还剩19页未读，
继续阅读
人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律学案及答案
展开
这是一份人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律学案及答案，共22页。
第十二章 电能 能量守恒定律
2 闭合电路的欧姆定律
基础过关练
题组一 电动势的理解
1.(2022河南南阳六校联考)有关电压与电动势的说法中正确的是( )
A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电压与电动势是同一物理量的不同叫法
B.电动势是电源两极间的电压
C.电动势公式E=Wq中的W与电压公式U=Wq中的W是一样的,都是电场力做的功
D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量
2.(2023重庆八中期中)锂离子电池主要依靠锂离子(Li+)在正极和负极之间移动来工作。图为常用手机锂电池的内部结构,某过程中Li+从负极脱嵌通过隔膜嵌入正极。此锂电池的电动势为3.7 V,则( )
A.将锂电池接入电路,锂电池两端电压为3.7 V
B.此过程电池内部电流方向从正极到负极
C.在电池中电荷量的单位通常表示为kW·h
D.电源内部每搬运一个Li+非静电力做功3.7 eV
题组二 闭合电路欧姆定律的简单应用
3.(2023北京通州期中)电源、电阻箱、理想电压表与开关连接成如图所示的电路。闭合开关S后,当电阻箱接入电路的阻值R=2.0 Ω时,电压表示数为2.00 V。已知电源的电动势E=3.00 V,内阻r一定。则电源内阻r的阻值为 ( )
A.1.0 Ω B.2.0 Ω C.3.0 Ω D.4.0 Ω
4.(2021江苏苏州木渎高级中学月考)在如图所示的电路中,R1=10 Ω,R2=8 Ω,当a、b两点间接理想电流表时,其读数为0.5 A,当a、b两点间接理想电压表时,其读数为2.5 V,则该电源的电动势和内电阻分别为( )
A.E=2.5 V B.E=5 V C.r=1 Ω D.r=2 Ω
5.(2023湖南五市十校联考)在如图所示电路中,电源电动势为10 V,内阻为1 Ω,指示灯L的阻值为16 Ω,电动机M线圈电阻为2 Ω。当开关S闭合时,电动机正常工作,指示灯L的电功率为4 W。电流表为理想电表,那么下列说法中正确的是( )
A.流过电动机M的电流为1.5 A
B.电动机的机械功率为12 W
C.电动机的机械效率为75%
D.电源的输出功率为16 W
6.(2023山东青岛二中期中)如图所示,电流表读数为0.75 A,电压表读数为2 V,R3=4 Ω。若某个电阻发生断路,将使电流表读数变为0.8 A,电压表读数变为3.2 V(电流表、电压表均为理想电表)。
(1)问:发生断路的电阻是哪一只?
(2)求电动势E和电阻R2。
题组三 电源的U-I图像与电阻的U-I图像
7.(2022山东学情联考)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像,下列结论正确的是( )
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电源的短路电流为3 A
D.电流为0.4 A时的外电阻是13 Ω
8.(2023河北衡水武强中学期中)在如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某一电源的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。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图像可知( )
A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
B.电阻R的阻值为1 Ω
C.电源的输出功率为6 W
D.电源的效率为50%
9.(2023山东青岛期中)如图,图甲中M为电动机,闭合开关S,在滑动变阻器R的滑片P从左端滑到右端的过程中,电压表V1、V2的读数随电流表读数I变化的情况如图乙所示。已知电流表读数I在0.2 A以下时,电动机不发生转动,电路中的电表均为理想电表,求:
(1)电源的电动势E和内阻r;
(2)电动机输出的最大机械功率Pm;
(3)滑动变阻器R的最大阻值Rm。
题组四 欧姆表的原理
10.如图所示是一个将电流表改装成欧姆表的示意图,此欧姆表已经调零。用此欧姆表测一阻值为R的电阻时,指针偏转至正中间,现用该表测一未知电阻,指针偏转到满刻度的15处,则该电阻的阻值为( )
A.4R B.5R C.6R D.16R
11.(1)使用多用电表测量未知电阻阻值的电路如图甲所示,电源的电动势为E,R0为调零电阻。某次将待测电阻用电阻箱代替时,电路中的电流I与电阻箱的阻值Rx的关系图像如图乙,则此时多用电表的内阻为 kΩ,电源的电动势E= V。
(2)如果随着使用时间的增长,该多用电表内部的电源电动势减小,内阻增大,但仍然能够欧姆调零,若仍用该表测电阻,则测量结果 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 能力提升练
题组一 闭合电路的动态分析
1.(2023江苏扬州中学期中)如图所示,R为气敏元件,其阻值随周围环境中的一氧化碳气体浓度的增大而减小。闭合开关S,当一氧化碳气体的浓度减小时( )
A.电压表V的示数减小
B.电流表A的示数减小
C.电路的总功率增大
D.变阻器R1的取值越大,电压表的示数变化越不明显
