2024教科版高中物理必修第三册同步练习（有解析）--第二章 电路及其应用

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2024教科版高中物理必修第三册同步
第二章　电路及其应用
注意事项
1.全卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。
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.关于电流、电源和电阻,下列说法正确的是 (　　)
A.通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大
B.干电池在电路中的作用是把电子在其内部从负极搬运到正极
C.将一根粗细均匀的电阻丝均匀拉长为原来的10倍,其电阻变为原来的10倍
D.在串、并联组合的电路中,任意一个电阻增大而其余电阻不变时,电路的总电阻增大
2.如表所示是某电饭锅铭牌上的部分内容,根据表中信息可得该电饭锅的额定电流为 (　　)
电器名称 电饭锅
额定电压 220 V
额定功率 1 100 W
额定容量 4.0 L
A.0.2 A　　　　B.0.5 A　　　　C.2.0 A　　　　D.5.0 A
3.一只标有“220 V、60 W”的白炽灯泡,所加电压U由0逐渐增大到220 V。在此过程中,电压U和电流I的关系可用图线表示。在如图所示的四个图线中,符合实际的是 (　　)
A　　　　B　　　　C　　　　D
4.如图所示,横截面都是正方形的两段导体,材料和长度都相同,边长如图所示,其中A为中空导体,导体B刚好能嵌入导体A,现将AB并联后接入到一电路中,则 (　　)
A.A、B两段导体的电阻之比为1∶1
B.流过导体B的电流比流过导体A的大
C.导体A消耗的电功率比导体B消耗的电功率大
D.两段导体在相等时间内产生的热量之比为1∶2
5.如图所示的电路是家庭电路的一部分,电工师傅按下面的顺序进行检测:①闭合S1,灯L1亮;②再闭合S2,灯L1亮,灯L2不亮;③用试电笔测a、b、c、d四个接线点,试电笔只在c点不发光。若电路中只有一处故障,故障可能是 (　　)
A.灯L2短路
B.c点左侧的零线断路
C.灯L2所在支路断路
D.c、d两点间断路
6.如图所示,闭合S,A、B为两个相同的灯泡(均发光),当滑动变阻器的滑片P向下端滑动时 (　　)
A.A灯变亮,B灯变暗　　　　B.A灯变暗,B灯变亮
C.A、B灯均变亮　　　　D.A、B灯均变暗
7.小红在路上看到一个现象:当电动汽车的电动机启动时,汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示,已知汽车电源电动势为12.0 V,内阻为0.1 Ω。车灯接通电动机未起动时(即开关S1断开,S2闭合),电流表示数为10.0 A;电动机启动的瞬间(即开关S1、S2均闭合),电流表示数达到60.0 A。若电流表内阻不计,车灯电阻恒定,电动机启动时 (　　)
A.车灯两端的电压为11 V　　　　B.通过车灯的电流为50 A
C.车灯的功率为110 W　　　　D.车灯的功率约为33 W
8.火警报警器的电路示意图如图所示。其中,RT为用半导体热敏材料制成的传感器,这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器,电源两极之间接一报警器。当传感器RT所在处出现火情时,通过显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 (　　)
A.I变大,U变小　　　　B.I变大,U变大
C.I变小,U变小　　　　D.I变小,U变大
二、多项选择题(本题共3小题,每小题4分,共12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.如图所示,甲、乙两个电压表是由相同的电流表G(内阻为Rg)改装而成,R1=9Rg、R2=99Rg。下列说法正确的是 (　　)
A.甲的量程为乙的量程的10倍
B.测量同一电压时,甲表指针的偏转角度比乙表的大
C.甲、乙两电压表并联接入电路时,两表指针的偏转角度相同
D.甲、乙两电压表串联接入电路时,两表指针的偏转角度相同
