第4章　閉合電路歐姆定律與科學用電 滿分100分,限時75分鐘 一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個選項符合題目要求) 1.手電筒中的干電池的電動勢為1.5 V,用它給某小燈泡供電時,電流為0.3 A,下列說法不正確的是 (　　) A.電路中每通過1 C的電荷量,電源把1.5 J的化學能轉(zhuǎn)化為電能 B.干電池在10 s內(nèi)將4.5 J的化學能轉(zhuǎn)化為電能 C.該干電池外接電阻越大,電源的效率越高 D.干電池把化學能轉(zhuǎn)化為電能的本領比電動勢為2 V的蓄電池強 2.如圖所示,直線a為某電源的路端電壓隨電流的變化圖線,曲線b為小燈泡R兩端的電壓隨電流的變化圖線,用該電源和該小燈泡R組成的閉合電路,電源的輸出功率和電源的內(nèi)電阻分別是 (　　) A.0.6 W,5 Ω　　　　B.0.6 W,203 Ω C.0.8 W,5 Ω　　　　D.0.8 W,203 Ω 3.一輛打開車燈的汽車,在其電動機啟動時車燈會瞬間變暗,如圖所示,在打開車燈的情況下,電動機未啟動時電流表讀數(shù)為10 A,電動機啟動時電流表讀數(shù)為58 A,若電源電動勢為12.5 V,內(nèi)阻為0.05 Ω,電流表內(nèi)阻不計,則因電動機啟動,車燈的電功率降低了 (　　) A.35.8 W　　　　B.76.8 W C.43.2 W　　　　D.48.2 W 4.有一電池,外電路斷開時的路端電壓為3.0 V,外電路接上阻值為8.0 Ω的電阻后,路端電壓降為2.4 V,則可以確定電池的電動勢E和內(nèi)阻r為 (　　) A.E=2.4 V,r=1.0 Ω　　　　B.E=2.4 V,r=2.0 Ω C.E=3.0 V,r=2.0 Ω　　　　D.E=3.0 V,r=1.0 Ω 5.如圖所示為兩個不同閉合電路中兩個不同電源的U-I圖像,則下列說法中正確的是 (　　) A.電動勢E1=E2,短路電流I1>I2 B.電動勢E1=E2,短路電流I1E2,內(nèi)阻r1E2,內(nèi)阻r1>r2 6.有兩位同學用同一組電學元件分別連接成圖甲和圖乙的調(diào)光電路。在閉合開關后,使滑動變阻器的滑片由最左端開始向右滑動,直到燈泡正常發(fā)光。則燈泡正常發(fā)光時電源總功率和整個過程中燈泡的亮度變化情況是 (　　) A.甲電路中的電源總功率小,亮度變化范圍大 B.甲電路中的電源總功率小,亮度變化范圍小 C.乙電路中的電源總功率小,亮度變化范圍大 D.乙電路中的電源總功率小,亮度變化范圍小 7.如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,L為小燈泡,R為滑動變阻器。電流表和電壓表讀數(shù)分別為I、U,其讀數(shù)變化量大小分別為ΔI、ΔU?，F(xiàn)閉合開關S,當滑動變阻器的滑片P向上滑動時 (　　) A.I增大　　　　B.L變暗 C.U變小　　　　D.ΔUΔI不變 8.某學校高二物理興趣小組的同學自制歐姆表,電路圖如圖甲,電流表G滿偏電流Ig=3 mA,內(nèi)阻Rg=30 Ω,電源電動勢E=1.5 V,內(nèi)阻r=1 Ω。下列說法正確的是 (　　) 　　 A.使用該歐姆表時,應將黑表筆插入A孔 B.歐姆調(diào)零時,R0接入電路的阻值為500 Ω C.將待測電阻Rx接入A、B間,此時G的示數(shù)如圖乙所示,則Rx為1 kΩ D.該歐姆表能較準確測量電阻的范圍為1 kΩ~3 kΩ 二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。每小題有多個選項符合題目要求。全部選對得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分) 9.如今,人們對手機的依賴程度越來越高,手機已成為人們必不可少的隨身物品,然而長時間使用手機會對眼睛造成一定的傷害,因此現(xiàn)在的智能手機都有一項可以調(diào)節(jié)亮度的功能,該功能既可以自動調(diào)節(jié)亮度,也可以手動調(diào)節(jié)。