高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电本章综合与测试一课一练

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素养培优课练习(三) 闭合电路的分析与计算


(教师用书独具)





(建议用时：25分钟)


1．如图所示，灯泡L1、L2原来都正常发光，在两灯突然熄灭后，用电压表测得c、d间电压比灯泡正常发光时的电压高，故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故障)( )





A．a、c间断路 B．c、d间断路


C．b、d间断路D．b、d间短路


B [因电路中L1、L2、R及电源串联，电路中只有一处故障且两灯不亮，电路中必是断路，故D错误。电路中无电流，但c、d间电压升高，是因为c、d间断路，c、d两点分别与电源正、负极等电势。故B正确。]


2．在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，A、B两灯亮度的变化情况为( )





A．A灯和B灯都变亮


B．A灯和B灯都变暗


C．A灯变亮，B灯变暗


D．A灯变暗，B灯变亮


B [当滑动变阻器的滑片向下滑动时，电阻变小，总电阻减小，干路电流增大，内电压增大，外电压减小，则A灯变暗；同时A灯上电流减小，则通往左路的电流增大，定值电阻两端的电压增大，B灯两端电压减小，B灯变暗，故B正确。]


3．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电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.eq \f(3,4)，eq \f(1,4) B.eq \f(1,3)，eq \f(2,3)


C.eq \f(1,2)，eq \f(1,2) D.eq \f(2,3)，eq \f(1,3)


D [电源的效率η＝eq \f(UI,EI)×100%＝eq \f(U,E)×100%。a点对应的路端电压U为4个格，而电动势E为6个格，因此ηa＝eq \f(2,3)；b点对应的路端电压为2个格，因此ηb＝eq \f(1,3)。故D项正确。]


4．如图所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，灯泡L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则( )





A．灯泡L更亮，电流表的示数减小


B．定值电阻R2消耗的功率增大


C．灯泡L变暗，电源的总功率减小


D．灯泡L变暗，电流表的示数增大


A [滑片向b端滑动，R1变大，电路中总电阻变大，根据I＝eq \f(E,R总＋r)知I减小，电流表示数减小。根据E＝U外＋Ir，U外变大，灯泡两端电压变大，故灯泡L更亮。再根据P2＝Ieq \\al(2,2)R2，I总减小，IL变大，故I2变小，R2功率变小，故B、C、D错误，A正确。]


5．如图所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值。则( )





A．电流表的示数减小


B．电压表的示数减小


C．电阻R2两端的电压减小


D．路端电压增大


B [题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓。R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，电压表的示数减小，A、C、D错误，B正确。]


6．(多选)在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是( )





A．灯泡L将变暗


B．灯泡L将变亮


C．电容器C的电荷量将减小


D．电容器C的电荷量将增大


AD [由题意可知R增大，电流I＝eq \f(E,R＋RL＋r)减小，灯泡L将变暗，故A正确，B错误；路端电压U＝E－Ir增大，则电容器所带电荷量Q＝CU增大，故C错误，D正确。]


7．(多选)在如图所示的电路中，电源电动势E和内阻r均为定值，当外电路电阻R发生变化时，回路电流I、路端电压U、内电压U′都将随之发生变化。下列图像能正确表示其变化规律的是( )








A B C D


AB [由闭合电路欧姆定律有I＝eq \f(E,R＋r)①


U＝E－Ir＝E－eq \f(E,R＋r)r＝eq \f(R,R＋r)E②


U′＝Ir＝eq \f(r,R＋r)E③


根据①式可知，I随R的增大单调递减，但不是线性变化，A正确；将②式变形可得U＝eq \f(1,1＋\f(r,R))E，利用数学知识可知B正确，D错误；根据③式可知，C错误。]


8．如图所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。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，则( )





A．A的示数减小 B．V2的示数增大


C．ΔU1小于ΔU2D．ΔU3与ΔI的比值大于r


D [理想电压表内阻无穷大，相当于断路，理想电流表内阻为零，相当于短路，所以R与变阻器串联，电压表V1、V2、V3分别测量R两端电压、路端电压和变阻器两端的电压。当滑动变阻器滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，电路中电流增大，则A的示数增大，故A错误；根据闭合电路欧姆定律得，V2的示数U2＝E－Ir，I增大，U2减小，故B错误；根据U2＝E－Ir得eq \f(ΔU2,ΔI)＝r，eq \f(ΔU1,ΔI)＝R，已知R＞r，则eq \f(ΔU1,ΔI)＞eq \f(ΔU2,ΔI)，故ΔU1大于ΔU2，C错误；根据闭合电路欧姆定律得U3＝E－I(R＋r)，得eq \f(ΔU3,ΔI)＝R＋r＞r，则ΔU3与ΔI的比值大于r，故D正确。]


