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第十二章电能能量守恒定律
一、单选题
1.如图所示，，为最大阻值是的滑动变阻器，为电源电动势，电源内阻，下列说法正确的是( )
A. 时，电源的输出功率最大 B. 时，消耗的功率最大
C. 时，电源的效率最高 D. 时，电源的输出功率最小
2.如图所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压、输出电流可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为，则时间内( )
A. 充电宝输出的电功率为 B. 充电宝产生的热功率为
C. 手机电池储存的化学能为 D. 手机电池产生的焦耳热为
3.扫地机器人能有效清除地板上的灰尘等颗粒垃圾。若扫地机器人的电动机线圈电阻为，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为，通过的电流为，则( )
A. 通过线圈的电流小于 B. 通过线圈的电流等于
C. 电动机的电功率为 D. 电动机输出的机械功率为
4.在如图所示的闭合电路中，灯泡正常发光，电压表、电流表均为理想电表。当滑片向左滑动时，下列描述正确的是( )
A. 电压表、电流表示数均增大 B. 电压表、电流表示数均减小
C. 灯泡逐渐变暗 D. 灯泡逐渐变得更亮
5.如图电路中，、两灯原来正常发光，忽然灯比原来亮了，假如这是电路中某一处发生了故障造成的，那么这种故障可能是
A. 短路 B. 断路 C. 断路 D. 电源断路
6.如图所示电路中，电源的电动势为，内阻为，电压表和电流表均为理想电表。当开关闭合后，两灯泡均能发光。在将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是( )
A. 灯泡、均变暗
B. 电流表的读数变大，电压表的读数变小
C. 灯泡变亮，灯泡变暗
D. 电流表的读数变小，电压表的读数也变小
7.小明在超市中发现两种品牌的号干电池，他利用电流表和电压表设计实验，分别测定一节这两种品牌干电池的电动势和内阻。
注：上面图线是Ⅰ、下面是Ⅱ
请选择小明应该选择的实验电路是图。
A. 甲 B. 乙
8.在如图所示的电路中，定值电阻、、、，电容器的电容，电源的电动势，内阻不计。闭合开关、，电路稳定后，则( )
A. 、两点的电势差
B. 电容器所带电荷量为
C. 断开开关，稳定后流过电阻的电流与断开前相比将发生变化
D. 断开开关，稳定后电容器上极板所带电荷量与断开前相比的变化量为
9.如图所示，直线为电源的路端电压与电流的关系图像；直线为电源的路端电压与电流的关系图像，直线为定值电阻两端的电压与电流的关系图像。如果将这个电阻分别接到、两电源上，则( )
A. 接到电源上，电源的输出功率较小 B. 接到电源上，电源的输出功率较大
C. 接到电源上，电源的效率较高 D. 接到电源上，电源的效率较高
10.某教室中有一台电风扇，其电动机内电阻是，接上的恒定电压后，电风扇正常工作，消耗的总功率是。下列说法正确的是( )
A. 通过电风扇电动机的电流为 B. 通过电风扇电动机的电流为
C. 电风扇输出的机械功率为 D. 电风扇输出的机械功率为
11.如图甲所示的电路中定值电阻，电源电动势，。如图乙所示，曲线为灯泡的伏安特性曲线，直线为电源的路端电压与电流的关系图线，以下说法正确的是( )
A. 开关断开时电源的效率为 B. 开关闭合后电源的总功率会变小
C. 开关断开时小灯泡消耗的功率为 D. 开关闭合后灯泡的亮度增强
12.如图所示的电路中，电压表、电流表均为理想电表。闭合开关，滑动变阻器的触头向右滑动过程中，则( )
A. 电流表的示数减小、电流表的示数不变、电压表的示数减小
B. 电流表示数变化的绝对值比电流表示数变化的绝对值小
C. 电阻消耗的功率一直减小，电源的效率一直增大
D. 电容器两极板的电场强度减小
13.如图所示，电源的电动势和内阻分别为和，在滑动变阻器的滑片由向缓慢移动的过程中，下列各物理量的变化情况为( )
