2025新高考物理二轮复习【核心素养测评】二十七 闭合电路的欧姆定律（练习，含解析）

这是一份2025新高考物理二轮复习【核心素养测评】二十七 闭合电路的欧姆定律（练习，含解析），共15页。
【基础巩固练】
1.(6分)(生活交通类)交警使用的某型号酒精测试仪如图甲所示,其工作原理如图乙所示,传感器电阻R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小,电源的电动势为E,内阻为r,电路中的电表均为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时,下列说法中正确的是( )
A.电压表的示数变大,电流表的示数变小
B.电压表的示数变小,电流表的示数变小
C.酒精气体浓度越大,电源的输出功率越大
D.电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变
2.(6分)(2023·济宁模拟)在如图所示的电路中,开关S闭合后,由于电阻元件发生短路或断路故障,导致电压表和电流表的读数都增大,电压表和电流表均为理想电表,则可能出现了下列哪种故障( )
A.R1短路 B.R2短路
C.R3短路D.R1断路
3.(6分)如图所示,图中的四个电表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片P向右端移动时,下列说法中正确的是( )
A.电源的输出功率一定变小
B.电压表V1的读数变小,电流表A1的读数变小
C.电压表V2的读数变大,电流表A2的读数变小
D.电压表V2的读数变小,电流表A2的读数变小
4.(6分)(2023·南京模拟)将一电源与一电阻箱连接成闭合电路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知( )
A.电源最大输出功率可能大于45 W
B.电源内阻等于5 Ω
C.电源电动势为45 V
D.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%
5.(6分)(2023·成都模拟)电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。直线A、B和C分别是电源a、电源b和电阻R的U-I图线。将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么( )
A.电源a、b电动势一样大,b内阻较大
B.R接到电源a上,电路中的电流较小
C.R接到电源b上,电源的输出功率较大
D.R接到电源b上,电源效率较高
【加固训练】
如图所示,电源电动势E=2 V,内阻r=1 Ω,电阻R0=2 Ω,滑动变阻器的阻值范围为0~10 Ω。求滑动变阻器的阻值为多大时,R上消耗的功率最大,最大值为多少?
6.(6分)(2024·徐州模拟)如图所示电路中,电源为恒流源,能始终提供大小恒定的电流,R0为定值电阻,移动滑动变阻器R的滑片,则选项图中表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图像,可能正确的是( )
【综合应用练】
7.(6分)(2023·福州模拟)如图所示电路,电源内阻为r,两相同灯泡L1、L2 电阻均为R,D为理想二极管(具有单向导电性),电表均为理想电表。闭合S后,一带电油滴恰好在平行板电容器中央静止不动,现把滑动变阻器滑片向上滑动,电压表V1、V2 示数变化量绝对值分别为ΔU1、ΔU2 ,电流表示数变化量绝对值为ΔI,则下列说法中错误的是( )
A.两灯泡逐渐变亮
B.油滴将向下运动
C.ΔU2ΔI=R+r
D.ΔU2>ΔU1
8.(6分)(多选)(2023·黄山模拟)如图所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡,R为滑动变阻器,V为理想电压表。现闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片P从a端向b端滑动。已知小灯泡电阻和电源内阻相等,则下列说法中正确的是( )
A.电压表示数先变小后变大
B.小灯泡L先变暗后又变亮
C.电源的输出功率先变小后变大
D.电源的效率先减小后增大
9.(6分)(2023·邯郸模拟)如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=
7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,电容器的电容C=2 μF。开始时开关S处于闭合状态,则下列说法正确的是( )
A.开关S闭合时,电容器上极板带正电
B.开关S闭合时,电容器两极板间电势差是3 V
C.将开关S断开,稳定后电容器极板所带的电荷量是3.6×10-6 C
D.将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量是9.6×10-6 C
10.(10分)在如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3是一滑动变阻器,当其滑片P从最左端滑至最右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻R2的阻值;
(3)滑动变阻器的最大阻值。
【情境创新练】
11.(6分)(多选)(2023·石家庄模拟)某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度B的增大而增大。有一位同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁铁的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁铁可以相对小车无摩擦左右移动,下列说法正确的是( )
A.当小车向右做加速直线运动时电流表示数变大
B.当小车向右做减速直线运动时电压表示数变小
C.当小车向左做加速直线运动时电流表示数变大
D.当小车向左做减速直线运动时电压表示数变小
解析版
