鲁科版高中物理必修第三册第4章闭合电路欧姆定律与科学用电检测含答案

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第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电满分100分,限时75分钟一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.手电筒中的干电池的电动势为1.5 V,用它给某小灯泡供电时,电流为0.3 A,下列说法不正确的是 (　　)A.电路中每通过1 C的电荷量,电源把1.5 J的化学能转化为电能B.干电池在10 s内将4.5 J的化学能转化为电能C.该干电池外接电阻越大,电源的效率越高D.干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2 V的蓄电池强2.如图所示,直线a为某电源的路端电压随电流的变化图线,曲线b为小灯泡R两端的电压随电流的变化图线,用该电源和该小灯泡R组成的闭合电路,电源的输出功率和电源的内电阻分别是 (　　)A.0.6 W,5 Ω　　　　B.0.6 W,203 ΩC.0.8 W,5 Ω　　　　D.0.8 W,203 Ω3.一辆打开车灯的汽车,在其电动机启动时车灯会瞬间变暗,如图所示,在打开车灯的情况下,电动机未启动时电流表读数为10 A,电动机启动时电流表读数为58 A,若电源电动势为12.5 V,内阻为0.05 Ω,电流表内阻不计,则因电动机启动,车灯的电功率降低了 (　　)A.35.8 W　　　　B.76.8 WC.43.2 W　　　　D.48.2 W4.有一电池,外电路断开时的路端电压为3.0 V,外电路接上阻值为8.0 Ω的电阻后,路端电压降为2.4 V,则可以确定电池的电动势E和内阻r为 (　　)A.E=2.4 V,r=1.0 Ω　　　　B.E=2.4 V,r=2.0 ΩC.E=3.0 V,r=2.0 Ω　　　　D.E=3.0 V,r=1.0 Ω5.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像,则下列说法中正确的是 (　　)A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2B.电动势E1=E2,短路电流I1E2,内阻r1E2,内阻r1>r26.有两位同学用同一组电学元件分别连接成图甲和图乙的调光电路。在闭合开关后,使滑动变阻器的滑片由最左端开始向右滑动,直到灯泡正常发光。则灯泡正常发光时电源总功率和整个过程中灯泡的亮度变化情况是 (　　)A.甲电路中的电源总功率小,亮度变化范围大B.甲电路中的电源总功率小,亮度变化范围小C.乙电路中的电源总功率小,亮度变化范围大D.乙电路中的电源总功率小,亮度变化范围小7.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡,R为滑动变阻器。电流表和电压表读数分别为I、U,其读数变化量大小分别为ΔI、ΔU。现闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向上滑动时 (　　)A.I增大　　　　B.L变暗C.U变小　　　　D.ΔUΔI不变8.某学校高二物理兴趣小组的同学自制欧姆表,电路图如图甲,电流表G满偏电流Ig=3 mA,内阻Rg=30 Ω,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω。下列说法正确的是 (　　)　　A.使用该欧姆表时,应将黑表笔插入A孔B.欧姆调零时,R0接入电路的阻值为500 ΩC.将待测电阻Rx接入A、B间,此时G的示数如图乙所示,则Rx为1 kΩD.该欧姆表能较准确测量电阻的范围为1 kΩ~3 kΩ二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)9.如今,人们对手机的依赖程度越来越高,手机已成为人们必不可少的随身物品,然而长时间使用手机会对眼睛造成一定的伤害,因此现在的智能手机都有一项可以调节亮度的功能,该功能既可以自动调节亮度,也可以手动调节。某同学为了模拟该功能,设计了如图所示的电路,R1为光敏电阻,光照增强,阻值变小,R2为滑动变阻器,闭合开关后,下列说法正确的是 (　　)A.仅光照变弱,小灯泡变亮B.仅光照变强,小灯泡变亮C.仅将滑片向a端滑动,小灯泡变暗D.仅将滑片向a端滑动,电池输出的路端电压变小10.如图,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关S,小灯泡L1、L2的电阻分别为R1、R2。