2.(2023山东济宁期中)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。闭合开关K,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法错误的是( )
A.A的示数增大 B.V2的示数增大
C.ΔU3与ΔI的比值大于r D.ΔU1大于ΔU2
3.(2023河南平顶山阶段检测)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电容器的下极板接地,闭合开关S,滑动变阻器的滑片在a端,电容器内有一带电油滴恰好处于静止状态,若电流表视为理想电表,将滑动变阻器的滑片向b端移动,移动过程中,油滴没有和极板相碰,则在移动过程中( )
A.电容器上极板的电势一直升高
B.电阻R1消耗的电功率先减小后增大
C.油滴在运动过程中先向上运动后向下运动
D.电流表示数一直在减小
题组二 闭合电路中的故障问题
4.(2022山东师范大学附属中学期中)如图所示电路,闭合开关S,两个灯泡都不亮,电流表指针几乎不动,而电压表指针有明显偏转,该电路的故障可能是( )
A.电流表坏了或未接好
B.从点a经过灯L1到点b的电路中有断路
C.灯L2的灯丝断了或灯座未接通
D.电流表和灯L1、L2都坏了
5.(2023山东德州期中)如图所示,电路中电源电动势和内阻始终保持不变。闭合开关,电路稳定后,平行金属板间带电微粒P处于静止状态,小灯泡发光。某时刻电路发生故障,发现电流表示数变大,带电微粒P向下移动,则电路中出现的故障可能是( )
A.电阻R1断路 B.电阻R2短路
C.灯泡L短路 D.滑动变阻器R断路
题组三 闭合电路的功率及效率问题
6.(2023江苏南京人民中学调研)将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P随电阻箱读数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.电阻箱接入电路的电阻增大,电阻箱消耗的电功率增大,电源效率升高
7.(2023山东烟台诊断)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=R2=R3=2 Ω,当滑动变阻器R的滑片向上移动时,下列说法正确的是( )
A.电源的总功率减小
B.R3消耗的功率减小
C.电源的效率增大
D.电源的输出功率增大
题组四 含容电路的分析与计算
8.(2023广东广州四校期中联考)如图所示,C1=6 μF,C2=3 μF,R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V,内阻不计。下列说法正确的是( )
A.开关S断开时,a、b两点电势相等
B.开关S闭合、电路稳定后,流过a、b两点的电流是2 A
C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大
D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
9.(2023辽宁沈阳市郊联合体联考)如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,电阻R1∶R2∶R3∶R4=4∶1∶1∶1,开关S断开。现将S闭合,在S闭合到电路稳定的过程中通过R3的电荷量是( )
A.EC5 B.EC C.3EC5 D.2EC5
10.(2023山东师范大学附中期中)如图所示电路,电源电动势E=20 V,内阻r=1 Ω,R1=4 Ω,R2=5 Ω,R3=6 Ω,电容器的电容C=30 μF。
(1)闭合开关S,求稳定后通过R1的电流;
(2)然后将开关S断开,求电容器两端的电压变化量和流过R1的电荷量。
答案与分层梯度式解析
第十二章 电能 能量守恒定律
2 闭合电路的欧姆定律
基础过关练
1.D
2.D
3.A
4.BD
5.AD
7.ACD
8.AB
10.A
1.D 电压与电动势是两个不同的概念,电动势公式E=Wq中的W是非静电力做的功,电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量,而电压公式U=Wq中的W则是电场力做的功,故A、B、C错误,D正确。
方法技巧 对电源的理解
(1)非静电力仅存在于电源的内部,使正负电荷分开。非静电力的方向与电场力方向相反。
(2)不同的电源,非静电力做功的本领不同,这是由电源本身性质决定的。
2.D 电源电动势的大小等于电源未接入电路中时其两端的电压,当电源接入电路时,由于电源内部分压,其两端电压小于电源电动势,故将锂电池接入电路,锂电池两端电压小于3.7 V,A错误;由于Li+从负极脱嵌通过隔膜嵌入正极,则其形成的电流方向为从电池负极到正极,B错误;在电池中电荷量的单位通常用mA·h或A·h表示,而kW·h是电功的单位,C错误;根据E=W非q可知,移动一个锂离子,非静电力做功W非=Eq=3.7 eV,D正确。
3.A 由欧姆定律得I=UR=22 A=1 A,根据闭合电路欧姆定律可得I=ER+r,解得r=1.0 Ω,A正确。
4.BD 当a、b两点间接理想电流表时,R1被短路,根据闭合电路的欧姆定律有I=Er+R2=0.5 A;当a、b两点间接理想电压表时,电压表读数即R1两端电压,可得U=Er+R1+R2R1=2.5 V,联立两式解得E=5 V,r=2 Ω,选项B、D正确。
5.AD 指示灯的电功率PL=IL2RL=UL2RL,得IL=0.5 A,UL=8 V,由E=UL+Ir得流过电流表的电流为I=2 A,流过电动机的电流为IM=I-IL=1.5 A,A正确;电动机的输入功率为PM=UMIM=8×1.5 W=12 W,热功率PQ=IM2RM=1.52×2 W=4.5 W,输出的机械功率P=PM-PQ=7.5 W,电动机的机械效率η=PPM×100%=62.5%,B、C错误;电源的输出功率P出=UI=8×2 W=16 W,D正确。
