2024鲁科版高中物理必修第三册同步练习--第1节　闭合电路欧姆定律

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2024鲁科版高中物理必修第三册同步
　第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
第1节　闭合电路欧姆定律
基础过关练
题组一　对电动势的理解
1.(2022山东师范大学附中期中)关于电源电动势的概念,以下说法中正确的是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.电动势、电压和电势差虽名称不同,但物理意义相同,所以单位也相同
B.在闭合电路中,电源电动势在数值上总是等于电源两端的电压
C.在闭合电路中,电源电动势在数值上等于内、外电压之和
D.电源把其他形式的能转化为电能越多,电源电动势越大
2.某厂家生产的医用监护仪配套的电池如图所示,某同学根据电池上的信息,所做判断正确的是 (　　)
A.电源接入电路时两极间的电压为12 V
B.电源没有接入电路时两极间的电压为12 V
C.该电池充电一次可以提供的最大电能为2.76×104 J
D.该电池充电一次可以提供的最大电能为9.936×104 J
题组二　对闭合电路欧姆定律的理解及应用
3.如图所示的电路中,把R由2 Ω改变为6 Ω时,闭合开关,
电流减小为原来的一半,则电源的内电阻为 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A.4 Ω B.8 Ω
C.6 Ω D.2 Ω
4.如图所示为某电源的U-I图像,电源的电动势用E表示,电源的内阻用r表示,短路电流用I0表示,则下列选项正确的是 (　　)
A.E=6.0 V
B.r=12 Ω
C.I0=0.5 A
D.若该电源与一阻值为18 Ω的定值电阻相连接,则流过电源的电流为0.3 A
5.如图所示,电源电动势E=12 V,内阻r=1.0 Ω,电阻R1=4.0 Ω,R2=7.5 Ω,R3=5.0 Ω,电容器的电容C=10 μF,闭合开关S,电路达到稳定后电容器的电荷量为 (　　)
A.4.5×10-5 C B.6.0×10-5 C
C.7.5×10-5 C D.1.2×10-4 C
6.在如图所示的电路中,R1=9 Ω,R2=5 Ω,当a、b两点间接理想的电流表时,其读数为0.5 A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8 V。求电源的电动势和内电阻。
题组三　闭合电路的动态分析
7.(2022河北邯郸一中学业考试)如图所示,闭合开关,L1、L2均正常发光,当滑动变阻器的滑片P自C向D滑动时 (　　)
A.L1变亮 B.L1变暗
C.L2变亮 D.L2变暗
8.(2022福建漳州南靖二中期初)如图所示,电源的内阻不能忽略,当电路中点亮的电灯的数目增多时,下面说法正确的是 (　　)
A.外电路的总电阻逐渐变大,电灯两端的电压逐渐变小
B.外电路的总电阻逐渐变大,电灯两端的电压不变
C.外电路的总电阻逐渐变小,电灯两端的电压不变
D.外电路的总电阻逐渐变小,电灯两端的电压逐渐变小
9.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,当可变电阻的滑片P向b点移动时,电压表V1的读数U1与电压表V2读数U2的变化情况是 (　　)
A.U1变大,U2变小
B.U1变大,U2变大
C.U1变小,U2变小
D.U1变小,U2变大
题组四　闭合电路的功率问题的分析
10.(2023山东滨州黄山中学月考)如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内电阻,以下说法中正确的是 (　　)
A.当R2=R1+r时,R2获得最大功率
B.当R1=R2+r时,R1获得最大功率
C.当R2=0时,R1获得最大功率
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
11.某电路图如图甲所示,若电阻R阻值未知,电源电动势E和内阻r也未知,电源的路端电压U随电流I的变化图线及外电阻的U-I图线分别如图乙所示,求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)电源的路端电压;
(3)电源的输出功率。
能力提升练
题组一　对闭合电路欧姆定律的理解及应用
1.(2022福建宁德寿宁一中月考)在如图甲所示电路中,定值电阻R0=1.0 Ω,R为滑动变阻器,闭合开关后,多次改变滑片的位置,分别记录电压表和电流表的示数,由测得数据作出如图乙所示U-I图线。下列判断正确的是 (　　)
A.当滑片向右滑动时,电压表示数增大
B.电源的电动势测量值约为1.60 V
C.电源的内阻测量值约为1.5 Ω
D.当电源短路时,电路中电流为0.4 A
2.(2022广西期末)如图所示,图线a是太阳能电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是定值),图线b是某电阻R的U-I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时,则 (　　)
