第十四章综合素质评价
一、选择题(每小题3分,共21分)
1.如图所示,闭合开关后,将导线夹子在电阻丝上向右滑动时,观察到小灯泡的亮度变暗,说明影响导体电阻的大小的因素是导体的( )
A.材料 B.横截面积 C.长度 D.温度
2.如图所示,电源电压保持不变,开关S闭合后,当滑片P从右端向左端滑动的过程中,电流表和电压表示数的变化情况是( )
A.电流表的示数变大,电压表的示数变大
B.电流表的示数变小,电压表的示数变小
C.电流表的示数变小,电压表的示数变大
D.电流表的示数变大,电压表的示数变小
3.如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,灯泡L1、L2均发光,两电表均有示数,过了一会儿,其中一个灯泡突然熄灭,一只电表示数增大,另一只电表示数减小为零,则此电路的故障可能是( )
A.灯泡L1开路 B.灯泡L2开路
C.灯泡L1短路 D.灯泡L2短路
4.通过导体a、b的电流随电压的变化情况如图所示,比较a、b的电阻大小,可得结论为( )
A.Ra>Rb B.Ra<Rb C.Ra=Rb D.条件不足,无法确定
5.如图所示的电路中,电源电压为3 V,当开关S1、S2都闭合时,则( )
A.电压表示数为3 V B.电流表将被烧坏
C.灯L1亮,灯L2不亮 D.两只灯泡都将被烧坏
6.小明在研究通过导体的电流时,根据测量数据绘制出如图所示的I U图像,对此作出的判断,错误的是( )
A.通过R1的电流与它两端所加电压成正比
B.通过R2的电流与它两端所加电压不成正比
C.将它们串联接入到同一电路中时,通过R1的电流较小
D.将它们并联连接到两端电压为1.5 V的电路中时,通过干路的电流是 0.45 A
7.(多选)如图甲所示的电路中,R0为定值电阻,R为标有“5 Ω 1 A”字样的滑动变阻器。闭合开关后,调节滑动变阻器R的滑片,根据记录的数据,作出电压表与电流表读数关系图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.电源电压U=2.50 V
B.电流表读数为0.40 A时,滑动变阻器接入电路的阻值为2.50 Ω
C.定值电阻R0=3.5 Ω
D.若电流表选用的是“0~0.6 A”量程,则滑动变阻器允许的阻值变化范围是0~5 Ω
二、填空题(每空1分,共21分)
8.一段导体两端电压为12 V,导体中的电流是2 A,则此导体本身的电阻为________Ω;如果电压降为6 V,导体中的电流是________A;电压降低为0 V时,导体的电阻等于________Ω。
9.如图所示,通过灯泡L1、L2中的电流分别为0.2 A和0.3 A,电源电压保持不变,L1的电阻为15 Ω,则干路电流为______A,电源电压是________V,L2的电阻为________Ω。
10.在如图所示的电路中,要使L1、L2串联,应闭合的开关是________ ;若同时闭合开关S2、S3,能发光的灯是________ ;电路中的干电池供电时将________能转化为电能。
11.在图甲所示的电路中,在滑片P由b端移到a端的过程中,电压表示数U及滑动变阻器接入电路的电阻R2的变化情况如图乙所示,则电源电压为________V;电阻R1的阻值为________Ω;当滑片P移到a端时,通过R1的电流为________A。
12.如图所示电路,电源电压保持不变,滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P移到b端时,电流表的示数为0.6 A,此时电阻Rx两端的电压为________V;当滑动变阻器的滑片P移到a端时,电流表的示数为0.9 A,则电源电压为________V,电阻Rx的阻值为________Ω。
13.如图所示,电源电压不变,R1=2 Ω,R2=3 Ω,R3=4 Ω。只闭合S,电压表V1、V2示数之比为________。再闭合S1、S2,电流表A1、A2示数之比为________,电压表V1、V2示数之比为________。
14.如图甲所示,当开关S从点2转到1时,电流表和电压表对应的示数如图乙所示,由图甲和图乙中的信息可知,电源电压是________V,电阻R2的阻值是________Ω,电阻R2的U I图像是图丙中的________(填“a”或“b”)。
三、作图题(共6分)
15.(1)(2分)如图是一种调光台灯电位器(滑动变阻器)的内部结构示意图,a、b、c是它的三个接线柱。要求:旋钮带动滑片顺时针转动时,灯泡变亮,请完成该电路的连接。
(2)(2分)如图所示是小明同学利用电压表设计的一个简易电子秤示意图。其中C是金属弹簧。请你帮小明完成电路图的连接。要求:当所称物体质量越大时,电压表示数越大。
(3)(2分)如图所示,一个箱内有两个阻值相同的定值电阻R1、R2和若干导线组成的电路,箱外有四个接线柱A、B、C、D。已知A、B之间的电阻是A、C之间电阻的2倍,A、C之间和B、C之间电阻相等,C、D之间电阻约为0 Ω。请画出箱内的电路图。
