【基礎(chǔ)鞏固練】
1.(6分)(生活交通類)交警使用的某型號酒精測試儀如圖甲所示,其工作原理如圖乙所示,傳感器電阻R的阻值隨氣體中酒精濃度的增大而減小,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,電路中的電表均為理想電表。當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時,下列說法中正確的是( )
A.電壓表的示數(shù)變大,電流表的示數(shù)變小
B.電壓表的示數(shù)變小,電流表的示數(shù)變小
C.酒精氣體濃度越大,電源的輸出功率越大
D.電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的絕對值之比保持不變
2.(6分)(2023·濟寧模擬)在如圖所示的電路中,開關(guān)S閉合后,由于電阻元件發(fā)生短路或斷路故障,導致電壓表和電流表的讀數(shù)都增大,電壓表和電流表均為理想電表,則可能出現(xiàn)了下列哪種故障( )
A.R1短路 B.R2短路
C.R3短路D.R1斷路
3.(6分)如圖所示,圖中的四個電表均為理想電表,當滑動變阻器的滑片P向右端移動時,下列說法中正確的是( )
A.電源的輸出功率一定變小
B.電壓表V1的讀數(shù)變小,電流表A1的讀數(shù)變小
C.電壓表V2的讀數(shù)變大,電流表A2的讀數(shù)變小
D.電壓表V2的讀數(shù)變小,電流表A2的讀數(shù)變小
4.(6分)(2023·南京模擬)將一電源與一電阻箱連接成閉合電路,測得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示,由此可知( )
A.電源最大輸出功率可能大于45 W
B.電源內(nèi)阻等于5 Ω
C.電源電動勢為45 V
D.電阻箱所消耗功率P最大時,電源效率大于50%
5.(6分)(2023·成都模擬)電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比。直線A、B和C分別是電源a、電源b和電阻R的U-I圖線。將這個電阻R分別接到a、b兩電源上,那么( )
A.電源a、b電動勢一樣大,b內(nèi)阻較大
B.R接到電源a上,電路中的電流較小
C.R接到電源b上,電源的輸出功率較大
D.R接到電源b上,電源效率較高
【加固訓練】
如圖所示,電源電動勢E=2 V,內(nèi)阻r=1 Ω,電阻R0=2 Ω,滑動變阻器的阻值范圍為0~10 Ω。求滑動變阻器的阻值為多大時,R上消耗的功率最大,最大值為多少?
6.(6分)(2024·徐州模擬)如圖所示電路中,電源為恒流源,能始終提供大小恒定的電流,R0為定值電阻,移動滑動變阻器R的滑片,則選項圖中表示電壓表示數(shù)U、電路總功率P隨電流表示數(shù)I變化的關(guān)系圖像,可能正確的是( )
【綜合應(yīng)用練】
7.(6分)(2023·福州模擬)如圖所示電路,電源內(nèi)阻為r,兩相同燈泡L1、L2 電阻均為R,D為理想二極管(具有單向?qū)щ娦?,電表均為理想電表。閉合S后,一帶電油滴恰好在平行板電容器中央靜止不動,現(xiàn)把滑動變阻器滑片向上滑動,電壓表V1、V2 示數(shù)變化量絕對值分別為ΔU1、ΔU2 ,電流表示數(shù)變化量絕對值為ΔI,則下列說法中錯誤的是( )
A.兩燈泡逐漸變亮
B.油滴將向下運動
C.ΔU2ΔI=R+r
D.ΔU2>ΔU1
8.(6分)(多選)(2023·黃山模擬)如圖所示電路中,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,L為小燈泡,R為滑動變阻器,V為理想電壓表。現(xiàn)閉合開關(guān)S,將滑動變阻器R的滑片P從a端向b端滑動。已知小燈泡電阻和電源內(nèi)阻相等,則下列說法中正確的是( )
A.電壓表示數(shù)先變小后變大
B.小燈泡L先變暗后又變亮
C.電源的輸出功率先變小后變大
D.電源的效率先減小后增大
9.(6分)(2023·邯鄲模擬)如圖所示,電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=
