2019人教版高三物理课时集训电路闭合电路欧姆定律含解析

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2019人教版高三物理课时集训电路闭合电路欧姆定律含解析

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来源莲山
课 件 w w w.5y K J.Co m 课时分层集训(二十四) 电路 闭合电路欧姆定律
(限时:40分钟)
(对应学生用书第313页)
[基础对点练]
串、并联电路、电表的改装
1.(多选)如图8­2­19所示,用小量程电流表○A 与一电阻R并联可制成一电流表,在检测新制成的电流表时,如果发现它的示数总比准确值稍微小一些或稍微大一些,那么应分别采取什么措施加以修正(  )
 
图8­2­19
A.如果示数稍微小些,可在R上串联一个比R小得多的电阻
B.如果示数稍微小些,可在R上并联一个比R大得多的电阻
C.如果示数稍微大些,可在R上串联一个比R小得多的电阻
D.如果示数稍微大些,可在R上并联一个比R大得多的电阻
AD [如果示数稍微小些,说明通过分流电阻的电流偏大,分流电阻偏小,为校准电流表,应增加分流电阻阻值,可以在R上串联一个比R小得多的电阻,故A正确,B错误;如果示数稍微大些,说明通过分流电阻的电流偏小,分流电阻偏大,为校准电流表,应减小分流电阻阻值,可以将分流电阻变得稍小些即可,可以在R上并联一个比R大得多的电阻,故C错误,D正确;故选A、D.]
2.(多选)(2018·大庆模拟)如图8­2­20所示,将一个改装的电流表接入电路进行校准,发现待测表的读数比标准表的读数偏大一些,如表头G的Ig是准确的,出现的误差可能是下述哪种原因引起的(  )
【导学号:84370315】
 
图8­2­20
A.Rg的测量值比真实值偏大
B.Rg的测量值比真实值偏小
C.所并联的R并比公式R并′=IgRgI-Ig计算出的R并′偏小
D.所并联的R并比公式R并′=IgRgI-Ig计算出的R并′偏大
AD [Rg的测量值比真实值偏大时,所并联的R并比公式R′并=IgRgI-Ig=RgIIg-1计算出的R′并偏大,标准表与表头、电阻R并的总电流相等,R并大则分流小,表头分流大,就可能使表头的示数比标准表的大,即待测表的示数比标准表的示数偏大,故A、D正确,B、C错误.]
3.(多选)如图8­2­21所示是简化的多用电表的电路.转换开关S与不同接点连接,就组成不同的电表,下面是几位同学对这一问题的议论,请你判断他们中的说法正确是(  )
 
图8­2­21
A.S与1、2连接时,多用电表就成了电流表,且前者量程较大
B.S与3、4连接时,多用表就成了欧姆表,且A 接线柱为红表笔                           
C.S与5、6连接时,多用表就成了电压表,且前者量程较小
D.S与5、6连接时,多用表就成了电压表,且前者量程较大
ABC [A选项中,由图知当转换开关S旋转到1、2连接时,电阻与表头并联,多用电表就成了电流表,当并联电阻越小时,量程越大,故A对;B选项中,由图可知S接3、4时,多用表就成了欧姆表,电源的负极与红表笔相连,故A接线柱为红表笔,B对;C、D选项中,S与5、6连接时,多用电表就成了电压表,电流表所串联的电阻越大,改装的电压表量程越大,故转换开关S旋转到6时的量程较大,故C对,D错.]
闭合电路的功率、效率问题
4.(多选)如图8­2­22所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,四个电阻的阻值已在图中标出.闭合开关S,下列说法正确的有(  )
 
图8­2­22
A.路端电压为10 V
B.电源的总功率为10 W
C.a、b间电压的大小为5 V
D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A
AC [根据串并联电路的特点可得,外电路总电阻为10 Ω,根据闭合电路欧姆定律得通过电源的电流为I=122+10A=1 A,则路端电压为U=IR外=10 V,选项A正确;电源的总功率P=EI=12 W,选项B错误;若取电源负极的电势为0,则a点电势为φa=2.5 V,b点电势为φb=7.5 V,a、b间电压的大小为5 V,选项C正确;若a、b间用导线连接起来,根据串并联电路的特点可得,外电路总电阻为7.5 Ω,根据闭合电路欧姆定律得电路的总电流为I=122+7.5A≈1.26 A,选项D错误.]
5.(多选)(2018·沧州模拟)如图8­2­23所示的电路由电源、电阻箱和电流表组成,电源电动势E=4 V,内阻r=2 Ω;电流表内阻忽略不计,闭合开关,调节电阻箱,当电阻箱读数分别等于R1和R2时,电流表对应的读数分别为I1和I2,这两种情况下电源的输出功率相等,下列说法正确的是(  )
 
