高考物理一轮复习课时作业24电路电路的基本规律含答案

电路　电路的基本规律

(建议用时40分钟)

1.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周,在内外电路中释放的总能量决定于 (　　)

A.通过电源的电流

B.电源的电动势

C.内外电阻之和

D.路端电压的大小

【解析】选B。在电源内部,非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷做功,这个做功的物理过程是产生电源电动势的本质。非静电力所做的功,反映了其他形式的能量有多少变成了电能。而在外部电能转化为其他形式的能;电源释放的总能量等于Eq,故单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周,在内外电路中释放的总能量决定于电源的电动势。

2.(创新题)如图甲是硅光电池组成的模拟仪,硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图乙所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常量),图线b是某电阻R的U-I图象。在该光照强度下将它们组成闭合回路时,硅光电池的内阻为              (　　)

A.5.5 Ω　　B.7.0 Ω　　C.12.0 Ω　　D.12.5 Ω

【解析】选A。由欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,E=U,由图线a与纵轴的交点读出电源的电动势为E=3.6 V,根据两图线交点处的状态可知,电阻的电压为U=2.5 V,电流为I=0.2 A,则硅光电池的内阻为r== Ω=5.5 Ω,则A正确,B、C、D错误。

　　　【加固训练】

　　(多选)如图(甲)所示,R1,R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻[其阻值R随光照强度E变化的规律如图(乙)所示],当照射光强度增大时,下列说法正确的是              (　　)

A.电压表的示数增大

B.R2中电流减小

C.小灯泡的功率增大

D.电路的路端电压增大

【解析】选A、B、C。当光照强度增大时,光敏电阻R3的阻值减小,外电路总电阻减小,则由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,则由U=E-Ir可知,路端电压减小,因干路电流增大,则R1两端的电压增大,故电压表示数增大,故A正确,D错误;因路端电压减小,R1两端电压增大,则并联部分电压减小,故R2中的电流减小,由于干路中总电流增大,则通过L的电流增大,由P=I2R可知灯泡功率增大,故B、C正确。

3.阻值相等的四个电阻,电容为C的电容器及电动势为E、内阻可以忽略的电池连接成如图所示电路。开始时,开关S断开且电流稳定,然后闭合开关S,电流再次稳定。闭合开关前后电容器所带的电荷量              (　　)

A.增加    B.增加

C.增加    D.减少

【解析】选B。由已知条件及电容定义式C=可得Q1=U1C,Q2=U2C。S断开时等效电路如图甲所示,U1=·E×=E;

S闭合时等效电路如图乙所示,

U2=·E=E。

所以Q1=,Q2=

ΔQ=Q2-Q1=,则B正确,A、C、D错误。

　　　【加固训练】

如图所示,电源A的电压为6 V,电源B的电压为8 V,电容器的电容为200 pF,当开关S合向A,稳定后再合向B,再次达到稳定,则在这个过程中通过电流计的电荷量为              (　　)

A.4×10-9 C　　　　　　 B.1.2×10-9 C

C.1.6×10-9 C　　   D.2.8×10-9 C

【解析】选D。开关S合向A稳定时,电容器的电压为U1=6 V,电荷量为Q1=CU1=2×10-10×6 C=1.2×10-9 C。开关S合向B稳定时,电容器的电压为U2=8 V,电荷量为Q2=CU2=2×10-10×8 C=1.6×10-9 C。电容器两极板电性改变,故通过电流计的电荷量为Q=Q1+Q2=2.8×10-9 C。

4.如图所示,电路中的电源为恒流源或恒压源(不管外电路的电阻如何变化,它都能够持续提供定值电流或定值电压)。当滑动变阻器的滑片向上滑动时,电压表的示数变化量的绝对值为ΔU,电流表的示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法正确的是              (　　)

