12.5 专题一： 闭合电路欧姆定律的应用（课中练习）-高中物理人教版（2019）必修第三册高二上学期课前课中课后同步试题精编

12.5专题：闭合电路欧姆定律的应用 课中练

一、闭合电路的动态分析

【课堂引入】

闭合电路动态问题的分析方法1.程序法分析 2.结论法——“并同串反”

【例题】

1. 如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑片在ab的中点时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑片向a端移动，则下列说法正确的是（　　）

A. 电源的总功率减小

B. R3消耗的功率增大

C. I1增大，I2减小，U增大

D. I1减小，I2不变，U减小

2. 如图所示的电路中，电源电动势为E．内阻为R，L1和L2为相同的灯泡，每个灯泡的电阻和定值电阻阻值均为R．电压表为理想电表，K为单刀双掷开关，当开关由1位置掷到2位置时，下列说法中正确的是（　　）

A. L1亮度不变，L2将变暗

B. L1将变亮，L2将变暗

C. 电源内阻的发热功率将变小

D. 电压表示数将变小

3. 如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r．将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表示数变化量的绝对值分别为 ，理想电流表示数变化量的绝对值 ，则（　　）

A. A的示数增大 B. 的示数增大

C. 与 的比值大于r D. 大于

4. 在探究电路故障时，某实验小组设计了如图所示的电路，当开关闭合后，电路中的各用电器正常工作，经过一段时间，发现小灯泡A的亮度变暗，小灯泡B的亮度变亮．则下列对电路故障的分析正确的是（　　）

A. 可能是定值电阻R1短路

B. 可能是定值电阻R2断路

C. 可能是定值电阻R3断路

D. 可能是定值电阻R4短路

二、闭合电路的功率

1.电源的总功率

P总＝EI；电源内电阻消耗功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I。

2.对于纯电阻电路，电源输出功率

P出＝I2R＝2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝。电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。

3.电源的效率

指电源的输出功率与电源的总功率之比，

即η＝×100%＝×100%＝×100%。

对于纯电阻电路，电源的效率η＝×100%＝×100%＝×100%，所以当R增大时，效率η提高。当R＝r（电源有最大输出功率）时，效率仅为50%，效率并不高。

【例题】

5. 如图所示，电路中E=3V，r=0.5Ω，，变阻器的最大阻值R=10Ω．

（1）在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？

（2）在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻上消耗的功率最大？最大为多大？

【课堂练习】

6. 如图，三个电阻R1、R2、R3的阻值均为R，电源的内阻r<R，c为滑动变阻器的中点．闭合开关后，将滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动，下列说法正确的是（　　）

A. R2消耗的功率变小     B. R3消耗的功率变大

C. 电源输出的功率变大    D. 电源内阻消耗的功率变大

7. 如图所示，线段A为某电源的U－I图线，线段B为某电阻R的U－I图线，由上述电源和电阻组成闭合电路时，求：

（1）电源的输出功率P出是多大？

（2）电源内部损耗的电功率P内是多少？

（3）电源的效率η是多大？

三、含电容器电路的分析与计算

1.电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。

2.当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。

3.电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。

4.根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量。

【例题】

8. 在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，A、V为理想电流表和电压表．在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是（　　）

A. 电压表示数变小     B. 电流表示数变小

C. 电容器C所带电荷量增多   D. a点的电势降低

【课堂练习】

9. 如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：

(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；

(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量．

10. 如图所示，，，，电源电动势，内阻忽略不计．求：

（1）开关S断开时，C点的电势为多少？

（2）开关S闭合时，电容器所带的电荷量变化了多少？

11. 如图所示的电路中，定值电阻a、b、c、d的阻值相等，电容器C的耐压值足够大，其中电源的内阻可忽略不计。当仅闭合开关K1时，电路的总电阻用R1表示、电容器所带的电荷量为q1，当两个开关均闭合时，电路的总电阻用R2表示、电容器所带的电荷量为q2。则下列关系式正确的是（　　）

A. R1：R2＝6：5 B. R1：R2＝5：6

C. q1：q2＝5：3 D. q1：q2＝3:5

参考答案

1. AC

【详解】法一：程序法

AB．将滑动变阻器的滑片向a端移动，滑动变阻器接入电路中的电阻增大，电路中的总电阻增大，电路中的总电流I减小，电源的总功率

P＝EI

减小，R3消耗的功率

P3＝I2R3

减小，选项A正确，B错误；

CD．电路中的总电流减小，由

U＝E－Ir

知电源的路端电压U增大，R1、R2并联部分的总电阻增大，电压增大，通过R1的电流I1增大，而总电流I减小，则通过R2的电流I2减小，选项C正确，D错误。

故选AC。

法二：串反并同法

AB．将滑动变阻器的滑片向a端移动，滑动变阻器接入电路中的电阻增大，与其串联的电流表A2的示数减小，与其间接串联的电源的总功率、R3消耗的功率均减小，故A正确，B错误；

