高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电本章综合与测试精练

　　第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电

本章达标检测

(满分:100分;时间:90分钟)

一、选择题(本题共7小题,每小题6分,共42分。第1—4小题只有一个选项正确,第5—7小题有多个选项正确。全选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分)

1.(2020福建福州第一中学检测)在“测定电池的电动势和内阻”的实验中,下列注意事项中错误的是              (　　)

A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表示数的变化比较明显

B.应选用内阻较小的电压表和电流表

C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载

D.根据实验记录的数据作U-I图像时,应通过尽可能多的点画一条直线,并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧

2.(2020上海外国语大学附属宏达高级中学高二月考)在如图所示的实验电路中,闭合开关S,当滑动变阻器R0的滑动触头向右端滑动时              (　　)

A.L1变暗,L2变亮,L3变亮

B.L1变暗,L2变暗,L3变亮

C.L1变暗,L2变暗,L3变暗

D.L1变亮,L2变暗,L3变亮

3.(2019河北唐山一中月考)如图所示,直线a为某电源的路端电压随电流的变化图线,曲线b为小灯泡R两端的电压随电流的变化图线,用该电源和该小灯泡R组成的闭合电路,电源的输出功率和电源的内电阻分别是              (　　)

A.0.6 W,5 Ω B.0.6 W, Ω

C.0.8 W,5 Ω D.0.8 W, Ω

4.(2019黑龙江大庆第一中学月考)一辆打开车灯的汽车,在其电动机启动时车灯会瞬间变暗,如图所示,在打开车灯的情况下,电动机未启动时电流表读数为10 A,电动机启动时电流表读数为58 A,若电源电动势为12.5 V,内阻为0.05 Ω,电流表内阻不计,则因电动机启动,车灯的电功率降低了              (　　)

A.35.8 W B.76.8 W

C.43.2 W D.48.2 W

5.(2020山东师范大学附中高二月考)如图所示为欧姆表的原理图,表头内阻为Rg,调零电阻为R0,电源的电动势为E,内阻为r,则下列说法中正确的是              (　　)

A.它是根据闭合电路欧姆定律制成的

B.接表内电源负极的应是黑表笔

C.调零后刻度盘的中央刻度值是r+Rg+R0

D.欧姆表对应的“∞”刻度一般在刻度盘的右端

6.

(2020海南中学检测)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为同一直流电源内部发热功率Pr随电流I变化的图线,若A、B对应的横坐标为2 A,则下列说法正确的是              (　　)

A.电源电动势为3 V,内阻为3 Ω

B.线段AB表示的功率为2 W

C.电流为2 A时,外电路的电阻为0.5 Ω

D.电流为3 A时,外电路的电阻为2 Ω

7.(2020安徽合肥第六中学检测)如图所示,电灯L标有“4 V,1 W”的字样,滑动变阻器R总电阻为50 Ω,当滑片P滑至某位置时,L恰好正常发光,此时电流表示数为0.45 A,由于外电路某处发生故障,电灯L突然熄灭,此时电流表示数为0.5 A,电压表示数为10 V。若导线完好,电路中各处接触良好,电表均为理想电表,则下列判断正确的是              (　　)

A.发生的故障是断路

B.发生的故障是短路

C.电源的电动势为12.5 V、内阻为0.5 Ω

D.发生故障前,滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω

二、非选择题(共3小题,58分)

8.(16分)(2020浙江余姚中学高二月考)在某次描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中,所选用的实验器材有:

A.小灯泡“2.5 V,0.2 A”

B.电流表(0~0.6 A,0~3 A,内阻约为0.5 Ω)

C.电压表(0~3 V,0~15 V,内阻分别约为10 kΩ与50 kΩ)

D.滑动变阻器(2 A,10 Ω)

E.电源(两节干电池)

F.开关一个,导线若干

(1)在实验时某同学采用了如图甲所示的实物电路,则具体实验操作前该电路需改进的地方有 

　。 

(2)在改正电路需改进之处后,该同学进行了实验,但在实验中发现,无论怎样调节滑动变阻器,都不能使小灯泡两端电压达到2.5 V额定电压,而是只能勉强达到1.80 V,于是他猜想是否干电池太旧,总电动势只能达到1.8 V,为了验证自己的猜想,他用以上器材测量了该电源电动势和内阻,电路图如图乙所示,实验数据如下:

