2024鲁科版高中物理必修第三册同步练习--第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电

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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
注意
事项　1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中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.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, Ω
C.0.8 W,5 Ω D.0.8 W, Ω
3.一辆打开车灯的汽车,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 W
C.43.2 W D.48.2 W
4.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 Ω
C.E=3.0 V,r=2.0 Ω D.E=3.0 V,r=1.0 Ω
5.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>I2
B.电动势E1=E2,短路电流I1C.电动势E1>E2,内阻r1D.电动势E1>E2,内阻r1>r2
6.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.欧姆表是由表头、干电池和调零电阻等串联而成的,有关欧姆表的使用和连接,正确的叙述是 (　　)
A.测电阻前要使红黑表笔相接,进行机械调零,使表头的指针指欧姆零刻度处
B.红表笔与表内电池的负极相接,黑表笔与表内电池的正极相接
C.测电阻时,表针偏转角度越大,待测电阻值越大
D.实验结束,拔出红黑表笔,选择开关可以置于任意位置
8.某学校要创建绿色校园,图甲为新装的节能路灯,该路灯通过光控开关实现自动控制,灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。图乙为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,RG为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。现增加光照强度,则下列判断正确的是 (　　)
A.干路电流减小 B.R0两端电压变小
C.B灯变亮,A灯变暗 D.A、B两灯都变暗
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.如图所示,电灯L标有“4 V,1 W”的字样,滑动变阻器R总电阻为50 Ω,当滑片P滑至某位置时,L恰好正常发光,此时电流表示数为0.45 A,由于外电路某处发生故障,电灯L突然熄灭,此时电流表示数为0.5 A,电压表示数为10 V。若导线完好,电路中各处接触良好,电表均为理想电表,则下列判断正确的是 (　　)
A.发生的故障是断路
B.发生的故障是短路
C.电源的电动势为12.5 V、内阻为0.5 Ω
D.发生故障前,滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω
10.如图是酒精测试仪的原理图,电源内阻为r,电动势为E不变,R0为定值电阻。已知酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比。如果测试到的酒精气体浓度越大,那么 (　　)
A.传感器的电阻越小 B.电压表的示数越大
C.通过传感器的电流越小 D.电路消耗总功率越小
11.在如图所示的电路中,R1、R2为定值电阻,R3为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设理想电流表A1的读数为I1,理想电流表A2的读数为I2,理想电压表V1的读数为U1,理想电压表V2的读数为U2。当R3的滑片向b端移动过程中,电流表A1的读数变化量大小为ΔI1,电流表A2的读数变化量大小ΔI2,电压表V1的读数变化量大小为ΔU1,电压表V2的读数变化量大小为ΔU2,则 (　　)
A.U1变小,不变
B.ΔU1<ΔU2,不变
C.I2变大,不变
D.I1变小,变小
12.如图所示,电源的电动势为E,内阻为r,定值电阻R1=r,当滑动变阻器R2的滑片P位于图示位置时,带电微粒O恰好静止在平行板电容器中。将P向下移动至某位置,在微粒打到极板之前,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表的读数减小
B.微粒向下运动
C.微粒的电势能减小
D.不考虑电容器对电路的影响,电源的效率增大
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.(10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)如图所示的电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=1.0 Ω,电阻R1=R4=8.0 Ω,R2=R3=2.0 Ω,电容器的电容C=100 μF。闭合开关S,电路达到稳定状态后,求:
(1)电路中的总电流I及R2两端的电压U2;
(2)电容器所带的电荷量Q。
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.(15分)在如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3是一滑动变阻器,当其滑片从最左端滑至最右端时,测得电源的路端电压随电流的变化图线如图乙所示,其中A、B两点对应滑片在变阻器的左右两个不同端点得到的值。求:
甲
乙
(1)定值电阻R2的阻值;
(2)电源的电动势E和内阻r;
(3)当滑动变阻器R3取何值时电源的输出功率最大 (结果保留1位小数)最大输出功率是多少
答案与解析
第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
1.D 2.A 3.C 4.C 5.A 6.B
7.B 8.D 9.AD 10.AB 11.BC 12.CD