不考虑灯丝电阻随温度的变化,电流表、电压表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片由右端向左滑动时,下列说法正确的是(　　)A.电流表A1示数变小,电流表A示数变大,小灯泡L1变亮B.电流表A示数变大,电压表V示数变小,小灯泡L2变暗C.电压表示数变化ΔU,电流表A示数变化ΔI,ΔUΔI=rD.电压表示数变化ΔU,电流表A示数变化ΔI,ΔUΔI=R11.在如图所示的竖直方向的电路中,电压表和电流表均为理想电表,R1、R2、R3为定值电阻,电源电动势为E、内阻为r,开关S1闭合,S2断开,水平放置的平行板电容器中间有一带电油滴处于静止状态,当S2从断开到闭合后,下列说法正确的是 (　　)A.两表读数均变小B.电源内阻消耗的功率变小C.油滴将向上运动D.电容器带的电荷量减少12.如图甲所示,电源的电动势E=3 V,内阻为r,闭合开关S,滑动变阻器的滑片C从A端滑至B端的过程中,电路中的一些物理量的变化规律如图乙所示:图Ⅰ描述电源的输出功率随路端电压的变化规律,图Ⅱ描述路端电压随电流的变化规律,图Ⅲ描述电源的效率随外电阻的变化规律。电表、导线对电路的影响不计。则下列说法正确的是 (　　)乙A.电源的内阻r为2 ΩB.滑动变阻器最大阻值为9 ΩC.Ⅰ图上b点的坐标(1.5 V,2.25 W)D.Ⅱ图上a点的坐标(0.6 A,2.7 V)三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)某同学利用下列实验器材测量电源的电动势和内阻。A.待测电源B.电阻箱R(最大电阻值为30 Ω)C.小量程电流表G(内阻不计)D.定值电阻R0(电阻值为3 000 Ω)E.开关、导线若干该同学设计的实验电路图如图甲所示。(1)该实验可以近似认为通过电源内部的电流等于流过电阻箱的电流,则电阻箱的阻值R、小量程电流表的示数I、电源的电动势E、内阻r和定值电阻R0之间的关系为E=　　　　。 (2)多次改变电阻箱的阻值R,读出对应电流表的示数I,作出图像如图乙所示,则电源的电动势E=　　　　V、内阻r=　　　　Ω。(结果均保留三位有效数字) 14.(9分)某实验小组想要测量一量程为0~6 V的电压表的内阻,进行了如下的操作:(1)先用多用电表的欧姆挡进行测量,将欧姆挡选择开关拨至“×10”倍率时,发现指针偏角较小,说明电阻较　　　　(填“大”或“小”),于是改用　　　　(填“×1”或“×100”)倍率;多用电表表盘如图甲所示,根据选好的挡位,读出电压表的阻值为　　　　Ω;每次换挡后都要进行的操作是　　　　(填“机械调零”或“欧姆调零”);测量时,红表笔接电压表的　　　　接线柱(填“正”或“负”)。 (2)为了准确测出电压表的内阻,小明设计了如图乙所示的电路,图中定值电阻的阻值为R0,闭合开关,调节滑动变阻器的阻值,读出电流表的示数I、电压表的示数U,可知电压表V的内阻RV=　　　　。 15.(9分)如图所示是手电筒的简化电路图。老式的手电筒是把两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动势是1.5 V,手电筒内的小灯泡的额定电压为2.5 V,额定电流为0.3 A,按下开关后,小灯泡正常发光。(1)手电筒不工作时,电源两端电压是多大?为什么小灯泡的额定电压是2.5 V,而不是3 V?(2)算一算,小灯泡正常工作时的电阻多大?电池组的内电阻多大?(结果均保留1位小数)16.(10分)在如图所示的电路中,电源电动势E=12 V,内阻r未知,R1是阻值为5 Ω的定值电阻,R2是由某金属氧化物制成的导体棒,可视为非纯电阻,实验证明通过R2的电流I和它两端电压U数值遵循I=0.2U3的规律。闭合开关S后,理想电流表的示数为1.6 A。求:(1)R1、R2消耗的电功率P1、P2;(2)电源的内阻r。17.(10分)利用电动机通过如图所示的电路提升重物,已知电源电动势E=6 V,电源内阻r=1 Ω,电动机内阻r0=2 Ω,电阻R=3 Ω,重物质量m=0.10 kg。当电动机以稳定的速度匀速提升重物时,理想电压表的示数为U=5.5 V。不计空气阻力和摩擦。求:(1)流经电源的电流I和电动机两端的电压U2;(2)电动机的输入功率P入、热功率P热和输出功率P出;(3)重物匀速上升时的速度v;(4)电源的工作效率η。18.(16分)在如图所示的多元件电路中,有三个定值电阻R0、R1、R2,阻值均为2 Ω,有一电容器,其电容为C=3×10-7 F,电源的电动势E=8 V,内阻r=1 Ω,滑动变阻器阻值范围是0~8 Ω,现将开关S闭合。(1)为了使滑动变阻器R3消耗功率最大,其阻值R3应调到多大?此时滑动变阻器的功率是多少?(2)在滑动变阻器的滑片从最左端a滑到最右端b的过程中电容器的电荷量变化了多少?