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第四、五章 闭合电路和电能与能源的可持续发展测评卷（Word版含解析）
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这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第三册全册综合课时作业，共16页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第四章 闭合电路 第五章 电能与能源的可持续发展
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.(2021黑龙江大庆高二上期中)
按图连接电路后,灯泡L不亮,用欧姆表检查灯泡L,发现L是好的,用电压表测得Uab=6 V,Ucd=Ubd=0,Uad=6 V,由此可断定该电路可能发生的故障是 ( )
A.R1断路 B.R2短路
C.R1短路 D.R2断路
2.(2021辽宁锦州高二上月考)有两个电源,电动势相同,但甲电源内阻是2 Ω,乙电源内阻是1 Ω,分别向电阻R1和R2供电,如果R1与R2电压相等,那么R1与R2的大小关系式为 ( )
A.R1∶R2=1∶2 B.R1∶R2=2∶1
C.R1∶R2=3∶2 D.R1∶R2=2∶3
3.(2021安徽滁州高二上期中)
酒精测试仪(主要部件是二氧化锡半导体型酒精气体传感器)用于测试机动车驾驶人员是否酒驾。酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比,那么电压表的示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是 ( )
A.U越大,表示c越小,c与U成反比
B.U越大,表示c越大,c与U成正比
C.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比
D.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比
4.(2021山西长治高二上期中)
如图所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱B可以分别与触点1、2、3接通,从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表,下列说法中正确的是 ( )
A.当S接1时,处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
B.当S接2时,处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
C.当S接2时,处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是红表笔
D.当S接3时,处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是红表笔
5.(2021湖南长沙高二上期中)如图所示的电路中,电源有不可忽略的内阻,R1、R2、R3为三个可变电阻,闭合开关,电路稳定后电容器C1、C2所带电荷量分别为Q1和Q2,下列判断正确的是 ( )
A.仅将R1增大,Q1增大,而Q2减小
B.仅将R2增大,Q1和Q2都将减小
C.仅将R3增大,Q1减小而Q2增大
D.突然断开开关S,有自下而上的电流流过R3
6.(2021浙江温州高二上期中)杭州在国内率先启用可出租的微公交,为市民提供又一便利的出行选择。该微公交由蓄电池对车上电动机供电,电动机为车提供动力。该车的主要技术参数如表,下列说法正确的是 ( )
整车质量
600 kg
铅酸
蓄电池
电压
48 V
最高车速
60 km/h
容量
120 A·h
承载人数
2人
电动机
额定电压
48 V
最大承载质量
200 kg
额定功率
1.2 kW
A.蓄电池充满电时能储电5 760 J
B.电动机在额定电压下工作时,额定电流为2.5 A
C.蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作4.8 h
D.电动机在额定电压下工作1 h,流过的电荷量为4.32×105 C
7.(2021辽宁沈阳高二上期中)如图所示,曲线C1、C2分别是纯电阻电路中,内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知,下列说法中正确的是 ( )
A.两条图线的交点表示内、外电路消耗的总功率为4 W
B.电源的内电阻为1 Ω
C.电源输出功率最大值为8 W
D.电源的效率最大可达50%
8.(2021湖北随州高二上期中)图甲为某电源的U-I图线,图乙为某小灯泡的U-I图线,则下列说法正确的是 ( )
A.电源的内阻为0.5 Ω
B.小灯泡的电阻随着电压的增大而减小
C.当小灯泡两端的电压为0.5 V时,它的电阻约为16 Ω
D.把电源和小灯泡组成闭合回路,小灯泡的功率约为2.2 W
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.(2021山东聊城高二上期中)使用多用电表测电阻时,下列说法中符合实际的有 ( )
A.测量电阻时,两手碰着表笔的金属杆,测量值会偏小
B.测量电路的电阻时,如果该电路不和电源断开,可能烧坏表头