1.(6分)(生活交通类)交警使用的某型号酒精测试仪如图甲所示,其工作原理如图乙所示,传感器电阻R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小,电源的电动势为E,内阻为r,电路中的电表均为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时,下列说法中正确的是( )
A.电压表的示数变大,电流表的示数变小
B.电压表的示数变小,电流表的示数变小
C.酒精气体浓度越大,电源的输出功率越大
D.电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变
【解析】选D。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时,R的阻值减小,电路总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律可知,电路中电流I变大,故电流表的示数变大,R两端电压为U=E-I(R0+r)变小,故电压表的示数变小,故A、B错误;因为不知道外电阻R0+R与电源内阻r的关系,所以无法判断电源的输出功率如何变化,故C错误;电压表示数为U=E-I(R0+r),电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比为ΔUΔI=R0+r,保持不变,故D正确。
2.(6分)(2023·济宁模拟)在如图所示的电路中,开关S闭合后,由于电阻元件发生短路或断路故障,导致电压表和电流表的读数都增大,电压表和电流表均为理想电表,则可能出现了下列哪种故障( )
A.R1短路 B.R2短路
C.R3短路D.R1断路
【解析】选A。若电路正常,则电流表测量流过R1的支路电流,电压表测量R3两端的电压。若R1短路,则R2被短路,外电路只有电阻R3接在电源两端,电流表测量干路电流,电压表测量路端电压,两表示数均增大,A正确;若R2短路,则R1被短路,电流表示数为零,B错误;若R3短路,则电压表示数为零,C错误;若R1断路,则电流表示数为零,D错误。
3.(6分)如图所示,图中的四个电表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片P向右端移动时,下列说法中正确的是( )
A.电源的输出功率一定变小
B.电压表V1的读数变小,电流表A1的读数变小
C.电压表V2的读数变大,电流表A2的读数变小
D.电压表V2的读数变小,电流表A2的读数变小
【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)判断外电路总电阻的变化,由欧姆定律分析路端电压的变化和总电流的变化,再分析电流表示数的变化,电源内阻消耗功率的变化。
(2)根据推论:电源的外电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,分析电源输出功率如何变化。
【解析】选C。当内、外电阻相等时电源的输出功率最大,由于电源的内、外电阻关系未知,所以不能确定电源的输出功率如何变化,故A错误;当滑动变阻器的滑片P向右端移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律可得,干路电流I增大,路端电压U减小,则电流表A1读数变大,电压表V1读数U1=E-I(R1+r),I增大,其他量不变,则U1减小,A2的读数为I2=U1R3,则I2减小,即电流表A2的读数变小,因总电流增大,则通过R2的电流增大,则U2变大,即电压表V2读数变大,故C正确,B、D错误。
4.(6分)(2023·南京模拟)将一电源与一电阻箱连接成闭合电路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知( )
A.电源最大输出功率可能大于45 W
B.电源内阻等于5 Ω
C.电源电动势为45 V
D.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%
【解析】选B。由题可知将一电源与一电阻箱连接成闭合电路,电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率,由题图可知,电阻箱所消耗功率P最大为45 W,所以电源最大输出功率为45 W,选项A错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻r=5 Ω,选项B正确;电阻箱所消耗功率P最大值为45 W时,电阻箱读数为R=5 Ω,则电流I=PR=3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,选项C错误;电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%,选项D错误。
5.(6分)(2023·成都模拟)电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。直线A、B和C分别是电源a、电源b和电阻R的U-I图线。将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么( )
A.电源a、b电动势一样大,b内阻较大
B.R接到电源a上,电路中的电流较小
C.R接到电源b上,电源的输出功率较大
D.R接到电源b上,电源效率较高
【解题指南】电源的伏安特性曲线纵轴截距表示电源电动势,斜率绝对值表示内阻;电阻的伏安特性曲线斜率表示电阻,电阻和电源连接时图像的交点表示相同的电流和路端电压,二者乘积表示输出功率。
【解析】选A。由电源的U-I图线可知,纵轴截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻,故电源a、b电动势一样大,b内阻较大,A正确;当电源与电阻直接相连时,电源和电阻的U-I 图线交点表示该电阻的工作状态,其横坐标表示电路中的电流,故R接到电源a上,电路中的电流较大,B错误;
由P=UI可知,电源和电阻的U-I图线交点横、纵坐标乘积(矩形面积)表示电源的输出功率,可知R接到电源a上,电源的输出功率较大,电源的效率可表示为η=P出P总×100%=UE×100%,当R接到电源a上,路端电压U较大,电源效率较高,C、D错误。
【加固训练】
如图所示,电源电动势E=2 V,内阻r=1 Ω,电阻R0=2 Ω,滑动变阻器的阻值范围为0~10 Ω。求滑动变阻器的阻值为多大时,R上消耗的功率最大,最大值为多少?
