一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分。1～5小題為單選,6～8小題為多選)
1.電動公交車主要是指純電動公交車，全部使用電能行駛，該類產品噪音小，行駛穩(wěn)定性高，并且實現(xiàn)零排放。假設某電動公交車的質量(含乘客)m＝15 t，電動公交車電能轉化為機械能的效率為75 %，當它以速度20 m/s 在平直公路上勻速行駛時，一次充滿電可持續(xù)行駛100 km。假定電動公交車受到的平均阻力為車重的0.02倍，則( )
A．該車勻速行駛時發(fā)動機輸出功率約3×104 W
B．該車從幾乎沒電到充滿電需充電約3×108 J
C．按電價0.72元/度來計算，從幾乎沒電到充滿電需電費約80元
D．若該車充電的功率為60 kW，從幾乎沒電到充滿電需時間約5 000 s
【解析】選C。P＝f·v＝0.02×15×104×20 W＝6×104 W，選項A錯誤；E＝6×104× eq \f(100×103,20) × eq \f(4,3) J＝4×108 J，選項B錯誤； eq \f(4×108 J,3.6×106 J/度) ＝ eq \f(4 000,36) 度，若0.72元/度，則為80元，選項C正確；E＝P′t，t＝ eq \f(E,P′) ＝ eq \f(4×108,60×103) s≈6 667 s，選項D錯誤。
2. (2021·日照模擬)如圖所示，衛(wèi)星在太空中可以利用太陽能電池板供電。若一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800 mV，短路電流為40 mA，將該電池板與一阻值為20 Ω的電阻連成一閉合電路，則它的路端電壓是( )
A．0.10 V B．0.20 V
C．0.30 V D．0.40 V
【解析】選D。電源沒有接入外電路時，路端電壓值等于電源電動勢，所以電動勢E＝800 mV。由閉合電路歐姆定律得，短路電流I短＝ eq \f(E,r) ，所以電源內阻r＝ eq \f(E,I短) ＝ eq \f(800×10－3,40×10－3) Ω＝20 Ω。該電源與20 Ω的電阻連成閉合電路時，電路中的電流I＝ eq \f(E,R＋r) ＝ eq \f(800,20＋20) mA＝20 mA，所以路端電壓U＝IR＝20×20 mV＝400 mV＝0.40 V，故D正確。
【加固訓練】
電動機線圈的電阻為R，電動機正常工作時，兩端電壓為U，通過電流為I，工作時間為t，下列說法中正確的是 ( )
A.電動機消耗的電能為
B.電動機消耗的電能為I2Rt
C.電動機線圈生熱為I2Rt
D.電動機線圈生熱為
【解析】選C。電動機是非純電阻電路，歐姆定律不適用，I≠，消耗的電能為UIt，選項A、B錯誤；根據(jù)焦耳定律可知，電動機線圈生熱為I2Rt，選項C正確，D錯誤。
3. (2021·廣州模擬)在如圖所示的電路中，當閉合開關S后，若將滑動變阻器的滑片P向下調節(jié)，下列說法正確的是( )
A．電壓表和電流表的示數(shù)都增大
B．燈L2變暗，電流表的示數(shù)減小
C．燈L1變亮，電壓表的示數(shù)減小
D．燈L2變亮，電容器的帶電荷量增加
【解析】選C。將滑動變阻器的滑片P向下調節(jié)，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，根據(jù)閉合電路的歐姆定律分析得知，干路電流I增大導致內電壓增大，路端電壓U減小，則電壓表示數(shù)減小，燈L1變亮，U1增大，R與燈L2并聯(lián)，L2兩端的電壓U2＝U－U1，U減小，U2減小，燈L2變暗，流過電流表的電流IA＝I－I2，I增大，I2減小，IA增大，電流表的示數(shù)增大，電容器的電壓等于燈L2兩端的電壓U2，故電容器的帶電荷量減少，故C正確。
4.(2021·文山模擬)如圖是一種臺燈亮度調節(jié)器電路圖,圓環(huán)為電阻絲,P為可調節(jié)滑片。下列說法中正確的有( )