C.使用欧姆挡时,不论电阻值多大,均不需拨动转换开关,都可测得较准确的电阻值
D.测灯泡电阻时,测量值比利用R=U2P算出的值小
10.(2021山东新高考质量测评联盟高二上联考)2020年世界暴发新冠肺炎疫情,人们居家隔离。由于运动量减少,体重逐渐增加,体内的脂肪也逐步增多,我们可以用某型号脂肪测量仪(如图甲所示)来测量脂肪积累程度。其原理是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例(体液中含有钠离子、钾离子等,而脂肪不容易导电),模拟电路如图乙所示。测量时,闭合开关,测试者分握两手柄A、B,体型相近的两人相比,脂肪含量高者 ( )
A.电流表示数小 B.电压表示数大
C.电源内阻的电压大 D.路端电压大
11.(2021四川绵阳高二上期中)如图所示,电源电动势为E=12 V,内阻为r=3 Ω,直流电动机内阻R0=1 Ω,调节滑动变阻器R,使电动机正常工作,电动机两端的电压为6 V,通过电动机的电流为2 A,则 ( )
A.电源的总功率为24 W
B.电动机的输出功率为12 W
C.此时滑动变阻器R的阻值为0
D.电源的效率为33.3%
12.(2021山东师范大学附中高二上期中)如图甲所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,R1为滑动变阻器,R2为定值电阻,闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向右滑动的过程中,四个理想电表的示数都发生变化,图乙中三条图线分别表示了三个电压表示数随电流表示数变化的情况,以下说法正确的是( )
A.图线a表示的是电压表V的示数随电流表示数变化的情况
B.图线a表示的是电压表V1的示数随电流表示数变化的情况
C.图线b表示的是电压表V的示数随电流表示数变化的情况
D.图线c表示的是电压表V2的示数随电流表示数变化的情况
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(2021河南天一高二上期中联考)(6分)小强与小华分别测量电池组Ⅰ和Ⅱ的电动势及内阻,小强设计的电路如图1所示,小华设计的电路如图2所示。
(1)完成实验后,小强同学根据测得的数据作出了如图3所示的U-I曲线,由图可知电池组Ⅰ的电动势为 V,内阻为 Ω;小华同学根据测得的数据作出了如图4所示的1U-1R曲线,由图可知电池组Ⅱ的电动势为 V,内阻为 Ω。(计算结果均保留两位有效数字)
(2)将电池组Ⅰ和Ⅱ分别与同一定值电阻R0组成如图5所示的电路,闭合开关后,电池组 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)的输出功率较大。
14.(2020广东广州高三上调研)(8分)现要比较准确地测量电压表V1(0~3 V,内阻约3 kΩ)的内阻RV,实验室提供的器材有:
A.电流表A(0~0.6 A,内阻约0.1 Ω)
B.电压表V2(0~9 V,内阻约10 kΩ)
C.定值电阻R1(阻值为6 kΩ)
D.定值电阻R2(阻值为600 Ω)
E.滑动变阻器R(0~20 Ω)
F.直流电源(10 V,内阻可不计)
G.开关S及导线若干
利用上面所给器材,进行如下实验操作:
(1)先用多用电表粗测电压表内阻。所用多用电表的电阻挡有“×100”“×10”和“×1”挡位,该同学选择“×10”挡,用正确的操作方法测量时,发现指针偏转角度较小,为了较准确地进行测量,应选择“ ”挡。重新换挡后,该同学按正确的操作方法测量时,多用电表的指针位置如图甲所示,粗测结果是 Ω。
(2)为了更准确地测出电压表内阻,该同学设计了如图乙所示电路图,请用笔画线代替导线在丙图中完成电路的连接。
(3)在实验中测得若干组电压表V1、V2的读数U1、U2,若U2=2.8U1,则可求出Rv= kΩ。(保留3位有效数字)
15.(8分)图中,电阻R1=R2=R3=5 Ω,电源内阻r=5 Ω,电压表可视为理想电表。当开关S1和S2均闭合时,电压表的示数为U1=10 V。试求:
(1)路端电压为多少?
(2)电源的电动势为多少?
16.(2021湖南衡阳高二上联考)(8分)如图所示电路,已知R3=4 Ω,闭合开关,电流表读数为0.75 A,电压表读数为2 V,经过一段时间,一个电阻被烧坏(断路),使电流表读数变为0.8 A,电压表读数变为3.2 V,问:
(1)哪个电阻发生断路故障?
(2)R1的阻值是多少?
(3)能否求出电源电动势E和内阻r?如果能,求出结果;如果不能,说明理由。
17.(2020山东济南高二上质检)(12分)某同学利用图甲所示装置测定某电动机的效率。用电压传感器和电流传感器测得电动机的输入电压和输入电流与时间的关系图像分别如图丙、丁所示,当重物匀速上升时用位移传感器测得重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示,电动机提升的重物的质量为91.2 g,不计一切摩擦,重力加速度为g。求:
(1)该电源的电动势与内阻;
(2)该电动机在图乙所示时间内的效率。
18.(2021湖南邵阳高二上期中)(18分)如图所示,E=10 V,r=1 Ω,R1=R3=5 Ω,R2=4 Ω,C=100 μF,平行板电容器极板水平放置,当S闭合时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态,重力加速度为g。求:
(1)此时电源的输出功率和效率;