9．如图所示，线段A为某电源的U­I图线，线段B为某电阻的U­I图线，以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：





(1)电源的输出功率P出为多大？


(2)电源内部损耗的电功率是多少？


(3)电源的效率η为多大？


[解析] (1)根据题意从A的图线可读出E＝3 V，r＝eq \f(E,I短)＝eq \f(3,6) Ω＝0.5 Ω，从B图线中可读出外电阻R＝1 Ω。


由闭合电路欧姆定律可得I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(3,1＋0.5) A＝2 A，


则电源的输出功率P出＝I2R＝4 W。


(2)电源内部消耗的功率P内＝I2r＝2 W。


(3)电源的总功率P总＝IE＝6 W


故电源的效率η＝eq \f(P出,P总)×100%≈66.7%。


[答案] (1)4 W (2)2 W (3)66.7%





(建议用时：15分钟)


10．如图所示，平行金属板中带电质点P原来处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，R1的阻值和电源内阻r相等。当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时( )





A．电压表读数增大


B．电流表读数减小


C．电源的输出功率逐渐增大


D．质点P将向上运动


C [当R4的滑片向b端移动时，其接入电路的阻值减小，由“串反并同”原则可知，电压表示数减小，电流表示数增大，A、B错误；当R外>r时，R外变小则P出增大，C正确；电容器两端电压减小，带电质点P受电场力变小，重力大于电场力，质点将向下运动，D错误。]


11．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S1，三个灯泡都能正常工作。如果再合上S2，则下列表述正确的是 ( )





A．电源输出功率减小


B．L1上消耗的功率增大


C．通过R1上的电流增大


D．通过R3上的电流增大


C [只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作，再合上S2，并联部分的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流增大。由于电源的内阻不计，电源的输出功率P＝EI，与电流成正比，则电源输出功率增大，故A错误；由于并联部分的电阻减小，根据串联电路的特点，并联部分分担的电压减小，L1两端的电压减小，其消耗的功率减小，故B错误；合上S2，外电路总电阻减小，干路电流增大，而R1在干路中，通过R1上的电流增大，故C正确；并联部分的电压减小，通过R3上的电流将减小，故D错误。]


12．如图所示的电路中，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，电动机的电阻R0＝1.0 Ω，电阻R1＝1.5 Ω。电动机正常工作时，电压表的示数U1＝3.0 V，求：





(1)电源的总功率；


(2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率；


(3)电源的输出功率和效率。


[解析] (1)电动机正常工作时，电流为


I＝eq \f(U1,R1)＝eq \f(3.0,1.5) A＝2 A


电源的总功率为


P总＝IE＝2×10 W＝20 W。


(2)电动机两端的电压为


U＝E－Ir－U1＝(10－2×0.5－3.0) V＝6 V


电动机消耗的电功率为


P电＝IU＝2×6 W＝12 W


电动机的热功率为


P热＝I2R0＝22×1 W＝4 W


电动机将电能转化为机械能的功率


P机＝P电－P热＝(12－4) W＝8 W。


(3)电源的输出功率为


P出＝P总－P内＝P总－I2r＝(20－22×0.5) W＝18 W


电源的效率η＝eq \f(P出,P总)×100%＝eq \f(18,20)×100%＝90%。


[答案] (1)20 W (2)12 W 8 W


(3)18 W 90%


13．如图所示电路中，电阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝1 Ω。求：





(1)当电流表示数为0.4 A时，变阻器R3的阻值是多大？


(2)R3阻值多大时，它消耗的电功率最大？


(3)R3阻值多大时，电源的输出功率最大？


[解析] (1)由电路图得U并＝I2R2＝0.4×15 V＝6 V


据闭合电路欧姆定律得E＝U并＋I(R1＋r)


所以I＝eq \f(12 V－6 V,1 Ω＋9 Ω)＝0.6 A


据分流规律得IR3＝I－IR2＝0.6 A－0.4 A＝0.2 A


所以R3＝eq \f(U并,IR3)＝eq \f(6 V,0.2 A)＝30 Ω。


(2)将R1、R2等效为电源内阻，则等效内电阻为


r＝eq \f(R1＋rR2,R1＋r＋R2)＝eq \f(10×15,25) Ω＝6 Ω


则当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大；故当R3＝6 Ω时，R3消耗的功率最大。


(3)当外电路的总电阻等于电源的内电阻时，电源的输出功率最大，但外电阻R＞r，所以当R最接近r时输出功率最大，故只有当R3＝0时，R最接近r，此时电源的输出功率最大。


[答案] (1)30 Ω (2)6 Ω (3)0