高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律2 闭合电路的欧姆定律同步练习题

2　闭合电路的欧姆定律

基础过关练

题组一　电动势的理解

1.(2022河南南阳六校联考)有关电压与电动势的说法中正确的是(　　)

A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电压与电动势是同一物理量的不同叫法

B.电动势是电源两极间的电压

C.电动势公式E=中的W与电压公式U=中的W是一样的,都是电场力做的功

D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量

2.(2022黑龙江鹤岗绥滨一中期中)(多选)如图所示是常用在电子手表和小型仪表中的锌汞电池,它的电动势约为1.2 V,这表示(　　)

A.电路通过1 C的电荷量,电源把1.2 J其他形式的能转化为电能

B.电源在每秒内把1.2 J其他形式的能转化为电能

C.该电源比电动势为1.5 V的干电池做功少

D.该电源与电动势为1.5 V的干电池相比,通过1 C电荷量时其他形式的能转化为的电能少

题组二　闭合电路欧姆定律的应用

3.如图所示的电路中,把R由2 Ω改变为6 Ω时,电流减小为原来的一半,则电源的内电阻应为(　　)

A.4 Ω　　　B.8 Ω　　　C.6 Ω　　　D.2 Ω

4.在如图所示的电路中,当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的读数为3 V;当开关S1、S2均闭合时,电压表的读数为1.8 V。已知电压表为理想电表,外接电阻为R,电源内阻为r。由以上数据可知为(　　)

A.　　　B.　　　C.　　　D.

5.(2022广东深圳实验学校月考)如图所示,电源的电动势为24 V,内阻为1 Ω,一个标有“6 V　12 W”的电灯与一个绕线电阻为3 Ω的电动机串联。开关闭合后,电灯正常发光,则电动机输出的机械功率为(　　)

A.20 W　　　B.24 W　　　C.32 W　　　D.36 W

6.(2021江苏苏州木渎高级中学月考)(多选)在如图所示的电路中,R1=10 Ω,R2=8 Ω,当a、b两点间接理想电流表时,其读数为0.5 A,当a、b两点间接理想电压表时,其读数为2.5 V,则该电源的电动势和内电阻分别为(　　)

A.E=2.5 V　　　B.E=5 V

C.r=1 Ω　　　D.r=2 Ω

7.(2022山东枣庄三中月考)如图所示的电路中,R1=9 Ω,R2=30 Ω,S闭合时,理想电压表V的示数为11.4 V,理想电流表A的示数为0.2 A;S断开时,理想电流表A的示数为0.3 A。求:

(1)电阻R3的阻值;

(2)电源电动势E和内阻r。

题组三　电源的U-I图像

8.(2022山东学情联考)(多选)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像,下列结论正确的是(　　)

A.电源的电动势为6.0 V

B.电源的内阻为12 Ω

C.电源的短路电流为3 A

D.电流为0.4 A时的外电阻是13 Ω

9.(2022江苏连云港月考)甲、乙两个独立电源(外电路为纯电阻电路)的路端电压与通过它们的电流的关系图线如图所示,下列说法中正确的是(　　)

A.路端电压都为U0时,它们的内电阻相等

B.电流都是I0时,两电源的内电压相等

C.电源甲的电动势大于电源乙的电动势

D.电源甲的内阻小于电源乙的内阻

10.(2022河南许昌联考)在如图甲所示电路中,R1=20 Ω,在滑动变阻器滑片P从右端滑到左端过程中,路端电压和干路电流变化如图乙所示,图线上A、B两点对应滑片P在滑动变阻器两端时的状态。求:

(1)电源的电动势及内阻;

(2)定值电阻R3的阻值;

(3)滑动变阻器R2的最大阻值。

甲

乙

能力提升练

题组一　闭合电路的动态分析

1.(2020福建福州期末质检)(多选)如图所示,电源电动势E和内阻r一定,R1、R2是定值电阻,R3是光敏电阻(阻值随光照强度的增大而变小),电流表和电压表均为理想电表。闭合开关,当光照强度变化时,R2功率变大,以下判断正确的是(　　)