6.答案 (1)R2
(2)4 V 8 Ω
解析 (1)电阻发生断路前后,电压表均有读数,说明电压表能与电源接通,故电阻R3不可能发生断路,电流表始终有读数,说明R1完好,发生断路的电阻只能是R2。
(2)R2发生断路后,外电路的用电器只有R1,根据欧姆定律可得R1=U2I2=4 Ω
R2发生断路前,外电路为R2与R3串联后与R1并联,有U并=I1R1=3 V
对R2分析,可得R2R3=U1U并−U1
解得R2=8 Ω
电路中干路电流为I=U1R2+I1=1 A
根据闭合电路欧姆定律有E=U并+Ir
R2发生断路后,根据闭合电路欧姆定律可得
E=U2+I2r
联立可得E=4 V
7.ACD 根据U=E-Ir,由图可知纵轴截距表示电源的电动势,即E=6.0 V,图线斜率的绝对值表示电源内阻,即r=ΔUΔI=6.0−5.00.5 Ω=2 Ω,选项A正确,B错误;电源的短路电流为I0=Er=3 A,选项C正确;电流I=0.4 A时,外电阻R=EI-r=13 Ω,选项D正确。
图形剖析
8.AB 根据U=E-Ir,结合图像可知电源电动势为E=3 V,内阻r=36 Ω=0.5 Ω,A正确;电阻R的阻值为R=UI=22 Ω=1 Ω,B正确;电源的U-I图像与电阻的U-I图像的交点表示电阻与电源直接相连时的工作状态,故电源的输出功率为P=UI=2×2 W=4 W,C错误;电源的效率为η=P出P总=UIEI=23≈66.7%,D错误。
图形剖析
9.答案 (1)3.6 V 2 Ω (2)0.54 W (3)30 Ω
解析 (1)根据题图乙,设I1=0.1 A、I2=0.2 A、I3=0.3 A,U1=3.4 V,U2=3.0 V,U3=0.4 V,U4=0.8 V,
根据闭合电路欧姆定律,有U1=E-I1r
U2=E-I3r
联立解得E=3.6 V,r=2 Ω
(2)设电动机内阻为r0,则有
r0=U4−U3I2−I1=4 Ω
当滑动变阻器的阻值调到零时,电动机的输出功率最大,有Pm=U2I3-I32r0
解得Pm=0.54 W
(3)当电路中电流最小时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,有Rm=U1−U3I1
解得Rm=30 Ω
10.A 设欧姆表内部电源的电动势为E,欧姆表内电阻为R内,满偏电流为Ig。欧姆表调零时,有Ig=ER内;测阻值为R的电阻时,有12Ig=ER+R内;测未知电阻时,有15Ig=ERx+R内,联立以上各式,解得Rx=4R,故A正确。
11.答案 (1)15 12
(2)偏大
解析 (1)分析题图乙可知,当Rx=0时,通过欧姆表的电流为I1=0.8 mA,当Rx=15 kΩ,通过欧姆表的电流为I2=0.4 mA。根据闭合电路欧姆定律可得E=I1R内,E=I2(R内+Rx),联立解得E=12 V,R内=15 kΩ。
(2)根据Ig=ER内,如果随着使用时间的增长,该多用电表内部的电源电动势E减小,内阻增大,但仍然能够欧姆调零,则欧姆调零后Ig不变,R内变小,则中值电阻变小,假如要使多用电表测量准确,各刻度值都应该相应变小,若刻度值不变,仍用该表测电阻,则测量结果偏大。
能力提升练
1.B
2.B
3.B
4.B
5.B
6.B
7.AC
8.BC
9.B
1.B 当一氧化碳气体的浓度减小时,气敏元件R的阻值增大,则电路总电阻增大,故总电流减小,内电压减小,则路端电压增大,即电压表示数增大,则流过R1的电流增大,故电流表示数减小,A错误,B正确;因总电流减小,根据P总=EI总,可知电路的总功率减小,C错误;变阻器R1的取值越大,R1与R并联的总阻值越接近R,一氧化碳气体的浓度对外电路电阻的影响越大,则变阻器R1的取值越大,电压表的示数变化越明显,D错误。
2.B 理想电压表V1、V2、V3分别测定值电阻两端的电压、路端电压、滑动变阻器两端的电压,理想电流表A测的是电路中的电流。滑动变阻器滑片向下滑动,其接入电路的电阻变小,根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,A示数增大,内电压增大,路端电压减小,即V2示数减小,A正确,B错误;因为ΔU1ΔI=R,ΔU2ΔI=r,ΔU3ΔI=r+R,C正确;ΔU2=ΔI·r,ΔU1=ΔI·R,又因为R>r,故ΔU1>ΔU2,D正确。
方法技巧 电路动态分析的一般步骤
(1)弄清局部电路变化所引起的局部电路电阻的变化。
(2)根据局部电路电阻的变化,确定整个电路的外电阻如何变化。
(3)根据闭合电路欧姆定律I=ER+r,确定电路总电流如何变化。
(4)由U内=Ir确定电源内电压如何变化。
(5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。
(6)确定各支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。
3.B 滑动变阻器的滑片在a端时,滑动变阻器被短路,当滑片向b端移动时,滑片左、右两部分并联接入电路,阻值逐渐增大,当滑片滑到中间位置时,并联的阻值达到最大值,滑片继续向b端滑动时,并联的阻值开始减小,直到滑至b端时滑动变阻器又被短路,接入电阻又为零,故电路总电阻先增大后减小,最后恢复到初始值,电路总电流I总先减小后增大,最后恢复到初始值。电阻R1消耗的电功率为P1=I总2R1,故电阻R1消耗的电功率先减小后增大,B正确;电容器两极板间的电压为U=E-U内-U1=E-I总(R1+r),因此电容器两极板间的电压先增大后减小,由于下极板电势为零,故上极板的电势先升高后降低,A错误;由于电容器两极板间的电压先增大后减小,最后减小到初始值,因此油滴受到的电场力先增大后减小,最后减小到初始值,油滴一直向上运动,运动方向未改变,C错误;电流表所测电流即为流过并联电路右侧支路的电流Ib,刚开始时滑动变阻器左侧短路,左侧支路的电流Ia为电路总电流,Ib为零,随着滑片向右移动,Ia逐渐减小,Ib逐渐增大,滑片到达最右端时,滑动变阻器右侧短路,此时Ia为零,Ib为电路总电流,D错误。
