交大附中高三物理练习试题第37课时 闭合电路中的能量转化 含容电路 故障分析(B) 含答案( 2013高考)

第37课时 闭合电路中的能量转化 含容电路 故障分析（B 卷）
易错现象
1、在处理纯电阻电路的能量问题时，易乱用结论，不对电路进行分析就照搬旧的解题套路乱套公式。

2、对含有电容器的问题忽略了动态变化过程的分析。

纠错训练
1、有四个电源，电动势均为8V ，内阻分别为1Ω、2Ω、4Ω、8Ω，今要对R=2Ω的电阻供电，问选择内阻为多大的电源才能使R 上获得的功率最大？
A 、1Ω
B 、2Ω
C 、4Ω
D 、 8Ω
2、、如图37—B--1所示电路，电源电动势ε=6V ，内阻r=1Ω．外电路中电阻R1=2Ω，R2=3Ω，R3=7.5Ω．电容器的电容C=4μF ．开始电键S 断开．从合上电键到电路稳定的过程中，通过电流表的电
量是多少？
3、如图37—B--2所示，电灯L 标有“4V 、1W ”。

滑动变阻器R 总电阻为50欧，当滑片P 滑至某位臵时，L 恰好正常发光，此时安培表示数为0.45安，由于外电路发生故障，电灯L 突然熄灭，此时安培表示数变为0.5安，伏特表示数变为10伏，若导线完好，电路中各处接触良好，试问： （1）发生故障是短路还是断路？发生在何处？（2）发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多少？
（3）电源电动势和内电阻分别
为多大？
检测提高 一、选择题：
1、关于电池的下列说法中正确的是[ ]
A.电池的负载增加,输出电压要减小
B.负载电阻增大时,电池端电压增大
C.电池输出电压越大,其输出功率就越大
D.电池的输出电流越大,其输出功率就越大
2、如图37—B--3所示，图甲为R 1、R 2的伏安特性曲线；图乙为R 1、R 2串联后与R 0组成的电路，根据图示判断下列说法正确的是[ ]
A 由图可以看出R 1＜R 2
B 调节R 0一定可以使R 1、R 2的电压相等
C 两个电阻消耗的电功率之比与电源的电动势和内电阻无关
D 要使R 1上得到的功率最大，应把滑片P 移至最左端
3、如图37—B--4所示,电路两端的电压为U ,但灯L 1、L 2都不亮,用电压表测得U ab =0,U bc =U ,U cd =0,U ad =U ,则故障原因可能是[ ]
A R 断路
B R 短路
C L 1、L 2都短路
D L 1、L 2都断路
4、如图37—B--5所示,电源电动势均为ε,内阻为r .当滑动变阻R 1的滑动头P 向下滑动时,干路电流I 的变化量
为△I ,通过R 1中的电流I 1的改变量为△I 1,则它们的关系是
[ ]
A △I =△I 1
B △I <△I 1
图37—B--1
图37—B--4
图37—B--5
图37—B--2
图37—B--3
C △I >△I 1
D △I =-△I 1
5、如图37—B--6所示电路中，电源电动势为ε，内电阻为r ，R 1、R 2、R 3、R 4为四个可变电阻。

要使电容器C 1、
C 2所带的电量都减小，则可以：[ ]
A ．增大R 1
B ．增大R 4
C ．减小R 2
D ．减小R 3
6、图37—B--7所示电路中，由于某一电阻断路，致使电压表和电流表的示数均比该电阻未
断路时要大，则这个断路的电阻可能是[ ]
A R 1
B R 2
C R 3
D R 4
7、在图37—B--8所示电路中，R 1=10欧，R 2=20欧，R 3=6欧，电容器C=10微法，电源电动势ε=12伏，内阻不10-5库，则R4的阻值可能为[ ]
计．已知电容器带电量为1.0×A ．18欧B ．8.4欧 C ．2欧欧7
30
.
D 8、如图37—B--9所示电路的三根导线中有一根是断的。