某同學為了模擬該功能,設計了如圖所示的電路,R1為光敏電阻,光照增強,阻值變小,R2為滑動變阻器,閉合開關后,下列說法正確的是 (　　) A.僅光照變?nèi)?小燈泡變亮 B.僅光照變強,小燈泡變亮 C.僅將滑片向a端滑動,小燈泡變暗 D.僅將滑片向a端滑動,電池輸出的路端電壓變小 10.如圖,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,閉合開關S,小燈泡L1、L2的電阻分別為R1、R2。不考慮燈絲電阻隨溫度的變化,電流表、電壓表均為理想電表,當滑動變阻器的滑片由右端向左滑動時,下列說法正確的是(　　) A.電流表A1示數(shù)變小,電流表A示數(shù)變大,小燈泡L1變亮 B.電流表A示數(shù)變大,電壓表V示數(shù)變小,小燈泡L2變暗 C.電壓表示數(shù)變化ΔU,電流表A示數(shù)變化ΔI,ΔUΔI=r D.電壓表示數(shù)變化ΔU,電流表A示數(shù)變化ΔI,ΔUΔI=R 11.在如圖所示的豎直方向的電路中,電壓表和電流表均為理想電表,R1、R2、R3為定值電阻,電源電動勢為E、內(nèi)阻為r,開關S1閉合,S2斷開,水平放置的平行板電容器中間有一帶電油滴處于靜止狀態(tài),當S2從斷開到閉合后,下列說法正確的是 (　　) A.兩表讀數(shù)均變小 B.電源內(nèi)阻消耗的功率變小 C.油滴將向上運動 D.電容器帶的電荷量減少 12.如圖甲所示,電源的電動勢E=3 V,內(nèi)阻為r,閉合開關S,滑動變阻器的滑片C從A端滑至B端的過程中,電路中的一些物理量的變化規(guī)律如圖乙所示:圖Ⅰ描述電源的輸出功率隨路端電壓的變化規(guī)律,圖Ⅱ描述路端電壓隨電流的變化規(guī)律,圖Ⅲ描述電源的效率隨外電阻的變化規(guī)律。電表、導線對電路的影響不計。則下列說法正確的是 (　　) 乙 A.電源的內(nèi)阻r為2 Ω B.滑動變阻器最大阻值為9 Ω C.Ⅰ圖上b點的坐標(1.5 V,2.25 W) D.Ⅱ圖上a點的坐標(0.6 A,2.7 V) 三、非選擇題(本題共6小題,共60分) 13.(6分)某同學利用下列實驗器材測量電源的電動勢和內(nèi)阻。 A.待測電源 B.電阻箱R(最大電阻值為30 Ω) C.小量程電流表G(內(nèi)阻不計) D.定值電阻R0(電阻值為3 000 Ω) E.開關、導線若干 該同學設計的實驗電路圖如圖甲所示。 (1)該實驗可以近似認為通過電源內(nèi)部的電流等于流過電阻箱的電流,則電阻箱的阻值R、小量程電流表的示數(shù)I、電源的電動勢E、內(nèi)阻r和定值電阻R0之間的關系為E=　　　　。? (2)多次改變電阻箱的阻值R,讀出對應電流表的示數(shù)I,作出圖像如圖乙所示,則電源的電動勢E=　　　　V、內(nèi)阻r=　　　　Ω。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)? 14.(9分)某實驗小組想要測量一量程為0~6 V的電壓表的內(nèi)阻,進行了如下的操作: (1)先用多用電表的歐姆擋進行測量,將歐姆擋選擇開關撥至“×10”倍率時,發(fā)現(xiàn)指針偏角較小,說明電阻較　　　　(填“大”或“小”),于是改用　　　　(填“×1”或“×100”)倍率;多用電表表盤如圖甲所示,根據(jù)選好的擋位,讀出電壓表的阻值為　　　　Ω;每次換擋后都要進行的操作是　　　　(填“機械調(diào)零”或“歐姆調(diào)零”);測量時,紅表筆接電壓表的　　　　接線柱(填“正”或“負”)。? (2)為了準確測出電壓表的內(nèi)阻,小明設計了如圖乙所示的電路,圖中定值電阻的阻值為R0,閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值,讀出電流表的示數(shù)I、電壓表的示數(shù)U,可知電壓表V的內(nèi)阻RV=　　　　。? 15.(9分)如圖所示是手電筒的簡化電路圖。