高中人教版 (2019)2 闭合电路的欧姆定律一课一练

闭合电路的欧姆定律

(25分钟　60分)

一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)

1.锂离子电池充电电压为4.2 V,充电电流为500 mA,关于在充电过程中的锂电池,以下说法正确的是(　　)

A.1 s通过电池某一横截面的电荷量为500 C

B.1 s通过电池某一横截面的电荷量为0.5 C

C.1 s内生成2.1 J的电能

D.1 s内消耗的电能为2 100 J

【解析】选B。由I=得q=It=0.5×1 C=0.5 C,A错误,B正确;1 s内消耗的电能:E电=UIt=4.2×0.5×1 J=2.1 J,充电过程是电能转化为其他形式的能量,C、D均错误。

2.如图所示的电路中,把R由2 Ω改变为6 Ω时,电流减小为原来的一半,则电源的内电阻应为 (　　)

A.4 Ω　　　B.8 Ω

C.6 Ω    D.2 Ω

【解析】选D。根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2 Ω时,E=I(2 Ω+r);当R=6 Ω时,E=(6 Ω+r),解得r=2 Ω,故选D。

3.在如图的闭合电路中,当滑片P向右移动时,两电表读数的变化是 (　　)

A.A变大,V变大

B.A变小,V变大

C.A变大,V变小

D.A变小,V变小

【解析】选B。当滑片向右移动时,R变大,电路中的总电阻变大。根据闭合电路欧姆定律:电路中的电流I=变小,即电流表读数变小;电压表读数U=E-IR0变大,B正确。

4.如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图线,设两个电源的内阻分别为ra和rb,若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上,通过R0的电流分别为Ia和Ib,则下列说法不正确的是               (　　)

A.ra>rb

B.Ia>Ib

C.R0接到a电源上,电源的输出功率较大,但电源的效率较低

D.R0接到b电源上,电源的输出功率较小,电源的效率较低

【解析】选D。在电源路端电压与电流的关系图像中,图线斜率的绝对值表示电源内阻,则ra>rb,A正确;如图所示,在图像中作出定值电阻R0的U-I图线,与电源的U-I图线的交点表示当将R0接入电路时的工作点,Ia>Ib,B正确;由P=UI可知R0接到a电源上,电源的输出功率较大,由η====可知,R0接到a电源上,电源的效率较低,C正确,D错误。

5.如图所示,直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线,曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1 A,那么AB线段表示的功率为              (　　)

A.1 W　　B.6 W　　C.2 W　　D.2.5 W

【解析】选C。由题图知,在C点,电源的总功率等于电源内部的热功率,所以电源的电动势为E=3 V,短路电流为I=3 A,所以电源的内阻为r==1 Ω。图像上AB段所表示的功率为PAB=P总-I'2r=(1×3-12×1) W=2 W。

6.直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,下列关于电源的说法错误的是(　　)

A.总功率一定减小

B.效率一定增大

C.内部损耗功率一定减小

D.输出功率一定先增大后减小

【解析】选D。滑动变阻器的滑片P向右移动时,滑动变阻器连入电路部分的阻值变大,因而电流减小,由P总=IE可知电源的总功率减小,选项A正确。滑动变阻器连入电路部分阻值变大,路端电压变大,由η=可知电源的效率增大,选项B正确。内部损耗功率为P内=I2r,电流减小,因而内部损耗功率减小,选项C正确。电源输出功率为外电阻消耗功率,但外电阻与内电阻的大小关系未知,因而不能判断输出功率的变化情况,选项D错误。

【补偿训练】

法国和德国两名科学家先后独立发现了“巨磁电阻”效应,共同获得2007年诺贝尔物理学奖。所谓“巨磁电阻”效应,是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较无外磁场作用时存在巨大变化的现象。物理兴趣小组的同学从“巨磁电阻”效应联想到一些应用,他们的探究如下:为了儿童安全,布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针,可以先将玩具放置在强磁场中,若其中有断针,则断针被磁化,用磁报警装置可以检测到断针的存在。如图是磁报警装置一部分电路示意图,其中RB是利用“巨磁电阻”效应而制作的磁敏传感器,它的电阻随断针的出现而减小,a、b接报警器,当传感器RB所在处出现断针时,电流表的电流I、ab两端的电压U将              (　　)

A.I变大,U变大　　　　B.I变小,U变小

C.I变大,U变小      D.I变小,U变大

【解析】选C。当RB处出现断针时,RB减小,R总减小,I总增大,I总r增大,U=E-I总r将减小;由于I总增大,所以R1分压增大,UR1+URB=U,可得URB减小,IR3减小,由IR3+I=I总,可得I增大。

二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)

7.(10分)将电动势为3 V的电源接入电路中,测得电源两极间的电压为2.4 V,当电路中有6 C的电荷流过时,求:

(1)有多少其他形式的能转化为电能。

(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能。

(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能。

【解析】由电动势定义可知,在电源内部,非静电力每移送1 C电荷,有3 J其他形式的能转化为电能。也可认为在电源中,非静电力移送电荷做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能;在外电路中,静电力移送电荷做多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。

(1)W=Eq=3×6 J=18 J,电源中共有18 J其他形式的能转化为电能。

(2)W1=Uq=2.4×6 J=14.4 J,外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能。

(3)由能量守恒定律知,内电路中有18 J-14.4 J=3.6 J 的电能转化为其他形式的能。

答案:(1)18 J　(2)14.4 J　(3)3.6 J

8.(14分)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15 Ω,定值电阻R0=3 Ω。

(1)当R为何值时,R0消耗的功率最大?最大值为多少?

