高考物理一轮复习课时分层练习8.2《电路　电路的基本规律》(含答案详解)

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课时分层作业 二十四
电路 电路的基本规律
(45分钟 100分)
【基础达标题组】
一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。1～7题为单选题,8～10题为多选题)
1.(衡阳模拟)在如图所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动过程中,下列说法正确的是( )
A.电容器的电荷量增大
B.电流表A的示数减小
C.电压表V1示数在变大
D.电压表V2示数在变大
【解析】选C。当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动过程中,滑动变阻器阻值减小,故路端电压减小,而电容器的两端间的电压就是路端电压,结合Q=CU可得,电容器的电荷量减少,故A错误;滑动变阻器阻值减小,电路的电流增大,电流表A的示数变大,故B错误;电压表V1示数等于电流与R1阻值的乘积,故示数在变大,故C正确;路端电压减小,而电压表V1示数在变大,电压表V2示数在减小,故D错误。
2.(商丘模拟)如图所示为两电源的U-I图象,则下列说法正确的是
( )
A.电源①的电动势和内阻均比电源②小
B.当外接相同的电阻时,两电源的输出功率可能相等
C.当外接同样的电阻时,两电源的效率可能相等
D.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
【解析】选D。图线在U坐标轴上的截距等于电源电动势,图线的斜率的绝对值等于电源的内阻,因此A错;作外接电阻R的U-I曲线分别交电源①、②的伏安特性曲线于S1、S2两点,电源的工作点横、纵坐标的乘积IU为电源的输出功率,由图可知,无论外接多大电阻,两工作点S1、S2横、纵坐标的乘积都不可能相等,且电源①的输出功率总比电源②的输出功率大,故B错,D对;电源的效率η===,因为电源内阻不同则电源效率不同,C错。
【加固训练】
(多选)在如图所示的U-I图象中,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-I 图线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,
由图象可知( )
A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
B.电阻R的阻值为1 Ω
C.电源的输出功率为4 W
D.电源的效率为50%
【解析】选A、B、C。由图线Ⅰ可知,电源的电动势为3 V,内阻为r==0.5 Ω;由图线Ⅱ可知,电阻R的阻值为1 Ω,该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I==2 A,路端电压U=IR=2 V(可由题图读出),电源的输出功率为P=UI=4 W,电源的效率为η=×100%≈66.7%,故选项A、B、C正确,D错误。
3.如图所示的电路中,电源内阻为0.5 Ω,电阻R1为1 Ω,电表均为理想电表。当滑动变阻器R2的滑片从图示位置移到另一位置时,发现电压表示数增大了0.20 V,则下列判断正确的是 ( )
A.电流表示数增大了0.40 A
B.滑动变阻器的滑片是向下移动的
C.电压表示数增大了0.60 V
D.滑动变阻器接入电路中的阻值增大了1.5 Ω
【解析】选C。路端电压的变化量ΔU1与回路电流变化量ΔI的比值等于电源内阻,即=r,因此有ΔI==0.40 A,由于路端电压增大,则回路电流减小,A错误;回路电流减小则电路总电阻增大,因此滑动变阻器的滑片是向上移动的,B错误;回路电流减小,则R1和r分得的电压减小,减小量为ΔI(r+R1)=0.6 V,故电压表的示数增大了0.6 V,C正确;=1.5 Ω=r+R1,并不能确定滑动变阻器R2的变化量,D错误。
4.如图所示,电源输出的电压恒为6 V,当开关闭合后,灯L1、L2均不亮,用多用电表的电压挡测得电路中各部分的电压分别是Uad=Ubd=6 V,Uab=Ubc=0 V,由此可以判断出造成电路故障的原因是( )
A.开关S接触不良
B.灯L1、L2的灯丝都断了
C.滑动变阻器R开路
D.L1、L2中有一个灯丝断了
【解析】选C。闭合开关后,两个小灯泡均不发光,说明电路为断路,电压表测得ad与bd两点间的电压均为6 V,说明L2没故障,bd间有断路。Uab=0 V,也说明bd间有断路;Ubc=0 V,则说明ab或cd有断路;故只能是滑动变阻器开路。
【总结提升】闭合电路的故障分析
(1)故障特点。
①断路特点:表现为路端电压不为零而电流为零。
②短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但它两端电压为零。
(2)检查方法。
①电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段被短路。