四、实验题(共18分)
16.(6分)在探究影响导体电阻大小的因素时,小明同学做出了如下猜想:导体电阻的大小可能与导体的长度、横截面积、材料有关。为了验证猜想是否正确,他准备了不同的导体,规格、材料如表:
编号 材料 长度/m 横截面积/mm2
A 镍铬合金 0.5 0.5
B 镍铬合金 1.0 0.5
C 镍铬合金 0.5 1.0
D 锰铜合金 0.5 0.5
(1)为了验证上述猜想,他设计了如图所示的实验电路图。在连接电路时发现,还缺少一个必要的元件,这个元件是________。
(2)本实验是通过________________来比较a、b两点间导体电阻的大小。
(3)要想探究电阻大小与横截面积的关系,应将编号为C与编号为________的导体分别接入到a、b之间。
(4)分别将编号A、D的导体接入电路中a、b两点间,灯泡亮度不相同,由此,得出结论:当长度和横截面积相同时,导体电阻跟________有关。
(5)将第(1)问中所缺的元件接上后,小明发现当接入a、b之间的导体阻值差别较小时,实验现象不是很明显,请你对电路的改进再提出一条建议:________________________________________________________________。
17.(6分)如图甲所示的是小明用电流表和电压表“测量小灯泡正常发光时(小灯泡两端电压为2.5 V时正常发光)灯丝的电阻”的实验电路,根据实验数据绘制的小灯泡的I U图像如图丙所示。
(1)电路连接完成后闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数,可能是小灯泡________(填“断路”或“短路”)。
(2)排除故障后进行实验,当滑动变阻器的滑片位于某一位置时,电压表示数如图乙所示,为测量小灯泡正常发光时的电阻,应将滑片向________(填“左”或“右”)移动。
(3)由图丙可知,小灯泡正常发光时的电阻为________Ω。
(4)小雅认为,可以在现有的器材和电路基础上,探究“电流与电压的关系”,你觉得她________(填“能”或“不能”)完成这个实验,原因是________________________________________________________________。
18.(6分)现有下列器材:学生电源(恒为6 V),电流表(0~0.6 A,0~3 A),电压表(0~3 V,0~15 V),定值电阻(5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω各1个),开关,滑动变阻器和导线若干,利用这些器材探究“电流与电阻的关系”。
(1)连接电路时,开关应该________(填“断开”或“闭合”)。
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应该位于________(填“最左”或“最右”)端。
(3)实验中依次接入定值电阻,正确操作后,记下电流表的示数,得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图像,由图像可知电压表的示数控制为________V不变,并得出结论: _______________________________________________。
(4)为完成整个实验,应该选取哪种规格的滑动变阻器________(填字母)。
A.20 Ω 1.0 A B.30 Ω 1.0 A C.50 Ω 1.0 A
五、计算题(共13分)
19.(6分)如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,电阻R1=30 Ω,闭合开关S,电流表A1的示数为1 A,电流表A2的示数为0.6 A,求:
(1)R1两端电压。
(2)电阻R2的阻值。
20.(7分)电压表既是测量仪表,同时也是一个接入电路中的特殊电阻。电压表的电阻一般很大,为测量某电压表的电阻,某同学连接了如图所示的电路,电源电压保持不变,R1=3 kΩ。当闭合开关S1、S2时,电压表示数为4.5 V;只闭合开关S1时,电压表的示数为3 V。求:
(1)电源电压。
(2)电压表的阻值。
六、综合题(共21分)
21.(5分)用实验室提供的常用器材(电源是一节干电池)测电阻时,小明与另外三位同学各自设计了下列甲、乙、丙、丁四个电路图。
(1)小明连接好电路后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,测得数据如 下表:
电压表示数U/V 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
电流表示数I/A 0.18 0.24 0.30 0.36 0.42
请你通过分析表格中的实验数据,推断小明在实验中所用的电路图是________图。