图8­2­23
A.I1+I2=2 A        B.I1-I2=2 A
C.R1=1R2   D.R1=4R2
AD [根据闭合电路欧姆定律得:I1=ER1+r=4R1+2①
I2=ER2+r=4R2+2②
这两种情况下电源的输出功率相等,则有:I21R1=I22R2③
由①②③解得:I1+I2=2 A,R1=4R2,故A、D正确.]
6.如图8­2­24甲所示,电源的电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,开关S闭合后,将滑动变阻器的滑片从A端移动到B端,该过程中定值电阻R1、R2消耗的功率与通过它们的电流的关系如图乙所示.由图可知,滑动变阻器的最大阻值以及R1的最大功率分别为(  )
【导学号:84370316】
 
图8­2­24
A.12 Ω 8 W   B.8 Ω 12 W
C.6 Ω 4 W   D.4 Ω 6 W
C [由题图可知,题图乙中下方曲线为R2的功率图线,上方曲线为R1的功率图线,由P=I2R可得R1=2.250.752 Ω=4 Ω,R2=0.720.62 Ω=2 Ω.当滑片在A点时,R2的功率最大,为0.72 W,通过R2的电流为I=0.6 A,则R2两端的电压为U=IR2=0.6×2 V=1.2 V,由闭合电路欧姆定律可得E=1.2 V+I总(R1+r),解得I总=0.8 A,则通过滑动变阻器的电流I′=I总-I=(0.8-0.6) A=0.2 A,滑动变阻器的最大阻值为R=1.20.2 Ω=6 Ω.当滑片在最下方时,R1的功率最大,电路中的总电流I″=ER1+r=66 A=1 A,则R1的最大功率Pmax=I″2R1=4 W.故选项C正确.]
 
(2018·青岛模拟)如图甲所示,R为电阻箱,Ⓐ为理想电流表,电源的电动势为E,内阻为r.图乙为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图象,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(  )
 
A.I1+I2>Er      B.I1+I2=Er
C.R1r>rR2   D.R1r<rR2
B [由闭合电路欧姆定律得,U=E-Ir,输出功率为P=UI=EI-I2r,故有EI1-I21r=EI2-I22r,整理得I1+I2=Er,故A错误,B正确;根据电功率表达式得,P0=I21R1=I22R2,且I1=ER1+r,I2=ER2+r,代入整理得R1R2=r2,故C、D错误.]
7.(多选)(2017·湖南株州质检)某种小灯泡的伏安特性曲线如图8­2­25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,电源的内阻为1.0 Ω.现闭合开关S,理想电压表V的示数为4.0 V,则(  )
【导学号:84370317】
 图8­2­25
A.三个灯泡的总电阻为8.3 Ω
B.电源的电动势为5.6 V
C.电源消耗的热功率为3.0 W
D.电源的效率为89.3%
ABD [理想电压表V的示数为4.0 V,可知串联灯泡的电流为0.6 A,此时小灯泡电阻4.00.6 Ω=203 Ω;每个并联灯泡的电流为0.3 A,电压1.0 V,此时小灯泡电阻RL=1.00.3 Ω=103 Ω,所以三个灯泡的总电阻为R总=203 Ω+12·103 Ω=8.3 Ω,A正确;电动势等于E=4 V+1 V+0.6×1.0 V=5.6 V,B正确;电源消耗的热功率为P热=0.62×1.0 W=0.36 W,C错误;电源效率η=55.6×100%=89.3%,D正确.]
动态分析问题
8.如图8­2­26所示电路中,电源电动势、内阻一定,R1、R2为定值电阻,当滑动变阻器R3的滑片P向上端a滑动时,电流表A1、A2及电压表V的示数的变化情况是  (  )
 
图8­2­26
A.A1示数增大,A2示数减小,V示数减小
B.A1示数减小,A2示数增大,V示数减小
C.A1示数增大,A2示数增大,V示数增大
D.A1示数减小,A2示数减小,V示数增大
B [滑片P向上端a滑动时,滑动变阻器连入电路的有效电阻减小,整个电路的总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律可知干路电流I增大,即A2的读数增大,因U=E-I(R2+r),I增大,U减小,即电压表V的读数减小,通过电流表A1的读数I1=UR1减小,选项B正确,A、C、D错误.]
9.(多选)如图8­2­27所示,电源电动势为E,内阻为r,电容器C两极板之间有一通过绝缘轻绳悬挂的带电小球,闭合开关S1、S2,电路稳定后轻绳与竖直方向的夹角为θ,下列有关说法正确的是(  )
【导学号:84370318】
 