10.如图所示,电路中R1、R2为定值电阻,电压表与电流表均为理想电表。闭合开关S,使滑动变阻器的滑片向左滑动,则下列说法正确的是 (　　)
A.电压表示数变大
B.电流表示数变大
C.电阻R2消耗的功率变大
D.电池的输出功率一定变大
11.如图所示,图甲中M为一电动机,当滑动变阻器R的滑片从左端滑到右端的过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2 A以下时,电动机没有发生转动,不考虑电表对电路的影响,以下判断正确的是 (　　)
甲　乙
A.电路中电源电动势为3.4 V
B.滑动变阻器滑片向右滑动时,V2读数逐渐减小
C.此过程中,电动机的输出功率最大值为0.54 W
D.滑动变阻器的最大阻值为30 Ω
三、非选择题(本题共6小题,共64分)
12.(6分)某实验小组做“测量一均匀新材料金属丝的电阻率”实验。
甲　　　乙
(1)如图甲所示,先用螺旋测微器测量金属丝Rx的直径d=　　　 mm;再用刻度尺测出金属丝Rx接入电路的长度为L。
(2)为了准确测量金属丝的电阻Rx,某同学设计了如图乙所示的电路。闭合S1,当S2接a时,电压表示数为U1,电流表示数为I1;闭合S1,当S2接b时,电压表示数为U2,电流表示数为I2,则待测金属丝的阻值Rx=　　　　(用题中的物理量符号表示)。根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率ρ=　　　　(用Rx、d、L表示)。
13.(8分)如图甲所示,用铜片、铝片和可乐可以做成可乐电池,电动势在0.4 V~0.6 V范围内,内阻几千欧,某实验兴趣小组制作了一个可乐电池并测量其电动势和内阻。
甲
乙
(1)如图乙所示,直接用多用电表“直流2.5 V”挡测量出可乐电池的电动势为　　　V。
(2)现有实验器材:
A.电压表(0~3 V,RV约为3 000 Ω)
B.电流表(0~300 μA,RA为300 Ω)
C.电阻箱(0~9 999 Ω)
D.滑动变阻器(0~20 Ω)
E.开关,导线若干
①为了更准确地测量可乐电池的电动势和内阻,选择合适的器材并按电路图　　　　完成电路连接。
②通过数据处理画出相应的可乐电池R-图像如图丙实线所示,可知该可乐电池的内阻约为　　　　Ω(保留2位有效数字)。
丙
③将该可乐电池静置5 h后再次测量获得的R-图像如图丙虚线所示,可知该可乐电池的电动势　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
14.(10分)某太阳能电池的开路电压(断路时的路端电压)为480 mV,短路电流为6 mA,把它与一个阻值为120 Ω的电阻器连接成闭合电路。
(1)电路中的电流为多大
(2)电路的输出功率为多少
15.(10分)如图所示,电路中电源电动势为E,内阻为r=1 Ω,定值电阻R=5 Ω,闭合S1、断开S2,电流表的示数是1.00 A;闭合S1和S2,电流表的示数是2.00 A,此时电动机竖直向上匀速吊起质量为m=0.6 kg的重物,已知电动机线圈电阻为R0=0.5 Ω,电流表、电压表均为理想电表,不计一切阻力,求:
(1)电源电动势E;
(2)闭合S1和S2时,重物向上运动的速率。
16.(12分)如图所示,电源电动势为E=10 V,内阻为r=1 Ω,定值电阻的阻值为R1=R2=1 Ω,平行板电容器的电容为C=100 μF,两极板间距离为d=30 cm,下极板接地,调节电阻箱,使其示数为R3=3 Ω,闭合开关S,电路稳定时,电容器正中间P点有一质量为m、电荷量为q=0.02 C的小球正好处于静止状态,求:
(1)小球的质量m;
(2)将小球仍固定在原来的位置P,将电阻箱的电阻改为R3'=8 Ω,当电路稳定时,求这时小球的电势能Ep及该过程通过R2的电荷量Q。
17.(18分)如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,R3为一滑动变阻器。当闭合开关S,R3的滑片P从上端滑至下端时,测得电源的路端电压随干路电流的变化如图乙中的实线所示,其中A(1 A,10 V)、B(0.5 A,12.5 V)两点对应滑片P在滑动变阻器的两个端点,C点对应电路中路端电压最大。求:
(1)电源的电动势E、内阻r和定值电阻R2的阻值;
(2)定值电阻R1的阻值和滑动变阻器R3的最大阻值。
答案与解析
第二章　电路及其应用