4.B A、C、D所述情况,电路中都没有电流,电压表指针不偏转,选项A、C、D不符合题意;若从点a经过灯L1到点b的电路中有断路,灯L1不亮,电压表与电流表、灯L2串联,电路中电阻很大,电流很小,灯L2不亮,电流表示数几乎为零,电压表示数近似等于电源电动势,选项B符合题意。
5.B 若电阻R1断路,外电路总电阻变大,路端电压变大,平行金属板间场强变大,带电微粒P向上移动,A不符合题意。若电阻R2短路,外电路总电阻变小,路端电压变小,平行金属板间场强变小,带电微粒P向下移动;总电流变大,路端电压变小,则经过R1的电流变小,所以电流表示数变大,B符合题意。若灯泡L短路,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压变小,经过R1的电流变小,电流表和R2上的电流变大,R2两端电压变大,平行金属板间场强变大,带电微粒P向上移动,C不符合题意。若滑动变阻器R断路,外电路总电阻变大,总电流变小,路端电压变大,流过R1的电流变大,电流表示数变小,平行金属板间场强变小,带电微粒P向下移动,D不符合题意。
6.B 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。由电阻箱所消耗功率P随电阻箱读数R变化的曲线可知,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,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,所以电源内阻等于5 Ω,B正确;电阻箱所消耗功率P的最大值为45 W,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流I=PR=3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,C错误;电阻箱接入电路的电阻增大,当R<5 Ω时,其电功率随电阻的增大而增大,当R>5 Ω时,其电功率随电阻的增大而减小,故D错误。
7.AC 当滑动变阻器R的滑片向上移动时,电路中的总电阻变大,则总电流减小,电源的总功率P总=EI减小,A正确;根据闭合电路欧姆定律有E=I(R1+r)+U并,滑片向上移动时,回路的总电流减小,则U并增大,R3消耗的功率P3=U并2R3,可知R3消耗的功率增大,B错误;电源的效率η=1−I总2rEI总×100%,可知电源的效率增大,C正确;由于当外阻等于电源内阻时电源输出功率最大,由题知r=R1,则外电路电阻大于电源内阻,滑片向上移动时,外电路电阻变大,则电源的输出功率减小,D错误。
8.BC S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由题图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相等,电容器两极板间电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q=CU知此时Q1>Q2。当S闭合后,稳定状态下,R1、R2串联,C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电流I=ER1+R2=2 A,此时两电阻两端电压分别为U1=IR1=6 V、U2=IR2=12 V,则此时两电容器所带电荷量分别为Q1'=C1U1=3.6×10-5 C、Q2'=C2U2=3.6×10-5 C,对电容器C1来说,S闭合后其两端电压减小,所带电荷量也减小,故B、C正确,A、D错误。
9.B 设R4=R,则R1=4R,R2=R,开关S断开、电路稳定时,电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,R2两端的电压为U2=ER1+R2R2=15E,电容器上极板带正电,电荷量为Q2=CU2=15CE;开关S闭合、电路稳定时,电容器两极板间的电压等于R1两端的电压,R1两端的电压U1=R1R1+R2E=45E,电容器下极板带正电,电荷量为Q1=CU1=45CE,则流过R3的电荷量ΔQ=Q1+Q2=CE,B正确。
方法技巧 分析电容器所带电荷量的变化要注意以下两点:
(1)把电容器当成断路简化电路图,按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。(2)电路稳定时,找到与电容器并联的电阻,而电容器两极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
10.答案 (1)2 A (2)10 V 3×10-4 C
解析 (1)闭合开关S,电容器充电稳定后,其所在支路相当于断路,外电路为R1和R2串联,根据闭合电路欧姆定律得E=Ir+I(R1+R2),故通过R1的电流为I=ER1+R2+r=2 A。
(2)开关S闭合、电路稳定时,电容器两端的电压等于电阻R2两端的电压,U2=IR2=10 V
开关S断开,电路达到稳定后,电容器两端的电压大小等于电源电动势E=20 V
则电容器两端的电压变化量为ΔU=E-U2=10 V
流过R1的电荷量等于电容器电荷量的变化量
ΔQ=CΔU
解得ΔQ=3×10-4 C
第十二章 电能 能量守恒定律
2 闭合电路的欧姆定律
基础过关练
题组一 电动势的理解
1.(2022河南南阳六校联考)有关电压与电动势的说法中正确的是( )