电源电阻器R 1·R 2及另外 两根导线都是好的。

为了查出
断导线，某学生想先用万用表的红表笔连接在电源的正极a,
再将黑表笔分别连接在电阻器R l 的b 端和R 2的c 端，并观察万用表指针的示数。

在下列选挡中，符合操作规程的是：
[ ]
A ．直流10V 挡
B ．直流0.5A 挡
C ．直流2.5V 挡
D ．欧姆挡
二、填空题：
9、如下图37—B--10所示电路，当变阻器的滑动触头P 由a 端向b 端滑动时，下述各量的变化情况是：R 1的电功率_______，电源功率_____，电源内部消耗的功率_____，电容器贮存的电能____.
10、某同学按如图37—B--11所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P 移到不同位臵时测得各
电表的示数如下表所示
将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。

（1）电路中
，分别为电源的电动势和内阻，
，
，
为定值电阻，在这五个物理量中，可根据上表中的
数据求得的物理量是（不要求具体计算）。

（2）由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但
不为零），若这种情况的发 生是由用电器引起的，则可
能的故障原因是。

三、计算题：
11、如图37—B--126
1=C 微法，32=C 微法，61=R 欧，32=R 欧，当开关S 断开时，A 、
时，C 1的电量是增加还是减少？改变
B 两点的电压?=A B U 当S 闭合
了多少库仑？已知18=U 伏。

图37—B--12
图37—B--11
图37—B--9
图37—B--8
图37—B--6
图37—B--7
12、把一个10V，2.0W的用电器A(纯电阻)接到某一电动势和内阻都不变的电源上．用电器A实际消耗的功率是2.0瓦，换上另一个10V，5.0W的用电器B(纯电阻)接到这一电源上，问电器B实际消耗的功率有没有可能反而小于2.0瓦？你如果认为不可能，试说明理由；如果认为可能，试求出用电器B实际消耗的功率小于2.0瓦的条件(设电阻不随温度改变)．
13、电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温，又不会把饭烧焦的家用电器。

它的电路由控制部分AB和工作部分BC组成。

K1是限温开关，手动闭合，当温度达到1030C时自动断开，不能自动闭合。

K2是自动开关，当温度超过800C 时自动断开，温度低于700C时自动闭合。

R2是限流电阻，阻值2140Ω，R1是工作电阻，阻值60Ω。

锅中放好适量的米和水，插上电源（220V，50H Z），手动闭合K1后，电饭锅就能自动煮好米饭并保温。

⑴简述手动闭合K1后，电饭锅加热、保温过程的工作原理。

⑵加热过程电饭锅消耗的电功率P1是多大？K1、K2都断开时电饭锅消耗的电功率P2是多大？⑶若插上电源后没有手动闭合K1，能煮熟饭吗？为什么？
第37课时闭合电路中的能量转化含容电路故障分析（B）
1、解：由P=I 2
R 可知：R 上消耗的功率2
2282⎪⎭
⎫
⎝⎛+=⎪⎭⎫
⎝⎛+=r R r R P ε 显然P 是r 的单调减函数，所以就题设条件而言，r 取1Ω时P 有最大值，应选A 。

有部分同学依“外电阻等于内电阻(R=r)时，外电路上的电功率有最大值”可知，应选内阻2Ω的电源对R 供电，故选B 。

上述错解的根源在于滥用结论。

物理学的任何规律结论的成立都是有条件的，都有其适用范围，关键是要掌握好“条件和范围”
2、分析电键S 断开时，电容器并联在电阻R2两端；电键S 合上后，电容器并联在电阻R1两端．算出两种情况下的充电电量，再通过对充电极性的比较即得．
解电键S 断开时，由串联分压得电容器的电压V r
R R R U U C 3212
2=++==ε
电容器被充电的电量
Q=CUc =4×10-6×3C=1.2×10-5C ．
其极性是上板为正，下板为负．
电键S 合上后，外电路的总电阻和路端电压分别为
V
r
R R U R R R R R R R 5.43)(3213
21=+=
Ω
=+++=
+外外外外ε
由串联分压得电容器的电压V U R R R U U C 8.12
11
11
=+=
=外 电容器被充电的电量
Q'=CU'c =4×10-6×1.8C=7.2×10-6C ．
其极性是上极为负，下极为正．
所以，当电键从断开到合上后电路稳定的过程中，通过电流表的电量为
ΔQ=Q+Q'=1.92×10-5
C ．
说明电容器充电后，需注意极板上电荷的极性．
3、解（1）故障发生在灯泡L 处，是断路。

