高中物理培优集训4闭合电路欧姆定律的应用含解析新人教版必修第三册练习题

这是一份高中物理培优集训4闭合电路欧姆定律的应用含解析新人教版必修第三册练习题，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．欧姆表电路及刻度盘如图所示，现因表头损坏，换用一个新表头。甲表头满偏电流为原来表头的2倍，内阻与原表头相同；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，则换用甲表头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为( )
A．100 Ω，100 Ω B．200 Ω，100 Ω
C．50 Ω，100 ΩD．100 Ω，200 Ω
C [由欧姆表改装原理及闭合电路的欧姆定律可得，甲表头满偏电流为原表头的2倍，内阻与原表头相同，在电动势不变的情况下，其中值电阻变为原来的eq \f(1,2)，即50 Ω；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，在电动势不变的情况下，其中值电阻不变，即100 Ω，故C正确，A、B、D错误。]
2．(多选)(2020·河北石家庄期中)如图所示，a表示某电源路端电压随电流变化的图线，b表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下列判断正确的是( )
A．阴影部分的面积表示电源内阻消耗的功率
B．阴影部分的面积表示电源的输出功率
C．当α＝β时，电源的输出功率最大
D．当α＝β时，电源的效率最高
BC [阴影部分的面积表示外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A错误，B正确；当α＝β时，外电阻的阻值R与电源内阻r相等(注意α、β正切值并不等于阻值大小)，此时电源的输出功率最大，此时效率为η＝eq \f(R,R＋r)×100%＝50%，故C正确，D错误。]
3．将一个电源与一个电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．电源的电动势为45 V
B．电源的内阻为5 Ω
C．电源最大输出功率可能大于45 W
D．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%
B [当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由题图可知，电源的内阻为5 Ω，故B正确；由Pmax＝eq \f(E2,4r)可知，E＝30 V；故A错误；由题图可知，电源的输出功率最大为45 W，故C错误；根据效率公式可得：η＝eq \f(R,R＋r)×100%，最大功率时内外电阻相等，所以效率为50%，故D错误。]
4．如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是( )
A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大
B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小
C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大
D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小
B [当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力。 当电路稳定后，R1中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R0两端电压。当R2不变，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D错误；若保持R1不变，缓慢增大R2，R0两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场强度减弱，小球受到的电场力减小，F变小，故A错误，B正确。]
5．(多选)(2021·南京模拟)如图所示，C1＝6 μF，C2＝3 μF，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，电源电动势E＝18 V，内阻不计。下列说法正确的是( )
A．开关S断开时，a、b两点电势相等
B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是2 A
C．开关S断开时，C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大
D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
BC [S断开时，外电路处于断路状态，两电阻中无电流通过，电阻两端电势相等，由图知a点电势与电源负极电势相等，而b点电势与电源正极电势相等，A错误；S断开时，两电容器两端电压都等于电源电动势，而C1>C2，由Q＝CU知此时Q1>Q2。当S闭合时，稳定状态下C1与R1并联，C2与R2并联，电路中电流I＝eq \f(E,R1＋R2)＝2 A，此时两电阻两端电压分别为U1＝IR1＝6 V、U2＝IR2＝12 V，则此时两电容器所带电荷量分别为Q′1＝C1U1＝3.6×10－5 C、Q′2＝C2U2＝3.6×10－5 C，对电容器C1来说，S闭合后其两端电压减小，所带电荷量也减小，故B、C正确，D错误。]
6．(2020·河北大名一中月考)图为多用电表欧姆挡原理的示意图，其中表头的满偏电流为300 μA，内阻rg＝100 Ω，调零电阻的最大阻值为50 kΩ，串联的固定电阻R0＝50 Ω，电源的电动势E＝1.5 V，电源内阻r＝1 Ω，用它测量电阻Rx，能较准确测量的阻值范围是( )
A．30 kΩ～80 kΩ
B．3 kΩ～8 kΩ
C．300 kΩ～800 kΩ
D．3 000 kΩ～8 000 kΩ
B [题图为多用电表欧姆挡的原理图，欧姆挡测电阻利用的是闭合电路的欧姆定律，有Ix＝eq \f(E,R0＋R＋Rx＋rg＋r)，可见Ix与Rx是一一对应的关系。先在表头上刻下Ix对应的Rx值，我们就可以用它测电阻了，但是Ix与Rx并不是线性关系，在中值电阻附近时测量值是比较准确的。本题中，当电流表半偏时，eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,R＋R0＋rg＋r＋R中)＝eq \f(E,2R中)，所以R中＝eq \f(E,Ig)＝eq \f(1.5,300×10－6) Ω＝5 kΩ，选项B正确。]
7．如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率P随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为( )
A．1 WB．6 W
C．2 W D．2.5 W