7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,電容器的電容C=2 μF。開始時開關(guān)S處于閉合狀態(tài),則下列說法正確的是( )
A.開關(guān)S閉合時,電容器上極板帶正電
B.開關(guān)S閉合時,電容器兩極板間電勢差是3 V
C.將開關(guān)S斷開,穩(wěn)定后電容器極板所帶的電荷量是3.6×10-6 C
D.將開關(guān)S斷開至電路穩(wěn)定的過程中通過R0的電荷量是9.6×10-6 C
10.(10分)在如圖甲所示的電路中,R1、R2均為定值電阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3是一滑動變阻器,當其滑片P從最左端滑至最右端時,測得電源的路端電壓隨電源中流過的電流的變化圖線如圖乙所示,其中A、B兩點是滑片P在變阻器的兩個不同端點得到的。求:
(1)電源的電動勢和內(nèi)阻;
(2)定值電阻R2的阻值;
(3)滑動變阻器的最大阻值。
【情境創(chuàng)新練】
11.(6分)(多選)(2023·石家莊模擬)某磁敏電阻R的阻值隨外加磁場的磁感應(yīng)強度B的增大而增大。有一位同學利用該磁敏電阻設(shè)計了一款可以測量小車加速度的實驗裝置,如圖所示,條形磁鐵的左、右兩端分別連接兩根相同的輕質(zhì)彈簧,兩彈簧的另一端固定在小車兩側(cè)的豎直擋板上,磁鐵可以相對小車無摩擦左右移動,下列說法正確的是( )
A.當小車向右做加速直線運動時電流表示數(shù)變大
B.當小車向右做減速直線運動時電壓表示數(shù)變小
C.當小車向左做加速直線運動時電流表示數(shù)變大
D.當小車向左做減速直線運動時電壓表示數(shù)變小
解析版
1.(6分)(生活交通類)交警使用的某型號酒精測試儀如圖甲所示,其工作原理如圖乙所示,傳感器電阻R的阻值隨氣體中酒精濃度的增大而減小,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,電路中的電表均為理想電表。當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時,下列說法中正確的是( )
A.電壓表的示數(shù)變大,電流表的示數(shù)變小
B.電壓表的示數(shù)變小,電流表的示數(shù)變小
C.酒精氣體濃度越大,電源的輸出功率越大
D.電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的絕對值之比保持不變
【解析】選D。當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時,R的阻值減小,電路總電阻減小,根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知,電路中電流I變大,故電流表的示數(shù)變大,R兩端電壓為U=E-I(R0+r)變小,故電壓表的示數(shù)變小,故A、B錯誤;因為不知道外電阻R0+R與電源內(nèi)阻r的關(guān)系,所以無法判斷電源的輸出功率如何變化,故C錯誤;電壓表示數(shù)為U=E-I(R0+r),電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的絕對值之比為ΔUΔI=R0+r,保持不變,故D正確。
2.(6分)(2023·濟寧模擬)在如圖所示的電路中,開關(guān)S閉合后,由于電阻元件發(fā)生短路或斷路故障,導致電壓表和電流表的讀數(shù)都增大,電壓表和電流表均為理想電表,則可能出現(xiàn)了下列哪種故障( )
A.R1短路 B.R2短路
C.R3短路D.R1斷路
【解析】選A。若電路正常,則電流表測量流過R1的支路電流,電壓表測量R3兩端的電壓。若R1短路,則R2被短路,外電路只有電阻R3接在電源兩端,電流表測量干路電流,電壓表測量路端電壓,兩表示數(shù)均增大,A正確;若R2短路,則R1被短路,電流表示數(shù)為零,B錯誤;若R3短路,則電壓表示數(shù)為零,C錯誤;若R1斷路,則電流表示數(shù)為零,D錯誤。
