人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展综合训练题

 5　两种U ­ I图像

1．(多选)如图所示是某电源的U­I图像，则下列结论正确的是(　　)

A．电源的电动势为6.0 V

B．电源的短路电流为0.5 A

C．电流为0.2 A时的外电阻是28.4 Ω

D．电源的内阻为12 Ω

2．(多选)如图所示，甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻电路)的路端电压与通过它们的电流I的关系图线，下列说法中正确的是(　　)

A．路端电压都为U0时，它们的外电阻相等

B．电流都是I0时，两电源的内电压相等

C．电源甲的电动势大于电源乙的电动势

D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻

3．(多选)如图所示的U ­ I图像中，直线Ⅰ为某电源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．用该电源与电阻R连接成闭合电路，由图像可知(　　)

A．R的阻值为1.5 Ω

B．电源电动势为3.0 V，内阻为1.5 Ω

C．电源的输出功率为3.0 W

D．电阻R消耗的功率为1.5 W

4．如图所示，直线A为某电源的U ­ I图线，曲线B为某小灯泡D1，的U ­ I图线的一部分，用该电源和小灯泡D1组成闭合电路时，小灯泡D1恰好能正常发光，则下列说法中正确的是(　　)

A．此电源的内阻为 Ω

B．小灯泡D1的额定电压为3 V，额定功率为6 W

C．把小灯泡D1换成“3 V，20 W”的灯泡D2，D2能正常发光

D．把小灯泡D1换成一个1 Ω的定值电阻，电路中的电流为3 A

5．有四个电源甲、乙、丙、丁，其路端电压U与电流I的关系图像分别如图(a)、(b)、(c)、(d)所示．将一个阻值为6 Ω的定值电阻分别与每个电源的两极相接，使定值电阻消耗的功率最大的电源是(　　)

A．甲电源        B．乙电源

C．丙电源        D．丁电源

6．在电学探究实验课中，某组同学在实验室利用如图甲所示的电路图连接好电路，并用于测定定值电阻R0的阻值及电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器的滑片向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录了电流表A和电压表V2的测量数据．根据所得数据描绘了如图乙所示的两条U ­ I图线．则(　　)

A．图线b是电压表V1的测量值所对应的图线

B．电源电动势和内阻分别是E＝1.5 V，r＝1.0 Ω

C．图像中两直线的交点表示定值电阻R0上消耗的功率为0.75 W

D．图像中两直线的交点表示此时电源的效率达到最大值

7．2022年10月1 5日，我国成功将遥感三十六号卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功．卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用．如图所示，图线a是太阳能电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的U ­ I图像．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，则(　　)

A．电源的电动势为E＝5 V

B．电阻两端的电压为U＝4 V

C．通过电阻的电流为I＝0.4 A

D．太阳能电池的内阻为5 Ω

[答题区]

8.如图所示，甲图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如乙图中的AC、BC两直线所示．不考虑电表对电路的影响．

(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U ­ I图像中的哪一条直线？

(2)定值电阻R0的阻值和滑动变阻器的总电阻R分别为多少？

(3)求出电源的电动势和内阻．

专项5　两种U­I图像

1．答案：AC

解析：A对：图线在U轴的截距为电源的电动势，即6.0 V．D错：图线斜率的绝对值为电源的内阻，r＝ Ω＝1.6 Ω.C对：电流为0.2 A时的外电阻是R＝－r＝28.4 Ω.B错：电流为0.5 A时的路端电压为5.2 V，故0.5 A并非是短路电流．

2．答案：AC

解析：A对：甲、乙两图线的交点坐标为(I0，U0)，外电路为纯电阻电路，通过外接电阻的电流和电阻两端的电压相等，则外电阻相等．C对：图线在U轴的截距表示电动势的大小，由图知，E甲＞E乙．D错：图线的斜率表示电源内阻的大小(电动势与短路电流的比值)，由图知电源甲的内阻大于电源乙的内阻．B错：电源的内电压U内＝Ir，因r甲＞r乙，当电流都为I0时，电源甲的内电压较大．