老式的手電筒是把兩節(jié)1號干電池串聯(lián)起來作為電源,一節(jié)1號干電池的電動勢是1.5 V,手電筒內(nèi)的小燈泡的額定電壓為2.5 V,額定電流為0.3 A,按下開關后,小燈泡正常發(fā)光。 (1)手電筒不工作時,電源兩端電壓是多大?為什么小燈泡的額定電壓是2.5 V,而不是3 V? (2)算一算,小燈泡正常工作時的電阻多大?電池組的內(nèi)電阻多大?(結(jié)果均保留1位小數(shù)) 16.(10分)在如圖所示的電路中,電源電動勢E=12 V,內(nèi)阻r未知,R1是阻值為5 Ω的定值電阻,R2是由某金屬氧化物制成的導體棒,可視為非純電阻,實驗證明通過R2的電流I和它兩端電壓U數(shù)值遵循I=0.2U3的規(guī)律。閉合開關S后,理想電流表的示數(shù)為1.6 A。求: (1)R1、R2消耗的電功率P1、P2; (2)電源的內(nèi)阻r。 17.(10分)利用電動機通過如圖所示的電路提升重物,已知電源電動勢E=6 V,電源內(nèi)阻r=1 Ω,電動機內(nèi)阻r0=2 Ω,電阻R=3 Ω,重物質(zhì)量m=0.10 kg。當電動機以穩(wěn)定的速度勻速提升重物時,理想電壓表的示數(shù)為U=5.5 V。不計空氣阻力和摩擦。求: (1)流經(jīng)電源的電流I和電動機兩端的電壓U2; (2)電動機的輸入功率P入、熱功率P熱和輸出功率P出; (3)重物勻速上升時的速度v; (4)電源的工作效率η。 18.(16分)在如圖所示的多元件電路中,有三個定值電阻R0、R1、R2,阻值均為2 Ω,有一電容器,其電容為C=3×10-7 F,電源的電動勢E=8 V,內(nèi)阻r=1 Ω,滑動變阻器阻值范圍是0~8 Ω,現(xiàn)將開關S閉合。 (1)為了使滑動變阻器R3消耗功率最大,其阻值R3應調(diào)到多大?此時滑動變阻器的功率是多少? (2)在滑動變阻器的滑片從最左端a滑到最右端b的過程中電容器的電荷量變化了多少? 答案全解全析 1.D　電路中每通過1 C的電荷量,非靜電力做功為W非=qE=1×1.5 J=1.5 J,故電路中每通過1 C的電荷量,電源把1.5 J的化學能轉(zhuǎn)化為電能,A正確;根據(jù)W=EIt=1.5×0.3×10 J=4.5 J可得干電池在10 s內(nèi)將4.5 J的化學能轉(zhuǎn)化為電能,B正確;設外電阻為R,內(nèi)阻為r,則電源的效率為η=UIEI=RR+r=11+rR,可知該干電池外接電阻越大,電源的效率越高,C正確。干電池的電動勢小于蓄電池的電動勢,則干電池把化學能轉(zhuǎn)化為電能的本領比電動勢為2 V的蓄電池弱,D錯誤。本題選不正確的,故選D。 2.A　電源的U-I圖像表達式為:U=E-Ir,則U-I圖像斜率的絕對值表示內(nèi)阻,根據(jù)題圖可知,電動勢E=4 V,內(nèi)電阻為r=4?10.6?0 Ω=5 Ω,兩個圖線的交點坐標表示路端電壓和對應的電流,即路端電壓為3 V,電流為0.2 A,故電源的輸出功率為:P出=UI=3×0.2 W=0.6 W,故選A。 3.C　電動機不啟動時,車燈的電壓為電源路端電壓,設為U'L,電動機啟動后車燈電壓仍為路端電壓,設為U'L,由閉合電路歐姆定律得I=ER+r,解得R=1.2 Ω,車燈消耗功率為PL=EI-I2r=120 W,電動機啟動后,路端電壓U'L=E-I'r=9.6 V,車燈消耗電功率為P'L=U'L2R=9.621.2 W=76.8 W,所以車燈功率降低了ΔP=120 W-76.8 W=43.2 W,故選項C正確。 4.C　由題意可知,外電路斷開時的路端電壓為3.0 V,則電池的電動勢E=3.0 V。當外電路接上阻值為8.0 Ω的電阻后,路端電壓降為2.4 V,由U=IR,U=E-Ir,得r=2.0 Ω,故選C。 5.A　電源U-I圖線的縱軸截距表示電源的電動勢,斜率大小表示內(nèi)阻,所以電動勢E1=E2,內(nèi)阻r1I2。故選A。 6.B　乙圖中燈泡電壓、電流可以從0開始調(diào)節(jié),則燈泡的亮度變化范圍較大。甲電路中的電源總功率為P甲=EI燈,乙電路中的電源總功率為P乙=EI燈+I滑,則甲電路中的電源總功率較小,故選B。 