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===,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= 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=,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== 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=E,则甲电路中的电源总功率较小,故选B。
7.B　测电阻前先保持红黑表笔分开,观察指针是否指向表盘最左端,确认是否要进行机械调零,之后根据被测电阻的大约阻值,将选择开关置于合适的挡位,再将两表笔相接,进行欧姆调零,故A错误;由于电流是从红表笔流入、黑表笔流出,所以红表笔与表内电池的负极相接,黑表笔与表内电池的正极相接,故B正确;测电阻时,表针偏转角度越大,待测电阻值越小,故C错误;实验结束后,要拔出红黑表笔,选择开关应置于OFF挡或交流电压最高挡,故D错误。
8.D　增加光照强度,RG减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律得知,干路电流I增大,故A错误;内电压U内=Ir,U内增大,路端电压U减小,则A灯变暗,通过R0的电流I0=I-IA,I增大,而IA减小,则I0增大,R0两端电压U0增大,故B错误;而R0、B两端的电压之和等于路端电压,路端电压减小,则知B两端的电压减小,B灯变暗,即A、B两灯都变暗,故C错误,D正确。
9.AD　电灯熄灭之后电流表示数增大,说明路端电压增大,则外电阻增大,发生的故障是断路,A对,B错;电流表示数为0.5 A,电压表示数为10 V,则R2==20 Ω,电灯正常发光I==0.25 A,滑动变阻器接入电路的阻值R== Ω=20 Ω,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,可得E=10 V+0.5r,E=0.45 V×20+(0.45+0.25)r,计算可得E=12.5 V、r=5 Ω,C错,D对。
10.AB　由题意知,测试到的酒精气体浓度越大,传感器的电阻越小,根据闭合电路的欧姆定律可知,通过传感器的电流越大,根据U=IR0,可知电压表读数越大,根据P=IE,可知电路消耗的总功率越大。故选A、B。
11.BC　当滑片向b端移动过程中,R3接入电路的阻值增大,电路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律可知,总电流I1减小,由电压表V1的示数U1=E-I1r,可知U1增大,A错误;由于电阻R1两端的电压=I1R1,可知减小,由于U1=U2+,可知电压表V2的示数U2增大,由于电流表A2的示数I2=,可知I2增大,又由于ΔU1=ΔU2+Δ,其中Δ为负值,可知ΔU1<ΔU2,由公式U1=E-I1r可得=r,故B正确,D错误;由公式U2=I2R2可得=R2,故C正确。故选B、C。
12.CD　根据闭合电路的欧姆定律有I=,滑动变阻器的滑片P向下滑动,R2增大,则I减小,电压表的读数为U=E-Ir,故电压表的读数增大,A错误;电容器的上极板接电源正极,则上极板聚集正电荷,带电微粒恰好静止在平行板电容器中,说明微粒带负电,电容器两端电压等于R2两端电压,即U2=E-I(r+R1),I减小,则R2两端电压增大,电容器极板间场强为E=,其中d为极板间距离,U2增大则E增大,微粒将向上运动,重力做负功,重力势能增大,电场力做正功,电势能减小,B错误,C正确;不考虑电容器对电路的影响,电源的效率为η=×100%=×100%,I减小,则电源的效率增大,D正确。
13.答案　(1)IR0+r(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+r
(2)根据E=IR0+r
可得=·-
题图乙中-图线的斜率
k== A/Ω
纵轴截距的绝对值b==0.75 Ω-1
解得E=3.00 V,r=1.33 Ω
14.答案　(1)大(1分)　 ×100(1分)　2 200(2分)　欧姆调零(1分)　负(1分)　(2)(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==
15.答案　(1)3.0 V(2分)　见解析(4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== 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== Ω≈1.7 Ω。
16.答案　(1)2 A　2 V　(2)6×10-4 C
解析　(1)开关闭合后,外电路的总电阻为
R==5 Ω (2分)
根据闭合电路的欧姆定律可知,电路的总电流为I== A=2 A(1分)
根据U=IR可知,路端电压为U=2×5 V=10 V(1分)
R2两端的电压U2=·R2=2 V(2分)
(2)R4两端的电压U4=·R4=8 V(2分)
设电源负极的电势为零,则电容器上极板的电势φ1=2 V,下极板的电势为φ2=8 V,则两极板间的电势差为
ΔU=φ2-φ1=8 V-2 V=6 V(1分)
电容器所带的电荷量Q=C·ΔU=100×10-6×6 C=6×10-4 C (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== 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=×100%=×100%=×100%≈91.67%(2分)
18.答案　(1)5 Ω　(2)20 V　20 Ω　(3)17.6 Ω　5 W
解析　(1)当滑片滑到R3的最右端时,R1被短路,只有电阻R2接入电路,此时电流最大,电路参数对应乙图中的B点,由图乙所示图像可知
U2=4 V,I2=0.8 A(2分)
则定值电阻R2的阻值为
R2===5 Ω(2分)
(2)将乙图中AB线延长,交U轴于20 V处,所以电源的电动势为E=20 V(2分)
图像斜率大小表示电源内阻,r= Ω=20 Ω。 (2分)
(3)当R3的滑片在最左端时,外电路的总电阻R大==80 Ω,所以当R3的滑片从最左端滑到最右端时,外电路总电阻从大于电源内阻r变为小于r,当外电阻和内阻相等时,电源输出功率最大,则有
r=R2+ (4分)
代入数据解得:R3≈17.6 Ω(1分)
最大输出功率为
P== W=5 W。 (2分)
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