(2)另外三位同学连接好电路后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P时,分别出现了下列三种异常现象:
(a)电流表示数有变化,电压表示数几乎为零
(b)电流表示数几乎为零,电压表示数接近电源电压
(c)电流表烧坏
请你判断:按图________连接的电路出现现象(a);按图________连接的电路出现现象(b);按图________连接的电路出现现象(c)。
(3)请你根据上表中的数据,在图戊中画出 I U图线。分析图线你能得出的结论是____________________________________________________。
22.(9分)小明家用双芯导线,铺设了一条从他家到水上养殖场的家庭用电线路,全长2千多米。由于磨损,输电线上某处发生了短路。正在上初中的小明想用学过的物理知识找出短路发生的地点,于是他拿出实验仪器盒里的器材:一个电流表、一个电压表、一节1.5 V干电池、开关、导线若干(电阻忽略不计)以及家里一个量程为0~15 kg的电子秤。家里还分别有一卷和一根2 m长的同规格双芯导线。请你加入进来,利用现有的器材帮助小明一起测算出短路点离他家的距离。
(1)①用电子秤测出2 m长那根导线的质量m=190 g,算出这种双芯导线单位长度的质量为________g/m。
②用电子秤称出那一卷双芯导线的质量M=11 400 g,则这卷双芯导线的长度为________m。
③如图甲所示,将电池、电流表、电压表、开关接到一卷导线一端A的两个线头上,再将另一端B的两个线头用导线连接起来。闭合开关后,电压表的示数是1.4 V,电流表的示数是1.4 A。则那一卷双芯导线里面每一根电线的电阻为________Ω,每一根电线单位长度的电阻为________Ω/m。(最后一空用最简分数表示)
④通过上面的计算可知,不能直接测量2 m长那根导线电阻的原因是________________________________________________________________。
(2)接下来还要做的工作是:
①小明在家里将电池、电流表、电压表、开关接到他家发生短路的用电线路一端的两个线头上,还有一根导线未连接,如图乙所示。请你用笔画线代替导线,将电路连接完整。
②设计这个电路是为了测量________、________和由这两个物理量计算得到的________。(均用物理量符号表示)
③图丙是测量后小明随手记录在纸上的两个数据,则短路点离他家的距离为______________m。
23.(7分)阅读以下材料,回答问题。
热敏电阻
热敏电阻的阻值会随着温度的变化而变化,利用热敏电阻的特性做成的温度计,叫做热敏电阻温度计。热敏电阻的阻值R热随温度t变化的图像如图甲所示(为了方便计算,已将图线做了近似处理),图乙是用R热做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图。其中电源电压可在一定范围内调节,R是阻值为100 Ω的定值电阻。该电路的工作原理:当保持通过R的电流不变时,R热两端电压随着电阻均匀变化(即随温度均匀变化),此时就可以把电压表的刻度盘改成相应的温度刻度盘,就可以直接从电压表V表盘上读出温度值。测温时,将R热放入待测温度处,闭合开关,调节电源电压,使电流表A的示数保持在2 mA不变,再从电压表V表盘上读出待测温度t。
(1)热敏电阻是用________材料制成的(填字母)。
A.超导体 B.半导体
C.合金 D.绝缘体
(2)根据测温原理,测温时,R两端电压保持不变为________V,R热两端的电压随温度的升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)某次测温过程中,电压表的温度刻度盘显示的温度是30 ℃,则对应原来的电压刻度盘显示的电压值是________V,此时的电源电压是________V。
(4)根据图甲,可将R热的阻值与温度t视为一次函数关系,若电源电压范围为0.6~1.0 V,则可求出该温度计的测温范围:________℃≤t≤________℃。
答案
1.C 2.A
3.D 【点拨】由图可知,灯泡L1、L2串联,电压表测L2两端电压,电流表测电路中的电流。如果灯泡L1或L2开路,两个灯泡都熄灭,故AB不符合题意;如果灯泡L1短路,L2正常,电压表和电流表示数都变大,故C不符合题意;如果灯泡L2短路,L1正常,电流表示数变大,电压表被短路示数减小为零,故D符合题意。
4.B
5.B 【点拨】由电路图可知,当开关S1、S2都闭合时,两灯泡和电压表被短路,电流从电源正极出发,经电流表后,直接回到电源的负极,因为用电器被短路时,不能工作,所以两灯不亮且不会被烧坏,电压表无示数。又因为电源短路时,电流过大,会烧坏电源和电流表。故B符合题意。