A.电源为恒压源时,V示数增大,A示数减小

B.电源为恒压源时,V示数不变,A示数增大

C.电源为恒流源时,V示数增大,A示数减小,=R1

D.电源为恒流源时,V示数增大,A示数减小,=R2

【解析】选C。电源为恒压源时,当滑动变阻器的滑片向上滑动时,总电阻增大,总电流减小,所以R2两端的电压减小,R1两端的电压增大,所以R1的分流增大,A的示数减小,V的示数不变,即A、B项错误;若电源为恒流源时,当滑动变阻器的滑片向上滑动时,总电阻增大,V示数增大,R1两端的电压增大,所以R1的分流增大,A的示数减小,因U=I0R2+(I0-I)R1,所以=R1,C项正确,D项错误。

5.(多选)如图甲所示的电路中,电源电动势为3 V、内阻为2 Ω,R是阻值为8 Ω的定值电阻,A是理想电流表,L是小灯泡,小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。闭合开关S,电路稳定后,电流表A的示数为0.2 A。下列说法正确的是              (　　)

A.由图乙可知,小灯泡的电阻随电压的升高而增大

B.电路稳定后,电源内部发热消耗的功率是0.4 W

C.电路稳定后,小灯泡L消耗的电功率为1.0 W

D.电路稳定后,电源的效率约为87 %

【解析】选A、D。由公式R=及题图乙可知,小灯泡的电阻随电压的升高而增大,选项A正确;电路稳定后,电源内部发热消耗的功率I2r=0.22×2 W=0.08 W,选项B错误;电路稳定后,由题图乙可知,小灯泡两端的电压为1 V,则小灯泡L消耗的电功率为PL=IUL=0.2×1 W=0.2 W,选项C错误;电路稳定后,电源的效率约为η=×100 %=×100 %≈87 %,选项D正确。

6. (创新题)(多选)某国产手机(图甲)的性能已在世界领先,其电池的铭牌如图乙所示,第一行标有“3.8 V　3 000 mAh(11.4 Wh)”。对该铭牌的参数进行分析,下列说法正确的是              (　　)

3.8 V　3 000 mAh(11.4 Wh)

GB/T　18287-2013

锂聚合物电池/Li-Polymer Battery

充电限制电压:4.35 V

Limited charge voltage:4.35 V

警告

只能使用专用充电器充电。

请按照说明书指示使用电池。

乙

A.铭牌中的Wh是能量的单位

B.铭牌中的mAh是功率的单位

C.该电池放电时输出的总能量约为11.4 J

D.该电池放电时输出的总电荷量约为1.08×104 C

【解析】选A、D。由公式W=Pt可知,铭牌中的Wh是能量单位,故A正确;由公式q=It可知,铭牌中的mAh为电荷量的单位,故B错误;该电池放电时输出的总能量E=11.4×3 600 J=4.104×104 J,故C错误;该电池放电时输出的总电荷量约为q=3×3 600 C=1.08×104 C,故D正确。

7.如图甲所示,电路中R1=R2=100 Ω为定值电阻,白炽灯泡L的伏安特性曲线如图乙所示,电源的电动势E=100 V,内阻不计,求:

(1)当电键K断开时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际功率;

(2)当电键K闭合时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际功率。

　　　　　 【解题指导】解答本题应注意以下两点:

(1)当电键K断开时,可将E和R1视为一等效电源。

(2)当K闭合时,将R1和R2均视为内阻。

【解析】(1)当电键K断开时,可将R1视为内阻,也就是将E和R1视为一等效电源,作出该闭合电路的I-U图线,两条线的交点即为灯泡的实际工作点,而要想画出该闭合电路的I-U图线,须知等效电源的等效电动势和等效短路电流。设想将等效电源的外电路断开时的路端电压即等效电源的电动势,E′=E=100 V;而将等效外电路短路时流经电源的电流即等效短路电流,I0′== A=1 A,据此作出该闭合电路的U-I图线如图中图线a所示,交点即为灯泡此时的实际工作点,可见,I1=0.6 A,U1=40 V,故P1=U1I1=24.0 W。

(2)同理,当K闭合时,可将R1和R2均视为内阻,同样的方法可得E″=50 V,I″=1.0 A,作出该闭合电路的U-I图线如图中图线b所示,由图可知得I2≈0.46 A,U2≈26 V,故P2=U2I2≈12 W。