A.电源的电动势为E=5 V
B.电阻两端的电压为U=3 V
C.流过电阻的电流为I=0.4 A
D.电源内阻为3 Ω
题组二　闭合电路的动态分析
3.(2022山东师范大学附中期中)如图,当滑动变阻器的滑片向上滑动时,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
4.(2022江苏镇江中学月考)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器,R0为定值电阻,R1为光敏电阻(其阻值随光照强度增大而减小),当开关S闭合,电容器中一带电微粒恰好处于静止状态,下列说法中正确的是 (　　)
A.只断开开关S,电容器所带电荷量变大,带电微粒向上运动
B.只调节R3的滑动端P2向上移动时,电压表示数变大,带电微粒向下运动
C.只调节R2的滑动端P1向下移动时,电压表示数保持不变,带电微粒向上运动
D.只增大R1的光照强度,电阻R0消耗的功率变大,带电微粒向上运动
5.(2023黑龙江哈尔滨师大附中期中)如图所示,电源电动势为E,内电阻为r,理想电压表V1、V2示数分别为U1、U2,其变化量的绝对值分别为ΔU1和ΔU2;流过电源的电流为I,其变化量的绝对值为ΔI。在滑动变阻器的滑片从左端向右端滑动的过程中(不计灯泡电阻的变化) (　　)
A.小灯泡L3变亮,L1、L2变暗
B.电压表V1示数变小,电压表V2示数变大
C.不变
D.变大
题组三　闭合电路的功率问题的分析
6.(2022山东广饶一中阶段练习)在如图(a)所示的电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器。闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从最右端滑到最左端,两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图(b)所示。则 (　　)
(a)
(b)
A.图线甲是电压表V2示数随电流变化的图线
B.电源内阻为10 Ω
C.电源的最大输出功率为3.6 W
D.滑动变阻器R2的最大功率为0.9 W
7.(2023山东临沂平邑一中月考)如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L上标有“2 V　0.4 W”,开关S接1,当变阻器调到R=4 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,则 (　　)
A.电源内阻为1 Ω
B.电动机的内阻为4 Ω
C.电动机的正常工作电压为1 V
D.电源效率约为93.3%
8.(2022江苏金陵中学月考)如图所示电路中,电源的电动势E=4 V,内阻r=1 Ω,R1为电阻箱。已知R2=6 Ω,R3=3 Ω,求:
(1)先将R1调到3 Ω,则开关S断开和接通时,通过R1的电流分别为多大
(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值,应将R1的阻值调到多大 这时A、B间电路消耗的最大电功率是多少
(3)为了使开关S接通时R1自身消耗的功率最大,应将R1的阻值调到多大 这时R1消耗的最大电功率是多少
第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
第1节　闭合电路欧姆定律
基础过关练
1.C 2.BD 3.D 4.AD 5.B
7.BD 8.D 9.A 10.AC
1.C　电动势表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小,反映了电源内部非静电力做功的本领,电压和电势差是两点之间电势的差,它们的物理意义不同,故A错误;电源的电动势等于外电路为断路时电源两端的电压,若电路为通路,电流经过内阻时有电势的降低,此时电源两端的电压小于电动势,故B错误;在闭合电路中,电源电动势在数值上等于内、外电压之和,故C正确;电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量,等于将单位正电荷从电源负极移到正极时非静电力做的功,但不是转化的能量越多,电动势越大,故D错误。故选C。
2.BD　该电池的电动势为12 V,即电源没有接入电路时两极间的电压为12 V,选项A错误,B正确;该电池充电一次可以提供的最大电能为Ep=W=EIt=12 V×2.3 A·h=12 V×2.3 A×3 600 s=9.936×104 J,选项C错误,D正确。
3.D　根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2 Ω时,E=I(2 Ω+r);当R=6 Ω时,E=(6 Ω+r),解得r=2 Ω,故选D。
4.AD　因该电源的U-I图线的纵轴坐标并不是从零开始的,故纵轴上的截距虽为电源的电动势,即E=6.0 V,但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流,且内阻应按斜率的绝对值计算,即r=||= Ω=2 Ω,故A正确,B、C错误。由闭合电路欧姆定律可得,当电源外接电阻R=18 Ω时,电路电流I==0.3 A,故D正确。