A.电流表示数一定变小

B.电压表示数一定变小

C.R3的功率一定变大

D.光照强度一定增大

2.(2022河南洛阳豫西名校联考)在如图所示的电路中,R1和R2为定值电阻,电表均为理想电表。电源电动势E和内电阻r不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向下移动时　(　　)

A.电压表示数变小,电流表示数变小

B.电压表示数变大,电流表示数变大

C.电阻R1的电功率变大

D.电源的输出功率一定增大

3.(2020河北张家口期中)(多选)在如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,灯泡L的电阻大于电源的内阻r。闭合开关S,在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中,下列各物理量的变化情况正确的是(　　)

A.电流表的读数一直减小

B.灯泡L变亮

C.电源输出功率先增大后减小

D.电压表的读数先增大后减小

4.(2020河南信阳期中)如图所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。闭合开关,电路稳定后,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,下列说法错误的是　(　　)

A.A的示数增大

B.V2的示数增大

C.ΔU3与ΔI的比值大于r

D.ΔU1大于ΔU2

题组二　闭合电路中的故障问题

5.(2022山东德州夏津一中月考)如图所示电路,闭合开关S,两个灯泡都不亮,电流表指针几乎不动,而电压表指针有明显偏转,该电路的故障可能是(　　)

A.电流表坏了或未接好

B.从点a经过灯L1到点b的电路中有断路

C.灯L2的灯丝断了或灯座未接通

D.电流表和灯L1、L2都坏了

6.(2021江苏无锡宜兴中学期中)如图所示的电路中,灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的。现在突然发现灯泡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(灯泡电阻不变)(　　)

A.R3断路　　　B.R1短路

C.R2断路　　　D.R1、R2同时短路

7.(2022山西长治二中月考)如图电路中,A、B两灯原来正常发光,忽然B灯比原来亮了,假如这是电路中某一处发生了故障造成的,那么这种故障可能是(　　)

A.R1短路　　　B.R2断路

C.R3断路　　　D.电源断路

题组三　含容电路的分析与计算

8.(2020湖北武汉一中线上模拟)如图所示电路中,电源的电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,电阻R1∶R2∶R3∶R4=3∶2∶1∶1,开关S断开。现将S闭合,在S闭合到电路稳定的过程中通过R3的电荷量是　(　　)

A.　　　B.　　　C.　　　D.EC

9.(2020海南海口期中)(多选)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、电路稳定后,流过a、b两点的电流是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

10.(2022山东潍坊四中月考)如图所示,R1=4 Ω、R2=6 Ω、R3=10 Ω,电容器的电容C=30 μF,电源电动势E=10 V,电源内阻可忽略。先闭合开关K,待电路稳定后再将开关断开。试求:

(1)闭合开关K,电路稳定后,通过R1的电流及电容器两极板间的电势差;

(2)再断开开关K,从断开开关到电路稳定这一过程中通过R1的电荷量。

答案全解全析

2　闭合电路的欧姆定律

基础过关练

1.D　电压与电动势是两个不同的概念,电动势公式E=中的W是非静电力做的功,电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量;而电压公式U=中的W则是电场力做的功,故A、B、C错误,D正确。

方法技巧　对电源的理解

(1)非静电力仅存在于电源的内部,使正负电荷分开。非静电力的方向与电场力方向相反。

(2)不同的电源,非静电力做功的本领不同,这是由电源本身性质决定的。

2.AD　电动势在数值上等于将1 C电荷量的正电荷从电源的负极移到正极过程中非静电力做的功,该电池的电动势为1.2 V,表示该电池将1 C电荷量的正电荷由负极移送到正极的过程中,非静电力做了1.2 J 的功,电源把1.2 J其他形式的能转化为电能,故A正确,B错误;电动势表示电源做功的能力的大小,不表示做功的多少,故C错误;电动势为1.2 V的锌汞电池与电动势为1.5 V的干电池相比,通过1 C电荷量时其他形式的能转化为的电能少,D正确。故选A、D。

3.D　根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2 Ω时,E=I(2 Ω+r);当R=6 Ω时,E=(6 Ω+r),解得r=2 Ω,故选D。

