高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试集体备课ppt课件

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素养培优集训(四)　闭合电路欧姆定律的应用一、选择题1．欧姆表电路及刻度盘如图所示，现因表头损坏，换用一个新表头。甲表头满偏电流为原来表头的2倍，内阻与原表头相同；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，则换用甲表头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为(　　)A．100 Ω，100 Ω　 B．200 Ω，100 ΩC．50 Ω，100 Ω D．100 Ω，200 ΩC　[由欧姆表改装原理及闭合电路的欧姆定律可得，甲表头满偏电流为原表头的2倍，内阻与原表头相同，在电动势不变的情况下，其中值电阻变为原来的，即50 Ω；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，在电动势不变的情况下，其中值电阻不变，即100 Ω，故C正确，A、B、D错误。]2．(2020·河北石家庄期中)如图所示，a表示某电源路端电压随电流变化的图线，b表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下列判断正确的是(　　)A．阴影部分的面积表示电源内阻消耗的功率B．阴影部分的面积表示电源的功率C．当α＝β时，电源的输出功率最大D．当α＝β时，电源的效率最高C　[阴影部分的面积表示外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A、B均错误；当α＝β时，外电阻的阻值R与电源内阻r相等(注意α、β正切值并不等于阻值大小)，此时电源的输出功率最大，此时效率为η＝×100%＝50%，故C正确，D错误。]3．将一个电源与一个电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)A．电源的电动势为45 VB．电源的内阻为5 ΩC．电源最大输出功率可能大于45 WD．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%B　[当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由题图可知，电源的内阻为5 Ω，故B正确；由Pmax＝可知，E＝30 V；故A错误；由题图可知，电源的输出功率最大为45 W，故C错误；根据效率公式可得：η＝×100%，最大功率时内外电阻相等，所以效率为50%，故D错误。]4．如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是(　　)A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小B　[当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力。  当电路稳定后，R1中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R0两端电压。当R2不变，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D错误；若保持R1不变，缓慢增大R2，R0两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场强度减弱，小球受到的电场力减小，F变小，故A错误，B正确。]5．(2021·南京模拟)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 AC．开关S断开时C1带的电荷量与开关S闭合后C1带的电荷量一样多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B　[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Q′1＝C1U1＝3.6×10－5 C、Q′2＝C2U2＝3.6×10－5 C，对电容器C1来说，S闭合后其两端电压减小，所带电荷量也减小，故B正确，C、D错误。]6．(2020·河北大名一中月考)图为多用电表欧姆挡原理的示意图，其中表头的满偏电流为300 μA，内阻rg＝100 Ω，调零电阻的最大阻值为50 kΩ，串联的固定电阻R0＝50 Ω，电源的电动势E＝1.5 V，电源内阻r＝1 Ω，用它测量电阻Rx，能较准确测量的阻值范围是(　　)A．30 kΩ～80 kΩ B．3 kΩ～8 kΩC．300 kΩ～800 kΩ D．3 000 kΩ～8 000 kΩB　[题图为多用电表欧姆挡的原理图，欧姆挡测电阻利用的是闭合电路的欧姆定律，有Ix＝，可见Ix与Rx是一一对应的关系。先在表头上刻下Ix对应的Rx值，我们就可以用它测电阻了，但是Ix与Rx并不是线性关系，在中值电阻附近时测量值是比较准确的。本题中，当电流表半偏时，Ig＝＝，所以R中＝＝ Ω＝5 kΩ，选项B正确。]7．如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P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P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 WC．2 W    D．2.5 WC　[由题图不难看出，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。