3.(6分)如圖所示,圖中的四個電表均為理想電表,當滑動變阻器的滑片P向右端移動時,下列說法中正確的是( )
A.電源的輸出功率一定變小
B.電壓表V1的讀數(shù)變小,電流表A1的讀數(shù)變小
C.電壓表V2的讀數(shù)變大,電流表A2的讀數(shù)變小
D.電壓表V2的讀數(shù)變小,電流表A2的讀數(shù)變小
【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點:
(1)判斷外電路總電阻的變化,由歐姆定律分析路端電壓的變化和總電流的變化,再分析電流表示數(shù)的變化,電源內(nèi)阻消耗功率的變化。
(2)根據(jù)推論:電源的外電阻等于電源的內(nèi)阻時,電源的輸出功率最大,分析電源輸出功率如何變化。
【解析】選C。當內(nèi)、外電阻相等時電源的輸出功率最大,由于電源的內(nèi)、外電阻關(guān)系未知,所以不能確定電源的輸出功率如何變化,故A錯誤;當滑動變阻器的滑片P向右端移動時,滑動變阻器接入電路的電阻減小,外電路總電阻減小,由閉合電路的歐姆定律可得,干路電流I增大,路端電壓U減小,則電流表A1讀數(shù)變大,電壓表V1讀數(shù)U1=E-I(R1+r),I增大,其他量不變,則U1減小,A2的讀數(shù)為I2=U1R3,則I2減小,即電流表A2的讀數(shù)變小,因總電流增大,則通過R2的電流增大,則U2變大,即電壓表V2讀數(shù)變大,故C正確,B、D錯誤。
4.(6分)(2023·南京模擬)將一電源與一電阻箱連接成閉合電路,測得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示,由此可知( )
A.電源最大輸出功率可能大于45 W
B.電源內(nèi)阻等于5 Ω
C.電源電動勢為45 V
D.電阻箱所消耗功率P最大時,電源效率大于50%
【解析】選B。由題可知將一電源與一電阻箱連接成閉合電路,電阻箱所消耗功率P等于電源輸出功率,由題圖可知,電阻箱所消耗功率P最大為45 W,所以電源最大輸出功率為45 W,選項A錯誤;由電源輸出功率最大的條件可知,電源輸出功率最大時,外電路電阻等于電源內(nèi)阻,所以電源內(nèi)阻r=5 Ω,選項B正確;電阻箱所消耗功率P最大值為45 W時,電阻箱讀數(shù)為R=5 Ω,則電流I=PR=3 A,電源電動勢E=I(R+r)=30 V,選項C錯誤;電阻箱所消耗功率P最大時,電源效率為50%,選項D錯誤。
5.(6分)(2023·成都模擬)電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比。直線A、B和C分別是電源a、電源b和電阻R的U-I圖線。將這個電阻R分別接到a、b兩電源上,那么( )
A.電源a、b電動勢一樣大,b內(nèi)阻較大
B.R接到電源a上,電路中的電流較小
C.R接到電源b上,電源的輸出功率較大
D.R接到電源b上,電源效率較高
【解題指南】電源的伏安特性曲線縱軸截距表示電源電動勢,斜率絕對值表示內(nèi)阻;電阻的伏安特性曲線斜率表示電阻,電阻和電源連接時圖像的交點表示相同的電流和路端電壓,二者乘積表示輸出功率。
【解析】選A。由電源的U-I圖線可知,縱軸截距表示電動勢,斜率的絕對值表示內(nèi)阻,故電源a、b電動勢一樣大,b內(nèi)阻較大,A正確;當電源與電阻直接相連時,電源和電阻的U-I 圖線交點表示該電阻的工作狀態(tài),其橫坐標表示電路中的電流,故R接到電源a上,電路中的電流較大,B錯誤;
由P=UI可知,電源和電阻的U-I圖線交點橫、縱坐標乘積(矩形面積)表示電源的輸出功率,可知R接到電源a上,電源的輸出功率較大,電源的效率可表示為η=P出P總×100%=UE×100%,當R接到電源a上,路端電壓U較大,電源效率較高,C、D錯誤。
【加固訓練】
如圖所示,電源電動勢E=2 V,內(nèi)阻r=1 Ω,電阻R0=2 Ω,滑動變阻器的阻值范圍為0~10 Ω。求滑動變阻器的阻值為多大時,R上消耗的功率最大,最大值為多少?
