人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量综合与测试课堂检测

习题课:闭合电路欧姆定律的应用

基础巩固

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 Ω

C.50 Ω,100 Ω D.100 Ω,200 Ω

2.如图所示,电路中电源的电动势为E,内电阻为r,开关S闭合后,当滑动变阻器R的滑片P向右移动的过程中,三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是(　　)

A.灯L1、L2变亮,灯L3变暗

B.灯L2、L3变亮,灯L1变暗

C.灯L1、L3变暗,灯L2变亮

D.灯L2、L3变暗,灯L1变亮

3.如图所示的U-I图像中,Ⅰ是电源的路端电压随电流变化的图线,Ⅱ是某电阻两端的电压随电流变化的图线,该电源向该电阻供电时,电阻消耗的功率和电源的效率分别为(　　)

A.4 W，33.3% B.2 W，66.7%

C.2 W，33.3% D.4 W，66.7% 

4.有一个电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源。下列电阻与其连接后,电阻的功率大于2 W,且该电源的效率大于50%的是(　　)

A.0.5 Ω B.1 Ω C.1.5 Ω D.2 Ω

5.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 W C.2 W D.2.5 W

6.如图所示,R为电阻箱,V为理想电压表,当电阻箱读数为R1=2 Ω时,电压表读数为U1=4 V;当电阻箱读数为R2=5 Ω时,电压表读数为U2=5 V。

(1)求电源的电动势E和内阻r。

(2)当电阻箱R读数为多少时,电源的输出功率最大?最大值Pm为多少?

能力提升

1.电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、变阻器R串联,如图所示,设R0=r,Rab=2r,当变阻器的滑片自a端向b端滑动时,下列各物理量随之减小的是(　　)

A.电池的输出功率 

B.变阻器消耗的功率

C.固定电阻R0消耗的功率 

D.电池内阻消耗的功率

2.

电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比,如图所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线,直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线,直线C为电阻R两端的电压与电流的关系图线,将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么(　　)

A.R接到电源a上,电源的效率较低

B.R接到电源b上,电源的输出功率较大

C.R接到电源a上,电源的输出功率较大,电源效率较高

D.R接到电源b上,电源的输出功率较小,电源效率较高

3.欧姆表的工作原理图如图所示。

(1)若表头的满偏电流为Ig=500 μA,干电池的电动势为1.5 V,求灵敏电流表的电流刻度值为50 μA、250 μA 时对应的欧姆表的电阻值。

(2)这个欧姆表的总内阻为　　　　Ω,表针偏转到满刻度的时,待测电阻为　　　　Ω。 

4.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4 W,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。

参考答案

基础巩固

1.解析由欧姆表改装原理及闭合电路欧姆定律可得,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,则C正确,A、B、D错误。

答案C

2. 解析变阻器与灯L1串联后与灯L2并联,再与灯L3串联。将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中,变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律得知:干路电流I减小,则通过L3的电流减小,L3变暗,L3两端电压和内阻所占电压都减小,则并联部分电压增大,所以流过灯L2的电流变大,L2变亮,I1=I-I2,I减小,I2增大,则I1减小,灯L1变暗。故C正确。

答案C

3.解析由图像可知,电阻的阻值大小为R= Ω=1 Ω,电源的电动势大小为E=3 V,内阻为r=0.5 Ω,电源的效率η=×100%≈66.7%,电阻消耗的功率P=IU=2×2 W=4 W,故选项D正确。

答案D

4.解析当内、外电阻相等时,电源的输出功率最大,最大功率P= W=2.25 W,此时电源的效率η=×100%=50%,而外电阻越大,电源效率越大,故外电阻应大于1 Ω;由2R=2 W,解得R=2 Ω或R=0.5 Ω,要使电阻功率大于2 W,则电阻应小于2 Ω且大于0.5 Ω,C正确。

答案C

5.解析由题图不难看出,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。故正确选项为C。

答案C

6.解析(1)由闭合电路欧姆定律E=U1+r ①

E=U2+r ②

联立①②并代入数据解得E=6 V,r=1 Ω

(2)由电功率表达式P=R ③

将③式变形为P= ④

由④式知,R=r=1 Ω时,

P有最大值Pm==9 W。

答案(1)6 V　1 Ω　(2)1 Ω　9 W

能力提升

1. 解析根据推论:当外电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,滑片自a端向b端滑动时,由于R0=r,Rab=2r,外电阻大于电源的内阻,当变阻器的滑片自a端向b端滑动时,变阻器接入电路的电阻减小,电池的输出功率增大。故A错误。电路中电流增大,固定电阻R0上和电源的内阻上消耗功率增大。将R0看成电源的内阻,则有R0+r=2r,而Rab=2r,利用推论可知,滑片在a点时变阻器的功率最大,滑片向右滑动时,变阻器消耗的功率减小。故B正确,C、D错误。

答案B

2. 解析电源的效率η=,由题中图像可知A与C交点处电压大于B与C交点处电压,则R接到电源a上效率较高;电源输出功率P=UI,由题中图像易得R接到电源a上输出功率较大,A、B、D错误,C正确。

答案C

3.解析(1)对应电流“0”刻度和满偏电流“500 μA”的电阻刻度分别为“∞”和“0”。由闭合电路的欧姆定律得,调零时:Ig=,所以欧姆表的总内阻R内=Rg+r+R0==3 000 Ω。测量电阻Rx时:I=,Rx=-R内,当I=50 μA时,Rx=Ω-3 000 Ω=3×104 Ω-3×103 Ω=2.7×104 Ω。同理可求出电流为250 μA时,对应的电阻为3×103 Ω。

(2)当表针偏转到满刻度的处时,

Rx'=-R内= Ω-3 000 Ω=6 000 Ω。

答案(1)2.7×104 Ω　3×103 Ω　(2)3 000　6 000

4. 解析(1)S断开时外电路R2、R3串联

E=I1(R2+R3)+I1r ①

P1=EI1 ②

S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 Ω③

对闭合电路E=I2R外'+I2r ④

P2=EI2 ⑤

由①②③④⑤可得

(2)闭合S时,电源的输出功率

P=R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 C

S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　0