答案:23 Ω 23 W
【解析】方法一 由公式PR=U2R,根据闭合电路的欧姆定律,路端电压U=E·R0RR0+Rr+R0RR0+R=ER0RrR0+rR+RR0,所以PR=E2R02R(rR0+rR+R0R)2,代入数据整理得PR=164R+9R+12 W,
当R=23 Ω时,R上消耗的功率最大,PRmax=23 W。
方法二 采用等效电源法分析,把电阻R0等效到电源的内部,即把电源和电阻R0看作等效电源,即电动势为E'=R0R0+rE、内阻为r'=R0rR0+r的电源,当R=r'=R0rR0+r时,电源对外电路R的输出功率最大,为PRmax=E'24r'。把数值代入各式得E'=R0R0+rE
=43 V,r'=R0rR0+r=23 Ω,所以R=23 Ω,PRmax=E'24r'=23 W。
6.(6分)(2024·徐州模拟)如图所示电路中,电源为恒流源,能始终提供大小恒定的电流,R0为定值电阻,移动滑动变阻器R的滑片,则选项图中表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图像,可能正确的是( )
【解析】选C。由题图知R0与R并联,电压表测电源电压,电流表测R支路的电流,设电源提供的恒定电流为I总,根据并联电路特点可知U=U0=I0R0=(I总-I)R0=-IR0+I总R0,其中I总、R0为定值,可知U与I的图像为一次函数图像,且-R0ΔU1,选项D正确。
8.(6分)(多选)(2023·黄山模拟)如图所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡,R为滑动变阻器,V为理想电压表。现闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片P从a端向b端滑动。已知小灯泡电阻和电源内阻相等,则下列说法中正确的是( )
A.电压表示数先变小后变大
B.小灯泡L先变暗后又变亮
C.电源的输出功率先变小后变大
D.电源的效率先减小后增大
【解析】选B、C。由电路结构可知,滑动变阻器R的滑片P两边的电阻并联,则当P从a端向b端滑动时,电路的总电阻先变大后变小,则干路电流先变小后变大,故小灯泡L先变暗后又变亮,选项B正确;由U=E-Ir可知路端电压先变大后变小,即电压表的示数先变大后变小,选项A错误;因为小灯泡电阻和电源内阻相等,电路的总电阻先变大后变小,结合电源输出功率随外电路电阻变化图像可知,当内、外电阻相等时电源输出功率最大,则电源的输出功率先变小后变大,选项C正确;电源的效率η=IUIE×100%=R外R外+r×100%=11+rR外×100%,外电路总电阻越大,电源的效率越高,故电源的效率先增大后减小,选项D错误。
9.(6分)(2023·邯郸模拟)如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=
7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,电容器的电容C=2 μF。开始时开关S处于闭合状态,则下列说法正确的是( )
A.开关S闭合时,电容器上极板带正电
B.开关S闭合时,电容器两极板间电势差是3 V
C.将开关S断开,稳定后电容器极板所带的电荷量是3.6×10-6 C
D.将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量是9.6×10-6 C
【解析】选D。开关S闭合时的等效电路图如图甲所示,电容器C两端电压等于R3两端电压U3,已知电路总电阻R=(R2+R3)R1R2+R3+R1+r=4 Ω,由闭合电路欧姆定律可知干路电流I=ER=1.5 A,路端电压U=E-Ir=4.5 V,则U3=R3R2+R3U=1.8 V,此时电容器所带电荷量Q1=CU3=3.6×10-6 C,且上极板带负电,下极板带正电,故A、B错误。开关S断开时的等效电路图如图乙所示,稳定后电容器C两端电压等于R2两端电压U2,此时U2=ER2+R3+rR2=3 V,电容器所带电荷量Q2=CU2=6×10-6 C,且上极板带正电,下极板带负电,故通过R0的电荷量Q=Q1+Q2=9.6×10-6 C,故C错误,D正确。
10.(10分)在如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3是一滑动变阻器,当其滑片P从最左端滑至最右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求:
(1)电源的电动势和内阻;
答案:(1)20 V 20 Ω
【解析】(1)电源的路端电压随电流的变化图线斜率的绝对值等于电源的内阻,则内阻r=|ΔUΔI|=16-40.8-0.2 Ω=20 Ω
电源的电动势为E=U+Ir,取电压U1=16 V,电流I1=0.2 A,代入解得E=20 V。
(2)定值电阻R2的阻值;
答案: (2)5 Ω
【解析】(2)当滑片P滑到最右端时,R1被短路,外电路的电阻最小,电流最大。此时电压U2=4 V,电流I2=0.8 A,则定值电阻R2=U2I2=5 Ω。
(3)滑动变阻器的最大阻值。
答案: (3)300 Ω
【解析】(3)当滑片P滑到最左端时,滑动变阻器阻值最大,外电阻最大,电流最小,此时路端电压U1=16 V,电流I1=0.2 A,外电路总电阻为R=U1I1=80 Ω,又R=R2+R1R3R1+R3,代入解得R3=300 Ω。
【情境创新练】
11.(6分)(多选)(2023·石家庄模拟)某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度B的增大而增大。有一位同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁铁的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁铁可以相对小车无摩擦左右移动,下列说法正确的是( )
A.当小车向右做加速直线运动时电流表示数变大
B.当小车向右做减速直线运动时电压表示数变小
C.当小车向左做加速直线运动时电流表示数变大
D.当小车向左做减速直线运动时电压表示数变小
【解析】选B、C。当小车向右加速或向左减速时,磁铁具有向右的加速度,受到的合力向右,故左侧的弹簧压缩,右侧的弹簧拉伸,磁铁向左靠近磁敏电阻R,R阻值变大,电路中的电流减小,电流表的示数变小,电压表测R两端的电压,由串联分压知,电压表示数变大,A、D错误;当小车向左加速或向右减速时,磁铁具有向左的加速度,受到的合力向左,故左侧的弹簧拉伸,右侧的弹簧压缩,磁铁向右远离磁敏电阻R,R阻值变小,电路中的总电阻变小,电路中的电流变大,电流表示数变大,由串联分压知,电压表示数变小,B、C正确。