7.D　當滑動變阻器的滑片P向上滑動時,滑動變阻器接入電路阻值變大,電路總電阻變大,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,電路總電流減小,路端電壓增大,則電流表讀數(shù)I減小,電壓表讀數(shù)U增大,燈泡L兩端電壓增大,通過L的電流增大,L變亮,故A、B、C錯誤;根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E=U+Ir,則U=E-Ir,可得ΔUΔI=r,則ΔUΔI不變,故D正確。故選D。 8.C　根據(jù)“紅進黑出”可知,A錯誤。根據(jù)閉合電路歐姆定律可得Ig=Er+Rg+R0,解得R0=469 Ω,故B錯誤。C選項,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得13Ig=Er+Rg+R0+Rx,解得Rx=1 kΩ,故C正確。歐姆表的中值電阻附近刻度最均勻,讀數(shù)誤差最小;歐姆表的中值電阻R中等于歐姆表的內(nèi)電阻R總,根據(jù)閉合電路歐姆定律,滿偏時Ig=ER總,得R總=500 Ω,R中=R總=500 Ω,故D錯誤。故選C。 9.BC　僅光照變?nèi)?光敏電阻阻值變大,回路總電阻變大,電流變小,燈泡變暗,故A錯誤;當光照變強時,光敏電阻的阻值變小,電流變大,則燈泡變亮,故B正確;僅將滑片向a端滑動,R2阻值變大,回路總電阻變大,電流變小,燈泡變暗,故C正確;僅將滑片向a端滑動,R2阻值變大,回路總電阻變大,電流變小,根據(jù)U=E-Ir,可知,路端電壓變大,故D錯誤。故選B、C。 10.BC　滑動變阻器滑片由右端向左滑動時,變阻器接入的阻值變小,根據(jù)“串反并同”可知,電流表A1示數(shù)變大,電流表A示數(shù)變大,電壓表V示數(shù)變小,小燈泡L1變亮,小燈泡L2變暗,故A錯誤,B正確;根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir,電壓表測的是路端電壓,電流表A測的是干路電流,所以ΔUΔI=r,故C正確,D錯誤。故選B、C。 11.AD　當S2閉合后,電路總電阻減小,干路電流增大,電源內(nèi)阻r、電阻R3兩端的電壓增大,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,電阻R2、R1兩端的電壓減小,通過電阻R2、R1的電流減小,則電流表讀數(shù)減小,電壓表讀數(shù)減小,故A正確;電源內(nèi)阻消耗的功率P=I2r,因為干路電流增大,電源內(nèi)阻消耗的功率變大,故B錯誤;電容器兩極板間電壓減小,板間距離不變,所以電場強度減小,油滴所受電場力小于重力,油滴向下運動,故C錯誤;電容器兩極板間電壓減小,電容器電容不變,根據(jù)Q=CU可知電容器帶的電荷量減少,故D正確。故選A、D。 12.BC　由圖乙中Ⅱ圖可知短路電流為I短=3 A,由I短=Er,得r=33 Ω=1 Ω,故A錯誤;電源效率最高時,滑動變阻器的阻值最大,由Ⅲ圖知電源的最大效率為η=90%,根據(jù)η=UIEI×100%=RR+r×100%,解得R=9 Ω,即變阻器最大阻值為9 Ω。故B正確;當電源輸出功率達到最大時,R=r=1 Ω,此時路端電壓為U=E2=1.5 V,輸出功率P出=E24r=2.25 W,Ⅰ圖上b點坐標為(1.5 V,2.25 W),故C正確;Ⅱ圖上,最小電流I=ER+r=39+1 A=0.3 A,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知U=E-Ir=3 V-0.3×1 V=2.7 V,Ⅱ圖上a點的坐標為(0.3 A,2.7 V),故D錯誤。故選B、C。 13.答案　(1)IR0+IR0Rr(2分)　(2)3.00(2分) 1.33(2分) 解析　(1)根據(jù)電路圖,由閉合電路的歐姆定律得 E=IR0+IR0Rr (2)根據(jù)E=IR0+IR0Rr 可得1R=ER0r·1I-1r 題圖乙中1R-1I圖線的斜率 k=ER0r=3.05000?1000 A/Ω 縱軸截距的絕對值b=1r=0.75 Ω-1 解得E=3.00 V,r=1.33 Ω 14.