(2)S断开后,流过R3的总电荷量;
(3)S断开后,带电粒子加速度的大小和方向。
答案全解全析
1.A 由于Uab=6 V,说明电源没问题;Ucd=Ubd=0,且L是好的,说明bd路段外某处断开,Uad=6 V说明a、d间有断路,其余部分是连通的。综合分析可判断R1断路,选项A正确。
2.B 根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可得I=E-Ur,因为E、U相等,故两个电源分别向电阻R1和R2供电的电流之比为I1I2=r2r1=12,再根据欧姆定律I=UR可得R1R2=I2I1=21,选项B正确。
3.D 酒精气体传感器和定值电阻R、R0串联在电路中,电压表测R0两端的电压。设酒精气体传感器电阻为r',根据酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比,有1r'=kc(k是比例系数),根据欧姆定律有UR0=ER0+r+r'+R,则有U=ER0R0+r+r'+R=ER0R0+r+R+1kc,可以看出电压表的示数U与酒精气体浓度c的关系不是正比关系,但U随浓度c的增大而增大,选项D正确,A、B、C错误。
4.A 使用多用电表时应“红进黑出”。当S接1时,表头与R1并联,多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,选项A正确;当S接2时,电表内部有电源,处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,选项B、C错误;当S接3时,表头与R1并联后再与R2串联,处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,选项D错误。
5.A 仅增大R1,整个电路电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流减小,路端电压变大,R2两端电压减小,R1两端电压增大,电容器C1两端电压增大,C2两端电压减小,电容器所带电荷量Q1增大,Q2减小,选项A正确;仅增大R2,整个电路电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流减小,路端电压变大,电阻R1两端电压变小,电阻R2两端电压变大,电容器C1、C2两端电压变大,两电容器所带电荷量Q1和Q2都增加,选项B错误;仅增大R3,整个电路电阻不变,Q1和Q2都将不变,选项C错误;突然断开开关S,两个电容器都放电,有自上而下的电流流过R3,选项D错误。
6.C 蓄电池充满电储存的电能为W=UIt=UQ=48 V×120 A×1 h=5 760 W·h=2.073 6×107 J,选项A错误;根据电功率的公式P=UI,可得电动机的额定电流为I=PU=1 20048 A=25 A,选项B错误;蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作的时间t=WP=5 760W·h1 200W=4.8 h,选项C正确;电动机在额定电压下工作1 h,流过的电荷量为q=It=25 A×1 h=25 A×3 600 s=9×104 C,选项D错误。
7.B 根据图像可以知道,在曲线C1、C2的交点位置,内、外电路的功率相等,由于内、外电路的电流是相等的,所以此时电源的内阻和电路的外电阻的大小是相等的,内、外电路消耗的功率相等,总功率为8 W,此时电源的输出功率是最大的,由图可知电源输出功率最大值为4 W,选项A、C错误;根据P=I2R可知,当输出功率最大时,P=4 W,I=2 A,所以R=r=1 Ω,选项B正确;电源的效率η=IUIE=UE=IRI(R+r)=RR+r,当r=R时,电源的效率才是50%,但不是效率的最大值,选项D错误。
8.D 由题图甲根据U=E-Ir可得,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1.5-0.93 Ω=0.2 Ω,选项A错误;由题图乙可得电压越大,图线上的点与坐标原点连线的斜率越大,故电阻越大,选项B错误;由题图乙可得,当小灯泡两端的电压U=0.5 V时,电流I=6 A,故电阻R=UI=0.56 Ω=112 Ω,选项C错误;把电源和小灯泡组成闭合回路,将甲、乙两图线表示在同一图像中,如图所示,两U-I图线的交点即小灯泡的工作电压和电流,故U≈0.4 V,I=5.5 A,所以小灯泡的功率P=UI=0.4×5.5 W≈2.2 W,选项D正确。
9.ABD 测量电阻时,两手碰着表笔的金属杆,人体电阻与被测电阻并联,测量值会偏小,选项A正确;测量电路的电阻时,如果该电路不和电源断开,该电路两端电压可能高于表头的额定电压,可能烧坏表头,选项B正确;使用欧姆表测量电阻时,如果指针偏离中央刻度线较远,必须拨动转换开关,重新选择挡位调零,重新测量,选项C错误;由于金属的电阻随温度的升高而增大,测灯泡电阻时,灯丝的温度低于正常工作时的温度,灯丝的电阻低于正常工作时的电阻,所以测量值小,选项D正确。
10.ABD 体液中含有钠离子、钾离子等,容易导电,而脂肪不容易导电,体型相近的两人相比,肥胖人体的脂肪比较瘦人体的脂肪所占比例大,肥胖人体的电阻比较瘦的人体电阻较大,测试时,肥胖人体接在电路中的电阻较大,由闭合电路的欧姆定律可知I=ER1+R2+R人+r,电路中的电流较小,因此电流表示数小,选项A正确;由路端电压U=E-Ir可知,电流I较小,电源内电压Ir较小,路端电压U较大,由题图乙可知R1、R2电阻两端电压较小,电压表的示数较大,选项B、D正确,C错误。