A.P在b點,燈最亮
B.P在c點,燈最亮
C.P從a點滑向b點過程中,電流逐漸增大
D.P從a點滑向b點過程中,電流逐漸減小
【解析】選D。臺燈的功率P=I2R,式中R為臺燈的電阻,在電源電壓不變時,電路中的電流隨接入電路中的電阻絲的長度而改變,當P滑到c點時電阻絲接入電路的電阻最大,電流最小,臺燈最暗,故只有選項D正確。
5. (2021·石家莊模擬)如圖所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置。閉合開關S，電路達到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動。如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是( )
A．增大R1的阻值 B．增大R2的阻值
C．增大兩板間的距離 D．斷開開關S
【解析】選B。由閉合電路歐姆定律可知：增大R1阻值會使總電阻增大，總電流減小，R1兩端電壓增大，則電容器兩板間電壓增大，板間電場強度增大，油滴受電場力增大，油滴向上運動，選項A錯誤；電路穩(wěn)定時R2中無電流，R2阻值變化對電路無任何影響，選項B正確；只增大板間距離d，會使板間電場強度減小，油滴將向下運動，選項C錯誤；斷開開關S，電容器放電，油滴將向下運動，選項D錯誤。
【總結提升】含容電路的分析方法
在直流電路中，當電容器充放電時，電路里有充放電電流，一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當于一個阻值無限大的元件，在電容器處電路看作是斷路，簡化電路時可去掉它。分析和計算含有電容器的直流電路時，需注意以下幾點：
(1)電容器兩極板間的電壓等于該支路兩端的電壓。
(2)當電容器和用電器并聯(lián)接入電路時，電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)用電器兩端的電壓相等。
(3)電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充(放)電。
(4)如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器的電荷量之差；如果變化前后極板帶電的電性改變，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器的電荷量之和。
6．如圖為某種電子秤工作原理的示意圖，被稱物體的質量可按照一定的換算關系通過電流表的示數(shù)獲得。秤盤中放入物體后，連桿P將從a點向下滑動，最終停在a、b間的某一位置。關于該電子秤下列說法正確的是( )
A.物體質量越小，電流表的示數(shù)越大
B．物體質量越大，電流表的示數(shù)越大
C．物體質量越大，電路中的總電阻越大
D．物體質量越小，電路中的總電阻越大
【解析】選B、D。物體質量越小，則連桿P的位置越接近a點，滑動變阻器的電阻越大，則電路中電流越小，電流表的示數(shù)越小，A項錯誤，D項正確；同理，物體質量越大，則連桿P的位置越接近b點，滑動變阻器的電阻越小，則電路中電流越大，電流表的示數(shù)越大，B項正確，C項錯誤。
7. (電場能的性質)(2021·鄭州模擬)離子陷阱是一種利用電場或磁場將離子俘獲并囚禁在一定范圍內的裝置。如圖為最常見的“四極離子陷阱”的俯視示意圖，a、b、c、d是四根平行桿，他們與帶有直流電壓和疊加的射頻電壓相連，相當于四個電極，相對的電極帶等量同種電荷，相鄰的電極帶等量異種電荷。在紙面內四根桿的連線是一個正方形，A、C是ac上的兩點，B、D是bd上的兩點，A、C、B、D到正方形中心O的距離相等。則( )
A．D點的電場強度為零，電勢最低
B．A、B、C、D四點電場強度大小相等
C．A點電勢比B點電勢高
D．正點電荷沿直線從A經O運動到C，電勢能先減小后增大