A. 电容器所带电荷量一直增多 B. 电容器所带电荷量先减少后增多
C. 电源的总功率先增大后减小 D. 电源的路端电压先减小后增大
14.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点，如图所示，图线是该电池在某光照强度下路端电压和电流的关系图像，图线是某电阻的图像．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，则( )
A. 硅光电池的电动势为 B. 硅光电池内阻为
C. 电阻的阻值为 D. 电源输出功率为
15.热敏电阻是常用的电学元件。为热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示。图乙中电源电动势为、内阻为，带电油滴原来静止在平行板电容器中间，所有的电表都是理想电表，且。当温度升高时( )
A. 电压表的示数增大，电流表的示数减小
B. 电源的输出功率随着温度的升高而逐渐减小
C. 两端电压的增大量比两端电压的减小量小
D. 带电油滴向上运动
二、多选题
16.随着时代的发展，能源格局面临新的机遇与挑战。下列关于能量和能源的说法正确的是( )
A. 能量在转化过程中具有方向性，因此可利用能源是有限的
B. 电动汽车充电时，电能全部转化为锂电池的化学能
C. 自由摆动秋千摆幅越来越小，减少的机械能转化内能，但总能量守恒
D. 太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
17.北京时间年月日时分许，瑞典皇家科学院宣布将年诺贝尔物理学奖授予和，以表彰他们在使用人工神经网络实现机器学习方面奠基性发现和发明。现截取一小段长度为、横截面积为、粗细均匀的神经元，将它接在如图所示的电路中。已知电流表的内阻为，电源电动势为、内阻为，闭合开关，观察到电流表的示数为，下列说法正确的是( )
A. 该段神经元的阻值为
B. 该段神经元的电阻率为
C. 该段神经元两端的电压为
D. 该段神经元消耗的电功率为
18.如图甲所示，电动势为、内阻为的电源与的定值电阻、滑动变阻器、开关组成串联回路，已知滑动变阻器消耗的功率与其接入电路的有效阻值的关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 电源的电动势，内阻
B. 图乙中
C. 滑动变阻器的滑片向左移动时，上消耗的功率一直减小
D. 调整滑动变阻器的阻值，可以得到该电源的最大输出功率为
19.某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为，发电过程中上下水库平均水位差为，。则下列说法正确的是( )
A. 若每天发电，则能源利用效率约为
B. 发电时下水库出水口的水流速度可达到约
C. 蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
D. 平均每天所发电能可供户居民同时用电每户电功率为约
20.如图所示的电路中，电源电动势为，内阻为，、为定值电阻，，为滑动变阻器，为下极板接地的平行板电容器，电表均为理想电表。初始状态的和均闭合，滑片位于中点，此时位于两极板之间点的带电油滴恰好处于静止状态。下列说法正确的是( )
A. 带电油滴一定带正电
B. 若保持、闭合，滑片向上移动，电流表示数增大，电压表示数减小
C. 若保持闭合，将断开，滑片向下移动，电源输出功率增大
D. 若保持、闭合，将上极板向上平移一小段距离，则点的电势降低
21.如图甲所示，电路中电压表为理想电表，电源电动势为，内阻为，是小灯泡，是电容器，是定值电阻，是滑动变阻器．电源输出功率与外电阻的关系如图乙所示，开关闭合后，在滑动变阻器的滑片向上滑动过程中( )
A. 小灯泡亮度逐渐变暗 B. 电压表示数变小
C. 电容器所带电荷量减少 D. 电源的输出功率一定先变大后变小
三、计算题：本大题共4小题，共40分。
22.如图所示，甲图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的、两直线所示。不考虑电表对电路的影响。
