新高考物理一轮复习课时练习[24] 第八章　第二讲　闭合电路欧姆定律及其应用（含解析）

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一、选择题(本题共10小题，1～7题为单选，8～10题为多选)
1．(2022·秦皇岛市抚宁区高三月考)一节干电池的电动势为1.5 V，这表示( C )
A．该电池存储的电能一定比电动势为1.2 V电池存储的电能多
B．该电池接入电路工作时，电池两极间的电压恒为1.5 V
C．电池中每通过1 C的电荷量，该电池能将1.5 J的化学能转变成电能
D．在电池外部，将1 C的电子由该电池负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5 J的功
[解析] 电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量，电动势大储存的电能不一定多，故A错误；接入电路后，两极电压为路端电压，若外电路正常工作，则路端电压小于电动势，故B错误；电源是把其他形式的能转化为电能的装置，电路中每通过1 C的电量，该电池能将1.5 J的化学能转变成电能，故C正确；一节干电池的电动势为1.5 V，表示该电池在电池内部将1 C电量的正电荷由负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5 J的功，故D错误。
2．如图甲所示，一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成。已知内电路的电源是一个化学电池，电池的正、负极附近分别存在着化学反应层，反应层中非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个地方，电势会沿电流方向“跃升”。这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示，图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低，D点的高度略低于C点。若减小外电路电阻R，则下列说法正确的是( A )
A．C、D两点之间的高度差将变大
B．A、D两点之间的高度差和C、B两点之间的高度差之和将变小
C．A、B两点之间的高度差不变
D．在电子从A点经D、C移动至B点的过程中，非静电力做功将变大
[解析] 因电动势不变，减小外电路电阻R，电路中的电流增大，内电压变大，外电压减小，A、B两点的高度差类似于外电压，减小；C、D两点高度差类似于内电压，变大，故A正确，C错误；A与D、C与B高度差之和类似于电动势，不变，故B错误；电子从A处经D、C至B处，非静电力做功W＝Eq，不变，故D错误。
3．(2021·江苏省高三一模)交警使用的某型号酒精测试仪如图甲，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，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( D )
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]
由于传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，而酒驾驾驶员吹气时，酒精浓度大，R变小，由闭合电路的欧姆定律可知I ＝ eq \f(E,R＋r＋R0)，U ＝ E － I(R0 ＋ r)，可知电流表示数变大、电压表示数变小，A、B错误；电源的输出功率关于外电阻R外的图像如图所示，由图可看出当R外 ＝ r时电源的输出功率最大，而酒精气体浓度越大导致R ＋ R0减小，若开始时有R ＋ R0 > r则随着R减小电源的输出功率增大，若R ＋ R0 < r则随着R减小电源的输出功率减小，C错误；根据闭合电路的欧姆定律有E ＝ U1 ＋ I1(r ＋ R0)，E ＝ U2 ＋ I2(r ＋ R0)，整理后有eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\b\lc\ \rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI))))) ＝ r ＋ R0，则无论R怎么变，但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，D正确。
4．(2021·全国高三专题练习)如图所示，电路中电源的电动势为E，内阻为r，开关S闭合后，当滑动变阻器R的滑动片P向左移动的过程中，三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是( A )
A．灯L2变亮，灯L1、L3变暗
B．灯L1变亮，灯L2、L3变暗
C．灯L1、L2变亮，灯L3变暗
D．灯L2、L3变亮，灯L1变暗