题图上AB线段表示的功率为PAB＝P总－I2r＝(1×3－12×1) W＝2 W。故选项 C正确。]8．如图所示的电路，L是小灯泡，C是极板水平放置的平行板电容器，有一带电油滴悬浮在两极板间静止不动，若滑动变阻器的滑片向下滑动，则(　　)A．L变亮 B．L变暗C．油滴向上运动     D．电源的总功率减小B　[滑动变阻器的滑片向下滑动，使得电路的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，干路电流I增大，L两端的电压U＝E－Ir减小，L变暗，B正确，A错误；电容器两端的电压与L两端电压相等，则油滴受到向上的静电力减小，油滴向下运动，C错误；由于干路电流I增大，根据P＝EI，电源的总功率增大，D错误。]9．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a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常数)，图线b是某电阻R的U­I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列相关叙述说法正确的是(　　)A．此时硅光电池的内阻为12.5 ΩB．此时硅光电池的输出功率为0.2 WC．此时硅光电池的总功率为0.72 WD．此时硅光电池的输出效率为40%C　[由闭合电路的欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由a与纵轴的交点读出电动势为E＝3.6 V。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U＝2 V，回路中的电流为I＝0.2 A，则电池的内阻为r＝＝ Ω＝8 Ω，A错误；电池的输出功率为P出＝UI＝0.4 W，B错误；此时硅光电池的总功率为P总＝EI＝3.6×0.2 W＝0.72 W，C正确；此时硅光电池的输出效率为η＝×100%＝×100%≈55.6%，D错误。]10．(2021·襄阳四中月考)如图1所示，R为电阻箱，A为理想电流表，电源的电动势为E，内阻为r。图2为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像，其中功率P0分别对应电流I1、I2，外电路电阻R1、R2。下列关系式中正确的是(　　)图1　　　　　　图2A．I1＋I2＞ B．I1＋I2＝C．＞   D．＜B　[由闭合电路的欧姆定律得U＝E－Ir，输出功率为P＝UI＝EI－I2r，故有EI1－Ir＝EI2－Ir，整理得I1＋I2＝，故A错误，B正确；根据电功率表达式得P0＝IR1＝IR2，且I1＝，I2＝，代入整理得R1R2＝r2，故C、D错误。]二、非选择题11．欧姆表的原理如图所示。其中，电源的电动势为E、内阻为r，表头G的满偏电流为Ig、内阻为Rg。(1)图中的A端应与________(选填“红”或“黑”)色表笔相连接；(2)测量电阻前，将红、黑色表笔短接，调节可变电阻使通过表头G的电流达到Ig，此时可变电阻接入电路的阻值R0＝________；(3)测量电阻时，若表头G的示数为I，则被测电阻的阻值Rx＝______。[(2)(3)中的空均用E、r、Ig、Rg、I表示][解析]　(1)欧姆表内部电源的正极应与黑表笔相连接，因此题图中的A端应与黑色表笔相连接。(2)当通过表头G的电流为Ig时，由闭合电路欧姆定律有Ig＝，解得R0＝－(r＋Rg)。(3)当表头G的示数为I时，由闭合电路欧姆定律有I＝，解得Rx＝－(r＋Rg＋R0)＝－。[答案]　(1)黑　(2)－(r＋Rg)　(3)－12．如图所示的电路中，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，R3＝1.5 Ω，C＝20 μF。当开关S断开时，电源所释放的总功率为2 W；当开关S闭合时，电源所释放的总功率为4W，求：(1)电源的电动势和内电阻；(2)闭合S时，电源的输出功率；(3)S断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少。[解析]　(1)S断开时外电路R2、R3串联E＝I1(R2＋R3)＋I1r  ①P1＝EI1  ②S闭合时外电路R1、R2并联后与R3串联R外′＝R3＋代入数据R外′＝Ω＝3.5 Ω  ③对闭合电路E＝I2R外′＋I2r  ④P2＝EI2  ⑤由①②③④⑤可得(2)闭合S时，电源的输出功率P＝IR外′＝12×3.5 W＝3.5 W。(3)S断开时Q1＝CUR2＝20×10－6×0.5×6 C＝6×10－5 CS闭合，电容器两端的电势差为零，则Q2＝0。[答案]　(1)4 V　0.5 Ω　(2)3.5 W　(3)6×10－5 C　013．如图所示的电路中，所用电源的电动势E＝4 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1可调。现将R1调到3 Ω后固定。已知R2＝6 Ω，R3＝3 Ω，求：(1)开关S断开和接通时，通过R1的电流分别为多大？(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值，应将R1的阻值调到多大？这时A、B间消耗的最大电功率是多少？[解析]　(1)开关S断开时，I1＝＝ A＝0.4 A开关接通时，R2、R3并联的总电阻R23＝＝2 ΩI′1＝＝ A≈0.667 A。(2)开关接通时，A、B之间的总电阻R23＝2 Ω为定值，所以，只有当R′1＝0时，总电流最大，A、B之间的电功率才最大。I＝＝A＝APAB＝I2R23＝×2 W≈3.556W。[答案]　(1)0.4 A　0.667 A　(2)0　3.556 W