高考物理一轮复习 第七章 恒定电流 第二节 闭合电路欧姆定律及其应用课时作业

闭合电路欧姆定律及其应用
时间：45分钟
一、单项选择题 1.
电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比．在测电源电动势和内阻的实验中得到的实验图线如图所示．图中U 为路端电压，I 为干路电流，a 、b 为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa 、ηb .由图可知ηa 、ηb 的值分别为( )
A.34、14
B.13、23
C.12、12
D.23、13
解析：由电源的U －I 图象可知，若电源的电动势为6U 0，则a 、b 两点处对应的路端电
压分别为4U 0、2U 0，电源的效率η＝UI EI ＝U E ，所以ηa ＝U 1E ＝23，ηb ＝U 2E ＝1
3
.
答案：D
2．如图所示，电源的电动势为E 、内阻为r ，定值电阻R 的阻值也为r ，滑动变阻器的最大阻值是2r .当滑动变阻器的滑片P 由a 端向b 端滑动过程中，下列说法中正确的是( )
A ．电压表的示数变大
B ．电流表的示数变小
C ．滑动变阻器消耗的功率变小
D．定值电阻R消耗的功率先变大后变小
解析：滑片从a端滑向b端，其接入阻值R Pb减小，由“串反并同”原则有，电压表示数减小，电流表示数增大，电阻R消耗的功率增大，A、B、D错误；把电阻R当作电源内电阻(等效电源)，则R内＝2r，R Pb减小，且R Pb<2r，等效电源的输出功率减小，即滑动变阻器的功率减小，C正确．
答案：C
3．(2016·福建质检)如图所示，灯泡A和灯光B原来都是正常发光的，现在突然灯光A 比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是( ) A．R3断路B．R2断路
C．R2短路D．R1短路
解析：若滑动变阻器R3断路，外电路总电阻增大，路端电压随之增大，A、B均变亮，故A错误；R2断路，外电阻增大，路端电压U增大，干路电流I减小，R3电流I3增大，则通过A 的电流I A＝I－I3减小，A灯变暗．B灯电压U B＝U－I A(R A＋R1)增大，B灯变亮，符合题意，故B正确；R2短路，B灯不亮，不符合题意，故C错误；若R1短路，外电阻减小，路端电压U 减小，干路电流I增大，R3电流I3减小，则通过A的电流I A＝I－I3增大，U A增大，A灯变亮，不符合题意，故D错误．
答案：B
4.
在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，M为多种元件集成的电子元件，其阻值与两端所加的电压成正比(如R x＝kU，其中k为正常数)且遵循欧姆定律，L1和L2是规格相同的小灯泡(其电阻可视为不随温度变化而变化)，R为可变电阻．现闭合开关S，调节可变电
阻R使其电阻值逐渐减小，下列说法正确的是( )
A．灯泡L1变暗、L2变亮
B．通过电阻R的电流增大
C．电子元件M两端的电压变小
D．电源两端电压变小
解析：因M中阻值与电压成正比，故M中电流保持不变，故灯泡L2的亮度不变，调节R 的阻值变小，由并联电路分流规律可知，通过L1的电流变小，L1变暗，通过R的电流变大，A错误，B正确；由于电流不变，电源的内电压不变，故电源两端电压不变，D错误；L2两端电压不变，并联电路电压变小，则电子元件M两端的电压变大，C错误．
答案：B
5.
