的器材有：電壓表、電阻絲、定值電阻(阻值為R0)、金屬夾、刻度尺、開關S、導線若干。他們設計了如圖所示的實驗電路原理圖。
(1)實驗步驟如下：
①將電阻絲拉直固定，按照圖(a)連接電路，金屬夾置于電阻絲的________(填“A”或“B”)端；
②閉合開關S，快速滑動金屬夾至適當位置并記錄電壓表示數U，斷開開關S，記錄金屬夾與B端的距離L；
③多次重復步驟②，根據記錄的若干組U、L的值，作出圖(c)中圖線Ⅰ；
④按照圖(b)將定值電阻接入電路，多次重復步驟②，再根據記錄的若干組U、L的值，作出圖(c)中圖線Ⅱ。
(2)由圖線得出縱軸截距為b，則待測電池的電動勢E＝________。
(3)由圖線求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分別為k1、k2，若＝n，則待測電池的內阻r＝________(用n和R0表示)。
解析：(1)①為了保護電路，開關閉合前應將金屬夾置于電阻絲接入電路電阻最大處，即A端；(2)(3)設電阻絲的總電阻為R，總長度為x，對題圖(a)根據閉合電路歐姆定律有E＝U＋r，可得＝＋·，對題圖(b)有E＝U＋(r＋R0)，可得＝＋·，結合題圖(c)可知b＝，k1＝，k2＝，又＝n，解得E＝，r＝。
答案：(1)①A　(2)　(3)
13．(12分)電動玩具汽車的直流電動機電阻一定，當加上0.3 V電壓時，通過的電流為0.3 A，此時電動機沒有轉動。當加上3 V電壓時，電流為1 A，這時電動機正常工作。求：
(1)電動機的電阻大小；
(2)電動機正常工作時消耗的電功率；
(3)電動機正常工作時的機械功率。
解析：(1)當電動機沒有轉動時電動機的電阻：
R＝＝ Ω＝1 Ω。
(2)電動機正常工作時消耗的電功率：
P＝UI＝3×1 W＝3 W。
(3)電動機正常工作時的機械功率：
P′＝P－I2R＝3 W－12×1 W＝2 W。
答案：(1)1 Ω　 (2)3 W 　(3)2 W
14．(12分)如圖所示，電源電動勢 E＝10 V，內阻 r＝1 Ω，定值電阻 R1＝3 Ω。開關S斷開時，定值電阻 R2的功率為 6 W，電源的輸出功率為 9 W。開關S 接通后，理想電流表的讀數為 1.25 A。求：
(1)斷開開關S時電流表的讀數；
(2)定值電阻 R3的阻值。
解析：(1)開關斷開時，電阻R1消耗的功率為：P1＝P出－P2＝3 W。
根據P1＝I2R1，解得I＝1 A。
(2)由閉合電路的歐姆定律 E＝I′(R1＋R并＋r)，
R并＝，又P2＝I2R2，
解得R3＝12 Ω。
答案：(1)1 A　 (2)12 Ω
15．(12分)如圖所示，已知路端電壓U＝18 V，電容器C1＝6 μF、C2＝3 μF，電阻R1＝6 Ω、R2＝3 Ω。當開關S斷開時，A、B兩點間的電壓UAB等于多少？當S閉合時，電容器C1的電荷量改變了多少？
解析：在電路中電容器C1、C2相當于斷路。當S斷開時，電路中無電流，B、C等勢，A、D等勢，因此UAB＝U＝18 V。
當S斷開時，UAC＝18 V，電容器C1帶電荷量為
Q1＝C1UAC＝6×10－6×18 C＝1.08×10－4 C
當S閉合時，R1和R2串聯，電容器C1與R1并聯，電容器C1兩端的電壓即電阻R1兩端的電壓，由串聯電路的電壓分配關系得
UAC′＝U＝×18 V＝12 V
此時電容器C1的帶電荷量為
Q′＝C1UAC′＝6×10－6×12 C＝7.2×10－5 C
電容器C1帶電荷量的變化量為
ΔQ＝Q′－Q1＝－3.6×10－5 C
負號表示減少，即C1的帶電荷量減少了3.6×10－5 C。
答案：18 V　減少了3.6×10－5 C
