高中物理必修第3册第十二章 电能 能量守恒定律测试卷测试卷（解析版）
一、第十二章 电能 能量守恒定律实验题易错题培优（难）
1．某同学在做“测电源电动势与内阻”的实验中，可使用的器材有：
A．两只相同的毫安表（量程Ig＝3mA，内阻Rg＝1000Ω）； B．滑动变阻器R1（最大阻值20Ω）； C．滑动变阻器R2（最大阻值2000Ω）； D．各种规格的定值电阻R0； E．电源E（电动势约为3.0V）； F．开关、导线若干．
由于给出的毫安表量程太小，该同学首先要把一只毫安表改装成量程为0.6A的电流表，他需要把阻值为__________Ω的定值电阻R0与毫安表并联（结果保留一位小数）.该同学将用如右上方的电路图进行实验，测定电源的电动势和内阻．在实验中发现变阻器的滑片由左向右逐渐滑动时，电流表G1示数逐渐增大，电流表G2示数接近3.0mA并且几乎不变，当滑片临近最右端时，电流表G2示数急剧变化．出现这种问题，应更换一个总阻值比原来______(选填“大”或“小”)的变阻器．在更换变阻器后,该同学连好电路，改变滑动变阻器滑片的位置，读出毫安表G1、G2的示数分别为I1、I2，并得到多组数据，建立直角坐标系，作出了I2和I1的关系图线，经拟合得到直线I2＝3.0mA－0.4I1 ,则得出电源电动势E＝_____V，内阻r＝_____Ω．（保留一位小数） 【答案】5.0 ? 小 3.0V 2.0? 【解析】 【详解】
[1]已知量程Ig＝3mA，内阻Rg＝1000Ω, I?0.6A，设电流表的量程扩大的倍数为n，
n?并联的电阻为R,根据并联电路的特点则有
I IgR?解得R=5.0?
Rgn?1
[2]当变阻器的滑片由左向右逐渐滑动时，变阻器的阻值逐渐减小，外电路电阻减小，电流表G1示数逐渐增大，电流表G2示数接近3.0mA并且几乎不变，说明变阻器的电阻接近零时，路端电压才接近电源电动势，出现这种问题，应更换一个总阻值比原来小的变阻器， [3][4]G1示数是I1时,电路中的总电流是I2?200I1，由闭合电路的欧姆定律得
E?I2Rg??I2?200I1?r
整理得
I2?E200r?I1 Rg?rRg?rI2＝3.0mA－0.4I1
由I2和I1的关系图线得图线的截距b=3.0mA，斜率K??0.4
E?0.003 A Rg?r200r?0.4 RG?r解得E?3.0V， 解得r?2.0?
2．为了测定电源电动势E、内电阻r和定值电阻Ro的阻值，某同学利用DIS(数字化信息系统)设计了如图甲所示的电路．闭合电键S1，调节滑动变阻器的滑动触头P向某方向移动时，用电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，井根据测量数据计算机分别描绘了如图乙所示的M、N两条U-I直线，请回答下列问题
(1)图乙中的M、N两条图线，根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的是
___________，根据电压传感器 2和电流传感器的数据面得的是___________(填图线M或图线N)
(2)图乙中两直线交点表示电路的工作状态是___________.