11.AC 由题图可知,电动机与滑动变阻器串联,则电路中电流为2 A,根据P=UI可得电源的总功率为P总=EI=12×2 W=24 W,选项A正确;电动机的输出功率为P机=UMI-I2R0=8 W,选项B错误;根据闭合电路的欧姆定律可得此时滑动变阻器R阻值为R=E-UMI-r=0,选项C正确;因此时滑动变阻器R的阻值为0,则路端电压即电动机两端的电压,可得U=UM=6 V,则电源的效率为η=UIEI×100%=50%,选项D错误。
12.BCD 当滑动变阻器的滑动触头P向右滑动时,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律I=ER总+r可知,总电流I增大,R2两端电压增大,即电压表V2示数增大;内电压增大,路端电压U减小,可知电压表V示数减小,当滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时,电压表V1的示数为零,但电压表V的示数不为零,所以图线a表示的是电压表V1的示数随电流表示数变化的情况,图线b表示的是电压表V的示数随电流表示数变化的情况,图线c表示的是电压表V2的示数随电流表示数变化的情况,选项A错误,B、C、D正确。
13.答案 (1)2.9(1分) 5.8(1分) 2.8(1分) 6.6(1分) (2)Ⅰ(2分)
解析 (1)根据小强同学作出的U-I曲线,结合U=E-Ir,可知电池组Ⅰ的电动势为E1=2.9 V,内阻为r1=ΔUΔI=2.90.5 Ω=5.8 Ω。根据闭合电路欧姆定律可得E=U+URr,整理得1U=1E+rE·1R,结合1U-1R曲线得1E=0.36 V-1,rE=1.53-0.360.5 A-1=2.34 A-1,故电池组Ⅱ的电动势E2=2.8 V,内阻为r2=6.6 Ω。(2)将电池组Ⅰ和Ⅱ分别与同一定值电阻R0组成闭合电路,则输出功率较大时,电路中电流较大,根据闭合电路的欧姆定律可得I1=2.9R0+5.8>2.8R0+6.6=I2,则电池组Ⅰ输出功率较大。
14.答案 (1)×100(2分) 3 000(2分) (2)如图所示(2分)
(3)3.33(2分)
解析 (1)用“×10”挡时,指针偏转角度较小,说明欧姆表示数太大,所选挡位太小,应换高挡位,即用“×100”挡进行测量;由图甲所示可知,多用电表欧姆挡示数是30×100 Ω=3 000 Ω。(2)根据电路图连接实物图,结合电表的量程及电流走向,实物图见答案。
(3)根据欧姆定律有U2-U1R1=U1RV,整理可得RV=U1R1U2-U1=61.8 kΩ≈3.33 kΩ。
15.答案 (1)15 V (2)25 V
解析 (1)闭合S1、S2后,外电路为R1与R3并联后再与R2串联,电压表测R2两端电压,电阻R2中的电流
I=U1R2=2 A(1分)
外电阻R=R2+R1R3R1+R3=7.5 Ω(2分)
所以路端电压为U=RI=7.5×2 V=15 V(2分)
(2)根据闭合电路欧姆定律得I=ER+r (1分)
解得E=I(R+r)=25 V(2分)
16.答案 (1)R2 (2)4 Ω (3)见解析
解析 (1)由于发生故障后,电压表和电流表都有示数且增大,说明R1、R4、R3完好,只能是R2被烧断了。 (1分)
(2)R2被烧断后,电压表的示数等于电阻R1两端的电压,则R1=U' 1I' 1=3.20.8 Ω=4 Ω。 (1分)
(3)电阻R2未被烧坏时,电阻R3两端的电压为
U3=I1R1-U1=0.75×4 V-2 V=1 V(1分)
通过电阻R3的电流为
I3=U3R3=14 A=0.25 A(1分)
根据闭合电路欧姆定律得
E=I1R1+(I1+I3)(R4+r) (1分)
电阻R2烧坏后,由闭合电路欧姆定律得
E=U'1+I'1(R4+r) (1分)
代入数据可得
E=3 V+1 A×(R4+r),E=3.2 V+0.8 A×(R4+r) (1分)
联立两式解得E=4 V,R4+r=1 Ω(1分)
由于R4未知,故只能求出电源电动势E,而不能求出内阻r。
17.答案 (1)3.2 V 1.25 Ω (2)95%
解析 (1)电动机与电源构成闭合电路
初始启动时U1=2.8 V,I1=0.32 A①(2分)
由闭合电路欧姆定律可知U1=E-I1r ②(1分)
电动机稳定工作时U2=3.0 V,I2=0.16 A③(1分)
由闭合电路欧姆定律可知U2=E-I2r ④(1分)
联立①②③④解得E=3.2 V,r=1.25 Ω(2分)
(2)电动机的输入功率为P1=U2I2 ⑤(1分)
由题图乙可知重物匀速上升时的速度为
v=ΔhΔt ⑥(1分)
电动机的输出功率为P2=mgv ⑦(1分)
电动机的效率为η=P2P1×100% ⑧(1分)
联立③⑤⑥⑦⑧解得η=95% (1分)
18.答案 (1)16 W 80% (2)4×10-4 C (3)5 m/s2,方向竖直向下
解析 (1)当S闭合时,外电路中只有R2中有电流
I1=ER2+r=104+1 A=2 A(2分)
电源的输出功率为P出=I12R2=22×4 W=16 W(2分)
电源效率η=UIEI=I1R2E=2×410×100%=80% (2分)
(2)当S闭合时,电容器上的电荷量为Q1=CU2=C×I1R2=100×10-6×2×4 C=8×10-4 C(2分)
S断开后,电路中的电流为I2=ER1+R2+r=1 A(2分)
此时电容器上的电荷量为Q2=CU'2=C×I2R2=100×10-6×1×4 C=4×10-4 C(2分)