C [由题图不难看出，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E＝3 V，短路电流为I＝3 A，所以电源的内阻为r＝eq \f(E,I)＝1 Ω。题图上AB线段表示的功率为PAB＝P总－I2r＝(1×3－12×1) W＝2 W。故选项 C正确。]
8．(多选)如图所示的电路，L是小灯泡，C是极板水平放置的平行板电容器，有一带电油滴悬浮在两极板间静止不动，若滑动变阻器的滑片向下滑动，则( )
A．L变亮B．L变暗
C．油滴向上运动 D．油滴向下运动
BD [滑动变阻器的滑片向下滑动，使得电路的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，干路电流I增大，L两端的电压U＝E－Ir减小，L变暗，B正确；电容器两端的电压与L两端电压相等，则油滴受到向上的静电力减小，油滴向下运动，D正确。]
9．硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常数)，图线b是某电阻R的U­I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列相关叙述说法正确的是( )
A．此时硅光电池的内阻为12.5 Ω
B．此时硅光电池的输出功率为0.2 W
C．此时硅光电池的总功率为0.72 W
D．此时硅光电池的输出效率为40%
C [由闭合电路的欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由a与纵轴的交点读出电动势为E＝3.6 V。根据两图线交点处的状态可知，将它们组成闭合回路时路端电压为U＝2 V，回路中的电流为I＝0.2 A，则电池的内阻为r＝eq \f(E－U,I)＝eq \f(3.6－2,0.2) Ω＝8 Ω，A错误；电池的输出功率为P出＝UI＝0.4 W，B错误；此时硅光电池的总功率为P总＝EI＝3.6×0.2 W＝0.72 W，C正确；此时硅光电池的输出效率为η＝eq \f(P出,P总)×100%＝eq \f(0.4,0.72)×100%≈55.6%，D错误。]
10．(2021·襄阳四中月考)如图1所示，R为电阻箱，A为理想电流表，电源的电动势为E，内阻为r。图2为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像，其中功率P0分别对应电流I1、I2，外电路电阻R1、R2。下列关系式中正确的是( )
图1 图2
A．I1＋I2＞eq \f(E,r)B．I1＋I2＝eq \f(E,r)
C．eq \f(R1,r)＞eq \f(r,R2)D．eq \f(R1,r)＜eq \f(r,R2)
B [由闭合电路的欧姆定律得U＝E－Ir，输出功率为P＝UI＝EI－I2r，故有EI1－Ieq \\al(2,1)r＝EI2－Ieq \\al(2,2)r，整理得I1＋I2＝eq \f(E,r)，故A错误，B正确；根据电功率表达式得P0＝Ieq \\al(2,1)R1＝Ieq \\al(2,2)R2，且I1＝eq \f(E,R1＋r)，I2＝eq \f(E,R2＋r)，代入整理得R1R2＝r2，故C、D错误。]
二、非选择题
11．欧姆表的原理如图所示。其中，电源的电动势为E、内阻为r，表头G的满偏电流为Ig、内阻为Rg。
(1)图中的A端应与________(选填“红”或“黑”)色表笔相连接；
(2)测量电阻前，将红、黑色表笔短接，调节可变电阻使通过表头G的电流达到Ig，此时可变电阻接入电路的阻值R0＝________；
(3)测量电阻时，若表头G的示数为I，则被测电阻的阻值Rx＝________。[(2)(3)中的空均用E、r、Ig、Rg、I表示]
[解析] (1)欧姆表内部电源的正极应与黑表笔相连接，因此题图中的A端应与黑色表笔相连接。
(2)当通过表头G的电流为Ig时，由闭合电路欧姆定律有Ig＝eq \f(E,r＋Rg＋R0)，解得R0＝eq \f(E,Ig)－(r＋Rg)。
(3)当表头G的示数为I时，由闭合电路欧姆定律有I＝eq \f(E,r＋Rg＋R0＋Rx)，解得Rx＝eq \f(E,I)－(r＋Rg＋R0)＝eq \f(E,I)－eq \f(E,Ig)。
[答案] (1)黑 (2)eq \f(E,Ig)－(r＋Rg) (3)eq \f(E,I)－eq \f(E,Ig)
12．如图所示的电路中，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，R3＝1.5 Ω，C＝20 μF。当开关S断开时，电源所释放的总功率为2 W；当开关S闭合时，电源所释放的总功率为4W，求：
(1)电源的电动势和内电阻；
(2)闭合S时，电源的输出功率；
(3)S断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少。
[解析] (1)S断开时外电路R2、R3串联
E＝I1(R2＋R3)＋I1r①
P1＝EI1②
S闭合时外电路R1、R2并联后与R3串联
R外′＝R3＋eq \f(R1R2,R1＋R2)
代入数据R外′＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.5＋\f(3×6,3＋6)))Ω＝3.5 Ω③
对闭合电路E＝I2R外′＋I2r④
P2＝EI2⑤
由①②③④⑤可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝4 V,r＝0.5 Ω,I1＝0.5 A,I2＝1 A。))
(2)闭合S时，电源的输出功率
P＝Ieq \\al(2,2)R外′＝12×3.5 W＝3.5 W。
(3)S断开时
Q1＝CUR2＝20×10－6×0.5×6 C＝6×10－5 C
S闭合，电容器两端的电势差为零，则Q2＝0。
[答案] (1)4 V 0.5 Ω (2)3.5 W (3)6×10－5 C 0
13．如图所示的电路中，所用电源的电动势E＝4 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1可调。现将R1调到3 Ω后固定。已知R2＝6 Ω，R3＝3 Ω，求：
(1)开关S断开和接通时，通过R1的电流分别为多大？
(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值，应将R1的阻值调到多大？这时A、B间消耗的最大电功率是多少？
[解析] (1)开关S断开时，I1＝eq \f(E,r＋R1＋R2)＝eq \f(4,1＋3＋6) A＝0.4 A
开关接通时，R2、R3并联的总电阻R23＝eq \f(R2R3,R2＋R3)＝2 Ω
I′1＝eq \f(E,r＋R1＋R23)＝eq \f(4,1＋3＋2) A≈0.667 A。
(2)开关接通时，A、B之间的总电阻R23＝2 Ω为定值，所以，只有当R′1＝0时，总电流最大，A、B之间的电功率才最大。
I＝eq \f(E,r＋R′1＋R23)＝eq \f(4,1＋0＋2)A＝eq \f(4,3)A
PAB＝I2R23＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,3)))eq \s\up12(2)×2 W≈3.556 W。
[答案] (1)0.4 A 0.667 A (2)0 3.556 W