图8­2­27
A.将滑片P1向左端缓慢滑动,θ增大
B.将滑片P2向上端缓慢滑动,θ减小
C.断开开关S1、S2,将电容器两极板错开一些,θ增大
D.断开开关S1、S2,将电容器两极板间距增大一些,θ减小
AC [闭合开关S1、S2,将滑片P1向左端滑动,R1增大,电容器两极板间电压U增大,对带电小球受力分析得qUd=mgtan θ,所以θ增大,选项A正确;R2的变化对电压U无影响,θ不变,选项B错误;断开开关S1、S2,电容器所带电荷量不变,将电容器两极板错开一些,由C=εS4πkd知电容器的电容减小,由C=QU知U增大,E增大,θ增大,选项C正确;将电容器两极板间距d增大一些,E不变,θ不变,选项D错误.]
10.(2018·枣庄模拟)如图8­2­28所示,R1、R2是两个定值电阻,R′是滑动变阻器,L为小灯泡,电源的内阻为r,开关S闭合后,当滑动变阻器的滑片P向上移动时,则(  )
 
图8­2­28
A.电压表示数不变   B.小灯泡变亮
C.电容器处于充电状态   D.电源的电功率变大
C [闭合开关S后,当滑动变阻器触头P向上移动时,R′增大,外电路总电阻增大,干路电流减小,则小灯泡亮度变暗,电源的内电压减小,路端电压增大,则电压表的示数变大,故A、B错误;电路稳定时电容器的电压等于R1、R′串联总电压,R′增大,根据串联电路电压分配规律可知,电容器两端的电压增大,则电容器处于充电状态,故C正确;电源的总功率为P=EI,干路电流I减小,E不变,则电源的总功率变小,故D错误.]
11.(2018·吉林模拟)科学家研究发现,磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大,随所处空间磁场的减弱而减小,如图8­2­29所示电路中GMR为一个磁敏电阻,R和R2为滑动变阻器,R1和R3为定值电阻,当开关S1和S2闭合时,电容器中一带电微粒恰好处于静止状态.则(  )
 
图8­2­29
A.只调节电阻R2,当P2向下端移动时,电阻R1消耗的电功率变大
B.只调节电阻R2,当P2向下端移动时,带电微粒向下运动
C.只调节电阻R,当P1向右端移动时,电阻R1消耗的电功率变大
D.只调节电阻R,当P1向右端移动时,带电微粒向下运动
C [只调节电阻R2,当P2向下端移动时,回路中电流不变,电阻R1消耗的电功率不变;电容器板间电压增大,板间场强增大,微粒所受的电场力增大,所以带电微粒向上运动,故A、B错误.只调节电阻R,当P1向右端移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电源电动势不变,所以电路中的电流减小,电磁铁的磁性减弱;由于电磁铁磁性的减弱,导致了磁敏电阻GMR的阻值减小,则通过R1的电流增大,其电功率增大;电容器两端的电压增大,板间场强增大,微粒所受的电场力增大,所以带电微粒向上运动,故C正确,D错误.故选C.]
 
(2018·吉安月考)如图所示电路中,电源电动势为E,电源内阻为r,串联的固定电阻为R2,滑动变阻器的总电阻为R1,电阻大小关系为R1=R2=r,则在滑动触头从a端移动到b端的过程中,下列描述中正确的是(  )
 
A.电路中的总电流先增大后减小
B.电路的路端电压先增大后减小
C.电源的输出功率先增大后减小
D.滑动变阻器R1上消耗的功率先减小后增大
B [当滑动变阻器从a→b移动时,R1左右两个部分并联电路总电阻先增大后减小,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流是先减小后增大,故A错误;路端电压U=E-Ir,因为电流先减小后增大,所以路端电压先增大后减小,故B正确;当R外=r的时候电源的输出功率最大,可知当滑片在a端或者b端时,外电路总电阻R外=r,此时电源的输出功率最大,所以输出功率是先减小后增大的,故C错误;将R2看成电源的内阻,等效电源的内阻为2r,变阻器为外电路,显然外电阻小于内电阻,外电阻先增大后减小,等效电源的输出功率,即R1上消耗的功率先增大后减小,故D错误.]
两类U­I图象的应用
12.如图8­2­30所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图线,设两个电源的内阻分别为ra和rb,若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上,通过R0的电流分别为Ia和Ib,则以下结论错误的是(  )
【导学号:84370319】
 