4.D　当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3 V。当开关S1、S2均闭合时,U外=1.8 V,所以U内=E-U外=1.2 V,因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8 V∶1.2 V=3∶2,故选D。

5.A　流过电动机的电流为I=IL==2 A,电动机两端电压为UM=E-Ir-U=16 V,电动机输出的机械功率为P机=UMI-I2rM=20 W,选项A正确。

6.BD　当a、b两点间接理想电流表时,R1被短路,根据闭合电路的欧姆定律有=0.5 A;当a、b两点间接理想电压表时,电压表读数即R1两端电压,可得R1=2.5 V,联立两式解得E=5 V,r=2 Ω,选项B、D正确。

7.答案　(1)15 Ω　(2)12 V　1 Ω

解析　(1)S闭合时,R2两端电压U2=I2R2=6 V

所以R1两端电压为U1=U-U2=5.4 V

流过R1的电流I1==0.6 A

流过R3的电流I3=I1-I2=0.6 A-0.2 A=0.4 A

所以R3==15 Ω

(2)由闭合电路欧姆定律,当S闭合时E=U+I1r

当S断开时E=I(R1+R2+r)

联立解得E=12 V,r=1 Ω

8.ACD　由图可知纵轴截距为电源的电动势,即E=6.0 V,图线斜率的绝对值表示电源内阻,即r== Ω=2 Ω,选项A正确,B错误;电源的短路电流为I0==3 A,选项C正确;电流I=0.4 A时,外电阻R=-r=13 Ω,选项D正确。

9.C　两图线的交点坐标为(I0,U0),表示该状态路端电压与干路电流均相等,说明外电阻相等,图线斜率的绝对值表示电源内阻,电源甲的内阻大于电源乙的内阻,当电流都为I0时,电源甲的内电压较大,选项A、B、D错误;图线与U轴交点的纵坐标表示电动势的大小,由图可知,电源甲的电动势大于电源乙的电动势,选项C正确。

10.答案　(1)12 V　4 Ω　(2)5 Ω　(3)16 Ω

解析　(1)由电源的U-I图像可知电源电动势为12 V,图线斜率的绝对值即电源内阻r,得

r== Ω=4 Ω

(2)设R1、R3并联后的总电阻为R,则R=

当滑动变阻器接入电路的阻值为零时,根据闭合电路的欧姆定律得=IB

联立并代入数据解得R=4 Ω,R3=5 Ω

(3)当电路中电流最小时,R2接入电路中的阻值最大,根据闭合电路的欧姆定律得

IA=

代入数据解得R2的最大阻值为16 Ω。

能力提升练

1.BD　R2功率变大,根据P=I2R可知通过R2的电流增大,根据“串反并同”可得R3的阻值减小,光照强度一定增大,电路总电阻减小,电路总电流增大,电源内电压增大,路端电压减小,电压表示数减小,电流表示数增大,故B、D正确,A错误;R3的阻值减小,通过R3的电流增大,R3与r、R1、R2的定量关系不确定,R3的功率变化无法确定,故C错误。

2.B　电路的连接情况是R2与R3并联后与R1串联,电流表测通过R2的电流,电压表测路端电压。当滑片P向下滑动时,滑动变阻器接入电路中的阻值增大,电路中总阻值增大,根据闭合电路的欧姆定律,可知总电流I减小,由U=E-Ir知路端电压U变大,即电压表的示数变大;R2两端的电压U2=U-IR1,故U2变大,电流表示数变大,A错误,B正确。电阻R1的电功率P1=I2R1,I减小,P1减小,C错误;当外电阻和电源内阻相等时,电源的输出功率最大,当滑动变阻器的滑片向下移动时,不能确定外电阻和内阻的关系,电源的输出功率不一定增大,D错误。