乙

该同学已经在坐标纸上标上测量的各个点,画出了电源的U-I图线,如图丙所示,由图线可得E=　　　V,电源内阻为r=　　　　Ω。(结果均保留3位有效数字) 

(3)描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中电压只能达到1.8 V的原因是否如该同学所猜测?　　　　(填“是”或“否”)。 

(4)由实验数据得小灯泡两端电压为1.8 V时,电流表示数为0.19 A,试通过分析说明只能达到1.80 V的原因。

9.(16分)(2020河北石家庄第一中学检测)如图所示的电路中,电源电动势E=10 V,内阻r=0.5 Ω,电动机的电阻R0=1.0 Ω,电阻R1=1.5 Ω。电动机正常工作时,电压表的示数U1=3.0 V,求:

(1)电源的总电功率;

(2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率;

(3)电源的输出功率和效率。

10.(26分)(2020北京第四中学检测)如图所示,电路中小灯泡的额定电压为U0=6 V、额定功率为P0=3 W,R1=4 Ω,R2=10 Ω,电源的电动势E未知、内阻为r=2 Ω。当滑动变阻器的滑动触头位于a端时,理想电流表的读数为IA=1 A,且小灯泡刚好以额定功率正常发光。则:

(1)滑动变阻器的最大阻值为多少?

(2)当滑动变阻器的滑动触头位于b端时,理想电流表的读数为多少?

(3)当滑动触头位于正中央时(假设此时小灯泡电阻变化可忽略),滑动变阻器的电功率为多少?

答案全解全析

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一、选择题

1.B　用伏安法测电池的电动势和内阻实验中,应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表,滑动变阻器阻值不能太大,如果太大不便于调节。实验中应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显,移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载。作U-I图像时,应通过尽可能多的点画一条直线,并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,所以A、C、D正确,B错误。

2.B　当滑动变阻器R0的滑动触头向右端滑动时,滑动变阻器接入电路中的阻值变大,外电路总电阻变大,根据闭合电路欧姆定律可得,总电流I减小,路端电压U增大,L1变暗。L3的电压U3=U-U1,U增大,U1减小,则U3增大,L3变亮。L2的电流I2=I-I3,I减小,I3增大,则I2减小,L2变暗,故选B。

3.A　电源的U-I图像表达式为:U=E-Ir,则U-I图像斜率的绝对值表示内阻,根据题图可知,电动势E=4 V,内电阻为r= Ω=5 Ω,两个图线的交点坐标表示路端电压和对应的电流,即路端电压为3 V,电流为0.2 A,故电源的输出功率为:P出=UI=3×0.2 W=0.6 W,故选A。

4.C　电动机不启动时,车灯的电压为电源路端电压,设为U'L,电动机启动后车灯电压仍为路端电压,设为U'L,由闭合电路欧姆定律得I=,解得R=1.2 Ω,车灯消耗功率为PL=EI-I2r=120 W,电动机启动后,路端电压U'L=E-I'r=9.6 V,车灯消耗电功率为P'L== W=76.8 W,所以车灯功率降低了ΔP=120 W-76.8 W=43.2 W,故选项C正确。

5.AC　欧姆表的工作原理是闭合电路欧姆定律,故A正确;欧姆表内置电源的负极与红表笔相连,正极与黑表笔相连,故B错误;欧姆表的内阻等于其中值电阻,欧姆表内阻为r+Rg+R0,则其中值电阻也为r+Rg+R0,故C正确;欧姆表零刻度线在最右侧,最大刻度线在最左侧,故D错误。

6.BC　由题图可知,当电流I=3 A时,电源总功率P=IE=9 W,由此可知电源的电动势E=3 V。题图中直线与曲线的交点表示内部发热功率等于电源的总功率,即Pr=I2r=IE,得r=1 Ω,故A错误;PrB=I'2r=22×1 W=4 W,PA=I'E=2×3 W=6 W,则PAB=(6-4) W=2 W,故B正确;当电流I'=2 A时,由I=得外电阻R=-r=0.5 Ω,当电流I=3 A时,得R=0,故C正确,D错误。