【解析】選B、C、D。根據(jù)電場的疊加原理可知，D點的電場強度方向向右，大小不為零，選項A錯誤。根據(jù)電場疊加原理，利用對稱性可知A、B、C、D四點電場強度大小相等，方向不同，選項B正確。分析電場可知，φA>φO,
φBφB, A點電勢比B點電勢高，選項C正確。正點電荷沿直線從A經O運動到C，電場力先做正功后做負功，電勢能先減小后增大，選項D正確。
8.(2021·內江模擬)在如圖甲所示的電路中,電源電動勢為3.0 V,內阻不計,L1、L2為相同規(guī)格的小燈泡,這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示,R為定值電阻,阻值為7.5 Ω。當開關S閉合后( )
A.L1的電阻為 Ω
B.L1消耗的電功率為7.5 W
C.L2的電阻為7.5 Ω
D.L2消耗的電功率為0.3 W
【解析】選C、D。S閉合后,L1兩端的電壓U1=3.0 V,由題中乙圖可知,I1=0.25 A,故L1消耗的電功率P1=U1I1=0.75 W,R1==12 Ω,A、B錯誤;L2與R串聯(lián),把R和電源等效成電動勢為3 V,內阻為7.5 Ω的新電源,在題圖乙中作出新電源的I-U圖線,如圖所示,兩圖線的交點表示此時L2兩端的電壓與通過L2的電流的大小,即L2兩端電壓U2=1.5 V,通過L2的電流I2=0.2 A,所以R2== Ω=7.5 Ω,L2消耗的電功率P2=U2I2=1.5×0.2 W=0.3 W,C、D正確。
二、實驗題(12分)
9．(2021·邯鄲模擬)太陽能電池板(圖甲)在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件。某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池板在沒有光照時(沒有儲存電能)的伏安特性。所用的器材包括：太陽能電池板，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干。
(1)為了達到上述目的，實驗電路應選用圖乙中的圖__________(選填“a”或“b”)。
(2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖丙所示的I-U圖象。由圖可知，當電壓小于2.00 V時，太陽能電池板的電阻__________(選填“很大”或“很小”)；當電壓為2.80 V時，太陽能電池板的電阻為________ kΩ。
(3)當有光照射時，太陽能電池板作為電源，其路端電壓與總電流的關系如圖丁所示，分析該曲線可知，該電池板作為電源時的電動勢為________ V。若把它與阻值為1 kΩ的電阻連接構成一個閉合電路，在有光照射情況下，該電池板的效率是__________(結果保留三位有效數(shù)字)。
【解析】(1)測繪伏安特性曲線，電壓和電流需從零開始測起，滑動變阻器采用分壓式接法，應選題圖乙中的a所示實驗電路。
(2)由I＝ eq \f(U,R) ，得電阻阻值R＝ eq \f(U,I) ，由題圖丙所示圖象可知，在電壓小于2.00 V時，電流I很小，所以太陽能電池板的電阻很大；由圖丙所示圖象可知，當電壓為2.80 V時，電流I＝2.80×10－3 A，電阻R＝ eq \f(U,I) ＝ eq \f(2.80,2.80×10－3) Ω＝1.0×103 Ω＝1.00 kΩ。
(3)由題圖丁可知，圖線與縱坐標的交點為電源的電動勢，故電動勢為2.80 V；若與1 kΩ的電阻連接構成一個閉合電路，在U-I圖象中作出對應的電阻的伏安特性曲線，如圖所示：
兩圖線的交點為電源的工作點，則由圖可知電源的工作電壓為1.8 V，則電源的效率η＝ eq \f(1.8,2.8) ×100%≈64.3%。
答案：(1)a (2)很大 1.00
(3)2.80 64.3(±0.2)%
三、計算題(本題共2小題，共40分。需寫出規(guī)范的解題步驟)