答案:23 Ω 23 W
【解析】方法一 由公式PR=U2R,根據(jù)閉合電路的歐姆定律,路端電壓U=E·R0RR0+Rr+R0RR0+R=ER0RrR0+rR+RR0,所以PR=E2R02R(rR0+rR+R0R)2,代入數(shù)據(jù)整理得PR=164R+9R+12 W,
當R=23 Ω時,R上消耗的功率最大,PRmax=23 W。
方法二 采用等效電源法分析,把電阻R0等效到電源的內(nèi)部,即把電源和電阻R0看作等效電源,即電動勢為E'=R0R0+rE、內(nèi)阻為r'=R0rR0+r的電源,當R=r'=R0rR0+r時,電源對外電路R的輸出功率最大,為PRmax=E'24r'。把數(shù)值代入各式得E'=R0R0+rE
=43 V,r'=R0rR0+r=23 Ω,所以R=23 Ω,PRmax=E'24r'=23 W。
6.(6分)(2024·徐州模擬)如圖所示電路中,電源為恒流源,能始終提供大小恒定的電流,R0為定值電阻,移動滑動變阻器R的滑片,則選項圖中表示電壓表示數(shù)U、電路總功率P隨電流表示數(shù)I變化的關(guān)系圖像,可能正確的是( )
【解析】選C。由題圖知R0與R并聯(lián),電壓表測電源電壓,電流表測R支路的電流,設(shè)電源提供的恒定電流為I總,根據(jù)并聯(lián)電路特點可知U=U0=I0R0=(I總-I)R0=-IR0+I總R0,其中I總、R0為定值,可知U與I的圖像為一次函數(shù)圖像,且-R0ΔU1,選項D正確。
8.(6分)(多選)(2023·黃山模擬)如圖所示電路中,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,L為小燈泡,R為滑動變阻器,V為理想電壓表?，F(xiàn)閉合開關(guān)S,將滑動變阻器R的滑片P從a端向b端滑動。已知小燈泡電阻和電源內(nèi)阻相等,則下列說法中正確的是( )
A.電壓表示數(shù)先變小后變大
B.小燈泡L先變暗后又變亮
C.電源的輸出功率先變小后變大
D.電源的效率先減小后增大
【解析】選B、C。由電路結(jié)構(gòu)可知,滑動變阻器R的滑片P兩邊的電阻并聯(lián),則當P從a端向b端滑動時,電路的總電阻先變大后變小,則干路電流先變小后變大,故小燈泡L先變暗后又變亮,選項B正確;由U=E-Ir可知路端電壓先變大后變小,即電壓表的示數(shù)先變大后變小,選項A錯誤;因為小燈泡電阻和電源內(nèi)阻相等,電路的總電阻先變大后變小,結(jié)合電源輸出功率隨外電路電阻變化圖像可知,當內(nèi)、外電阻相等時電源輸出功率最大,則電源的輸出功率先變小后變大,選項C正確;電源的效率η=IUIE×100%=R外R外+r×100%=11+rR外×100%,外電路總電阻越大,電源的效率越高,故電源的效率先增大后減小,選項D錯誤。
9.(6分)(2023·邯鄲模擬)如圖所示,電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=
7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,電容器的電容C=2 μF。開始時開關(guān)S處于閉合狀態(tài),則下列說法正確的是( )
A.開關(guān)S閉合時,電容器上極板帶正電
B.開關(guān)S閉合時,電容器兩極板間電勢差是3 V
C.將開關(guān)S斷開,穩(wěn)定后電容器極板所帶的電荷量是3.6×10-6 C
D.將開關(guān)S斷開至電路穩(wěn)定的過程中通過R0的電荷量是9.6×10-6 C