A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电压与电动势是同一物理量的不同叫法
B.电动势是电源两极间的电压
C.电动势公式E=Wq中的W与电压公式U=Wq中的W是一样的,都是电场力做的功
D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量
2.(2023重庆八中期中)锂离子电池主要依靠锂离子(Li+)在正极和负极之间移动来工作。图为常用手机锂电池的内部结构,某过程中Li+从负极脱嵌通过隔膜嵌入正极。此锂电池的电动势为3.7 V,则( )
A.将锂电池接入电路,锂电池两端电压为3.7 V
B.此过程电池内部电流方向从正极到负极
C.在电池中电荷量的单位通常表示为kW·h
D.电源内部每搬运一个Li+非静电力做功3.7 eV
题组二 闭合电路欧姆定律的简单应用
3.(2023北京通州期中)电源、电阻箱、理想电压表与开关连接成如图所示的电路。闭合开关S后,当电阻箱接入电路的阻值R=2.0 Ω时,电压表示数为2.00 V。已知电源的电动势E=3.00 V,内阻r一定。则电源内阻r的阻值为 ( )
A.1.0 Ω B.2.0 Ω C.3.0 Ω D.4.0 Ω
4.(2021江苏苏州木渎高级中学月考)在如图所示的电路中,R1=10 Ω,R2=8 Ω,当a、b两点间接理想电流表时,其读数为0.5 A,当a、b两点间接理想电压表时,其读数为2.5 V,则该电源的电动势和内电阻分别为( )
A.E=2.5 V B.E=5 V C.r=1 Ω D.r=2 Ω
5.(2023湖南五市十校联考)在如图所示电路中,电源电动势为10 V,内阻为1 Ω,指示灯L的阻值为16 Ω,电动机M线圈电阻为2 Ω。当开关S闭合时,电动机正常工作,指示灯L的电功率为4 W。电流表为理想电表,那么下列说法中正确的是( )
A.流过电动机M的电流为1.5 A
B.电动机的机械功率为12 W
C.电动机的机械效率为75%
D.电源的输出功率为16 W
6.(2023山东青岛二中期中)如图所示,电流表读数为0.75 A,电压表读数为2 V,R3=4 Ω。若某个电阻发生断路,将使电流表读数变为0.8 A,电压表读数变为3.2 V(电流表、电压表均为理想电表)。
(1)问:发生断路的电阻是哪一只?
(2)求电动势E和电阻R2。
题组三 电源的U-I图像与电阻的U-I图像
7.(2022山东学情联考)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像,下列结论正确的是( )
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电源的短路电流为3 A
D.电流为0.4 A时的外电阻是13 Ω
8.(2023河北衡水武强中学期中)在如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某一电源的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。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图像可知( )
A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
B.电阻R的阻值为1 Ω
C.电源的输出功率为6 W
D.电源的效率为50%
9.(2023山东青岛期中)如图,图甲中M为电动机,闭合开关S,在滑动变阻器R的滑片P从左端滑到右端的过程中,电压表V1、V2的读数随电流表读数I变化的情况如图乙所示。已知电流表读数I在0.2 A以下时,电动机不发生转动,电路中的电表均为理想电表,求:
(1)电源的电动势E和内阻r;
(2)电动机输出的最大机械功率Pm;
(3)滑动变阻器R的最大阻值Rm。
题组四 欧姆表的原理
10.如图所示是一个将电流表改装成欧姆表的示意图,此欧姆表已经调零。用此欧姆表测一阻值为R的电阻时,指针偏转至正中间,现用该表测一未知电阻,指针偏转到满刻度的15处,则该电阻的阻值为( )
A.4R B.5R C.6R D.16R
11.(1)使用多用电表测量未知电阻阻值的电路如图甲所示,电源的电动势为E,R0为调零电阻。某次将待测电阻用电阻箱代替时,电路中的电流I与电阻箱的阻值Rx的关系图像如图乙,则此时多用电表的内阻为 kΩ,电源的电动势E= V。
(2)如果随着使用时间的增长,该多用电表内部的电源电动势减小,内阻增大,但仍然能够欧姆调零,若仍用该表测电阻,则测量结果 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 能力提升练
题组一 闭合电路的动态分析
1.(2023江苏扬州中学期中)如图所示,R为气敏元件,其阻值随周围环境中的一氧化碳气体浓度的增大而减小。闭合开关S,当一氧化碳气体的浓度减小时( )
A.电压表V的示数减小
B.电流表A的示数减小
C.电路的总功率增大
D.变阻器R1的取值越大,电压表的示数变化越不明显
2.(2023山东济宁期中)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。闭合开关K,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法错误的是( )
A.A的示数增大 B.V2的示数增大
C.ΔU3与ΔI的比值大于r D.ΔU1大于ΔU2
3.(2023河南平顶山阶段检测)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电容器的下极板接地,闭合开关S,滑动变阻器的滑片在a端,电容器内有一带电油滴恰好处于静止状态,若电流表视为理想电表,将滑动变阻器的滑片向b端移动,移动过程中,油滴没有和极板相碰,则在移动过程中( )