3．答案：ABD

解析：A对：由两图线的交点知，R＝＝ Ω＝1.5 Ω.B对：直线I在纵轴上的截距为电源电动势，即E＝3.0 V，斜率的绝对值为电源内阻，即r＝＝ Ω＝1.5 Ω.C错，D对：电源的输出功率P出＝UI＝1.5 W，也等于电阻R消耗的功率．

4．答案：B

解析：A错：图线A斜率的绝对值表示内阻，则r＝＝ Ω＝0.5 Ω.B对：因小灯泡D1正常发光，则额定电压U＝3 V，此时电流I＝2 A，则额定功率P＝UI＝6 W．C错：将小灯泡D1换成D2后，D2和D1额定电压相同，但额定功率不同，灯泡D2在3 V电压时的电阻比D1小，与电源串联时，分得的电压小于3 V，故不能正常发光．D错：将小灯泡D1换成1 Ω的定值电阻，电流I′＝＝ A．

5．答案：D

解析：由闭合电路欧姆定律可知U＝E－Ir，得U ­I图像纵轴的截距为电源电动势，斜率的绝对值为电源内阻，因此可知四个电源的电动势都为12 V，而电源内阻分别为r甲＝||＝ Ω＝12 Ω，r乙＝||＝6 Ω，r丙＝||＝4 Ω，r丁＝||＝3 Ω，定值电阻消耗的功率为P＝()2R，可知电源内阻越小定值电阻消耗的功率越大，因此丁电源使定值电阻消耗的功率最大，故D正确，A、B、C错误．

6．答案：B

解析：由题图甲可知，V1测量电源的路端电压，V2测量R0两端的电压，路端电压随电流增大而减小，定值电阻两端电压随电流增大而增大，由题图乙所示图像可知，图线a是电压表V1的测量值所对应的图线，图线b是V2的测量值所对应的图线，故A错误；由电源的U ­I图像可知，图像纵轴截距为1.5 V，则电源电动势E＝1.5 V，电源内阻r＝||＝ Ω＝1.0 Ω，故B正确；两图线交点表示两电压表示数相等，此时滑动变阻器接入电路的阻值为零，只有定值电阻接在电源两端，由图乙可知，此时定值电阻两端电压为1.0 V，电路中电流为0.5 A，则当该电源只给定值电阻R0供电时R0消耗的功率P＝UI＝1.0×0.5 W＝0.5 W，故C错误；电源的效率为η＝×100%，外电路电阻R外越大，电源效率越高，图像中两直线相交时，外电路电阻最小，电源效率最低，故D错误．

7．答案：D

解析：由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由图线a与纵轴的交点读出电源的电动势为E＝4 V，A错误；根据两图线交点处的状态可知，电阻两端的电压为U＝3 V，电流为I＝0.2 A，B、C错误；此时太阳能电池的内阻为r＝＝5 Ω，D正确．

8．答案：(1)见解析　(2)3 Ω　12 Ω　(3)8 V　1 Ω

解析：(1)电流增大，路端电压减小，定值电阻R0分压增大，V1示数变化如直线AC所示；V2示数变化如直线BC所示．(2)根据欧姆定律，定值电阻R0＝＝ Ω＝3 Ω.当电流取最小值I0＝0.5 A时，滑动变阻器的阻值最大，此时滑动变阻器两端电压UR＝UB－UA＝(7.5－1.5) V＝6 V，滑动变阻器的总电阻R＝＝ Ω＝12 Ω.(3)根据闭合电路的欧姆定律，路端电压与电流的关系是U＝E－Ir，所以直线BC斜率的绝对值表示电源内阻，即r＝||＝ Ω＝1 Ω，电动势E＝UB＋I0r＝(7.5＋0.5×1) V＝8 V．