5.B　闭合开关S,R1和R3串联,电容器的电压等于R3两端的电压,为U= E=×12 V=6.0 V,电容器上所带的电荷量 Q=CU=10×10-6×6.0 C=6.0×10-5 C,故选项B正确。
6.答案　3 V　1 Ω
解析　当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5 A,由闭合电路欧姆定律得:E=I1(R2+r) ①
当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流I2== A=0.2 A
由闭合电路欧姆定律得E=I2(R2+R1+r) ②
联立①②并代入数据,解得E=3 V,r=1 Ω。
7.BD　当滑动变阻器的滑片P自C向D滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路中总电阻减小,总电流增大,则电源内部电压增大,外电路电压减小,根据串、并联电路电压特点可知,L1、L2两端电压均减小,L1、L2均变暗。故选B、D。
8.D　由题图可知,电灯均为并联,当点亮的电灯数目增多时,并联的支路增多,由并联电路的电阻规律可知,外电路总电阻减小,由闭合电路欧姆定律得知,干路电流增大,则内电压增大,故路端电压减小,电灯两端的电压变小,故D正确。
9.A　滑片P向b移动时,总电阻变大,干路中I=变小,由于路端电压U=E-Ir,U增大,即电压表V1的示数U1变大,由于电压表V2的示数U2=IR2,故U2减小,所以A正确。
10.AC　在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为(R1+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路(如图甲所示),R2的电功率是等效电源的输出功率。显然当R2=R1+r时,R2获得的电功率最大,选项A正确;讨论R1的电功率时,由于R1为定值电阻,根据P=I2R知,电路中电流越大,R1上的电功率就越大(P1=I2R1),所以,当R2=0时,等效电源内阻最小(等于r,如图乙所示),R1获得的电功率最大,故选项B错误,C正确;讨论电源的输出功率时,(R1+R2)为外电阻,内电阻r恒定,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源输出功率不一定最大,故选项D错误。
11.答案　(1)4 V　1 Ω　(2)3 V　(3)3 W
解析　(1)由题图乙所示U-I图线知:电源电动势E=4 V,短路电流I短=4 A,故内阻r==1 Ω;
(2)由题图乙知:电源与外电阻构成闭合回路时对应的路端电压U=3 V;
(3)由题图乙知:R=3 Ω,故P出=I2R=3 W。
能力提升练
1.AB 2.B 3.A 4.CD
5.AC 6.AD 7.AD
1.AB　根据U-I图像读出电源电动势为1.60 V,根据图线斜率得到R0+r== Ω=1.5 Ω,故电源内阻为r=0.5 Ω,B正确,C错误;当滑片向右滑动时,电路总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律可得总电流减小,根据U=E-I(R0+r)可得出电压表示数增大,故A正确;当电源短路时,根据闭合电路欧姆定律得I短== A=3.2 A,故D错误。
方法技巧　图乙中图线与纵轴的交点仍为电池的电动势,但图线与横轴的交点不再是短路电流。图线的斜率的绝对值仍等于电池的内阻,求内阻时可取直线上较远的两点,用r=求出。
2.B　由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,U=E,由题图得出电源的电动势为E=4 V,选项A错误;根据两图线交点表示工作点可知,电阻两端的电压为U=3 V,流过电阻的电流为I=0.2 A,选项B正确,C错误;电源内阻为r==5 Ω,选项D错误。
3.A　当滑动变阻器的滑片向上滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路中的总电阻变大,总电流变小,路端电压即A灯两端的电压U=E-Ir变大,则A灯变亮,流过A灯的电流变大,总电流减小,则流过滑动变阻器和灯B支路的总电流减小,则定值电阻两端的电压变小,滑动变阻器和灯B并联部分的电压变大,则灯B变亮。故选A。
归纳总结　闭合电路动态分析的常见思路
由部分电路电阻变化推断外电路总电阻R外的变化,再由闭合电路欧姆定律I总=讨论干路电流I总的变化,最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况。