(2)当R为何值时,电源的输出功率最大?最大值为多少?

(3)当R为何值时,R消耗的功率最大?最大功率为多少?

【解析】(1)由题图乙知电源的电动势和内阻分别为E=20 V,r=7.5 Ω。

由题图甲分析知道,当R=0时,R0消耗的功率最大,为P=()2R0=()2×3 W=10.9 W。

(2)当r=R+R0时,即R=4.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大值P'=()2(R0+R)=()2×(3+4.5) W=13.3 W。

(3)把定值电阻R0和电源作为一个等效电源,

其电动势E=20 V,内阻r1=r+R0=10.5 Ω,

则当R=r1=10.5 Ω时,R消耗的功率最大,

此时Pmax== W=9.5 W。

答案:(1)0　 10.9 W　(2)4.5 Ω　 13.3 W

(3)10.5 Ω　 9.5 W

【补偿训练】

(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。开关闭合后,灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是              (　　)

A.灯泡L将变暗

B.灯泡L将变亮

C.电容器C所带的电荷量将减小

D.电容器C所带的电荷量将增大

【解析】选A、D。由题意可知滑动变阻器连入电路阻值增大,电流I=减小,灯泡L将变暗,故A正确,B错误。路端电压U=E-Ir增大,则电容器所带电荷量Q=CU增大,故C错误,D正确。

(15分钟　40分)

9.(7分)如图所示电路中,电源电压不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,下列判断正确的是              (　　)

A.电压表示数不变,电流表示数不变

B.电压表示数变小,电流表示数变小

C.电压表示数变大,电流表示数变小

D.电压表和电流表的示数的比值不变

【解析】选D。由电路图可知,滑动变阻器与定值电阻串联,电压表测量R0两端的电压,电流表测量电路中的电流。当滑动变阻器的滑片P向左移动时,其接入电路中的电阻变小,电路中的总电阻变小,电路中的电流变大,即电流表的示数变大,由U=IR可知,定值电阻R0两端的电压变大,即电压表的示数变大,故A、B、C错误;因为电压表和电流表的示数的比值等于定值电阻R0的阻值,所以电压表和电流表的示数的比值不变,故D正确。

10.(7分)(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,R1为定值电阻,R2为电阻箱,R3为光敏电阻,其阻值随光照强度的增大而减小,V为理想电压表,A为理想电流表,闭合开关后,下列说法正确的是              (　　)

A.用光照射R3,电流表示数变大

B.用光照射R3,电压表示数变小

C.增大电阻箱R2的阻值,电流表示数变大

D.增大电阻箱R2的阻值,电压表示数变小

【解析】选A、C、D。用光照射R3,R3的阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中电流增大,则R1两端的电压增大,电压表示数变大,根据串联分压可知电阻箱R2两端的电压减小,流过R2的电流减小,根据并联分流可知流过R3的电流增大,电流表示数变大,故A正确,B错误;增大电阻箱R2的阻值,电路中的总电阻增大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中电流减小,则R1两端的电压减小,电压表示数变小,根据串联分压可知R3两端的电压增大,流过R3的电流增大,电流表示数变大,故C、D正确。

11.(7分)如图,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡L1的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光,则下列说法中正确的是              (　　)

A.此电源的内电阻为 Ω

B.灯泡L1的额定电压为3 V,额定功率为6 W

C.把灯泡L1换成阻值恒为1 Ω的纯电阻,电源的输出功率将变小

D.由于小灯泡L1的U-I图线是一条曲线,所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用

【解析】选B。由图像知,电源的内阻为r=||= Ω=0.5 Ω,A错误;因为灯L1正常发光,故灯L1的额定电压为3 V,额定功率为P=UI=3×2 W=6 W,B正确;正常工作时,灯L1的电阻为R1==1.5 Ω,换成1 Ω的纯电阻后,该电阻更接近电源内阻r,故电源的输出功率将变大,C错误;小灯泡是纯电阻用电器,欧姆定律适用,其U-I图线是一条曲线的原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生变化,D错误。

12.(19分)如图所示的电路中,电源的电动势E=12 V,内阻未知,R1=8 Ω,R2=1.5 Ω,L是规格为“3 V　3 W”的灯泡,开关S断开时,灯泡恰好正常发光。不考虑温度对灯泡电阻的影响。试求:

(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻。

(2)电源的内阻。

(3)开关S闭合时,灯泡实际消耗的功率。

【解析】(1)I===1 A

RL===3 Ω

(2)S闭合前,E=Ir+IR1+IRL

将E=12 V,I=1 A,R1=8 Ω,RL=3 Ω

代入求解得r=1 Ω。

(3)开关S闭合后,E=I'r+I'R1+U2

I'=+

代入数据联立求解得U2=1.2 V

灯泡实际消耗的功率P'==0.48 W。

答案:(1)1 A　3 Ω　(2)1 Ω　(3)0.48 W