10．(20分)有一個小型直流電動機，把它接入電壓為U1＝0.2 V的電路中時，電動機不轉，測得流過電動機的電流I1＝0.4 A；若把該電動機接入U2＝2.0 V的電路中，電動機正常工作，工作電流I2＝1.0 A。求：
(1)電動機正常工作時的輸出功率多大？
(2)如果在電動機正常工作時，轉子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率是多大？
【解題指導】解答本題應注意以下兩點：
(1)含電動機的電路是非純電阻電路，但電動機不轉時是純電阻電路。
(2)電動機消耗的功率等于輸出功率與發(fā)熱功率之和。
【解析】(1)U1＝0.2 V時，電動機不轉，此時電動機為純電阻元件，電動機線圈內阻
r＝ eq \f(U1,I1) ＝ eq \f(0.2,0.4) Ω＝0.5 Ω；
U2＝2.0 V時，電動機正常工作，此時電動機為非純電阻元件，由電功率與熱功率的定義式分別得P電＝U2I2＝2.0×1.0 W＝2 W
P熱＝I eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) r＝1.02×0.5 W＝0.5 W
電動機的輸出功率
P出＝P電－P熱＝2 W－0.5 W＝1.5 W。
(2)此時電動機成為純電阻元件，其發(fā)熱功率
P熱′＝ eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,r) ＝ eq \f(2.02,0.5) W＝8 W。
答案：(1)1.5 W (2)8 W
【加固訓練】
有一用電器的銘牌上標明額定電壓為100 V，額定功率因字跡不清而無法辨認，但該用電器有顯示是否處于正常工作狀態(tài)的裝置，現(xiàn)將該用電器與一阻值變化范圍為0～100 Ω的滑動變阻器連接后，接在輸出電壓為220 V的電源兩端。
(1)為使用電器安全正常地工作，應采用怎樣的接法？畫出電路圖；
(2)在正確連接的電路中，當用電器正常工作時通過電源的電流為2.4 A，求用電器消耗的電功率與整個電路消耗的電功率之比。
【解析】(1)由于用電器阻值未知，所以滑動變阻器應采用分壓式接法，使其電壓可以從0開始調節(jié)。電路如圖所示。
(2)設滑動變阻器串聯(lián)部分電阻為Rx，則Rx兩端的電壓為Ux=U-U額=220 V-100 V=120 V，Rx==50 Ω?；瑒幼冏杵髋c用電器并聯(lián)部分的電阻為R滑并=R滑最大-Rx=100 Ω-50 Ω=50 Ω，通過滑動變阻器并聯(lián)部分的電流為I滑并==2 A，通過用電器的電流為I用電器=I-I滑并=0.4 A，
eq \f(P用電器,P) ＝ eq \f(U額I用電器,UI) ＝ eq \f(100 V·0.4 A,220 V·2.4 A) ＝ eq \f(5,66) 。
答案：(1)采用分壓式接法 圖見解析 (2) eq \f(5,66)
11．(20分)在如圖所示電路中，定值電阻R0＝2 Ω，電流表和電壓表均為理想電表。閉合開關S，當滑動變阻器Rx的滑片P從一端移向另一端時，發(fā)現(xiàn)電壓表的電壓變化范圍為0～3 V，電流表的電流變化范圍為0.75～1.0 A。求：
(1)電源的電動勢和內阻；
(2)移動變阻器滑片時，能得到的電源的最大輸出功率。
【解析】(1)當Rx＝0時，Ux1＝0，
對應電流為I1＝1.0 A，
由閉合電路歐姆定律得E＝I1(R0＋r)①
當Rx為最大值時，Ux2＝3 V，對應電流為I2＝0.75 A，
有E＝I2(R0＋r)＋Ux2②
聯(lián)立①②兩式并代入數(shù)據(jù)得E＝12 V，r＝10 Ω。
(2)電源的輸出功率
P輸出＝( eq \f(E,Rx＋R0＋r) )2(Rx＋R0)
Rx的最大值為Rxm＝ eq \f(Ux2,I2) ＝ eq \f(3,0.75) Ω＝4 Ω。
Rx＋R0≤Rxm＋R0

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