A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最右端 B．滑动变阻器的滑动头P滑到了最左端 C．定值电阻Ro上消耗的功率为2.5W D．电源的输出功率最大
(3)根据图乙可以求得定值电阻Ro=______Ω， 电源电动势E=______V，内电阻r=______Ω. 【答案】N M BD 2.5 1.5 1.25 【解析】 【详解】
（1）[1][2]．从电路连接可以看出，电流表A的读数增大时，电压传感器1的读数减小，电压传感器2的读数增大．故图线N是电压传感器1和电流传感器的数据绘制的图象，图线M是电压传感器2和电流传感器的数据绘制的图象
（2）[3]．图象中两直线的交点表示电压传感器1的读数与电压传感器2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为0，故滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，故A错误，B正确；图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为0，即电源的输出功率最大，故D正确；、定值电阻R0消耗功率为：P=U2I=1.0×0.4 W=0.4W，故C错误；所以选择BD． （3）[4][5][6]．从图象a的斜率可以得出定值电阻R0的阻值为：
R0?1.0?0?2.5?； 0.4?0从甲同学的图象可以得出图象在U轴上的截距为1.50 V，即电源的电动势为：E=1.50 V， 图象斜率的绝对值为：
k?即电源的内阻为：
1.5?1.0?1.25 0.4r=1.25Ω． 【点睛】
（1）从电路连接结合电流表和电压表的读数变化判断描绘的图线的含义．
（2）由图可知，图象由纵坐标的交点为电动势；由图象与横坐标的交点利用闭合电路欧姆定律可求得内电阻．
（3）图象中两直线的交点表示电压传感器1的读数与电压传感器2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为0，根据图象求解．
3．可将光能转换为电能的硅光电池已经得到了广泛的应用．某同学利用如图甲所示的器材探究在一定光照强度下硅光电池的路端电压U与总电流I的关系．电表视为理想电表．
(1)在图甲中实物图上用笔画线代替导线进行连接___________；
(2)用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I图象如图乙所示，由此可知在该光照强度下，硅光电池内阻________(填“是”或“不是”)常数，短路电流为________mA，电动势为________V．(结果保留三位有效数字)
(3)若将R=10kΩ的电阻接在该硅光电池两极上，用同样强度的光照射该硅光电池，则该电阻消耗的功率为________ W，此时该硅光电池的内阻为________ kΩ.(结果保留两位有效数字)
【答案】 不是 0.295(0.293～0.297)
2.68(2.66～2.69) 3.0×10－4(2.9×10－4～3.1×10－4) 5.4(4.9～5.6) 【解析】 【详解】
（1）[1]本实验中测量电源的电动势和内电阻，故采用限流接法，而电流表采用相对电源的外接法；连接实物电路图，如图所示．
（2）[2][3][4]因图象的斜率是变化的，所以电池的内阻不是定值；在硅光电池的U-I图象，图象与横轴的交点表示短路电流，由图可知，短路电流为295μA=0.295mA；当I=0，U=E，图线斜率的绝对值表示内阻．由图线a可知E=2.68V； （3）[5][6]在图乙中作出电阻的伏安特性曲线如图所示，
与电源的伏安特性曲线的交点表示电压和电流，由图可知，I=175μA，U=1.7V；故电源的输出功率
P=UI=1.7×175×10-6=3.0×10-4W；
根据闭合电路欧姆定律可得：
r?E?U2.68?1.73??5.6?10??5.6k? ?6I175?10
4．电流表G1的量程为0～5mA，内阻r＝290Ω，把它改装成如图甲所示的一个多量程多用电表.电流档小量程为0～10mA，大量程为0～100mA；电压档小量程为0～10V，大量程为0～25V.
(1)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示.若此时开关S端是与“6”相连的，则此多用电的表读数为_____.
(2)已知图甲中的电源E的电动势为15V，当把开关S接到位置4，短接A、B表笔进行欧姆调零后，用该档测量一个未知电阻阻值，指针偏转到电流表G1满偏刻度的的阻值为_____kΩ.
(3)此多用电表的表笔A为_____（“红色”或“黑色”），图中电阻R5＝_____Ω. 【答案】20.0V（19.8～20.2） 6 红色 29 【解析】 【详解】
(1)[1]开关S端与“6”相连，作为大量程电压表使用，量程为0～25V，根据电压表读数规则可知，多用电表读数为20.0V；
(2)[2]分析多用电表内部结构，开关S端与“4”相连，则作为欧姆表使用，此时干路电流最大为Im＝10mA，则根据闭合电路欧姆定律可知，
E?1处，则该电阻5Im?Rx?r内? 5E＝Imr内
Rx＝6kΩ；
联立解得
(3)[3]电流从红表笔流入电表，故多用电表的表笔A为红表笔.
[4]当开关S端接“1”时，电流挡的量程为0～100mA，根据电表改装原理可知，
Ig(r+R6)＝(I1-Ig)R5；
当开关S端接“2”时，电流挡的量程为0～10mA，
Igr＝(I2-Ig)(R5+R6），
联立解得
R5＝29Ω.
5．用下列器材组装成一个电路，既能测量出电池组旳电动势E和内阻r，又能同时描绘小灯泡旳伏安特性曲线.
A．电压表V1（量程6V、内阻很大） B．电压表V2（量程3V、内阻很大）
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