S断开后流过R3的总电荷量Q=Q1-Q2=4×10-4 C(1分)
(3)当S闭合时,有mg=qU2d (2分)
当S断开后,有mg-qU' 2d=ma (2分)
解得a=5 m/s2,方向竖直向下 (1分)
第四章 闭合电路 第五章 电能与能源的可持续发展
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.(2021黑龙江大庆高二上期中)
按图连接电路后,灯泡L不亮,用欧姆表检查灯泡L,发现L是好的,用电压表测得Uab=6 V,Ucd=Ubd=0,Uad=6 V,由此可断定该电路可能发生的故障是 ( )
A.R1断路 B.R2短路
C.R1短路 D.R2断路
2.(2021辽宁锦州高二上月考)有两个电源,电动势相同,但甲电源内阻是2 Ω,乙电源内阻是1 Ω,分别向电阻R1和R2供电,如果R1与R2电压相等,那么R1与R2的大小关系式为 ( )
A.R1∶R2=1∶2 B.R1∶R2=2∶1
C.R1∶R2=3∶2 D.R1∶R2=2∶3
3.(2021安徽滁州高二上期中)
酒精测试仪(主要部件是二氧化锡半导体型酒精气体传感器)用于测试机动车驾驶人员是否酒驾。酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比,那么电压表的示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是 ( )
A.U越大,表示c越小,c与U成反比
B.U越大,表示c越大,c与U成正比
C.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比
D.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比
4.(2021山西长治高二上期中)
如图所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱B可以分别与触点1、2、3接通,从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表,下列说法中正确的是 ( )
A.当S接1时,处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
B.当S接2时,处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
C.当S接2时,处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是红表笔
D.当S接3时,处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是红表笔
5.(2021湖南长沙高二上期中)如图所示的电路中,电源有不可忽略的内阻,R1、R2、R3为三个可变电阻,闭合开关,电路稳定后电容器C1、C2所带电荷量分别为Q1和Q2,下列判断正确的是 ( )
A.仅将R1增大,Q1增大,而Q2减小
B.仅将R2增大,Q1和Q2都将减小
C.仅将R3增大,Q1减小而Q2增大
D.突然断开开关S,有自下而上的电流流过R3
6.(2021浙江温州高二上期中)杭州在国内率先启用可出租的微公交,为市民提供又一便利的出行选择。该微公交由蓄电池对车上电动机供电,电动机为车提供动力。该车的主要技术参数如表,下列说法正确的是 ( )
整车质量
600 kg
铅酸
蓄电池
电压
48 V
最高车速
60 km/h
容量
120 A·h
承载人数
2人
电动机
额定电压
48 V
最大承载质量
200 kg
额定功率
1.2 kW
A.蓄电池充满电时能储电5 760 J
B.电动机在额定电压下工作时,额定电流为2.5 A
C.蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作4.8 h
D.电动机在额定电压下工作1 h,流过的电荷量为4.32×105 C
7.(2021辽宁沈阳高二上期中)如图所示,曲线C1、C2分别是纯电阻电路中,内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知,下列说法中正确的是 ( )
A.两条图线的交点表示内、外电路消耗的总功率为4 W
B.电源的内电阻为1 Ω
C.电源输出功率最大值为8 W
D.电源的效率最大可达50%
8.(2021湖北随州高二上期中)图甲为某电源的U-I图线,图乙为某小灯泡的U-I图线,则下列说法正确的是 ( )
A.电源的内阻为0.5 Ω
B.小灯泡的电阻随着电压的增大而减小
C.当小灯泡两端的电压为0.5 V时,它的电阻约为16 Ω
D.把电源和小灯泡组成闭合回路,小灯泡的功率约为2.2 W
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.(2021山东聊城高二上期中)使用多用电表测电阻时,下列说法中符合实际的有 ( )
A.测量电阻时,两手碰着表笔的金属杆,测量值会偏小
B.测量电路的电阻时,如果该电路不和电源断开,可能烧坏表头
C.使用欧姆挡时,不论电阻值多大,均不需拨动转换开关,都可测得较准确的电阻值
D.测灯泡电阻时,测量值比利用R=U2P算出的值小