如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝5 Ω，R2＝50 Ω，则( ) A．开关S断开时，A、B两端电压等于零
B．开关S闭合，电容器C充电后，电容器两极板间的电压等于10 V
C．开关S闭合，电容器C充电后，电容器两极板间的电压等于12 V
D．开关S闭合，电容器C充电后，电容器两极板间的电压与电容大小有关
解析：开关S断开时，电阻R1相当于一段导线，A、B两端电压等于电源电动势，选项A 错误；开关S闭合，电容器C充电后，电阻R2相当于一段导线，此时电容器两极板间电压为
电阻R1两端电压，根据闭合电路欧姆定律可知，电阻R1两端电压U＝ER1
R1＋r
＝10 V，与电容器电容的大小无关，选项B正确，C、D错误．
答案：B
二、多项选择题
6．如图所示，电源电动势E＝9 V，内电阻r＝4.5 Ω，变阻器R1的最大电阻R m＝5.0Ω，R2＝1.5 Ω，R3＝R4＝1 000 Ω，平行板电容器C的两金属板水平放置．在开关S与a接触且当电路稳定时，电源恰好有最大的输出功率，在平行板电容器中间引入一带电微粒恰能静止．那么( )
A．在题设条件下，R1接入电路的阻值应为3 Ω，电源的输出功率应为4.5 W
B．引入的微粒带负电，当开关接向b(未接触b)的过程中，微粒将向下运动
C．在题设条件下，当R1的阻值增大时，R2两端的电压增大
D．在题设条件下，当开关接向b后，流过R3的电流方向为d→c
解析：本题考查路端电压与负载的关系、平行板电容器的电容、串并联电路的特点，意在借助含容电路考查考生的逻辑推理能力．选项A中，在开关S与a接触且当电路稳定时，电源恰好有最大的输出功率，可知R1＋R2＝r，R2＝1.5 Ω，则R1＝3 Ω，电源的输出功率P m
＝E2
4r
＝4.5 W，故选项A正确；选项B中，在开关S与a接触且当电路稳定时，在平板电容器
正中央引入一带电微粒，也恰能静止，微粒受重力和电场力作用而处于平衡状态，而上极板带正电，可知微粒带负电．当开关接向b(未接触b)的过程中，电容器所带的电荷量未变，电场强度也不变，所以微粒不动，故选项B错误；选项C中，电容器所在的支路相当于断路，在题设条件下，R1和R2及电源构成串联电路，R1的阻值增大时，总电阻增大，总电流减小，R2两端的电压减小，故选项C错误；选项D中，在题设条件下，开关接a时，上极板带正电，当开关接向b后，下极板带正电，流过R3的电流方向为d→c，故选项D正确．答案：AD
7.
如图所示为两电源的U－I图象，则下列说法正确的是( )
A．电源①的电动势和内阻均比电源②大
B．当外接同样的电阻时，两电源的输出功率可能相等
C．当外接同样的电阻时，两电源的效率可能相等
D．不论外接多大的相同电阻，电源①的输出功率总比电源②的输出功率大
解析：
图线在U 坐标轴上的截距等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源的内阻，因此A 正确；作外接电阻R 的伏安特性曲线分别交电源①、②的伏安特性曲线于S 1、S 2两点(如图所示)，交点横、纵坐标的乘积IU 为电源的输出功率，由图可知，无论外接多大的相同电阻，两交点S 1、S 2的横、纵坐标的乘积不可能相等，且电源①的输出功率总比电源②的输出功率
大，故B 错误，D 正确；电源的效率η＝P 出P 总＝I 2R I 2R ＋r ＝R
R ＋r
，因此电源内阻不同则电源
效率不同，C 错误．
答案：AD 8.
某同学将一直流电源的总功率P E 、输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 随电流I 变化的图线画在了同一坐标系上，如图中的a 、b 、c 所示，以下判断正确的是( )
A ．直线a 表示电源的总功率P E －I 图线
B ．曲线c 表示电源的输出功率P R －I 图线
C ．电源的电动势E ＝3 V ，内电阻r ＝1 Ω
D ．电源的最大输出功率P m ＝2 W
解析：电源的总功率P E ＝EI ，直线a 表示电源的总功率P E －I 图线，选项A 正确．电源的输出功率P R ＝UI ＝(E －Ir )I ＝EI －I 2
r ，曲线b 表示电源的输出功率P R －I 图线，曲线c 表示电源内部的发热功率P r －I 图线，选项B 错误．由直线a 的斜率可得电源的电动势E ＝4 V ，选项C 错误．当I ＝1 A 时，电源的输出功率最大，P m ＝2 W ，选项D 正确．
答案：AD 三、计算题
9．如图所示，电源电动势为3 V ，内阻为0.5 Ω；电路中的电阻R 1＝R 2＝2 Ω，R 4＝R 5
＝4 Ω，R 3＝3 Ω，电流表、电压表均为理想电表．求：
(1)闭合开关S 后，电压表和电流表的示数； (2)R 1、R 4两端的电压和通过R 1、R 4的电流． 解析：
(1)根据题意画出其等效电路图，如图所示，由并联电阻规律得R 1与R 2的总电阻为1 Ω，
R 4与R 5的总电阻为2 Ω，所以外电路的总电阻为1.5 Ω.