（2）20欧；（3）ε
=125.伏，r =5欧。

分析与解：（1）电路发生故障后，安培表示数增大，路端电压222U U I R ==也增大，因此一定是外电路总电阻增大所致。

一定是在外电路某处发生断路故障：由于安培表有示数——R 2不可能断路；由于伏特表有示数——变阻器不可能断路，依题意，导线完好、电路中各处接触良好，所以故障只可能是L 2发生断路。

（2）由于210U U ==伏，则有22210
200.5
U R I ===（欧），L 未发生断路前恰好正常发光，所以L 的额定电压U L
=4伏，L 的额定电流L L L P I U =
1
0.254
==（安）。

L 未断路前路端电压2220.45209U U I R '''===⨯=（伏），
变阻器连入电路的阻值11
194
200.25
R L R L U U U R I I '--=
=
==（欧）。

（3）根据全电路欧姆定律U Ir ε=+，有故障前：()90.450.25r ε=++； 故障后：100.5r ε=+。

解之，得12.5ε=（伏）；5r =（欧）
1、AB
2、AC
3、AC
4、B
5、AC
6、AD
7、AB
8、A
9、增大，增大，增大，减小 10、（1）
，
，
（2）短路或断开
11、分析与解：在电路中，C 1、C 2的作用是断路，当S 断开时，全电路无电流，B 、C 等势，A 、D 等势，则
18===CD A C A B U U U 伏。

C 1所带的电量为46111008.118106--⨯=⨯⨯==C
D U C Q （库）
S 闭合时，电路由R R 12、串联，C 1两端的电压即R 1上两端的电压，1263
618
121=+=+=R R R U U A C （伏） C 1的带电量46111072.012106--⨯=⨯⨯=='A C U C Q （库）
故C 1的带电量改变了444111036.01008.11072.0---⨯-=⨯-⨯=-'=∆Q Q Q （库），负号表示减少。

12、解根据A ，B 的额定电压和额定功率可求出它们的电阻分别为
Ω==
502
.A
A
A P U R Ω==202
.B
B
B P U R
根据闭合电路欧姆定律可得出，把A ，B 用电器分别接到电源上，所消耗的功率分别为
A A A R r R P 2
⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+=ε B B B R r R P 2⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=ε
于是根据题中给出的条件PA=2.0瓦，PB ＜2.0瓦，即得出0.250502
=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+r ε
0.220202
<⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛+r ε 把上式联立求解，得出电源电动势ε和内阻r 满足条件是
V
r V
101050510210>-=+>εε
13、解答：⑴插上电源，手动闭合K 1后由于室温肯定低于700
C 所以当时K 2也是闭合的，所以R 2被短路，只有R 1工作，功率P 1较大，使米和水被加热，当温度升到800
C 时K 2断开，但K 1仍闭合，R 2仍被短路，功率仍为P 1，所以温度继续升高，把水烧开，这时温度将保持在1000
C 直到水分蒸发完毕，温度继续升高到1030
C ，K 1断开且不再自动闭合，这时饭已煮好，R 1、R 2串联，热功率P 2较小，电饭锅发出的电热小于它向外释放的热，温度开始降低，当温度降低到700
C 时，K 2自动闭合，功率又变为P 1，使饭的温度升高，到800
C 时K 2自动断开，温度又开始降低……如此使电饭锅处于保温状态，直到关闭电源。

⑵P 1=U 2
/R 1=807W ，P 2=U 2
/(R 1+R 2)=22W
⑶若K 1未闭合，开始K 2总是闭合的，R 2被短路，功率为P 1，当温度上升到800
C 时，K 2自动断开，功率降为P 2，温度降低到700
C ，K 2自动闭合……温度只能在700
C~800
C 之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。