4.CD　只断开开关S,电容器放电,所带电荷量变小,极板间场强减小,带电微粒所受向上的电场力减小,故微粒向下运动,A错误;R3与电容器串联,由于电容器相当于开路,故R3的阻值对电路没有影响,所以P2向上移动时,电压表示数不变,带电微粒仍保持静止,B错误;只调节R2的滑动端P1向下移动时,回路总电阻不变,干路电流不变,路端电压不变,故电压表示数不变,电容器两端的电压(即R2滑动端以上部分的电压)变大,极板间场强变大,微粒所受向上的电场力变大,向上运动,C正确;只增大R1的光照强度,R1阻值减小,干路电流变大,故电阻R0消耗的功率变大,电容器两端电压变大,微粒所受向上的电场力变大,向上运动,D正确。
5.AC　由题图可知,小灯泡L1先与滑动变阻器串联再与小灯泡L3并联,最后再和L2串联,在滑动变阻器的滑片从左端向右端滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的阻值变大,根据“串反并同”可知,小灯泡L3变亮,L1、L2变暗,故A正确;电压表V1测L3两端电压,电压表V2测L2两端电压,则电压表V1示数变大,电压表V2示数变小,故B错误;设小灯泡L2的电阻为R2,在滑动变阻器的滑片从左端向右端滑动的过程中,R2是不变的,根据部分电路的欧姆定律可知=R2,所以不变,故C正确;在题图电路中,如果把小灯泡L2的电阻R2看成电源的一个内阻,则由电源的路端电压与电流的关系可知等于电源的内电阻r再加上小灯泡L2的电阻R2,所以滑动变阻器阻值的变化,不会引起变化,故D错误。
6.AD　当滑片向左移时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,则电路中总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中电流增大;则R1两端的电压增大,故图线乙表示V1示数的变化;图线甲表示V2示数的变化,故A正确;由题图可知,当只有R1接入电路时,电路中的电流为0.6 A,电压为3 V,则由E=U+Ir可得E=3 V+0.6 A·r,当滑动变阻器全部接入电路时,两电压表示数之比为,则=,由闭合电路欧姆定律可得E=5 V+0.2 A·r,联立解得r=5 Ω,E=6 V,故B错误;因当内阻等于外电阻时,电源的输出功率最大,故当外电阻等于5 Ω时,电源的输出功率最大,此时电流I==0.6 A,电源的最大输出功率P=UI=1.8 W,故C错误;由B、C的分析可知,R1的阻值为5 Ω,R2的最大阻值为20 Ω;把R1等效为内阻,则当滑动变阻器的阻值等于R1+r时,滑动变阻器消耗的功率最大,故当滑动变阻器阻值为10 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,由闭合电路欧姆定律可得,电路中的电流I'= A=0.3 A,滑动变阻器R2的最大功率为P'=I'2R'=0.9 W,故D正确。故选A、D。
方法技巧　闭合电路的功率问题的分析方法
(1)判断电路中的用电器是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器。
(2)分析各用电器之间的连接方式,对纯电阻电路,计算时可以利用串联电路的分压特点或并联电路的分流特点。
(3)由所求问题选取合适的公式,在非纯电阻电路中计算电功只能用W=UIt,计算电热只能用Q=I2Rt。欧姆定律的变形式在纯电阻电路中才能用。
(4)对于含电动机的电路,电动机转动时是非纯电阻用电器,电动机不转时是纯电阻用电器。
(5)非纯电阻电路中,转化为除内能外的其他形式的能的功率(如电动机的输出功率)P其他=P入-P热。
7.AD　由小灯泡的额定功率P=UI可知,I=0.2 A,由欧姆定律得RL=,可知小灯泡正常发光时电阻RL=10 Ω,由闭合电路欧姆定律可知I=,解得r=1 Ω,A正确;开关接2时小灯泡正常发光,说明电路中电流仍为0.2 A,故电动机两端电压U'=E-IRL-Ir=0.8 V,电动机为非纯电阻用电器,故电动机内阻不等于4 Ω,B、C错误;由P内=I2r,P总=EI,η=×100%,代入数据可得电源效率约为93.3%,D正确。
8.答案　(1)0.4 A　 A　(2)0　 W　(3)3 Ω　 W
解析　(1)将R1调到3 Ω,则开关S断开时通过R1的电流
I1== A=0.4 A
开关S接通时R23==2 Ω
通过R1的电流为
I'1== A= A。
(2)开关S接通后,A、B间电路总电阻R23=2 Ω为定值,故R1阻值为0时,总电流最大,A、B间电路的电功率最大,为PABm=·R23= W。
(3)为了使开关S接通时R1自身消耗的功率最大,则需满足R23+r=R1,故应将R1的阻值调到3 Ω,这时R1消耗的电功率是PR1m== W= W。
归纳总结　功率的最值问题
(1)定值电阻的功率:P定=I2R
R为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定最小;当R外最小时,I最大,P定最大。
(2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,Pm=。
(3)变化电阻的功率的最大值
利用等效思想,把除变化电阻之外的定值电阻等效成电源的内阻r',则变化电阻的功率即等效以后的电源的输出功率,即当R变=r'时,P变有最大值。
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