定值电阻、滑动变阻器的总电阻分别为多少？
求出电源的电动势和内阻。
滑动变阻器的最大功率是多少？
23.如图的电路中，，，，，电源电动势，内阻忽略不计．
仅闭合，当点接地时，点与点的电势各是多少伏？
再闭合，当刚闭合的瞬间，通过的电流向什么方向？
、均闭合，待电路的状态稳定之后，仅将断开，求断开后通过电阻的电量．
24.如图所示是利用电动机提升重物的示意图，其中是直流电动机．是一个质量为的重物，它用细绳拴在电动机的轴上．闭合开关，重物以速度匀速上升，这时电流表和电压表的示数分别是和，重物上升的速度已知该装置机械部分的机械效率为，重物的质量取求：
电动机消耗的电功率；
绳对重物做功的机械功率；
电动机线圈的电阻．
25.如图甲所示的电路中，、均为定值电阻，且，阻值未知，为滑动变阻器，最大阻值为。当其滑片从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中、两点是滑片在变阻器的两个不同端点得到的。求：

由图乙求电源的电动势和内阻。
定值电阻的阻值。
滑片从左端滑至右端过程中，电源输出功率的最大值。
答案和解析
1.【答案】
【解析】、当外电阻与电源的内阻相等时，电源的输出功率最大．即，电源输出的功率最大，而大于电源内阻，故随着为接入电路阻值的增大，电源的输出功率逐渐减小。即时，电源的输出功率最大；时，电源的输出功率最小。故AD错误；
B、将看成电源的内阻，当等效电源的内阻时，即，等效电源的输出功率最大，即消耗的功率最大，故B正确。
C、电源的效率，可知外电路电阻阻值最大时，电路中电流最小，电源效率最高。故时，电源的效率最高。故C错误。
2.【答案】
【解析】A.充电宝的输出电压、输出电流，所以充电宝输出的电功率为，故A错误；
B.充电宝内的电流也是，但其内阻未知，所以产生的热功率不一定为，故B错误；
C.由题可得手机输入总能量为，发热消耗的能量为，所以手机电池存储的化学能为，故C正确；
D.是充电宝的输出电压，不是内电压，所以不能用计算电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】根据能量守恒有，即，即，得，故A正确，B错误；
C.经过时间，电动机消耗的电能，则电动机的电功率为，电动机产生的热量，热功率为，则故C错误；
D.经过时间，电动机输出的机械功率为，故D错误。
4.【答案】
【解析】当滑片向左滑动时，接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律，可知总电流增大，内电压增大，则路端电压减小，所以电流表示数增大，电压表示数减小．故AB错误；
总电流增大，电源的内电压和的电压都增大，根据闭合电路欧姆定律，可知并联部分的电压减小，则灯泡逐渐变暗，故C正确，D错误。
5.【答案】
【解析】A.电阻单独在一个支路上，短路后使与之并联电路的电流为零，两灯泡都熄灭，故A错误；
B.电阻与灯泡是并联的，如果断路，此处只有灯泡一个电阻，根据并联电路总电阻与分电阻的关系，此处电阻相当于增大，根据串反并同原理可知，灯泡两端电压增大，灯泡两端电压降低，灯泡变暗．故B错误；
C.电阻与灯泡是并联的，如果断路，此处只有灯泡一个电阻，根据并联电路总电阻与分电阻的关系，此处电阻相当于增大，根据串反并同原理可知，灯泡两端电压增大，灯泡变亮．故C正确；
D.如果电源断路，所有灯泡都将会熄灭．故D错误．
6.【答案】
【解析】将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，变阻器接入电路的电阻增大，并联部分的电阻增大，外电路总电阻增大，干路电流减小，灯两端电压变小，则灯变暗，电流表读数变小。电源的内电压减小，则路端电压增大，电压表读数变大。根据串联电路分压特点可知，路端电压增大，灯两端电压变小，并联部分电压增大，则灯变亮。故C正确。
7.【答案】
【解析】小明应该选择的实验电路是图乙，因为电流表内阻已知，可以消除电流表内阻引起的误差。选项B正确。
8.【答案】