图8­2­30
A.ra>rb
B.Ia>Ib
C.R0接到a电源上,电源的输出功率较大,但电源的效率较低
D.R0接到b电源上,电源的输出功率较小,电源的效率较低
D [在电源路端电压与电流的关系图象中斜率表示电源内阻,ra>rb,A正确;在图象中作出定值电阻R0的伏安特性曲线,与电源的伏安特性曲线交点表示电路工作点,Ia>Ib,B正确;R0接到a电源上,电源的输出功率较大,但电源的效率较低,R0接到b电源上,电源的输出功率较小,但电源的效率较高,C正确,D错误.]
13.如图8­2­31所示的图线①表示某电池组的输出电压与电流的关系(U ­I图线),图线②表示其输出功率与电流的关系(P ­I图线).则下列说法错误的是(  )
 
图8­2­31
A.电池组的电动势为50 V
B.电池组的内阻为253 Ω
C.电流为2.5 A时,外电路的电阻约为15 Ω
D.输出功率为120 W时,输出电压是30 V
B [由图线①可知,电源电动势为50 V,内阻为5 Ω,选项A正确,B错误;由图线②可知,电流为2.5 A时,电源输出功率约为95 W,即电源输出电压约为38 V,所以外电路电阻约为15 Ω,选项C正确;当输出功率是120 W时,电路电流为4 A,输出电压为30 V,选项D正确.]
 
(2018·铁岭模拟)两电源电动势分别为E1、E2(E1>E2),内阻分别为r1、r2.当这两个电源分别和一阻值为R的电阻连接时,电源输出功率相等.若将R减小为R′,电源输出功率分别为P1、P2,则(  )
A.r1>r2 P1<P2   B.r1<r2 P1>P2
C.r1<r2 P1<P2   D.r1>r2 P1>P2
 
A [根据闭合电路欧姆定律得:U=E-Ir,可知电源的U­I图线的斜率绝对值等于r,所以有:r1>r2.电源的U­I图线与电阻的U­I图线的交点就表示了该电阻接在该电源上时的工作状态,此交点的横、纵坐标的乘积为电源的输出功率,即以此交点和坐标原点为两个顶点的长方形的面积表示电源的输出功率,由P=UI得知,对应U­I图象的是矩形面积,若将R减小为R′,由图中可知:P1<P2.故选A.]
[考点综合练]
14.(2018·南宁模拟)如图8­2­32所示的电路中,电源的电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω;电容器的电容C=3.6 μF,二极管D具有单向导电性,开始时,开关S1闭合,S2断开;
 
图8­2­32
(1)合上S2,待电路稳定后,求电容器C上电量变化了多少?
(2)合上S2,待电路稳定后再断开S1后流过R1的电量是多少?
[解析](1)设开关S1闭合,S2断开时,电容器两端的电压为U1,干路电流为I1,根据闭合电路欧姆定律有I1=ER1+r=1.5 A U1=I1R1=4.5 V
合上开关S2后,设电容器两端电压为U2,干路电流为I2,根据闭合电路欧姆定律有
I2=ER1R2R1+R2+r=2 A  U2=I2R1R2R1+R2=4 V
所以电容器上电量变化了ΔQ=(U2-U1)C=-1.8×10-6 C
故电容器的电量减少了1.8×10-6 C.
(2)合上S2后,设电容器上的电量为Q,则Q=CU2=1.44×10-5 C
断开S1后,R1和R2的电流与阻值成反比,因而流过的电量与阻值也成反比,故流过R1的电量Q1=R2R1+R2Q=9.6×10-6 C
故断开S1后流过R1的电量是9.6×10-6 C.
[答案](1)电容器的电量减少了1.8×10-6 C
(2)9.6×10-6 C
15.(2017·安庆模拟)在如图8­2­33所示电路中,定值电阻R0=2 Ω,电流表和电压表均为理想电表.闭合开关S,当滑动变阻器Rx的滑片P从一端移向另一端时,发现电压表的电压变化范围为0~3 V,电流表的变化范围为0.75~1.0 A.求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)移动滑动变阻器滑片时,能得到的电源的最大输出功率.
【导学号:84370320】
 
图8­2­33
[解析](1)当Rx=0时,Ux1=0,对应电流为
I1=1.0 A,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R0+r)①
当Rx为最大值时,Ux2=3 V,
对应电流为I2=0.75 A,有
E=I2(R0+r)+Ux2②
Rx的最大值为Rxm=Ux2I2=30.75 Ω=4 Ω
由①②两式代入数据得E=12 V,r=10 Ω.
(2)电源的输出功率P输出=(ERx+R0+r)2(Rx+R0)
当Rx+R0=r时,电源有最大输出功率,但Rx+R0恒小于r,由输出功率随外电阻变化的关系知,当Rx+R0取最大值时输出功率最大,即Pm=(ERxm+R0+r)2(Rxm+R0)=124+2+102×(4+2)W=3.375 W.
[答案](1)12 V 10 Ω (2)3.375 W
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