2019_2020学年高中物理第二章直流电路习题课(二)闭合电路的分析与计算练习(含解析)教科版选修3_1

习题课(二) 闭合电路的分析与计算
一、单项选择题
1.如图所示，电动势为E 、内阻不计的电源与三个灯泡和三个
电阻相接．只合上开关S 1，三个灯泡都能正常工作，如果再合上S 2，则下列表述正确的是( ) A ．电源输出功率减小 B ．L 1上消耗的功率增大 C ．通过R 1上的电流增大 D ．通过R 3上的电流增大
解析：电源的内阻不计，故电源两端的电压不变，再合上S 2，实际上就是将电阻R 2并入电路中，引起总电阻减小，干路总电流必然增大，由P ＝UI 知，电源的输出功率应增大，选项A 错误；R 1处于干路中，通过R 1上的电流增大，选项C 正确；由于R 1两端的电压U 1＝IR 1，I 增
大，故U 1增大，则L 1两端的电压减小，由P ＝U 2
R
知L 1的功率减小，选项B 错误；L 3和R 3两端的
电压减小，通过R 3的电流必减小，选项D 错误．
答案：C
2.在如图所示的电路中，两个灯泡均发光，当滑动变阻器的
滑动触头向下滑动时，则( ) A ．A 灯变亮，B 灯变暗 B ．A 灯和B 灯都变亮 C ．电源的输出功率减小 D ．电源的工作效率降低
解析：当滑动触头向下滑动时，R 总变大，由I 总＝
E
R 总
，U A ＝E －I 总(R 1＋r )知U A 增大，故A 灯变亮，I 总＝I A ＋I B ＋I R 2，I 总减小，而I A 、I R 2均增加，故I B 减小，B 灯变暗，A 正确，B 错误．P
输＝(E R 总＋r )2R 总＝E 2
（R 总－r ）
2
R 总
＋4r ，当R 总增加时，因R 总与r 大小关系未知，不能判断P 输具体如何变化，故C 错误．η＝U 外I EI ×100%＝R 总
R 总＋r
×100%，当R 总增加时，η增加，故D 错误．
答案：A
3.在如图所示的电路中，在滑动触头由a 端滑向b 端的过程中，
下列表述正确的是( ) A ．路端电压变小 B ．电流表的示数变大
C ．电源内阻消耗的功率变小
D ．电路的总电阻变大
解析：滑动触头由a 到b ，R 1阻值减小，因此总电阻变小，选项D 错；总电流增大，由U ＝E －Ir ，E 、r 不变，路端电压减小，所以选项A 正确；再结合欧姆定律知电流表的示数变小，选项B
错；由P 内＝I 2
r 知电源内阻消耗的功率变大，选项C 错． 答案：A
4.如图所示，电路中R 1、R 2均为可变电阻，电源内阻不能
忽略，平行板电容器C 的极板水平放置．闭合开关S ，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动．如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是( ) A ．增大R 1的阻值 B ．增大R 2的阻值
C ．增大两板间的距离
D ．断开开关S
解析：设油滴质量为m ，电荷量为q ，两板间距离为d ，当其静止时，有U C
d
q ＝
U R 1
d
q ＝mg .由题图知，增大R 1，U R 1增大，油滴将向上加速；增大R 2，油滴受力不变，仍保持静止；由E ＝U
d
知，
增大d ，U 不变时，E 减小，油滴将向下加速；断开开关S ，电容器将通过R 1、R 2放电，两板间
场强变小，油滴将向下加速，故只有B 项正确． 答案：B
5.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路．调节滑动变阻器R 并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A 和2.0 V ．重新调节R 并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A 和24.0 V ．则这台电动机正常运转时输出功率为( ) A ．32 W B ．44 W C ．47 W D ．48 W
解析：当电动机停止转动时，此时电动机相当于一个纯电阻，所以由题中的两表读数，可以计算出电动机的内阻为r ＝U I
，代入数据得r ＝4 Ω，重新调节R 并使电动机恢复正常运转，根据题中的两表读数，计算出电动机的输出功率为P ＝UI －I 2
r ，代入数据得P ＝32 W ，B 、C 、D 错误，A 正确． 答案：A
二、多项选择题
6.如图所示，R 是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时( ) A ．灯泡L 变暗
B ．光敏电阻R 上的电压增大
C ．电压表V 的读数减小
D ．电容器C 的带电荷量增大 解析：光照强度增大时，R 的阻值减小，闭合电路的总电阻减小，
根据闭合电路欧姆定律知I ＝
E
R ＋r ＋R L
增大，灯泡L 变亮，选项A 错误；光敏电阻R 上的电压
U R ＝E －I (r ＋R L )减小，选项B 错误；电压表V 的读数U ＝E －Ir 减小，选项C 正确；电容器C 两端的电压等于灯泡两端的电压，灯泡两端的电压U L ＝IR L 增大，所以电容器C 的带电荷量Q ＝CU L 增大，选项D 正确．
答案：CD
7.直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P 向右移动时，电源的( )
A ．总功率一定减小