[解析] 图中变阻器R与灯L3并联后与灯L2串联，再整体与灯L1并联。灯L1两端的电压等于路端电压，将滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律得知：干路电流I增大，路端电压减小，则灯L1变暗，流过灯L1的电流I1减小；流过灯L2的电流为I2＝I－I1，I增大，I1减小，则I2增大，灯L2变亮，灯L2两端的电压U2增大；灯L3两端的电压为U3＝U－U2，U减小，U2增大，U3减小，灯L3变暗，BCD错误，A正确。
5．(2022·湖南高三月考)如图所示电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，指示灯RL的阻值为16 Ω，电动机M线圈电阻为2 Ω。当开关S闭合时，指示灯RL的电功率为4 W。电流表内阻不计，那么下列说法中正确的是( C )
A．流过电动机M的电流为4 A
B．流过电流表的电流为4.5 A
C．电动机M输出的机械功率7.5 W
D．电源的总功率为16 W
[解析] 指示灯的电功率P＝Ieq \\al(2,L)RL，解得IL＝0.5A，路端电压为U＝ILRL＝8 V，设流过电流表的电流为I，根据闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，解得I＝eq \f(E－U,r)＝2 A，设电动机支路的电流为IM，IM＝I－IL＝1.5 A，电动机总功率为PM＝UIM＝12 W，电动机输出的机械功率为PM出＝PM－Ieq \\al(2,M)RM，解得PM出＝7.5 W，电源的总功率为P＝EI＝24 W，A、B、D错误，C正确。
6．(2021·全国高三专题练习)如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时，则下列说法不正确的是( A )
A．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1∶2
B．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2
C．电源1和电源2的内阻之比是11∶7
D．电源1和电源2的电动势之比是1∶1
[解析] 小灯泡与电源1连接时的电阻为R1＝eq \f(U1,I1)＝eq \f(3,5) Ω，小灯泡与电源2连接时的电阻为R2＝eq \f(U2,I2)＝eq \f(5,6) Ω，所以在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是18∶25，A错误，符合题意；小灯泡与电源1连接时小灯泡消耗的功率为P1＝U1I1＝3×5 W＝15 W，小灯泡与电源2连接时小灯泡消耗的功率为P2＝U2I2＝5×6 W＝30 W，所以在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2，则B正确，不符合题意；电源1的内阻为r1＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU1,ΔI1)))＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(0－10,7－0)))＝eq \f(10,7) Ω，电源2的内阻为r2＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU2,ΔI2)))＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(0－10,11－0)))＝eq \f(10,11) Ω，所以电源1和电源2的内阻之比是11∶7，C正确，不符合题意；由图像可得电源1和电源2的电动势都为10 V，则电源1和电源2的电动势之比是1∶1，D正确，不符合题意。
7．(2021·全国高三专题练习)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( B )
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
[解析] 若电流表坏了或者未接好，电路中没有电流，电压表无示数，不符合题意，A错误；电压表有示数，说明电流表和L2完好，电压表直接与电源两极相连，说明从点a经过灯L1到点b的电路中有断路，B正确；L2的灯丝断开或灯座未接通，电路中无电流，电压表无示数，不符合题意，C错误；电流表和灯L1、L2都坏了，电压表应无示数，不符合题意，D错误。
8．(2021·昌吉市高三期中)如图所示，电源的内阻可以忽略不计，电压表(内阻不能忽略)和可变电阻R串联在电路中。如果可变电阻R的阻值减为原来的eq \f(1,3)，电压表的读数由U0增加到2U0，则下列说法正确的是( ACD )
A．流过可变电阻R的电流增大为原来的2倍
B．可变电阻R消耗的电功率增大为原来的4倍
C．可变电阻R两端的电压减小为原来的eq \f(2,3)