答案:(1)40 V　0.6 A　24.0 W

(2)26 V　0.46 A　12 W

　　　【加固训练】

(能力拔高题)如图所示电路,电源电动势E=3 V,内阻r=1 Ω,两个定值电阻阻值R1=R2=2 Ω,电容器的电容C=20 μF。开关全部闭合时,一颗带电油滴恰能在极板间静止。取重力加速度g=10 m/s2,求:

(1)极板的带电荷量大小;

(2)电源的效率;

(3)断开开关S2(认为电容器充放电过程极快完成),油滴加速度的大小和方向。

【解析】(1)回路电流I==1 A

电容器两板间电压U=IR1=2 V

电容器带电荷量Q=CU=4×10-5 C

(2)电源输出功率P=IU=2 W

电源总功率P总=IE=3 W

电源效率η=×100%≈66.7%

(3)设油滴带电荷量为q,极板间距为d

开始时q=mg后来q-mg=ma

解得a=5 m/s2,方向竖直向上

答案:(1)4×10-5 C　(2)66.7%

(3)5 m/s2　方向竖直向上

8.(2021·西宁模拟)如图所示的电路中,闭合开关S后,灯泡L1、L2不亮,用电压表检测电压得到Ubc=0,Ucd=6 V,若电路中只有一处断路,则发生断路的是              (　　)

A.L1灯　　　B.L2灯　　　C.R　　　D.电源

【解析】选B。Ubc=0,由于R的分压为零,通过R中的电流为零,也就是说R没有断路,而Ucd=6 V,即L2的分压远远大于R的分压,运用闭合电路中分压的知识可知,此时L2的电阻远远大于R的电阻,所以是L2断路(可近似看成电阻无限大),故B正确。

9.(多选)(2021·铜仁模拟)如图所示,电源电动势E=6 V,小灯泡L的规格为“3 V　0.9 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=8 Ω时,小灯泡L正常发光,现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,已知电动机的线圈电阻R0=2 Ω。则              (　　)

A.电源内阻为2 Ω

B.电动机正常工作的电压为3 V

C.电动机输出的机械功率为0.54 W,其效率为75%

D.电源的效率约为75%

【解析】选A、C。小灯泡正常工作时的电阻RL==10 Ω,流过小灯泡的电流I==0.3 A,当开关S接1时,R总==20 Ω,电源内阻r=R总-RL-R=2 Ω,选项A正确;由“小灯泡正常发光”可知当开关S接2时,电路中的电流与开关S接1时的电流相同,所以电动机的正常工作电压U机=E-I(RL+r)=2.4 V,选项B错误;电动机的输入功率P入=U机I=0.72 W,而它的热功率P热=I2R0=0.18 W,则它输出的机械功率P机出=P入-P热=0.54 W,电动机的效率η机=×100%=×100%=75%,选项C正确;电源的效率η=×100%=×100%=90%,选项D错误。

　　　【加固训练】

(多选)某电路如图所示,电源电动势为E、内阻为r,定值电阻分别为R1、R2,电位器(滑动变阻器)为R,L1是小灯泡,电压表和电流表都为理想电表。闭合开关,当电位器的触片由a端滑向b端时,则下列说法正确的是              (　　)

A.小灯泡L1将变亮

B.电压表的示数与电流表A1示数的比值将变大

C.电流表A1的示数将变大

D.电源的电功率将变大

【解析】选A、C、D。当电位器的触片滑向b端时,电位器接入电路的电阻变小,外电路总电阻变小,由闭合电路欧姆定律知,总电流变大,电流表A1的示数将变大,路端电压变小,通过R1、R2的电流变小,通过小灯泡L1所在支路电流变大,小灯泡L1将变亮,故A、C正确。电压表的示数与电流表A1示数的比值等于外电路总电阻,可知该比值变小,故B错误。总电流变大,由P=EI知,电源的电功率将变大,故D正确。

10.(多选)(2021·洛阳模拟)某种小灯泡的U-I图线如图甲所示,三个完全相同的这种小灯泡连接成如图乙所示的电路,四个电表均为理想电表。现闭合开关S,电压表V1的示数为4 V,以下说法正确的是              (　　)