A.电容器上极板的电势一直升高
B.电阻R1消耗的电功率先减小后增大
C.油滴在运动过程中先向上运动后向下运动
D.电流表示数一直在减小
题组二 闭合电路中的故障问题
4.(2022山东师范大学附属中学期中)如图所示电路,闭合开关S,两个灯泡都不亮,电流表指针几乎不动,而电压表指针有明显偏转,该电路的故障可能是( )
A.电流表坏了或未接好
B.从点a经过灯L1到点b的电路中有断路
C.灯L2的灯丝断了或灯座未接通
D.电流表和灯L1、L2都坏了
5.(2023山东德州期中)如图所示,电路中电源电动势和内阻始终保持不变。闭合开关,电路稳定后,平行金属板间带电微粒P处于静止状态,小灯泡发光。某时刻电路发生故障,发现电流表示数变大,带电微粒P向下移动,则电路中出现的故障可能是( )
A.电阻R1断路 B.电阻R2短路
C.灯泡L短路 D.滑动变阻器R断路
题组三 闭合电路的功率及效率问题
6.(2023江苏南京人民中学调研)将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P随电阻箱读数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.电阻箱接入电路的电阻增大,电阻箱消耗的电功率增大,电源效率升高
7.(2023山东烟台诊断)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=R2=R3=2 Ω,当滑动变阻器R的滑片向上移动时,下列说法正确的是( )
A.电源的总功率减小
B.R3消耗的功率减小
C.电源的效率增大
D.电源的输出功率增大
题组四 含容电路的分析与计算
8.(2023广东广州四校期中联考)如图所示,C1=6 μF,C2=3 μF,R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V,内阻不计。下列说法正确的是( )
A.开关S断开时,a、b两点电势相等
B.开关S闭合、电路稳定后,流过a、b两点的电流是2 A
C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大
D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
9.(2023辽宁沈阳市郊联合体联考)如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,电阻R1∶R2∶R3∶R4=4∶1∶1∶1,开关S断开。现将S闭合,在S闭合到电路稳定的过程中通过R3的电荷量是( )
A.EC5 B.EC C.3EC5 D.2EC5
10.(2023山东师范大学附中期中)如图所示电路,电源电动势E=20 V,内阻r=1 Ω,R1=4 Ω,R2=5 Ω,R3=6 Ω,电容器的电容C=30 μF。
(1)闭合开关S,求稳定后通过R1的电流;
(2)然后将开关S断开,求电容器两端的电压变化量和流过R1的电荷量。
答案与分层梯度式解析
第十二章 电能 能量守恒定律
2 闭合电路的欧姆定律
基础过关练
1.D
2.D
3.A
4.BD
5.AD
7.ACD
8.AB
10.A
1.D 电压与电动势是两个不同的概念,电动势公式E=Wq中的W是非静电力做的功,电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量,而电压公式U=Wq中的W则是电场力做的功,故A、B、C错误,D正确。
方法技巧 对电源的理解
(1)非静电力仅存在于电源的内部,使正负电荷分开。非静电力的方向与电场力方向相反。
(2)不同的电源,非静电力做功的本领不同,这是由电源本身性质决定的。
2.D 电源电动势的大小等于电源未接入电路中时其两端的电压,当电源接入电路时,由于电源内部分压,其两端电压小于电源电动势,故将锂电池接入电路,锂电池两端电压小于3.7 V,A错误;由于Li+从负极脱嵌通过隔膜嵌入正极,则其形成的电流方向为从电池负极到正极,B错误;在电池中电荷量的单位通常用mA·h或A·h表示,而kW·h是电功的单位,C错误;根据E=W非q可知,移动一个锂离子,非静电力做功W非=Eq=3.7 eV,D正确。
3.A 由欧姆定律得I=UR=22 A=1 A,根据闭合电路欧姆定律可得I=ER+r,解得r=1.0 Ω,A正确。
4.BD 当a、b两点间接理想电流表时,R1被短路,根据闭合电路的欧姆定律有I=Er+R2=0.5 A;当a、b两点间接理想电压表时,电压表读数即R1两端电压,可得U=Er+R1+R2R1=2.5 V,联立两式解得E=5 V,r=2 Ω,选项B、D正确。
5.AD 指示灯的电功率PL=IL2RL=UL2RL,得IL=0.5 A,UL=8 V,由E=UL+Ir得流过电流表的电流为I=2 A,流过电动机的电流为IM=I-IL=1.5 A,A正确;电动机的输入功率为PM=UMIM=8×1.5 W=12 W,热功率PQ=IM2RM=1.52×2 W=4.5 W,输出的机械功率P=PM-PQ=7.5 W,电动机的机械效率η=PPM×100%=62.5%,B、C错误;电源的输出功率P出=UI=8×2 W=16 W,D正确。
6.答案 (1)R2
(2)4 V 8 Ω
解析 (1)电阻发生断路前后,电压表均有读数,说明电压表能与电源接通,故电阻R3不可能发生断路,电流表始终有读数,说明R1完好,发生断路的电阻只能是R2。
(2)R2发生断路后,外电路的用电器只有R1,根据欧姆定律可得R1=U2I2=4 Ω
R2发生断路前,外电路为R2与R3串联后与R1并联,有U并=I1R1=3 V