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主干知識成體系
遷移交匯破疑難
一、直流電路的故障分析與判斷
1．電路常見故障
(1)斷路；(2)短路。
2．電路故障特點
(1)斷路特點：電路中發生斷路時，電源電壓不為零，而電流為零；如果斷路出現在干路中，則發生斷路的地方其兩端電壓等于電源電壓。
(2)短路特點：電路中的某部分發生短路時，表現為有電流通過電路而該部分電路兩端電壓為零。
3．電路故障部位的檢測和判斷
(1)斷路故障的檢測和判斷(假設只有一個斷點)：用電壓表與電源并聯檢測電路中是否有電壓，若有電壓時，再逐段與電路并聯，若電壓表指針偏轉，則該段電路中有斷點。
(2)短路故障的檢測和判斷：用電壓表與電源并聯，再逐段與電路并聯，若電壓表示數為零，則該段電路被短路；若電壓表示數不為零，則該段電路沒被短路。
【針對訓練】
1. 如圖所示的電路，閉合開關，燈L1、L2正常發光。由于電路出現故障，突然發現L1變亮，L2變暗，電流表的讀數變小，根據分析，發生的故障可能是 (　　)
A．R1斷路　　　　 B.R2斷路
C．R3短路 D．R4短路
解析：等效電路如圖所示，若R1斷路，總外電阻變大，總電流減小，路端電壓變大，L1兩端電壓變大，L1變亮；ab部分電路結構沒變，電流仍按原比例分配，總電流減小，通過L2、R4的電流都減小，故A符合題意；若R2斷路，總電阻變大，總電流減小，ac部分電路結構沒變，電流仍按原比例分配，R1、L1中電流都減小，與題意相矛盾，故B不符合題意；若R3短路或R4短路，總電阻減小，總電流增大，電流表讀數變大，與題意相矛盾，故C、D不符合題意。
答案：A　
2．在如圖所示的電路中，閉合開關時，燈泡不亮，已經確定是由燈泡斷路或短路引起的，在不能拆開電路的情況下(開關可閉合，可斷開)，現用一個多用電表的直流電壓擋、直流電流擋和電阻擋分別對故障電路進行如下檢查并做出判斷(如表所示)
次序 操作步驟 現象和結論
1 閉合開關，選直流電壓擋，紅、黑表筆分別接a、b 指針偏轉，燈泡斷路；指針不偏轉，燈泡短路
2 閉合開關，選直流電流擋，紅、黑表筆分別接a、b 指針偏轉，燈泡斷路；指針不偏轉，燈泡短路
3 閉合開關，選電阻擋，紅、黑表筆分別接a、b 指針不動，燈泡斷路；指針偏轉，燈泡短路
4 斷開開關，選電阻擋，紅、黑表筆分別接a、b 指針不動，燈泡斷路；指針偏轉最大，燈泡短路
以上操作和判斷錯誤的是 (　　)
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：用直流電壓擋接a、b時，若電壓表有示數，說明其他位置都是通路，故燈泡斷路；若電壓表無示數，說明燈泡短路，故A正確；用直流電流擋接a、b時，若電流表有示數，說明其他位置都是通路，故燈泡斷路；若電流表無示數，則說明燈泡短路，故B正確；用電阻擋接a、b時，必須先斷開電源的開關，故C錯誤；若斷開開關，用電阻擋接a、b時，有示數且指針偏轉非常大，說明a、b間電阻接近為0，故燈泡應該是短路；若無指針偏轉，則說明a、b間電阻為無窮大，燈泡斷路，故D正確。
答案：C　
二、閉合電路中的圖像問題分析與應用
圖像既能反映物理量之間的規律關系，又是分析和解決物理問題的一種工具，因此我們把各物理量間的關系或物理過程繪制成圖像，既可以幫助分析推理，又可根據圖像直接求解。
閉合電路中各物理量間的變化關系大都可以用有關圖像表示。只要明確各種圖像中點、線、面積、斜率及截距等各物理量的含義并正確使用圖像，閉合電路問題的求解就會既快捷準確又方便靈活。
閉合電路中常見的圖像有：
【針對訓練】
3．如圖甲所示電路中，D為二極管，其伏安特性曲線如圖乙所示。閉合開關S，滑動變阻器R的滑片P從左端向右移動過程中 (　　)