1.D 2.D 3.B 4.A 5.D 6.D
7.D 8.C 9.BD 10.AC 11.CD
1.D　根据I=可知,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大,选项A错误;干电池在电路中的作用是把正电荷在其内部从负极搬运到正极,选项B错误;将一根粗细均匀的电阻丝均匀拉长为原来的10倍,则横截面积变为原来的0.1倍,根据R=ρ可知,其阻值变为原来的100倍,选项C错误;在串、并联组合的电路中,任意一个电阻增大而其余电阻不变时,电路的总电阻增大,选项D正确。
2.D　根据P=IU可得该电饭锅的额定电流为I= A=5.0 A,选项D正确。
3.B　在实际情况中,灯泡的电阻受温度的影响,不同电压下温度不同,其电阻也不同,随温度的升高电阻增大。U-I图像中,图像上某点与原点的连线的斜率表示此时的电阻值。灯丝随着电流增大,电功率变大,温度升高。因此只有选项B是符合要求的,B正确,A、C、D错误。
4.A　根据电阻定律可得RA=ρ,RB=ρ,则A、B两段导体的电阻之比为=1∶1,故A正确;由于A、B导体并联,两段电压相等,电阻相等,根据欧姆定律I=可得,流过两导体的电流相等,故B错误;根据P=可知,两导体消耗的电功率相等,故C错误;根据焦耳定律Q=I2Rt可知,两段导体在相等时间内产生的热量之比为1∶1,故D错误。
5.D　闭合S1,灯L1亮,电路中有电流,说明电路为通路,从保险丝→a→S1→L1→c以及c点左侧的零线都没有断路,故B错误。再闭合S2,灯L2不亮,灯L2不亮的原因有两个:一个是断路、一个是短路。若灯L2短路,电路的电流会很大,将保险丝烧断,灯泡L1也不会发光,a、b两个接线点上,试电笔都不会发光,故A错误。若灯L2所在支路断路,d点试电笔不发光,故C错误。若c、d两点间断路,灯泡L2与零线不能构成闭合电路,电路中没有电流,灯泡不会发光,但d点会通过灯泡L2与火线间接相连,试电笔会发光,故D正确。
6.D　电路的结构是滑动变阻器与灯B并联,后与R串联,再与灯A并联。当滑动变阻器的滑片P向下端滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,则总电流增大,内电压增大,路端电压减小,即A灯两端电压变小,通过A的电流减小,则灯A变暗。因总电流增大、通过A的电流减小,则通过R的电流增大,R的电压增大,路端电压减小,即灯B并联与R串联两端的电压变小,则B两端电压的减小,B灯变暗。故选D。
7.D　电动机启动时,车灯两端的电压为U=E-I2r=6 V故A错误;车灯电阻为R=-r=1.1 Ω,电动机启动时,通过车灯的电流为IL= A,故B错误;电动机启动时,车灯的功率为P=≈33 W,故C错误,D正确。
8.C　当传感器RT所在处出现火情时,温度升高,RT的电阻减小,则电路中的总电阻R总减小,根据闭合电路的欧姆定律可知,电路中的总电流I总变大,路端电压变小,则报警器两端的电压U减小,根据U=IR可知,电阻R1两端的电压U1增大,根据分压原理可知,电阻R2两端的电压U2变小,则流过R2的电流减小,即电流表读数I变小,故选项C正确。
9.BD　甲的最大测量值为U甲=Ig(Rg+R1)=10IgRg,乙的最大测量值为U乙=Ig(Rg+R2)=100IgRg,可得甲的量程为乙的量程的,选项A错误;甲、乙两电压表并联接入电路时,测量的电压相等,流过电压表的电流I=,由于R2>R1,所以I乙10.AC　滑动变阻器的滑片向左滑动,则接入电路的阻值变大,总电阻变大,总电流减小,路端电压变大,则电压表示数变大,R1上的电压减小,则R2上的电压变大,电流变大,功率变大,则通过电流表的电流减小,B错误,A、C正确;因电源内阻和外电阻的大小关系不能确定,则不能判断电池的输出功率如何变化,D错误。
11.CD　由图乙可知电源电动势E=3.6 V,内阻r=2 Ω,选项A错误;滑动变阻器滑片向右移动时,R接入电路的阻值变大,总电流减小,内电压减小,路端电压即V2读数增大,选项B错误;由图乙可知,电动机线圈的电阻rM= Ω=4 Ω,当I=0.3 A时,电动机两端电压等于路端电压,U1=U2=3.0 V,此时电动机的输出功率最大,P1=U1I-I2rM=3.0×0.3 W-(0.3)2×4 W=0.54 W,选项C正确;由图乙知当I=0.1 A时,滑动变阻器连入电路的阻值最大,电动机线圈内阻rM=4 Ω,电源内阻r==2 Ω,由闭合电路欧姆定律有I=,得R=-r-rM=30 Ω,选项D正确。