对R2分析,可得R2R3=U1U并−U1
解得R2=8 Ω
电路中干路电流为I=U1R2+I1=1 A
根据闭合电路欧姆定律有E=U并+Ir
R2发生断路后,根据闭合电路欧姆定律可得
E=U2+I2r
联立可得E=4 V
7.ACD 根据U=E-Ir,由图可知纵轴截距表示电源的电动势,即E=6.0 V,图线斜率的绝对值表示电源内阻,即r=ΔUΔI=6.0−5.00.5 Ω=2 Ω,选项A正确,B错误;电源的短路电流为I0=Er=3 A,选项C正确;电流I=0.4 A时,外电阻R=EI-r=13 Ω,选项D正确。
图形剖析
8.AB 根据U=E-Ir,结合图像可知电源电动势为E=3 V,内阻r=36 Ω=0.5 Ω,A正确;电阻R的阻值为R=UI=22 Ω=1 Ω,B正确;电源的U-I图像与电阻的U-I图像的交点表示电阻与电源直接相连时的工作状态,故电源的输出功率为P=UI=2×2 W=4 W,C错误;电源的效率为η=P出P总=UIEI=23≈66.7%,D错误。
图形剖析
9.答案 (1)3.6 V 2 Ω (2)0.54 W (3)30 Ω
解析 (1)根据题图乙,设I1=0.1 A、I2=0.2 A、I3=0.3 A,U1=3.4 V,U2=3.0 V,U3=0.4 V,U4=0.8 V,
根据闭合电路欧姆定律,有U1=E-I1r
U2=E-I3r
联立解得E=3.6 V,r=2 Ω
(2)设电动机内阻为r0,则有
r0=U4−U3I2−I1=4 Ω
当滑动变阻器的阻值调到零时,电动机的输出功率最大,有Pm=U2I3-I32r0
解得Pm=0.54 W
(3)当电路中电流最小时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,有Rm=U1−U3I1
解得Rm=30 Ω
10.A 设欧姆表内部电源的电动势为E,欧姆表内电阻为R内,满偏电流为Ig。欧姆表调零时,有Ig=ER内;测阻值为R的电阻时,有12Ig=ER+R内;测未知电阻时,有15Ig=ERx+R内,联立以上各式,解得Rx=4R,故A正确。
11.答案 (1)15 12
(2)偏大
解析 (1)分析题图乙可知,当Rx=0时,通过欧姆表的电流为I1=0.8 mA,当Rx=15 kΩ,通过欧姆表的电流为I2=0.4 mA。根据闭合电路欧姆定律可得E=I1R内,E=I2(R内+Rx),联立解得E=12 V,R内=15 kΩ。
(2)根据Ig=ER内,如果随着使用时间的增长,该多用电表内部的电源电动势E减小,内阻增大,但仍然能够欧姆调零,则欧姆调零后Ig不变,R内变小,则中值电阻变小,假如要使多用电表测量准确,各刻度值都应该相应变小,若刻度值不变,仍用该表测电阻,则测量结果偏大。
能力提升练
1.B
2.B
3.B
4.B
5.B
6.B
7.AC
8.BC
9.B
1.B 当一氧化碳气体的浓度减小时,气敏元件R的阻值增大,则电路总电阻增大,故总电流减小,内电压减小,则路端电压增大,即电压表示数增大,则流过R1的电流增大,故电流表示数减小,A错误,B正确;因总电流减小,根据P总=EI总,可知电路的总功率减小,C错误;变阻器R1的取值越大,R1与R并联的总阻值越接近R,一氧化碳气体的浓度对外电路电阻的影响越大,则变阻器R1的取值越大,电压表的示数变化越明显,D错误。
2.B 理想电压表V1、V2、V3分别测定值电阻两端的电压、路端电压、滑动变阻器两端的电压,理想电流表A测的是电路中的电流。滑动变阻器滑片向下滑动,其接入电路的电阻变小,根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,A示数增大,内电压增大,路端电压减小,即V2示数减小,A正确,B错误;因为ΔU1ΔI=R,ΔU2ΔI=r,ΔU3ΔI=r+R,C正确;ΔU2=ΔI·r,ΔU1=ΔI·R,又因为R>r,故ΔU1>ΔU2,D正确。
方法技巧 电路动态分析的一般步骤
(1)弄清局部电路变化所引起的局部电路电阻的变化。
(2)根据局部电路电阻的变化,确定整个电路的外电阻如何变化。
(3)根据闭合电路欧姆定律I=ER+r,确定电路总电流如何变化。
(4)由U内=Ir确定电源内电压如何变化。
(5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。
(6)确定各支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。
3.B 滑动变阻器的滑片在a端时,滑动变阻器被短路,当滑片向b端移动时,滑片左、右两部分并联接入电路,阻值逐渐增大,当滑片滑到中间位置时,并联的阻值达到最大值,滑片继续向b端滑动时,并联的阻值开始减小,直到滑至b端时滑动变阻器又被短路,接入电阻又为零,故电路总电阻先增大后减小,最后恢复到初始值,电路总电流I总先减小后增大,最后恢复到初始值。电阻R1消耗的电功率为P1=I总2R1,故电阻R1消耗的电功率先减小后增大,B正确;电容器两极板间的电压为U=E-U内-U1=E-I总(R1+r),因此电容器两极板间的电压先增大后减小,由于下极板电势为零,故上极板的电势先升高后降低,A错误;由于电容器两极板间的电压先增大后减小,最后减小到初始值,因此油滴受到的电场力先增大后减小,最后减小到初始值,油滴一直向上运动,运动方向未改变,C错误;电流表所测电流即为流过并联电路右侧支路的电流Ib,刚开始时滑动变阻器左侧短路,左侧支路的电流Ia为电路总电流,Ib为零,随着滑片向右移动,Ia逐渐减小,Ib逐渐增大,滑片到达最右端时,滑动变阻器右侧短路,此时Ia为零,Ib为电路总电流,D错误。
4.B A、C、D所述情况,电路中都没有电流,电压表指针不偏转,选项A、C、D不符合题意;若从点a经过灯L1到点b的电路中有断路,灯L1不亮,电压表与电流表、灯L2串联,电路中电阻很大,电流很小,灯L2不亮,电流表示数几乎为零,电压表示数近似等于电源电动势,选项B符合题意。