方法技巧　电路动态分析的一般步骤

(1)弄清局部电路变化所引起的局部电路电阻的变化。

(2)根据局部电路电阻的变化,确定整个电路的外电阻如何变化。

(3)根据闭合电路欧姆定律I=,确定电路总电流如何变化。

(4)由U内=Ir确定电源内电压如何变化。

(5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。

(6)确定各支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。

3.AD　滑动变阻器的滑片右侧部分与电流表A串联,再与滑片左侧部分并联,并联部分与灯泡串联后再与电压表并联,电压表测路端电压。滑片P向左滑动,当两支路电阻相等,即RA+Ra=Rb时,并联路段电阻最大,并联路段的电阻先增大后减小,外电路总电阻先增大后减小,由串联分压可知路端电压先增大后减小,选项D正确;电流表刚开始测干路电流,随着P由a向b移动,电流表示数逐渐变小,P滑到b端,滑动变阻器R和电流表被短路,电流表示数为零,A正确;外电路电阻增大时,流过灯泡的电流减小,灯泡分压减小,灯泡变暗,选项B错误;外电路电阻越接近电源内阻,电源输出功率越大,由于灯泡电阻大于电源内阻,因此外电路电阻总大于电源内阻,外电阻先增大后减小,所以电源的输出功率先减小后增大,选项C错误。

4.B　理想电压表V1、V2、V3分别测定值电阻两端的电压、路端电压、滑动变阻器两端的电压,理想电流表A测的是干路中的电流。滑动变阻器滑片向下滑动,其接入电路的电阻变小,根据闭合电路欧姆定律可知,干路中的电流增大,A示数增大,内电压增大,路端电压减小,即V2示数减小,A正确,B错误;因为=R,=r,=r+R,C正确;ΔU2=ΔI·r,ΔU1=ΔI·R,又因为R>r,故ΔU1>ΔU2,D正确。

5.B　A、C、D所述情況,电路中都没有电流,电压表指针不偏转,选项A、C、D错误;若从点a经过灯L1到点b的电路中有断路,电压表与电流表、灯L2串联,电路中电阻很大,电流很小,电流表示数几乎为零,电压表示数近似等于电源电动势,选项B正确。

6.C　采取代入排除法,将选项逐个代入分析:R3断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大,灯泡A、B两端电压变大,由此可知两灯均变亮,故A错误;R1短路→R外减小→R总减小→I总增大→U外减小→I3减小,通过灯泡A和B的电流变大,两灯变亮,B错误;R2断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外增大→I3增大,通过灯泡A的电流变小,灯泡A和电阻R1两端电压变小,灯泡B两端电压变大,灯泡A变暗,灯泡B变亮,故C正确;R1、R2同时短路,灯泡B不亮,故D错误。

7.C　R1短路,则电源被短路,灯泡都不亮,选项A错误;电阻R2与灯泡A是并联的,如果R2断路,该并联部分只剩灯泡A,电阻增大,所以灯泡A两端电压增大,灯泡B两端电压减小,由P=知,灯泡B功率变小,将变暗,选项B错误,同理知选项C正确;电源断路,电路中没有电流,灯泡都不亮,选项D错误。

8.D　开关S断开时,电容器相当于断路,R4、R3中无电流,电容器两极板间电压等于R2两端电压,上极板带正电,Q1=CU1=;开关S闭合后,电容器与R1并联,上极板带负电,Q2=CU2=,上极板极性改变,则在S闭合到电路稳定的过程中通过R3的电荷量Q=Q1+Q2=EC,故D正确。

9.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,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闭合后,稳定状态下C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电流I==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Q1'=C1U1=3.6×10-5 C、Q2'=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,A、D错误。

10.答案　(1)1 A　6 V　

(2)1.2×10-4 C

解析　(1)K闭合,电路稳定后,R1、R2串联,流过R1的电流为

I== A=1 A

此时电容器与R2并联,两极板间的电势差

U=IR2=1×6 V=6 V

且上极板带正电。

(2)断开K后,由于E=10 V,电容器充电,至两极板间的电压U'=E=10 V

仍是上极板带正电,所以通过R1的电荷量为

ΔQ=C(U'-U)=30×10-6×4 C=1.2×10-4 C

方法技巧　分析电容器所带电荷量的变化要注意以下两点:

(1)把电容器当成断路简化电路图,按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。

(2)电路稳定时,找到与电容器并联的电阻,而电容器两极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压。