A．二極管D的電阻變大
B．通過二極管D的電流變小
C．二極管D消耗的功率變小
D．電源消耗的功率變大
解析：滑動變阻器R的滑片P從左端向右移動過程中，滑動變阻器的電阻減小，電路電流增大，由圖乙可知，二極管的電阻減小，電流、電壓增大，消耗的功率也增大，故A、B、C錯誤；電源的功率為P＝EI，因為電流增大，所以電源的功率增大，故D正確。
答案：D　
4．如圖所示為甲、乙兩燈泡的I -U圖像，根據圖像，計算甲a、乙兩燈泡串聯在電壓為220 V的電路中時實際發光的功率分別約為 (　　)
A．5 W、3 W B．20 W、12 W
C．46 W、40 W D．60 W、70 W
解析：兩燈泡串聯，故兩燈泡中電流相等，而兩燈泡兩端的電壓為220 V，則由題圖可知，兩燈泡的電流均約為：I＝15×10－2 A，甲的電壓約為：U1＝140 V，而乙的電壓約為：U2＝80 V，故甲的電功率為：P甲＝U1I＝140×15×10－2 W＝21 W，而乙的電功率為：P乙＝80×15×10－2 W＝12 W，故B正確，A、C、D錯誤。
答案：B　
創新應用提素養
一、在家庭生活中的應用
1．下表為某電飯鍋銘牌上的一部分內容。根據表中的信息，可計算出電飯鍋正常工作時的電流約為 (　　)
A．6.2 A　　　　　　　 B.4.6 A
C．3.2 A D．5.5 A
電器名稱 電飯鍋 額定功率 700 W
額定電壓 220 V 額定容量 4.0 L
2.如圖所示為一種環保“重力燈”，讓重物緩慢下落，拉動繩子，從而帶動發電機轉動，使小燈泡發光。某“重力燈”中的重物為18 kg，它在30 min內緩慢下落了2 m, 使規格為“1.5 V, 0.12 W”的小燈泡正常發光。不計繩子重力，則以下說法正確的是 (　　)
A．繩子拉力對重物做正功
B．重物重力做功的功率為0.12 W
C．30 min內產生的電能為360 J
D．重物重力勢能轉化為燈泡電能的效率為60%
3.如圖為某掃地機器人，其內部電機的電阻為 0.5 Ω，內置鋰電池容量為
9 A·h，額定功率為 24 W，額定電壓為 8 V，則該掃地機器人正常工作時 (　　)
A．額定工作電流是 3 A
B．額定工作電流是 16 A
C．掃地機器人電池充滿電之后最長工作時間為9 h
D．掃地機器人每秒消耗電能為 128 J
二、在交通工具中的應用
4．為減少汽車排放帶來的污染，很多城市開始使用電動汽車，現有一輛質量為2 t的某品牌電動汽車電池每次充滿電后能提供的總電能為60 kW·h，充電時，直流充電樁充電電壓為400 V，充電時間為4.5 h，充電效率為95%，以108 km/h的速度在平直高速公路勻速行駛時汽車將總電能轉化為機械能的效率為90%，汽車受到的阻力為重力的3% ，由此可知 (　　)
A．充電的平均電流為33 A
B．汽車牽引力的功率為15 kW
C．汽車能勻速行駛的時間為3 h
D．汽車能勻速行駛的距離為350 km
5．(多選)如圖為共享電動單車，與普通電動車不同的是，共享電動單車采用“共享充電寶＋自行車的方式”，其電池與普通充電寶類似，電池容量只有20 000 mA·h，輸入、輸出電壓均為10 V，輸入電流為8 A，輸出電流為15 A，可以支持驅動人和單車行駛10千米左右。已知成人在平路上騎電動單車所受阻力約為20 N，則 (　　)
A．該單車電池最多儲存電能為7.2×104 J
B．該單車電池充電時，從零電量充至滿電量大約需要時間2.5 h
C．該單車電池電能的有效利用率約為27.8%
D．成人采用“電動＋人力”方式在平路上騎行時，最大行車速度為7.5 m/s

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