答案全解全析1.D　电路中每通过1 C的电荷量,非静电力做功为W非=qE=1×1.5 J=1.5 J,故电路中每通过1 C的电荷量,电源把1.5 J的化学能转化为电能,A正确;根据W=EIt=1.5×0.3×10 J=4.5 J可得干电池在10 s内将4.5 J的化学能转化为电能,B正确;设外电阻为R,内阻为r,则电源的效率为η=UIEI=RR+r=11+rR,可知该干电池外接电阻越大,电源的效率越高,C正确。干电池的电动势小于蓄电池的电动势,则干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2 V的蓄电池弱,D错误。本题选不正确的,故选D。2.A　电源的U-I图像表达式为:U=E-Ir,则U-I图像斜率的绝对值表示内阻,根据题图可知,电动势E=4 V,内电阻为r=4−10.6−0 Ω=5 Ω,两个图线的交点坐标表示路端电压和对应的电流,即路端电压为3 V,电流为0.2 A,故电源的输出功率为:P出=UI=3×0.2 W=0.6 W,故选A。3.C　电动机不启动时,车灯的电压为电源路端电压,设为U'L,电动机启动后车灯电压仍为路端电压,设为U'L,由闭合电路欧姆定律得I=ER+r,解得R=1.2 Ω,车灯消耗功率为PL=EI-I2r=120 W,电动机启动后,路端电压U'L=E-I'r=9.6 V,车灯消耗电功率为P'L=U'L2R=9.621.2 W=76.8 W,所以车灯功率降低了ΔP=120 W-76.8 W=43.2 W,故选项C正确。4.C　由题意可知,外电路断开时的路端电压为3.0 V,则电池的电动势E=3.0 V。当外电路接上阻值为8.0 Ω的电阻后,路端电压降为2.4 V,由U=IR,U=E-Ir,得r=2.0 Ω,故选C。5.A　电源U-I图线的纵轴截距表示电源的电动势,斜率大小表示内阻,所以电动势E1=E2,内阻r1I2。故选A。6.B　乙图中灯泡电压、电流可以从0开始调节,则灯泡的亮度变化范围较大。甲电路中的电源总功率为P甲=EI灯,乙电路中的电源总功率为P乙=EI灯+I滑,则甲电路中的电源总功率较小,故选B。7.D　当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,滑动变阻器接入电路阻值变大,电路总电阻变大,根据闭合电路欧姆定律可知,电路总电流减小,路端电压增大,则电流表读数I减小,电压表读数U增大,灯泡L两端电压增大,通过L的电流增大,L变亮,故A、B、C错误;根据闭合电路欧姆定律可得E=U+Ir,则U=E-Ir,可得ΔUΔI=r,则ΔUΔI不变,故D正确。故选D。8.C　根据“红进黑出”可知,A错误。根据闭合电路欧姆定律可得Ig=Er+Rg+R0,解得R0=469 Ω,故B错误。C选项,根据闭合电路欧姆定律可得13Ig=Er+Rg+R0+Rx,解得Rx=1 kΩ,故C正确。欧姆表的中值电阻附近刻度最均匀,读数误差最小;欧姆表的中值电阻R中等于欧姆表的内电阻R总,根据闭合电路欧姆定律,满偏时Ig=ER总,得R总=500 Ω,R中=R总=500 Ω,故D错误。故选C。9.BC　仅光照变弱,光敏电阻阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,灯泡变暗,故A错误;当光照变强时,光敏电阻的阻值变小,电流变大,则灯泡变亮,故B正确;仅将滑片向a端滑动,R2阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,灯泡变暗,故C正确;仅将滑片向a端滑动,R2阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,根据U=E-Ir,可知,路端电压变大,故D错误。故选B、C。10.BC　滑动变阻器滑片由右端向左滑动时,变阻器接入的阻值变小,根据“串反并同”可知,电流表A1示数变大,电流表A示数变大,电压表V示数变小,小灯泡L1变亮,小灯泡L2变暗,故A错误,B正确;根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,电压表测的是路端电压,电流表A测的是干路电流,所以ΔUΔI=r,故C正确,D错误。故选B、C。11.AD　当S2闭合后,电路总电阻减小,干路电流增大,电源内阻r、电阻R3两端的电压增大,根据闭合电路欧姆定律可知,电阻R2、R1两端的电压减小,通过电阻R2、R1的电流减小,则电流表读数减小,电压表读数减小,故A正确;电源内阻消耗的功率P=I2r,因为干路电流增大,电源内阻消耗的功率变大,故B错误;电容器两极板间电压减小,板间距离不变,所以电场强度减小,油滴所受电场力小于重力,油滴向下运动,故C错误;电容器两极板间电压减小,电容器电容不变,根据Q=CU可知电容器带的电荷量减少,故D正确。故选A、D。