12.答案　(1)0.360(2分)　(2)(2分)　(2分)
解析　(1)读数为0.01×36.0 mm=0.360 mm。
(2)当S2接a时,电压表测Rx和R0的电压,电流表测Rx和R0的电流,则有Rx+R0=;当S2接b时,电压表测R0的电压,电流表测R0的电流,则R0=,联立两式可得Rx=,根据电阻定律R=。
13.答案　(1)0.43(0.42~0.44均可)(2分)　(2)①A(2分)　②1.9×103(1.8×103~2.0×103均可)(2分)　③不变(2分)
解析　(1)选择“直流2.5 V”挡时,分度值为0.05 V,则可乐电池的电动势为0.43 V。(2)①由于电流表内阻已知,所以将其与电阻箱串联后使用,可以获得通过电源的准确电流值,通过建立电动势与电路总电阻的关系进行求解,使系统误差最小,选项A正确。②根据所选电路图以及闭合电路欧姆定律可知E=I(R+RA+r),整理得R=-(RA+r),所以R-图像的斜率表示可乐电池的电动势,纵轴截距的绝对值表示可乐电池与电流表的内阻之和,由题图可知RA+r=2.2×103 Ω,解得r=1.9×103 Ω。③根据前面分析可知,由于R-图像的斜率不变,所以该可乐电池的电动势不变。
14.答案　(1)2.4 mA　(2)6.912×10-4 W
解析　(1)由题意可知E=480 mV=0.48 V,Im=6 mA=6×10-3 A(2分)
则电池的内电阻为r==80 Ω(2分)
阻值为120 Ω的电阻器接入电路后,电路中的电流为
I==2.4 mA(3分)
(2)电路的输出功率为P=I2R=6.912×10-4 W(3分)
15.答案　(1)6.00 V　(2)0.68 m/s
解析　(1)闭合S1、断开S2,电流表的示数是1.00 A,由闭合电路欧姆定律有E=I1(R+r)=1.00×(5+1) V=6.00 V(2分)
(2)闭合S1和S2时,电流表的示数是2.00 A,则路端电压为
U=E-I2r=(6.00-2.00×1) V=4.00 V(2分)
此时流过电动机的电流为IM=I2-=1.2 A(2分)
则电动机的输出功率为P=IMU-R0=(1.2×4.00-1.22×0.5) W=4.08 W(2分)
重物向上运动的速率v= m/s=0.68 m/s(2分)
16.答案　(1)0.04 kg　(2)-0.08 J　2×10-4 C
解析　(1)开关S闭合,电路稳定后,R1、R3串联,R2中没有电流通过。
电容器的电压UC=U3=×10 V=6 V(2分)
小球静止时,由平衡条件有mg=q,小球带负电, (2分)
解得m=0.04 kg(2分)
(2)将电阻箱的电阻改为R3'=8 Ω, 开关S闭合,电路稳定时UC'=×10 V=8 V(2分)
因为电容器下极板接地,所以此时上极板电势为8 V,下极板电势为0,P处于正中间,所以P点电势为4 V,小球带负电,则
EP=-qφ=-0.02×4 J=-0.08 J(2分)
流过R2的电荷量Q=CΔU=C(UC'-UC)=1×10-4×(8-6) C=2×10-4 C(2分)
17.答案　(1)15 V　5 Ω　10 Ω　(2)20 Ω　60 Ω
解析　(1)根据闭合电路的欧姆定律E=U+Ir (2分)
可得U=E-Ir (1分)
图乙中AB延长线与U轴交点的纵坐标为15 V,与I轴交点的横坐标为2.0 A,所以电源的电动势为
E=15 V(1分)
内阻为r= Ω=5 Ω(1分)
当滑片P滑到R3的下端时,外电阻只有R2,此时电路参数对应图乙中的A点,得
R2==10 Ω(2分)
(2)C点对应电路中路端电压最大,则外电阻最大 (1分)
R外= Ω=30 Ω(2分)
根据并联电路的特点,当并联支路的电阻相等时,并联部分的阻值最大,设R3与R1串联的部分电阻为x,则有
R1+x=R3-x (1分)
+R2=30 Ω(2分)
当滑片P滑到R3的上端时,对应图乙中的B点
U外=12.5 V,I总=0.5 A(1分)
所以R外'==25 Ω(1分)
因为R外'=+R2 (1分)
联立解得R1=20 Ω(1分)
R3=60 Ω(1分)
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