答案　(1)大(1分)　 ×100(1分)　2 200(2分)　歐姆調(diào)零(1分)　負(1分)　(2)UR0IR0?U(3分) 解析　(1)指針偏角較小,說明電阻較大,所選倍率偏小,應增大倍率,即改用“×100”倍率。由題圖甲讀出電壓表的阻值為22×100 Ω=2 200 Ω。每次換擋后都要進行歐姆調(diào)零。紅表筆與內(nèi)部電源的負極相連,黑表筆與內(nèi)部電源的正極相連,測量時,紅表筆接電壓表的負接線柱。 (2)據(jù)歐姆定律可得,電壓表V的內(nèi)阻 RV=UI?UR0=UR0IR0?U 15.答案　(1)3.0 V(2分)　見解析(3分) (2)8.3 Ω(2分)　1.7 Ω(2分) 解析　(1)手電筒不工作時,電源兩端電壓等于電源的電動勢,即3.0 V;小燈泡工作時,電路中有電流通過,由于電源有內(nèi)阻,內(nèi)部有電勢降落,因此小燈泡的額定電壓比電源電動勢要小。 (2)小燈泡正常工作時的電阻R=UI=2.50.3 Ω≈8.3 Ω,據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=E-Ir,電池組的內(nèi)電阻為r=E?UI=3?2.50.3 Ω≈1.7 Ω。 16.答案　(1)12.8 W,3.2 W　(2)1.25 Ω 解析　(1)串聯(lián)電路電流相等,通過R2的電流為1.6 A (1分) 由I=0.2U23 (1分) 得R2兩端的電壓 U2=2 V(1分) 通過R1的電流也為 I=1.6 A(1分) 根據(jù)歐姆定律,R1兩端的電壓 U1=IR1=1.6×5 V=8.0 V(1分) 電阻R1消耗的功率為 P1=IU1=1.6×8 W=12.8 W(1分) 電阻R2消耗的功率為 P2=IU2=1.6×2 W=3.2 W(1分) (2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律有 E=U1+U2+Ir (2分) 解得r=12?8?21.6 Ω=1.25 Ω(1分) 17.答案　(1)0.5 A　4 V　(2)2 W　0.5 W　1.5 W　(3)1.5 m/s (4)91.67% 解析　(1)流經(jīng)電源的電流 I=E?Ur=6?5.51 A=0.5 A(1分) 電動機兩端的電壓 U2=U-IR=5.5 V-0.5×3 V=4 V(2分) (2)電動機的輸入功率 P入=IU2=2 W(1分) 熱功率P熱=I2r0=0.52×2 W=0.5 W(1分) 輸出功率P出=P入-P熱=1.5 W(1分) (3)重物勻速上升時P出=mgv (1分) 解得v=1.5 m/s(1分) (4)電源的工作效率為 η=P外P總×100%=UE×100%=5.56×100%≈91.67%(2分) 18.答案　(1)4 Ω,4 W　(2)1.2×10-6 C 解析　(1)將滑動變阻器以外的電阻看成等效電源內(nèi)阻的一部分,等效電源電動勢和內(nèi)阻為 E=8 V(1分) r'=r+R0+R1R2R1+R2=4 Ω(1分) 電流為I=ER3+r' (1分) 滑動變阻器的功率為P=I2R3 (1分) 整理得P=E2(R3?r')2R3+4r' (1分) 故滑動變阻器的功率最大時,有R3=r'=4 Ω(1分) 此時Pm=E24r'=4 W(1分) (2)滑片在a端時,總電阻R總=r'+R3=12 Ω(1分) 干路電流I1=Er'+R3=23 A(1分) 電容器兩端的電壓為U1=E-I1(R3+r)=2 V(1分) 電容器的電荷量Q1=CU1=6×10-7 C(1分) 滑片在b端時,電路總電阻R總'=4 Ω(1分) 干路電流I2=ER總'=2 A(1分) 電容器兩端的電壓U2=E-I2r=6 V(1分) 電容器的電荷量 Q2=CU2=1.8×10-6 C(1分) 電容器的電荷量增加量為 ΔQ=Q2-Q1=1.2×10-6 C(1分)

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