10.(2021山东新高考质量测评联盟高二上联考)2020年世界暴发新冠肺炎疫情,人们居家隔离。由于运动量减少,体重逐渐增加,体内的脂肪也逐步增多,我们可以用某型号脂肪测量仪(如图甲所示)来测量脂肪积累程度。其原理是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例(体液中含有钠离子、钾离子等,而脂肪不容易导电),模拟电路如图乙所示。测量时,闭合开关,测试者分握两手柄A、B,体型相近的两人相比,脂肪含量高者 ( )
A.电流表示数小 B.电压表示数大
C.电源内阻的电压大 D.路端电压大
11.(2021四川绵阳高二上期中)如图所示,电源电动势为E=12 V,内阻为r=3 Ω,直流电动机内阻R0=1 Ω,调节滑动变阻器R,使电动机正常工作,电动机两端的电压为6 V,通过电动机的电流为2 A,则 ( )
A.电源的总功率为24 W
B.电动机的输出功率为12 W
C.此时滑动变阻器R的阻值为0
D.电源的效率为33.3%
12.(2021山东师范大学附中高二上期中)如图甲所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,R1为滑动变阻器,R2为定值电阻,闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向右滑动的过程中,四个理想电表的示数都发生变化,图乙中三条图线分别表示了三个电压表示数随电流表示数变化的情况,以下说法正确的是( )
A.图线a表示的是电压表V的示数随电流表示数变化的情况
B.图线a表示的是电压表V1的示数随电流表示数变化的情况
C.图线b表示的是电压表V的示数随电流表示数变化的情况
D.图线c表示的是电压表V2的示数随电流表示数变化的情况
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(2021河南天一高二上期中联考)(6分)小强与小华分别测量电池组Ⅰ和Ⅱ的电动势及内阻,小强设计的电路如图1所示,小华设计的电路如图2所示。
(1)完成实验后,小强同学根据测得的数据作出了如图3所示的U-I曲线,由图可知电池组Ⅰ的电动势为 V,内阻为 Ω;小华同学根据测得的数据作出了如图4所示的1U-1R曲线,由图可知电池组Ⅱ的电动势为 V,内阻为 Ω。(计算结果均保留两位有效数字)
(2)将电池组Ⅰ和Ⅱ分别与同一定值电阻R0组成如图5所示的电路,闭合开关后,电池组 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)的输出功率较大。
14.(2020广东广州高三上调研)(8分)现要比较准确地测量电压表V1(0~3 V,内阻约3 kΩ)的内阻RV,实验室提供的器材有:
A.电流表A(0~0.6 A,内阻约0.1 Ω)
B.电压表V2(0~9 V,内阻约10 kΩ)
C.定值电阻R1(阻值为6 kΩ)
D.定值电阻R2(阻值为600 Ω)
E.滑动变阻器R(0~20 Ω)
F.直流电源(10 V,内阻可不计)
G.开关S及导线若干
利用上面所给器材,进行如下实验操作:
(1)先用多用电表粗测电压表内阻。所用多用电表的电阻挡有“×100”“×10”和“×1”挡位,该同学选择“×10”挡,用正确的操作方法测量时,发现指针偏转角度较小,为了较准确地进行测量,应选择“ ”挡。重新换挡后,该同学按正确的操作方法测量时,多用电表的指针位置如图甲所示,粗测结果是 Ω。
(2)为了更准确地测出电压表内阻,该同学设计了如图乙所示电路图,请用笔画线代替导线在丙图中完成电路的连接。
(3)在实验中测得若干组电压表V1、V2的读数U1、U2,若U2=2.8U1,则可求出Rv= kΩ。(保留3位有效数字)
15.(8分)图中,电阻R1=R2=R3=5 Ω,电源内阻r=5 Ω,电压表可视为理想电表。当开关S1和S2均闭合时,电压表的示数为U1=10 V。试求:
(1)路端电压为多少?
(2)电源的电动势为多少?
16.(2021湖南衡阳高二上联考)(8分)如图所示电路,已知R3=4 Ω,闭合开关,电流表读数为0.75 A,电压表读数为2 V,经过一段时间,一个电阻被烧坏(断路),使电流表读数变为0.8 A,电压表读数变为3.2 V,问:
(1)哪个电阻发生断路故障?
(2)R1的阻值是多少?
(3)能否求出电源电动势E和内阻r?如果能,求出结果;如果不能,说明理由。
17.(2020山东济南高二上质检)(12分)某同学利用图甲所示装置测定某电动机的效率。用电压传感器和电流传感器测得电动机的输入电压和输入电流与时间的关系图像分别如图丙、丁所示,当重物匀速上升时用位移传感器测得重物上升的位移与时间的关系图线如图乙所示,电动机提升的重物的质量为91.2 g,不计一切摩擦,重力加速度为g。求:
(1)该电源的电动势与内阻;
(2)该电动机在图乙所示时间内的效率。
18.(2021湖南邵阳高二上期中)(18分)如图所示,E=10 V,r=1 Ω,R1=R3=5 Ω,R2=4 Ω,C=100 μF,平行板电容器极板水平放置,当S闭合时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态,重力加速度为g。求:
(1)此时电源的输出功率和效率;
(2)S断开后,流过R3的总电荷量;
(3)S断开后,带电粒子加速度的大小和方向。
答案全解全析
1.A 由于Uab=6 V,说明电源没问题;Ucd=Ubd=0,且L是好的,说明bd路段外某处断开,Uad=6 V说明a、d间有断路,其余部分是连通的。综合分析可判断R1断路,选项A正确。