12.BC　由图乙中Ⅱ图可知短路电流为I短=3 A,由I短=Er,得r=33 Ω=1 Ω,故A错误;电源效率最高时,滑动变阻器的阻值最大,由Ⅲ图知电源的最大效率为η=90%,根据η=UIEI×100%=RR+r×100%,解得R=9 Ω,即变阻器最大阻值为9 Ω。故B正确;当电源输出功率达到最大时,R=r=1 Ω,此时路端电压为U=E2=1.5 V,输出功率P出=E24r=2.25 W,Ⅰ图上b点坐标为(1.5 V,2.25 W),故C正确;Ⅱ图上,最小电流I=ER+r=39+1 A=0.3 A,根据闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir=3 V-0.3×1 V=2.7 V,Ⅱ图上a点的坐标为(0.3 A,2.7 V),故D错误。故选B、C。13.答案　(1)IR0+IR0Rr(2分)　(2)3.00(2分)1.33(2分)解析　(1)根据电路图,由闭合电路的欧姆定律得E=IR0+IR0Rr(2)根据E=IR0+IR0Rr可得1R=ER0r·1I-1r题图乙中1R-1I图线的斜率k=ER0r=3.05000−1000 A/Ω纵轴截距的绝对值b=1r=0.75 Ω-1解得E=3.00 V,r=1.33 Ω14.答案　(1)大(1分)　 ×100(1分)　2 200(2分)　欧姆调零(1分)　负(1分)　(2)UR0IR0−U(3分)解析　(1)指针偏角较小,说明电阻较大,所选倍率偏小,应增大倍率,即改用“×100”倍率。由题图甲读出电压表的阻值为22×100 Ω=2 200 Ω。每次换挡后都要进行欧姆调零。红表笔与内部电源的负极相连,黑表笔与内部电源的正极相连,测量时,红表笔接电压表的负接线柱。(2)据欧姆定律可得,电压表V的内阻RV=UI−UR0=UR0IR0−U15.答案　(1)3.0 V(2分)　见解析(3分)(2)8.3 Ω(2分)　1.7 Ω(2分)解析　(1)手电筒不工作时,电源两端电压等于电源的电动势,即3.0 V;小灯泡工作时,电路中有电流通过,由于电源有内阻,内部有电势降落,因此小灯泡的额定电压比电源电动势要小。(2)小灯泡正常工作时的电阻R=UI=2.50.3 Ω≈8.3 Ω,据闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,电池组的内电阻为r=E−UI=3−2.50.3 Ω≈1.7 Ω。16.答案　(1)12.8 W,3.2 W　(2)1.25 Ω解析　(1)串联电路电流相等,通过R2的电流为1.6 A (1分)由I=0.2U23 (1分)得R2两端的电压U2=2 V(1分)通过R1的电流也为I=1.6 A(1分)根据欧姆定律,R1两端的电压U1=IR1=1.6×5 V=8.0 V(1分)电阻R1消耗的功率为P1=IU1=1.6×8 W=12.8 W(1分)电阻R2消耗的功率为P2=IU2=1.6×2 W=3.2 W(1分)(2)根据闭合电路的欧姆定律有E=U1+U2+Ir (2分)解得r=12−8−21.6 Ω=1.25 Ω(1分)17.答案　(1)0.5 A　4 V　(2)2 W　0.5 W　1.5 W　(3)1.5 m/s(4)91.67%解析　(1)流经电源的电流I=E−Ur=6−5.51 A=0.5 A(1分)电动机两端的电压U2=U-IR=5.5 V-0.5×3 V=4 V(2分)(2)电动机的输入功率P入=IU2=2 W(1分)热功率P热=I2r0=0.52×2 W=0.5 W(1分)输出功率P出=P入-P热=1.5 W(1分)(3)重物匀速上升时P出=mgv (1分)解得v=1.5 m/s(1分)(4)电源的工作效率为η=P外P总×100%=UE×100%=5.56×100%≈91.67%(2分)18.答案　(1)4 Ω,4 W　(2)1.2×10-6 C解析　(1)将滑动变阻器以外的电阻看成等效电源内阻的一部分,等效电源电动势和内阻为E=8 V(1分)r'=r+R0+R1R2R1+R2=4 Ω(1分)电流为I=ER3+r' (1分)滑动变阻器的功率为P=I2R3 (1分)整理得P=E2(R3−r')2R3+4r' (1分)故滑动变阻器的功率最大时,有R3=r'=4 Ω(1分)此时Pm=E24r'=4 W(1分)(2)滑片在a端时,总电阻R总=r'+R3=12 Ω(1分)干路电流I1=Er'+R3=23 A(1分)电容器两端的电压为U1=E-I1(R3+r)=2 V(1分)电容器的电荷量Q1=CU1=6×10-7 C(1分)滑片在b端时,电路总电阻R总'=4 Ω(1分)干路电流I2=ER总'=2 A(1分)电容器两端的电压U2=E-I2r=6 V(1分)电容器的电荷量Q2=CU2=1.8×10-6 C(1分)电容器的电荷量增加量为ΔQ=Q2-Q1=1.2×10-6 C(1分)