②电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置。在运用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程。
③欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路,当测量值很小或为零时,表示该处短路。在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源。
【加固训练】
(多选)如图所示为一电路板的示意图,a、b、c、d为接线柱,a、b与220 V的交流电源连接,ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻。现发现电路中没有电流,为检查电路故障,用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220 V。由此可知( )
A.ab间电路通,cd间电路不通
B.ab间电路不通,bc间电路通
C.ab间电路通,bc间电路不通
D.bc间电路不通,cd间电路通
【解析】选C、D。由于用交流电压表测得b、d两点间电压为220 V,这说明ab间电路是通的,bc间电路不通或cd间电路不通;由于用交流电压表测得a、c两点间电压为220 V,这说明cd间电路是通的,ab间电路不通或bc间电路不通。综合分析可知bc间电路不通,ab间电路通和cd间电路通,即C、D正确。
5.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示。用此电源和电阻R1、R2组成电路。R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路。为使电源输出功率最大,可采用的接法是
( )
A.将R1、R2串联后接到电源两端
B.将R1、R2并联后接到电源两端
C.将R1单独接到电源两端
D.将R2单独接到电源两端
【解析】选C。由U-I图象可以确定电源的电动势E=3 V,内阻r=0.5 Ω,R1=
0.5 Ω,R2=1 Ω。由电源的输出功率特点可知当外电路电阻和内阻相等时输出功率最大,故选C。
6.电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力,因此( )
A.电动势是一种非静电力
B.电动势越大,表明电源储存的电能越多
C.电动势的大小是非静电力做功能力的反映
D.电动势就是闭合电路中电源两端的电压
【解析】选C。电动势E=,它不属于力的范畴,A错误;电动势表征非静电力做功的本领,电动势越大,表明电源将其他形式的能转化为电能的本领越大,B错误,C正确;电动势与电压是两个不同的概念,通常情况下,电动势大于闭合电路电源两端电压,D错误。
7.(安庆模拟)某同学做电学实验(电源内阻r不能忽略),通过改变滑动变阻器电阻大小,观察到电压表和电流表的读数同时变大,则他所连接的电路可能是图中的( )
【解析】选C。设图中定值电阻的阻值为R,则四个选项中电压表的读数分别为UA=E-I(r+R)、UB=E-Ir、UC=IR和UD=E-Ir,则可知只有C项满足题中要求,故选C。
8.(沈阳模拟)如图所示,C1=6 μF,C2=3 μF,R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V,内阻不计。下列说法正确的是( )
A.开关S断开时,a、b两点电势相等
B.开关S闭合后,a、b两点间的电流是2 A
C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大
D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
【解题指导】(1)当S闭合时,稳定状态下,R1与R2串联,C1与R1并联,C2与R2并联。
(2)S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,两电容器两端电压都等于电源电动势。
【解析】选B、C。S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相等,A错误。S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q=CU知此时Q1>Q2,当S闭合时,稳定状态下C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电流I==2 A,此时两电阻两端电压分别为U1=IR1=6 V、U2=IR2=12 V,则此时两电容器所带电荷量分别为Q1′=C1U1=3.6×10-5 C,Q2′=C2U2=3.6×10-5 C,对电容器C1来说,S闭合后其两端电压减小,所带电荷量也减少,故B、C正确,D错误。
9.电源、开关S、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示的电路,电容器的两平行板水平放置。当开关S闭合,并且无光照射光敏电阻R2时,一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点。当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,则 ( )