5.B 若电阻R1断路,外电路总电阻变大,路端电压变大,平行金属板间场强变大,带电微粒P向上移动,A不符合题意。若电阻R2短路,外电路总电阻变小,路端电压变小,平行金属板间场强变小,带电微粒P向下移动;总电流变大,路端电压变小,则经过R1的电流变小,所以电流表示数变大,B符合题意。若灯泡L短路,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压变小,经过R1的电流变小,电流表和R2上的电流变大,R2两端电压变大,平行金属板间场强变大,带电微粒P向上移动,C不符合题意。若滑动变阻器R断路,外电路总电阻变大,总电流变小,路端电压变大,流过R1的电流变大,电流表示数变小,平行金属板间场强变小,带电微粒P向下移动,D不符合题意。
6.B 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。由电阻箱所消耗功率P随电阻箱读数R变化的曲线可知,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,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,所以电源内阻等于5 Ω,B正确;电阻箱所消耗功率P的最大值为45 W,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流I=PR=3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,C错误;电阻箱接入电路的电阻增大,当R<5 Ω时,其电功率随电阻的增大而增大,当R>5 Ω时,其电功率随电阻的增大而减小,故D错误。
7.AC 当滑动变阻器R的滑片向上移动时,电路中的总电阻变大,则总电流减小,电源的总功率P总=EI减小,A正确;根据闭合电路欧姆定律有E=I(R1+r)+U并,滑片向上移动时,回路的总电流减小,则U并增大,R3消耗的功率P3=U并2R3,可知R3消耗的功率增大,B错误;电源的效率η=1−I总2rEI总×100%,可知电源的效率增大,C正确;由于当外阻等于电源内阻时电源输出功率最大,由题知r=R1,则外电路电阻大于电源内阻,滑片向上移动时,外电路电阻变大,则电源的输出功率减小,D错误。
8.BC S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由题图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相等,电容器两极板间电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q=CU知此时Q1>Q2。当S闭合后,稳定状态下,R1、R2串联,C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电流I=ER1+R2=2 A,此时两电阻两端电压分别为U1=IR1=6 V、U2=IR2=12 V,则此时两电容器所带电荷量分别为Q1'=C1U1=3.6×10-5 C、Q2'=C2U2=3.6×10-5 C,对电容器C1来说,S闭合后其两端电压减小,所带电荷量也减小,故B、C正确,A、D错误。
9.B 设R4=R,则R1=4R,R2=R,开关S断开、电路稳定时,电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,R2两端的电压为U2=ER1+R2R2=15E,电容器上极板带正电,电荷量为Q2=CU2=15CE;开关S闭合、电路稳定时,电容器两极板间的电压等于R1两端的电压,R1两端的电压U1=R1R1+R2E=45E,电容器下极板带正电,电荷量为Q1=CU1=45CE,则流过R3的电荷量ΔQ=Q1+Q2=CE,B正确。
方法技巧 分析电容器所带电荷量的变化要注意以下两点:
(1)把电容器当成断路简化电路图,按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。(2)电路稳定时,找到与电容器并联的电阻,而电容器两极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
10.答案 (1)2 A (2)10 V 3×10-4 C
解析 (1)闭合开关S,电容器充电稳定后,其所在支路相当于断路,外电路为R1和R2串联,根据闭合电路欧姆定律得E=Ir+I(R1+R2),故通过R1的电流为I=ER1+R2+r=2 A。
(2)开关S闭合、电路稳定时,电容器两端的电压等于电阻R2两端的电压,U2=IR2=10 V
开关S断开,电路达到稳定后,电容器两端的电压大小等于电源电动势E=20 V
则电容器两端的电压变化量为ΔU=E-U2=10 V
流过R1的电荷量等于电容器电荷量的变化量
ΔQ=CΔU
解得ΔQ=3×10-4 C
相关学案
高中人教版 (2019)2 闭合电路的欧姆定律学案及答案： 这是一份高中人教版 (2019)<a href="/wl/tb_c163138_t4/?tag_id=42" target="_blank">2 闭合电路的欧姆定律学案及答案</a>，共14页。学案主要包含了电动势，闭合电路的欧姆定律及其能量分析，路端电压与负载的关系等内容，欢迎下载使用。
高中人教版 (2019)4 能源与可持续发展导学案及答案： 这是一份高中人教版 (2019)4 能源与可持续发展导学案及答案，共6页。
物理必修 第三册1 电路中的能量转化导学案： 这是一份物理必修 第三册1 电路中的能量转化导学案，共10页。