A.电压表V2的示数为1.0 V

B.电源的输出功率为3.0 W

C.电流表A2的示数为0.60 A

D.电源的电动势一定为8 V,内阻为5 Ω

【解析】选A、B。题图中等效电路为灯泡L2与L3并联后与灯泡L1串联,电压表V1测L1两端电压,示数为4.0 V,由U-I图象可得干路电流为0.6 A,根据并联电路特点得另外两个灯泡的电流均为0.3 A,再根据U-I图象得到灯泡L2与L3并联部分电路的电压为1.0 V,故电压表V2的示数为1.0 V,电流表A2的示数为0.30 A,故选项A正确,C错误;电源路端电压为U=4 V+1 V=5 V,干路电流为I=0.6 A,故输出功率为P=UI=5×0.6 W=3 W,选项B正确;电源路端电压为U=E-Ir,只有一组数据,无法求解电源电动势和内阻,故选项D错误。

11.(2020·资阳模拟)“世纪工程”——港珠澳大桥于2018年10月24日9时正式通车,大桥主桥部分由约为6.7 km 海底隧道和22.9 km桥梁构成,海底隧道需要每天24小时照明,而桥梁只需晚上照明。假设该大桥的照明电路可简化为如图所示电路,其中太阳能电池供电系统可等效为电动势为E、内阻为r的电源,电阻R1、R2分别视为隧道灯和桥梁路灯,已知r小于R1和R2,则下列说法正确的是              (　　)

A.夜间,电流表示数为

B.夜间,开关K闭合,电路中电流表、电压表示数均变小

C.夜间,由于用电器的增多,则太阳能电池供电系统损失的电功率增大

D.当电流表示数为I,则太阳能电池供电系统输出电功率为EI

【解析】选C。夜间,桥梁需要照明,开关K闭合,电阻R1、R2并联,根据闭合电路欧姆定律可知,电流表示数I=,故A错误;夜间,开关K闭合,总电阻减小,干路电流增大,电路中电流表示数变大,故B错误;根据能量守恒定律可知,夜间,由于用电器的增多,则太阳能电池供电系统损失的电功率增大,故C正确;当电流表示数为I,则太阳能电池供电系统总功率为EI,输出功率为EI-I2r,故D错误。

12.在如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2的阻值未知,R3是滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图乙所示,其中图线上的A、B两点是滑片在滑动变阻器的两个不同端点时分别得到的。求:

(1)电源的电动势和内电阻;

(2)定值电阻R2的阻值;

(3)滑动变阻器R3的最大值。

【解析】(1)由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir

将图线上A、B两点的U、I值代入得

E=16+0.2r,E=4+0.8r

解得E=20 V,r=20 Ω。

(2)当R3的滑片自左向右滑动时,R3的有效阻值变小,电路中的总电阻变小,总电流变大,由此可知,图线上的A、B两点分别对应滑片位于最左端和最右端。当滑片位于最右端时,R3=0,R1被短路,外电路电阻即为R2,故由B点的U、I值得R2== Ω=5 Ω。

(3)当滑片在最左端时,R3的有效阻值最大,并对应着图线上的A点,故由A点的U、I值可求出此时外电路的电阻,再根据串、并联电路的规律求出R3的最大值

R外== Ω=80 Ω,又R外=+R2

代入数据解得滑动变阻器R3的最大值R3max=300 Ω。

答案:(1)20 V　20 Ω　(2)5 Ω　(3)300 Ω

　　　【加固训练】

　　(2018·北京高考)如图甲所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电。改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。

(1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图乙中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图象的示意图,并说明U-I图象与两坐标轴交点的物理意义。

(2)a.请在图乙画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率。

　b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。

(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。

【解析】(1)U-I图象如图所示,其中图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势,与横轴交点的坐标值为短路电流。

(2)a.如图所示

　b.电源输出的电功率:

P=I2R=R=

当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为Pmax=。

(3)电动势定义式:E=

根据能量守恒定律,在图甲所示电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq=W非静电力

E==Ir+IR=U内+U外

答案:见解析