由闭合电路的欧姆定律得I ＝
E
R ＋r
，
总电流为I ＝31.5＋0.5 A ＝1.5 A
路端电压U R ＝
R R ＋r E ＝1.5
2
×3 V＝2.25 V ，所以电压表的示数为2.25 V 根据欧姆定律I ＝U
R
得通过R 3的电流为I 3＝U R 3＝
2.25
3
A ＝0.75 A
所以通过电流表的电流为1.5 A －0.75 A ＝0.75 A.
(2)由分压原理得，R 1两端的电压为U R 1＝1
1＋2×2.25 V＝0.75 V
所以R 4两端的电压是2.25 V －0.75 V ＝1.5 V
又因通过电流表的电流为0.75 A ，所以通过R 1与R 4的电流均为0.75
2 A ＝0.375 A.
答案：(1)2.25 V 0.75 A (2)R 1两端的电压为0.75 V ；R 4两端的电压是1.5 V 通过
R 1与R 4的电流均为0.375 A
10．如图甲所示的电路中，R 1、R 2均为定值电阻，且R 1＝100 Ω，R 2阻值未知，R 3为一滑动变阻器．当其滑片P 从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A 、B 两点是滑片P 在变阻器的两个不同端点得到的．求：
(1)电源的电动势和内阻； (2)定值电阻R 2的阻值； (3)滑动变阻器的最大阻值．
解析：(1)题中图乙中AB 延长线，交U 轴于20 V 处，交I 轴于1.0 A 处， 所以电源的电动势为E ＝20 V ，内阻r ＝
E
I 短
＝20 Ω. (2)当P 滑到R 3的右端时，电路参数对应图乙中的B 点， 即U 2＝4 V 、I 2＝0.8 A ，得R 2＝U 2I 2
＝5 Ω.
(3)当P 滑到R 3的左端时，由图乙知此时U 外＝16 V ，
I 总＝0.2 A ，
所以R 外＝U 外
I 总
＝80 Ω 因为R 外＝
R 1R 3
R 1＋R 3
＋R 2， 所以滑动变阻器的最大阻值为：R 3＝300 Ω. 答案：见解析
11．如图所示的电路中，电源的电动势E ＝6 V ，内阻r ＝1 Ω，电阻R 1＝3 Ω，R 2＝6 Ω，电容器的电容C ＝3.6 μF，二极管D 具有单向导电性，开始时，开关S 1闭合，S 2断开．
(1)合上S 2，待电路稳定以后，求电容器上电荷量变化了多少？
(2)合上S 2，待电路稳定以后再断开S 1，求断开S 1后流过R 1的电荷量是多少？ 解析：(1)设开关S 1闭合，S 2断开时，电容器两端的电压为U 1，干路电流为I 1，根据闭合电路欧姆定律有
I1＝E
R1＋r
＝1.5 A
U1＝I1R1＝4.5 V
合上开关S2后，电容器两端电压为U2，干路电流为I2.
根据闭合电路欧姆定律有I2＝
E
R1R2
R1＋R2
＋r
＝2 A
U2＝I2R1R2
R1＋R2
＝4 V
所以电容器上电荷量减少了，减少量为ΔQ＝(U1－U2)C＝1.8×10－6 C
(2)设合上S2后，电容器上的电荷量为Q，则
Q＝CU2＝1.44×10－5 C
再断开S1后，通过R1和R2的电流与阻值成反比，故流过电阻的电荷量与阻值成反比．
故流过电阻R1的电荷量为Q1＝R2
R1＋R2
Q＝9.6×10－6 C. 答案：(1)减少了1.8×10－6 C (2)9.6×10－6 C。