CD．与其间接并联的电流表A1、电压表V的示数均增大，C正确，D错误。

故选AC。

2. D

【详解】开关在位置1时，外电路总电阻R总=，电压表示数U=E=，同理，两灯电压U1=U2=E，

电源内阻的发热功率为P热==．

开关在位置2时，外电路总电阻R总′=R，电压表示数U′=E=，灯泡L1的电压U1′=E，L2′的电压U2′=，电源内阻的发热功率为  ，

A、由上可知，L1亮度不变，L2将变亮．故AB错误．

C、电源内阻的发热功率将变大．故C错误

D、电压表读数变小．故D正确．

故选D．

3. ACD

【详解】A．滑动变阻器的滑片向下滑动，导致滑动变阻器阻值变小，由于电压表断路，定值电阻和滑动变阻器为串联，滑动变阻器阻值变小，总电阻变小，电源电动势不变，总电流变大，即电流表示数变大，选项A对；

B．电压表测量定值电阻的电压，电阻不变，总电流变大，所以电压变大即示数增大．电压表测量定值电阻和滑动变阻器总电压即路端电压，示数变小，选项B错；

D．电压表测量滑动变阻器电压，设电流增加量为，则根据，，所以，选项D对；

C．电压表的变化量，所以，选项C对．

4. BC

【详解】AD．由于小灯泡A串联于干路中，且故障发生后小灯泡A变暗，可知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此推知，故障应为某一电阻断路，排除选项AD选项，即AD错误；

B．若R2断路，则R1和小灯泡B所在支路的电压增大，而R2的断路又使小灯泡B分配的电压增大，故小灯泡B变亮，选项B正确；

C．若R3断路，必引起与之并联的支路(即R1所在支路)中电流增大，小灯泡B分得的电流也变大，小灯泡B变亮，故选项C正确．

5. 【答案】2 Ω    （2）0 

【详解】（1）此种情况可以把R0归入电源内阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率．

即当R=r+R0=2 Ω时，R消耗功率最大为：

（2）定值电阻 R0上消耗的功率可以表述为：P=I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R=0时，R0上消耗的功率最大：

6. CD

【详解】把等效电路画出，如图

设，，则

当时，有最大值，当滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动时，减小，增大，易得：减小，

减小，增大，故电源内阻消耗的功率=增大，故D正确

=减小，

减小，故=减小，故B错误

而增大，故=减大，故A错误

根据电源输出功率与的关系图可知，当，减小电源输出功率越大，故C正确；

7. 【答案】（1）4W，（2）2W，（3）66.7%

【详解】试题分析：（1）由电源的U-I图象读出电动势，求出内阻．两图线交点表示电阻与电源组成闭合电路时的工作状态，读出电压和电流，由公式P=UI求出电源的输出功率．（2）电源内部损耗的电功率由公式求解．（3）电源的总功率为，电源的效率为．代入数据求解即可．

（1）从A的图线可读出，电源的电动势 E=3V，内阻

从图象的交点可读出：路端电压U=2V，电路电流I=2A则电源的输出功率为

（2）电源内部损耗的电功率

（3）电源的总功率为

故电源的效率为

8. D

【详解】A：滑动变阻器的滑动触头P自a端向b端滑动的过程中，R3接入电路的电阻减小，电路外电阻减小，干路电流增大，电阻R1两端电压增大，电压表示数增大．故A项错误．

BC：干路电流增大，并联部分电压减小，电容器两板间电压减小，电容器C所带电荷量减小．并联部分电压减小，流过R2的电流减小，又干路电流增大，则流过电流表的电流增大，电流表示数变大．故BC两项错误．

D：外电路中顺着电流方向，电势降低，则，b点电势为零，并联部分电压减小，则a点的电势降低．故D项正确．

9.【答案】(1)1  A　(2)1.2×10－4C

【详解】（1）电路稳定时，R1、R2串联，易求

I＝＝1 A.

（2）S闭合时，电容器两端电压

UC＝U2＝I·R2＝6V

储存的电荷量

Q＝C·UC.

S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时

UC′＝E

储存的电荷量

Q′＝C·UC′.

很显然电容器上的电荷量增加了

ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4C．

电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量．

10.【答案】（1）0  （2）减小了

【详解】（1）电路稳定后，两支路都无电流，B、C两点电势相等，A、D两点电势相等．因B接地，所以．

（2）开关S闭合前，两端的电势差

开关S闭合后，两个电容器相当于两个电压表，两端的电势差

故两端电势差减小了

带电荷量减少了

．

11. AC

【详解】设定值电阻的阻值均为R，电源的电动势为E，当仅闭合开关K1时，等效电路如图甲所示，则电路的总电阻为

R1＝3R

电容器两极板间的电压

则电容器所带的电荷量

当两个开关均闭合时，等效电路如图乙所示，电路的总电阻为

电容器两极板之间的电压为

电容器所带的电荷量

由以上分析可知

R1∶R2＝6∶5

q1∶q2＝5∶3

故AC正确，BD错误。

故选AC。