A.液滴向下运动
B.液滴向上运动
C.电容器所带电荷量减少
D.电容器两极板间电压变大
【解析】选B、D。当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,电流增大,电容器两极板间电压变大,电容器所带电荷量增大,液滴所受电场力增大,液滴向上运动,选项B、D正确。
10.(郑州模拟)在图甲所示电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2的阻值未知,R3是一滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随干路电流I的变化图线如图乙所示,其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器上的两个不同端点时分别得到的,则( )
A.电源的电动势为20 V、内电阻为20 Ω
B.定值电阻R2的阻值为5 Ω
C.定值电阻R2消耗的最大功率为16 W
D.滑动变阻器R3的最大阻值为300 Ω
【解析】选A、B、D。由图乙知,UA=16 V、IA=0.2 A,UB=4 V,IB=0.8 A,利用E=U+Ir,解得:E=20 V,r=20 Ω,A正确;当滑片滑到最右端时,R3、R1均被短路,此时外电阻为R2且对应图中B点,则R2== Ω=5 Ω,此时R2上功率最大,P2=UBIB=3.2 W,故B正确,C错误;当滑片位于R3最左端时,R3最大,此时外电阻为R== Ω=
80 Ω。又因为R=+R2,解得R3=300 Ω,D正确。
二、计算题(15分。需写出规范的解题步骤)
11.三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5 V、1.5 V和2.5 V,它们的额定电流都为0.3 A。若将它们连接成图甲、图乙所示电路,且灯泡都正常发光。
(1)试求图甲电路的总电流和电阻R2消耗的电功率。
(2)分别计算甲、乙电路电源提供的电功率,并说明哪个电路更节能。
【解析】(1)由题意,在图甲电路中:
电路的总电流I总=++=0.9 A
U路端=E-I总r=2.55 V
=U路端-=0.05 V
=I总=0.9 A
电阻R2的消耗功率==0.045 W
(2)图甲电源提供的电功率
P总=I总E=0.9×3 W=2.7 W
图乙电源提供的电功率
P′总=I′总E′=0.3×6 W=1.8 W
由于灯泡都正常发光,两电路有用功率相等,而P′总所以,图乙电路比图甲电路更节能。
答案:(1)0.9 A 0.045 W
(2)2.7 W 1.8 W 乙电路更节能
【能力拔高题组】
1.(8分)在如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,灯泡L的电阻大于电源的内阻r。闭合开关S,在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中,下列各物理量的变化情况正确的是 ( )
A.电流表的读数先减小后增大
B.灯泡L变亮
C.电源输出功率先增大后减小
D.电压表的读数先增大后减小
【解析】选D。电流表测量的电流是滑动变阻器右半部分电阻上的电流,在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中,右半部分上的电阻值越来越大,而左半部分的电阻值越来越小,所以电流表的读数越来越小,故A错误;在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中,变阻器并联的总电阻先增大后减小,根据闭合电路欧姆定律分析可知,电路中的总电流I先减小后增大,灯泡L先亮后暗,路端电压先增大后减小,B错误,D正确;由于灯泡L的电阻大于电源的内阻r,变阻器并联的总电阻先增大后减小,所以电源输出功率先减小,后增大,故C错误。
2.(17分)(多选)(武汉模拟)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示。则下列说法正确的是( )
A.图线b表示输出功率PR随电流I变化的关系
B.图中a线最高点对应的功率为最大输出功率
C.在图线上A、B、C三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
D.两个图线交点M与N的横坐标之比一定为 1∶2,纵坐标之比一定为1∶4
【解析】选C、D。Pr=I2r,电流I越大,P越大,且为非线性关系,所以图线b表示Pr随电流I变化的关系,A错误;PE=EI,PE与I成正比,为图线a,故图中a线最高点对应的功率为电源最大功率,B错误;电源输出功率PR=PE-Pr,所以在图线上A、B、C三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC,C正确;两个图线交点M对应R=r,N对应R=0,两个图线交点M与N的横坐标之比一定为1∶2,M点纵坐标P=,N点的纵坐标P=,两个图线交点M与N的纵坐标之比一定为1∶4,D正确。