【解析】A、设电源负极的电势为，则电源正极的电势为，闭合开关和，电路稳定后，与串联、与串联，之后两者并联。由于电源内阻不计，则两端的电压，即点比电源正极电势低，即点电势为，两端的电压，即点比电源正极电势低， 即点电势为，可见点电势比点电势高，则、两点的电势差，故A错误
B、电容器两端的电压，则电容器所带的电荷量，故B错误
C、断开开关，电路稳定后，与断路，与串联，电容器两端的电压等于所分的电压，由于电源内阻不计，可见断开开关前后，流过电阻的电流相同，均为，故C错误
D、断开开关，电路稳定后，点电势比点电势高，此时电容器上极板带正电所带的电荷量由分析知，断开开关前，电容器上极板带负电，则稳定后电容器上极板所带电荷量与断开前相比的变化量为，故D正确。
故选D．
9.【答案】
【解析】当电阻与电源组成闭合电路时，电阻的图线与电源的图线的交点表示工作状态，交点的纵坐标表示电压，横坐标表示电流，两者乘积表示电源的输出功率，由图看出，接到电源上，电压与电流的乘积较大，电源的输出功率较大，故AB错误；
电源的效率，由闭合电路欧姆定律可知，电源的内阻较小，接到电源上，电源的效率较高，故C错误，D正确。
故选D。
10.【答案】
【解析】电动机内电阻是，接上的恒定电压后，电风扇正常工作，消耗的总功率是。
通过电风扇电动机的电流为。
故选：。
11.【答案】
【解析】A、由乙图可知电源的电动势为开关断开时，图乙交点数值为灯泡的实际工作电压和电流，即，，所以灯泡的实际功率，电源的总功率为，所以电源的效率为，故A错误；
B、闭合开关后，电路的外电阻减少，根据闭合电路的欧姆定律知干路电流增大，所以电源的总功率增大，故B错误；
D、闭合开关后，干路电流增大，路端电压，所以路端电压减小，灯泡两端电压减小，所以灯泡亮度减弱，故D错误；
C、由上面的分析可知开关断开时灯泡消耗的功率为，故C正确。
故选：。
12.【答案】
【解析】A、滑动变阻器的滑动触头向右滑动，的阻值减小，整个电路的总电阻减小，总电流增大，内电压增大，外电压减小，即电压表示数减小，电压增大，、并联电压减小，通过的电流减小，即示数减小，而总电流增大，则流过的电流增大，即示数增大，选项A错误
B、因，，则，则，即电表示数变化量的绝对值小于电表示数变化量，选项B正确
C、当减小时，通过的电流减小，由可知，消耗的功率在减小，电源的效率，则当外电路电阻减小时，电源的效率减小，选项C错误；
D、因电压增大，则电容器两端电压变大，电容器两极板的电场强度变大，选项D错误。
13.【答案】
【解析】对电路分析可知：滑动变阻器两部分是并联，再与另一电阻串连接入电源中，所以当两部分电阻相等时，此时的电阻最大，电流最小。
随着滑动变阻器的滑片由向缓慢移动的过程中，总电阻先增大后减小，导致电流先减小后增大，而电容器与电阻并联，所以电压先减小后增大，则电容器所带电荷量先减少后增加，故A错误，B正确；
C.随着滑动变阻器的滑片由向缓慢移动的过程中，总电阻先增大后减小，导致电流先减小后增大，而电动势不变则电源的总功率先减少后增加，故C错误；
D.随着滑动变阻器的滑片由向缓慢移动的过程中，总电阻先增大后减小，导致电流先减小后增大，内电压先减小后增大，路端电压先增大后减小，故D错误；
故选：。
14.【答案】
【解析】解：、由闭合电路欧姆定律得，当时，，由与纵轴的交点读出电动势为，根据两图线交点处的状态可知，将它们组成闭合回路时路端电压为，电流为，则电池的内阻为，故AB错误；
D、电源的输出功率为：，故D错误；
C、电阻的的斜率表示阻值，，故C正确。
故选：。
15.【答案】
【解析】该电路和串联后与并联，再与串联，当温度升高时，减小，总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大：
A.由于电路中电流增大，路端电压减小，同时两端的电压也增大；因并联部分电压减小，由欧姆定律可知流过的电流减小，则流过电路和串联部分的电流增大，故电流表示数增大，而中电压增大，故电压表示数减小，故A错误；
B.当外电阻等于内阻时电源输出功率最大，因，随着温度的升高外电阻接近，所以电源对外的输出功率随着温度的升高而增大，故B错误；
C.由于并联部分电压减小，两端电压的增大量比两端电压的减小量小，故C正确；
D.由于电容器两端电压减小，故电容器中场强减小，所以，电场力减小，那么合外力向下，液滴向下运动，故D错误。