7.AD　电灯熄灭之后电流表示数增大,说明路端电压增大,则外电阻增大,发生的故障是断路,A对,B错;电流表示数为0.5 A,电压表示数为10 V,则R2==20 Ω,电灯正常发光I==0.25 A,滑动变阻器接入电路的阻值R== Ω=20 Ω,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,可得E=10 V+0.5r,E=0.45 V×20+(0.45+0.25)r,计算可得E=12.5 V、r=5 Ω,C错,D对。

二、非选择题

8.答案　(1)滑片应在最左端,电流表量程应选0~0.6 A,电流表应外接(6分)　(2)2.60(2分)　(2)2.36(2分)　(3)否(2分)　见解析(4分)

解析　(1)小灯泡内阻很小,约为十几欧姆,而电压表内阻很大,约为几万欧姆,灯泡电阻远小于电压表内阻,实验时电流表应采用外接法而不是采用内接法;电源电动势约为3 V,灯泡电阻约为十几欧姆,电路最大电流不会超过0.6 A,电流表应选0~0.6 A量程而不是选择0~3 A量程;由图可知,滑动变阻器采用分压式接法,闭合开关前,为保护电路,滑片应置于左端,不能放在右端。

(2)由图像可知,图线与纵轴的交点的纵坐标值为2.60 V,则电源电动势E=2.60 V。

电源内阻r== Ω=2.36 Ω

(3)由图像可知电源电动势E=2.60 V,说明该同学猜测错误。

(4)灯泡两端电压为1.8 V时,灯泡电阻R== Ω=9.5 Ω

分压支路小灯泡与电流表总电阻约为10 Ω,滑动变阻器最大阻值为10 Ω,则滑动变阻器与分压支路并联电阻约为5 Ω

U分压=IR并== V=1.77 V

所以只能达到1.80 V。

11.答案　(1)20 W　(2)12 W　8 W　(3)18 W　90%

解析　(1)电动机正常工作时,总电流I===2 A(2分)

电源的总电功率P总=EI=10×2 W=20 W。 (2分)

(2)电动机两端的电压U=E-Ir-U1=(10-2×0.5-3.0) V=6 V(2分)

电动机消耗的电功率P电=UI=6×2 W=12 W(2分)

电动机消耗的热功率P热=I2R0=22×1.0 W=4 W(2分)

电动机将电能转化为机械能的功率

P机=P电-P热=12 W-4 W=8 W。 (2分)

(3)电源的输出功率P出=P总-P内=P总-I2r

代入数据可得:P出=18 W (2分)

η=×100%=×100%=90%。 (2分)

12.答案　(1)12 Ω　(2)2 A　(3)3.84 W

解析　(1)由题意可知小灯泡的电阻R0== Ω=12 Ω(2分)当滑动变阻器的滑动触头位于a端时,定值电阻R2被短路,小灯泡与整个滑动变阻器并联,此时小灯泡正常发光,通过小灯泡的电流I0== A=0.5 A(2分)

通过滑动变阻器的电流IR=IA-I0=1 A-0.5 A=0.5 A(2分)

则滑动变阻器的最大阻值R=R0=12 Ω。 (2分)

(2)由以上分析可知电源电动势E=IA (2分)

代入数据得E=12 V(2分)

当滑动变阻器的滑动触头位于b端时,小灯泡、滑动变阻器及定值电阻R2都被短路,此时电流表的读数I1== A=2 A。              (3分)

(3)当滑动触头位于正中央时,小灯泡与滑动变阻器的一半电阻并联后再与R1串联,此时R并== Ω=4 Ω(3分)

总电流为I总== A=1.2 A(2分)

并联部分的电压U并=I总R并=1.2×4 V=4.8 V(2分)

滑动变阻器消耗的功率P= (2分)

代入数据得P=3.84 W。 (2分)