【解析】選D。開關(guān)S閉合時的等效電路圖如圖甲所示,電容器C兩端電壓等于R3兩端電壓U3,已知電路總電阻R=(R2+R3)R1R2+R3+R1+r=4 Ω,由閉合電路歐姆定律可知干路電流I=ER=1.5 A,路端電壓U=E-Ir=4.5 V,則U3=R3R2+R3U=1.8 V,此時電容器所帶電荷量Q1=CU3=3.6×10-6 C,且上極板帶負電,下極板帶正電,故A、B錯誤。開關(guān)S斷開時的等效電路圖如圖乙所示,穩(wěn)定后電容器C兩端電壓等于R2兩端電壓U2,此時U2=ER2+R3+rR2=3 V,電容器所帶電荷量Q2=CU2=6×10-6 C,且上極板帶正電,下極板帶負電,故通過R0的電荷量Q=Q1+Q2=9.6×10-6 C,故C錯誤,D正確。
10.(10分)在如圖甲所示的電路中,R1、R2均為定值電阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3是一滑動變阻器,當其滑片P從最左端滑至最右端時,測得電源的路端電壓隨電源中流過的電流的變化圖線如圖乙所示,其中A、B兩點是滑片P在變阻器的兩個不同端點得到的。求:
(1)電源的電動勢和內(nèi)阻;
答案:(1)20 V 20 Ω
【解析】(1)電源的路端電壓隨電流的變化圖線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻,則內(nèi)阻r=|ΔUΔI|=16-40.8-0.2 Ω=20 Ω
電源的電動勢為E=U+Ir,取電壓U1=16 V,電流I1=0.2 A,代入解得E=20 V。
(2)定值電阻R2的阻值;
答案: (2)5 Ω
【解析】(2)當滑片P滑到最右端時,R1被短路,外電路的電阻最小,電流最大。此時電壓U2=4 V,電流I2=0.8 A,則定值電阻R2=U2I2=5 Ω。
(3)滑動變阻器的最大阻值。
答案: (3)300 Ω
【解析】(3)當滑片P滑到最左端時,滑動變阻器阻值最大,外電阻最大,電流最小,此時路端電壓U1=16 V,電流I1=0.2 A,外電路總電阻為R=U1I1=80 Ω,又R=R2+R1R3R1+R3,代入解得R3=300 Ω。
【情境創(chuàng)新練】
11.(6分)(多選)(2023·石家莊模擬)某磁敏電阻R的阻值隨外加磁場的磁感應(yīng)強度B的增大而增大。有一位同學利用該磁敏電阻設(shè)計了一款可以測量小車加速度的實驗裝置,如圖所示,條形磁鐵的左、右兩端分別連接兩根相同的輕質(zhì)彈簧,兩彈簧的另一端固定在小車兩側(cè)的豎直擋板上,磁鐵可以相對小車無摩擦左右移動,下列說法正確的是( )
A.當小車向右做加速直線運動時電流表示數(shù)變大
B.當小車向右做減速直線運動時電壓表示數(shù)變小
C.當小車向左做加速直線運動時電流表示數(shù)變大
D.當小車向左做減速直線運動時電壓表示數(shù)變小
【解析】選B、C。當小車向右加速或向左減速時,磁鐵具有向右的加速度,受到的合力向右,故左側(cè)的彈簧壓縮,右側(cè)的彈簧拉伸,磁鐵向左靠近磁敏電阻R,R阻值變大,電路中的電流減小,電流表的示數(shù)變小,電壓表測R兩端的電壓,由串聯(lián)分壓知,電壓表示數(shù)變大,A、D錯誤;當小車向左加速或向右減速時,磁鐵具有向左的加速度,受到的合力向左,故左側(cè)的彈簧拉伸,右側(cè)的彈簧壓縮,磁鐵向右遠離磁敏電阻R,R阻值變小,電路中的總電阻變小,電路中的電流變大,電流表示數(shù)變大,由串聯(lián)分壓知,電壓表示數(shù)變小,B、C正確。

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