16.【答案】
【解析根据热力学第二定律可知，能量在转化过程中具有方向性，因此可利用能源是有限的，故A正确；
B.电动汽车充电时，电能没有全部转化为锂电池的化学能，还有一部分转化为内能，故B错误；
C.自由摆动秋千摆幅越来越小，减少的机械能转化内能，但总能量守恒，故C正确；
D.根据能量守恒可知，能量不能消失，则太阳照射到宇宙空间的能量不能消失，故D错误。
故选：。
17.【答案】
【解析】由闭合电路欧姆定律有，解得该段神经元的阻值为项错误
该段神经元的电阻率为，项正确
该段神经元两端电压为，项错误
该段神经元消耗的电功率为，项正确。
18.【答案】
【解析】、最大功率，由图乙知，当时，滑动变阻器消耗的功率最大，，可得内阻，，故A错误；
B、滑动变阻器的阻值为与阻值为时消耗的功率相等，有，解得，故B正确；
C、当滑动变阻器向左移动时，电路中电流减小，所以上消耗的功率减小，故C正确；
D、当外电路电阻与内阻相等时，电源的输出功率最大。本题中定值电阻的阻值大于内阻的阻值，故滑动变阻器的阻值为时，电源的输出功率最大，最大功率为
解得，故D正确。
故选：。
19.【答案】
【解析】蓄水池中能用于发电的水的重力势能为
则能源利用效率
故A正确；
B.若没有任何阻力，由机械能守恒得：
代入数据解得
由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于，故B错误；
C.蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
故C正确；
D.若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供户居民同时用电时间
由于效率不可能达到，可供给户居民用电时间小于，故D错误；
20.【答案】
【解析】由图可知电容器上极板带正电，下极板带负电，带电油滴受到重力和电场力，二力平衡，所以带电油滴带负电，故 A错误；
若保持、闭合，滑片向上移动，接入电路阻值变小，电流表示数增大，电压表示数减小，故B正确；
若保持闭合，将断开，滑片向下移动，接入电路阻值变大，外电路电阻增大，因为，电源输出功率随外电阻增大而减小，故C错误；
若保持、闭合，将上极板向上平移一小段距离，电容器两极板电压值不变，由知变小，点与下极板间的电势差减小，下极板接地电势为，所以点的电势降低，故D正确。
21.【答案】
【解析】A.滑片向上滑动，阻值减小，电路总电阻减小，根据，可知干路电流增大，即流过小灯泡的电流增大，小灯泡变亮，选项 A错误；
B.电压表测量路端电压，干路电流增大，根据，可知路端电压减小，电压表示数变小，选项B正确；
C.路端电压减小，小灯泡分压增大，所以滑动变阻器两端电压减小，电容器两端电压即为滑动变阻器分压，根据，可知电容器所带电荷量减小，选项C正确；
D.外电阻与电源内阻关系未知，所以电源输出功率变化未知，选项D错误。
22.【解析】由题意得，当滑动变阻器取最大值时，电流最小，而，所以。根据闭合电路欧姆定律，路端电压与电流的关系是，所以直线斜率的绝对值表示电源内阻，即，所以：
。
当时，滑动变阻器的功率最大，最大功率是。
23.【解析】仅闭合，和的电压分别为，
根据外电路中顺着电流方向电势降低，可知，点与点的电势均低于点的电势，点的电势为，所以点的电势；
点的电势；
因为，所以当刚闭合的瞬间，通过的电流向下．
电路状态稳定后，电容器的带电量
待电路的状态稳定之后，仅将断开，电容器放电，相当于电源，、串联，、串联，两条支路再并联
由于，所以通过、的电流与、的之比为：
故通过的电量
24.【解析】电动机消耗的电功率为：；
绳对重物做功的机械功率为：；
电动机输出的电功率为电动机线圈的电阻的发热功率为；由得电动机线圈的电阻： 。
25.【解析】题图乙中延长线，交纵轴于处，交横轴于处，
所以电源的电动势为，内阻。
当滑到的右端时，此时外电路中只有电阻，
电路参数对应图乙中的点，即、，得。
当外电阻等于内阻时，电源输出功率最大为。
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