B ．效率一定增大
C ．内部损耗功率一定减小
D ．输出功率一定先增大后减小
解析：滑片P 向右移动时外电路电阻R 外增大，由闭合电路欧姆定律知总电流减小，由P 总＝EI 可得P 总减小，故选
项A 正确．根据η＝R 外R 外＋r ＝1
1＋
r
R 外
可知选项B 正确．由P
损
＝I 2
r 可知，选项C 正确．由P 输 ­ R 外图像，因不知道R 外的初始值与r 的关系，所以无法判断P 输的变化情况，选项D 错误． 答案：ABC
8.如图所示，电源电动势E ＝3 V ，小灯泡L 标有“2 V 0.4 W”，开关S 接1，当变阻器调到R ＝4 Ω时，小灯泡L
正常
发光；现将开关S 接2，小灯泡L 和电动机M 均正常工作，则( ) A ．电源内阻为1 Ω B ．电动机的内阻为4 Ω
C ．电动机正常工作电压为1 V
D ．电源效率约为93.3%
解析：小灯泡的额定电流为I ＝P U ＝0.42 A ＝0.2 A ，电阻为R L ＝U I ＝2
0.2
Ω＝10 Ω，当S 接1
时E ＝I (R L ＋R ＋r )，代入数据解得r ＝1 Ω，故A 正确；当S 接2时灯泡正常发光，流过的电流为I ＝0.2 A ，电源内阻分得的电压为U ＝Ir ＝0.2×1 V＝0.2 V ，故电动机分得的电压为U M
＝E －U L －U ＝3 V －2 V －0.2 V ＝0.8 V ，故电阻R M <U M I ＝0.8
0.2
Ω<4 Ω，故B 、C 错误；电源的
效率η＝EI －I 2
r
EI
×100%≈93.3%，D 正确．
答案：AD
9.如图所示，已知电源的内阻为r ，外电路的固定电阻R
0＝r ，可变电阻R x 的总阻值为2r .在R x 的滑动触头从A 端滑向B 端的过程中( )
A ．电源的总功率保持不变
B ．R x 消耗的功率减小
C ．电源内消耗的功率增大
D ．R 0消耗的功率减小
解析：在R x 的滑动触头从A 端滑向B 端的过程中，外电阻R
＝R 0＋R x 减小，显然，电源的总功率P 总＝E 2
r ＋R 0＋R x
增大，所
以，选项A 错误．将R 0视为电源内阻的一部分，则总内阻为2r ，R x 为外电阻．当R x 减小时，内外电阻的差将增大，电源的输出功率减小，即R x 消耗的功率减小，故选项B 正确．当R x 减
小时，干路电流I 增大，因此电源内消耗的功率P 内＝I 2
r 增大，R 0消耗的功率P R 0＝I 2R 0也增大，
选项C 正确，D 错误． 答案：BC
10．某集装箱吊车的交流电动机输入电压为380 V ，当吊车以0.1 m/s 的速度匀速吊起总质量
为5.7×103 kg 的集装箱时，测得电动机的电流为20 A ，g 取10 m/s 2
.则下列说法正确的是( ) A ．电动机的内阻为19 Ω B ．电动机的内阻为4.75 Ω
C ．电动机的输出功率为7.6×103
W D ．电动机的工作效率为75%
解析：电动机是非纯电阻电器，不遵循欧姆定律，其内阻不能根据公式R ＝U I
计算，选项A 错误；电动机的功率为UI ＝7.6×103
W ，其输出功率为mgv ＝5.7×103
W ，电动机的工作效率为
η＝
mgv UI
×100%＝75%，所以选项C 错误，D 正确；电动机的发热功率I 2
r ＝UI －mgv ，代入数据解得r ＝4.75 Ω，选项B 正确．本题答案为B 、D.
答案：BD 三、非选择题
11.如图所示，E ＝10 V ，R 1＝4 Ω，R 2＝6 Ω，C ＝30 μF.电池
内阻可忽略．
(1)闭合开关S ，求稳定后通过R 1的电流；
(2)然后将开关S 断开，求此后流过R 1的总电荷量．
解析：(1)电路稳定后，电容器所在的支路上无电流通过，因此R 1与R 2串联，C 两端的电压即为R 2两端的电压．
由欧姆定律得，通过R 1的电流I ＝
E
R 1＋R 2
＝1 A.
(2)闭合开关S 稳定后，C 两端电压U 1＝IR 2＝6 V ， C 所带电荷量Q 1＝CU 1＝30×10－6×6 C＝1.8×10－4 C.
开关S 断开稳定后，总电流为零，电容器两端电压为E ，所带电荷量Q 2＝CE ＝30×10－6
×10 C
＝3×10－4
C.
通过R 1的电荷量，即为电容器增加的电荷量，
ΔQ ＝Q 2－Q 1＝1.2×10－4
C.
答案：(1)1 A (2)1.2×10－4
C
12．下表中是一辆电动自行车说明书上的一些技术参数，根据表中提供的信息，探究以下问题：
(1)(2)假设行驶过程中所受阻力是车和人总重的0.02倍，在最大载重量的情况下，人骑车行驶
的最大速度为多大？(g 取10 m/s 2
)
解析：(1)由表可知，电机的额定电压U ＝40 V ，额定电流I ＝3.5 A ，所以该电机正常工作时的输入功率P 入＝UI ＝140 W ．又因电机的输出功率P 出＝120 W ，所以电机的发热功率P 热＝P 入
－P 出＝20 W ．由P 热＝I 2
r 知电机的内阻r ＝P 热I 2≈1.6 Ω，电机正常工作时的效率η＝P 出P 入＝
120140
×100%≈85.7%.
(2)由题知车行驶时所受阻力f ＝k (M ＋m )g ，当达到最大速度时有P 出＝f ·v m ，所以人骑车行
驶的最大速度v m ＝P 出f ＝120
0.02×（120＋30）×10
m/s ＝4 m/s.
答案：(1)1.6 Ω 85.7% (2)4 m/s。