D．若可变电阻R的阻值减小到零，那么电压表的示数变为4U0
[解析] 电压表阻值一定，当它的读数由U0增加到2U0时，通过它的电流一定变为原来的2倍，而R与电压表串联，流过可变电阻R的电流增大为原来的2倍，A正确；根据P＝UI，U＝IR，可知R的阻值减为原来的eq \f(1,3)后，R消耗的功率P′＝eq \f(2I2R,3)＝eq \f(4,3)P，R两端的电压U＝eq \f(2,3)IR，C正确，B错误；又因电源内阻不计，R与电压表两端的电压之和为E，当R的阻值减小到零时，电压表示数为E，其值为E＝IR＋U0＝eq \f(2,3)IR＋2U0，解得E＝4U0，D正确。
9．(2021·全国高三专题练习)如图所示为某电源的输出功率随外电阻变化的图像，则下列说法中正确的是( ABC )
A．电源的内阻等于R2
B．当外电阻R＝R2时，电源的效率为50%
C．当外电阻为R2时电源的效率一定大于外电阻为R1时电源的效率
D．R2－R1＝R3－R2
[解析] 设电源电动势为E，内阻为r，则输出功率为P出＝I2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(E,R＋r)))2R＝eq \f(E2,R＋\f(r2,R)＋2r)＝eq \f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)，当外电阻R＝r时，电源的输出功率最大，由题图可知r＝R2，A正确；此时电源的效率为η＝eq \f(P出,P总)×100%＝eq \f(I2R,I2R＋r)×100%＝50%，故B正确；由η＝eq \f(R,R＋r)，可知外电阻越大，电源的效率就越高，故C正确；由题图可知，电源的输出功率随外电阻变化的图像并不关于直线R＝R2对称，故R2－R1≠R3－R2，故D错误。
10．(2022·四川内江市高三模拟)如图，电路中的定值电阻R0大于电源的内电阻r。现将开关S闭合，将滑动变阻器R的滑片P向上滑动，理想电压表V1、V2、V3的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A的示数变化量的绝对值为ΔI，则下列说法中正确的是( CD )
A．电压表V1的示数增大，电压表V2的示数减小
B．电流表A的示数变大，电压表V3的示数增大
C．电压表V3和电流表A的示数变化量的比值eq \f(ΔU3,ΔI)＝r＋R0
D．电压表 V1和V2的变化量ΔU1>ΔU2
[解析] 由题图可知，电源的内阻r、R0、R串联构成回路，电流表串在干路中，电压表V1与R0并联，V3与R并联，测路端电压，当R向上滑动时，R的阻值增大，整个电路电阻变大，V3、 V2示数变大，电流表示数变小，A、B错误；电阻R上电压的增加量的绝对值ΔU3 等于r、R0两个电阻电压减少量的绝对值，所以eq \f(ΔU3,ΔI)＝eq \f(ΔUR0＋r,ΔI)＝r＋R0，C正确； V2增加的数值的绝对值ΔU2 等于电源内阻两端内部电压降低的数值绝对值ΔU内，ΔU2＝ΔU内，整个电路是串联关系，由于R0>r，所以ΔU1>ΔU内＝ΔU2，D正确。
二、非选择题
11．(2021·全国高三专题练习)如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝2 Ω，定值电阻R1＝4 Ω、R2＝6 Ω，电容器电容C＝20μF。求：
(1)闭合开关S1、S2时回路的路端电压U；
(2)保持S1闭合，断开S2后，电容器带电量改变量ΔQ。
[答案] (1)10 V (2)1.2×10－4 C
[解析] (1)由闭合回路欧姆定律I＝eq \f(E,R1＋R2＋r)，
U＝I(R1＋R2)＝10 V。
(2)断开S2前Q1＝CU1，U1＝IR2，得Q1＝1.2×10－4 C。
断开S2后Q2＝CE＝2.4×10－4C，ΔQ＝Q2－Q1＝1.2×10－4C。
12．如图所示，半径R＝0.8 m的eq \f(1,4)光滑绝缘圆弧轨道PQ固定在竖直平面内，Q点的切线水平，质量m＝6×10－2 kg，带电量q＝8×10－3 C从与圆心O等高的P点由静止释放，从Q点进入极板间距d＝8×10－2 m的两水平平行板电容器后，刚好能在水平方向做匀速直线运动，且此时电动机刚好能正常工作。已知电源电动势E＝15 V、内阻r＝1 Ω、定值电阻R0＝6 Ω、电动机线圈电阻rM＝0.6 Ω，取g＝10 m/s2。求：
(1)小球到达Q点时的速度大小；
(2)电动机输出的机械功率。
[答案] (1)4 m/s (2)7.4 W
[解析] (1)设小球到达Q点的速度v，小球从P到Q只有重力做功，由机械能守恒定律有
mgR＝eq \f(1,2)mv2，解得v＝4 m/s。
(2)小球进入平行板间所受电场力和重力平衡，设板间电压为U，有qeq \f(U,d)＝mg
由欧姆定律得电路中的电流I＝eq \f(U,R0)，所以电动机两端电压UM＝E－U－Ir，
电动机输出的机械功率P机＝IUM－I2rM，联立解得P机＝7.4 W。