2.B 根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可得I=E-Ur,因为E、U相等,故两个电源分别向电阻R1和R2供电的电流之比为I1I2=r2r1=12,再根据欧姆定律I=UR可得R1R2=I2I1=21,选项B正确。
3.D 酒精气体传感器和定值电阻R、R0串联在电路中,电压表测R0两端的电压。设酒精气体传感器电阻为r',根据酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比,有1r'=kc(k是比例系数),根据欧姆定律有UR0=ER0+r+r'+R,则有U=ER0R0+r+r'+R=ER0R0+r+R+1kc,可以看出电压表的示数U与酒精气体浓度c的关系不是正比关系,但U随浓度c的增大而增大,选项D正确,A、B、C错误。
4.A 使用多用电表时应“红进黑出”。当S接1时,表头与R1并联,多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,选项A正确;当S接2时,电表内部有电源,处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,选项B、C错误;当S接3时,表头与R1并联后再与R2串联,处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,选项D错误。
5.A 仅增大R1,整个电路电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流减小,路端电压变大,R2两端电压减小,R1两端电压增大,电容器C1两端电压增大,C2两端电压减小,电容器所带电荷量Q1增大,Q2减小,选项A正确;仅增大R2,整个电路电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流减小,路端电压变大,电阻R1两端电压变小,电阻R2两端电压变大,电容器C1、C2两端电压变大,两电容器所带电荷量Q1和Q2都增加,选项B错误;仅增大R3,整个电路电阻不变,Q1和Q2都将不变,选项C错误;突然断开开关S,两个电容器都放电,有自上而下的电流流过R3,选项D错误。
6.C 蓄电池充满电储存的电能为W=UIt=UQ=48 V×120 A×1 h=5 760 W·h=2.073 6×107 J,选项A错误;根据电功率的公式P=UI,可得电动机的额定电流为I=PU=1 20048 A=25 A,选项B错误;蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作的时间t=WP=5 760W·h1 200W=4.8 h,选项C正确;电动机在额定电压下工作1 h,流过的电荷量为q=It=25 A×1 h=25 A×3 600 s=9×104 C,选项D错误。
7.B 根据图像可以知道,在曲线C1、C2的交点位置,内、外电路的功率相等,由于内、外电路的电流是相等的,所以此时电源的内阻和电路的外电阻的大小是相等的,内、外电路消耗的功率相等,总功率为8 W,此时电源的输出功率是最大的,由图可知电源输出功率最大值为4 W,选项A、C错误;根据P=I2R可知,当输出功率最大时,P=4 W,I=2 A,所以R=r=1 Ω,选项B正确;电源的效率η=IUIE=UE=IRI(R+r)=RR+r,当r=R时,电源的效率才是50%,但不是效率的最大值,选项D错误。
8.D 由题图甲根据U=E-Ir可得,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1.5-0.93 Ω=0.2 Ω,选项A错误;由题图乙可得电压越大,图线上的点与坐标原点连线的斜率越大,故电阻越大,选项B错误;由题图乙可得,当小灯泡两端的电压U=0.5 V时,电流I=6 A,故电阻R=UI=0.56 Ω=112 Ω,选项C错误;把电源和小灯泡组成闭合回路,将甲、乙两图线表示在同一图像中,如图所示,两U-I图线的交点即小灯泡的工作电压和电流,故U≈0.4 V,I=5.5 A,所以小灯泡的功率P=UI=0.4×5.5 W≈2.2 W,选项D正确。
9.ABD 测量电阻时,两手碰着表笔的金属杆,人体电阻与被测电阻并联,测量值会偏小,选项A正确;测量电路的电阻时,如果该电路不和电源断开,该电路两端电压可能高于表头的额定电压,可能烧坏表头,选项B正确;使用欧姆表测量电阻时,如果指针偏离中央刻度线较远,必须拨动转换开关,重新选择挡位调零,重新测量,选项C错误;由于金属的电阻随温度的升高而增大,测灯泡电阻时,灯丝的温度低于正常工作时的温度,灯丝的电阻低于正常工作时的电阻,所以测量值小,选项D正确。
10.ABD 体液中含有钠离子、钾离子等,容易导电,而脂肪不容易导电,体型相近的两人相比,肥胖人体的脂肪比较瘦人体的脂肪所占比例大,肥胖人体的电阻比较瘦的人体电阻较大,测试时,肥胖人体接在电路中的电阻较大,由闭合电路的欧姆定律可知I=ER1+R2+R人+r,电路中的电流较小,因此电流表示数小,选项A正确;由路端电压U=E-Ir可知,电流I较小,电源内电压Ir较小,路端电压U较大,由题图乙可知R1、R2电阻两端电压较小,电压表的示数较大,选项B、D正确,C错误。
11.AC 由题图可知,电动机与滑动变阻器串联,则电路中电流为2 A,根据P=UI可得电源的总功率为P总=EI=12×2 W=24 W,选项A正确;电动机的输出功率为P机=UMI-I2R0=8 W,选项B错误;根据闭合电路的欧姆定律可得此时滑动变阻器R阻值为R=E-UMI-r=0,选项C正确;因此时滑动变阻器R的阻值为0,则路端电压即电动机两端的电压,可得U=UM=6 V,则电源的效率为η=UIEI×100%=50%,选项D错误。
12.BCD 当滑动变阻器的滑动触头P向右滑动时,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律I=ER总+r可知,总电流I增大,R2两端电压增大,即电压表V2示数增大;内电压增大,路端电压U减小,可知电压表V示数减小,当滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时,电压表V1的示数为零,但电压表V的示数不为零,所以图线a表示的是电压表V1的示数随电流表示数变化的情况,图线b表示的是电压表V的示数随电流表示数变化的情况,图线c表示的是电压表V2的示数随电流表示数变化的情况,选项A错误,B、C、D正确。
13.答案 (1)2.9(1分) 5.8(1分) 2.8(1分) 6.6(1分) (2)Ⅰ(2分)
解析 (1)根据小强同学作出的U-I曲线,结合U=E-Ir,可知电池组Ⅰ的电动势为E1=2.9 V,内阻为r1=ΔUΔI=2.90.5 Ω=5.8 Ω。根据闭合电路欧姆定律可得E=U+URr,整理得1U=1E+rE·1R,结合1U-1R曲线得1E=0.36 V-1,rE=1.53-0.360.5 A-1=2.34 A-1,故电池组Ⅱ的电动势E2=2.8 V,内阻为r2=6.6 Ω。(2)将电池组Ⅰ和Ⅱ分别与同一定值电阻R0组成闭合电路,则输出功率较大时,电路中电流较大,根据闭合电路的欧姆定律可得I1=2.9R0+5.8>2.8R0+6.6=I2,则电池组Ⅰ输出功率较大。
14.答案 (1)×100(2分) 3 000(2分) (2)如图所示(2分)
(3)3.33(2分)
解析 (1)用“×10”挡时,指针偏转角度较小,说明欧姆表示数太大,所选挡位太小,应换高挡位,即用“×100”挡进行测量;由图甲所示可知,多用电表欧姆挡示数是30×100 Ω=3 000 Ω。(2)根据电路图连接实物图,结合电表的量程及电流走向,实物图见答案。
(3)根据欧姆定律有U2-U1R1=U1RV,整理可得RV=U1R1U2-U1=61.8 kΩ≈3.33 kΩ。
15.答案 (1)15 V (2)25 V
解析 (1)闭合S1、S2后,外电路为R1与R3并联后再与R2串联,电压表测R2两端电压,电阻R2中的电流
I=U1R2=2 A(1分)
外电阻R=R2+R1R3R1+R3=7.5 Ω(2分)
所以路端电压为U=RI=7.5×2 V=15 V(2分)
(2)根据闭合电路欧姆定律得I=ER+r (1分)
解得E=I(R+r)=25 V(2分)
16.答案 (1)R2 (2)4 Ω (3)见解析
解析 (1)由于发生故障后,电压表和电流表都有示数且增大,说明R1、R4、R3完好,只能是R2被烧断了。 (1分)
(2)R2被烧断后,电压表的示数等于电阻R1两端的电压,则R1=U' 1I' 1=3.20.8 Ω=4 Ω。 (1分)
(3)电阻R2未被烧坏时,电阻R3两端的电压为
U3=I1R1-U1=0.75×4 V-2 V=1 V(1分)
通过电阻R3的电流为
I3=U3R3=14 A=0.25 A(1分)
根据闭合电路欧姆定律得
E=I1R1+(I1+I3)(R4+r) (1分)
电阻R2烧坏后,由闭合电路欧姆定律得
E=U'1+I'1(R4+r) (1分)
代入数据可得
E=3 V+1 A×(R4+r),E=3.2 V+0.8 A×(R4+r) (1分)
联立两式解得E=4 V,R4+r=1 Ω(1分)
由于R4未知,故只能求出电源电动势E,而不能求出内阻r。
17.答案 (1)3.2 V 1.25 Ω (2)95%
解析 (1)电动机与电源构成闭合电路
初始启动时U1=2.8 V,I1=0.32 A①(2分)
由闭合电路欧姆定律可知U1=E-I1r ②(1分)
电动机稳定工作时U2=3.0 V,I2=0.16 A③(1分)
由闭合电路欧姆定律可知U2=E-I2r ④(1分)
联立①②③④解得E=3.2 V,r=1.25 Ω(2分)
(2)电动机的输入功率为P1=U2I2 ⑤(1分)
由题图乙可知重物匀速上升时的速度为
v=ΔhΔt ⑥(1分)
电动机的输出功率为P2=mgv ⑦(1分)
电动机的效率为η=P2P1×100% ⑧(1分)
联立③⑤⑥⑦⑧解得η=95% (1分)
18.答案 (1)16 W 80% (2)4×10-4 C (3)5 m/s2,方向竖直向下
解析 (1)当S闭合时,外电路中只有R2中有电流
I1=ER2+r=104+1 A=2 A(2分)
电源的输出功率为P出=I12R2=22×4 W=16 W(2分)
电源效率η=UIEI=I1R2E=2×410×100%=80% (2分)
(2)当S闭合时,电容器上的电荷量为Q1=CU2=C×I1R2=100×10-6×2×4 C=8×10-4 C(2分)
S断开后,电路中的电流为I2=ER1+R2+r=1 A(2分)
此时电容器上的电荷量为Q2=CU'2=C×I2R2=100×10-6×1×4 C=4×10-4 C(2分)
S断开后流过R3的总电荷量Q=Q1-Q2=4×10-4 C(1分)
(3)当S闭合时,有mg=qU2d (2分)
当S断开后,有mg-qU' 2d=ma (2分)
解得a=5 m/s2,方向竖直向下 (1分)
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