6.C 【点拨】由图可知,电阻R1 的I U图像是一条过原点的向上的直线,所以通过R1的电流跟它两端所加电压成正比,故A正确;电阻R2的I U图像是一条弯曲的曲线,所以通过R2 的电流与它两端所加电压不成正比,故B正确;若将它们串联接入到同一电路中,因串联电路中电流处处相等,所以通过R1和R2的电流相等,故C错误;将它们并联连接到两端电压为1.5 V的电路中时,由图像可知,通过R1 和R2电流分别为0.3 A、0.15 A,则通过干路的电流I=I1+I2=0.3 A+0.15 A=0.45 A,故D正确。
7.AB 【点拨】定值电阻与滑动变阻器串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。由电路图知,当滑动变阻器断路时,电路中的电流为零,电压表测量电源电压,由图乙知,电压表示数为2.50 V,所以电源电压为2.50 V,故A正确;根据图乙可知,当电压表示数为1.00 V时,电路中的电流为0.40 A,根据欧姆定律可知,滑动变阻器接入电路的阻值R= ==2.50 Ω。根据串联电路电压的规律可知,定值电阻两端的电压U0=U-UV=2.50 V-1.00 V=1.50 V,根据欧姆定律可知,定值电阻的阻值R0===3.75 Ω,故B正确,C错误;因为电流表选用的是“0~0.6 A”量程,所以电路中允许的最大电流为0.6 A,根据欧姆定律可知,电路中最小总电阻R总最小==≈4.17 Ω,则滑动变阻器连入电路的最小阻值 R最小=R总最小-R0=4.17 Ω-3.75 Ω=0.42 Ω;又知滑动变阻器连入电路的最大阻值为5 Ω,所以滑动变阻器允许的阻值变化范围是0.42~5 Ω,故D 错误。
8.6;1;6
9.0.5;3;10 【点拨】根据实物图可知,两灯是并联的,所以干路电流等于各支路电流之和,即I=I1+I2=0.2 A+0.3 A=0.5 A;并联电路各支路两端电压相等,且等于电源电压,根据欧姆定律可得,U1 =I1R1=0.2 A×15 Ω=3 V,所以电源电压U=U1=3 V,L2的阻值R2====10 Ω。
10.S2;L2;化学
11.6;10;0.2 【点拨】由图甲可知,当滑片P移到b端时,电路为R1的简单电路,电压表测电源电压,由图乙可知,电压表的示数为6 V,即电源电压为6 V;当滑片P移到a端时,R1与滑动变阻器的最大阻值串联,由图乙可知,滑动变阻器R2的最大阻值为20 Ω,电压表的示数U1=2 V,因为串联电路中总电压等于各部分电路两端的电压之和,所以滑动变阻器两端的电压U2=U-U1=6 V-2 V=4 V,串联电路中各处电流相等,根据欧姆定律可得,通过R1的电流I1=I2===0.2 A,则电阻R1的阻值R1===10 Ω。
12.0;6;20 【点拨】当滑片P移到b端时,电路为滑动变阻器的简单电路,Rx被短路,所以Rx两端的电压为0 V,电源的电压U=I1R滑=0.6 A×10 Ω= 6 V;当滑片P移到a端时,滑动变阻器与电阻Rx并联,电流表测干路电流,因为滑动变阻器两端的电压不变,所以此时通过滑动变阻器的电流仍为I1=0.6 A,则通过Rx的电流I2=I-I1=0.9 A-0.6 A=0.3 A,电阻Rx的阻值 Rx===20 Ω。
13.1∶3;3∶5;1∶1 【点拨】只闭合S时,R1与R3串联,电压表V2测电源两端的电压,电压表V1测R1两端的电压,因串联电路中各处的电流相等,且总电阻等于各分电阻之和,由I=可得,两电压表的示数之比====;再闭合S1、S2时,R1与R2并联,电流表A1测R1支路的电流,电流表A2测干路电流,两电压表均测量电源电压。因电压表V1、V2均测量电源电压,所以电压表V1、V2示数之比为1∶1;因为并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,所以电路的总电阻R===1.2 Ω,因并联电路中各支路两端的电压相等,两电流表的示数之比====。
14.6;20;a 【点拨】当开关S从点2转到1时,电压表测电源电压,由图乙知,电源电压为6 V;当开关S接点2时,两电阻串联,电压表测R1两端的电压,由图乙知,此时电阻R1两端的电压为2 V,电路中的电流为0.2 A,所以电阻R2两端的电压U2=U-U1=6 V-2 V=4 V,电阻R2的阻值R2= ==20 Ω,由图丙可知,当R2两端电压为4 V时,a对应的电流为0.2 A,b对应的电流为0.4 A,所以电阻R2的U I图像是图丙中的a。
15.【解】(1)如图所示。
(2)如图所示。
(3)如图所示。
16.(1)开关 (2)观察灯泡亮度 (3)A (4)材料 (5)在电路中串联一块电流表
17.(1)短路 (2)右 (3)10 (4)不能;小灯泡的电阻会随温度的升高而增大
【点拨】(2)由图乙可知,电压表所选量程为0~3 V,分度值为0.1 V,故电压表的示数为2.2 V,即小灯泡两端电压为2.2 V,为了使小灯泡正常发光,需调节滑动变阻器的滑片使小灯泡两端电压变大,根据串联电路的分压规律可知,应减小滑动变阻器两端电压,根据串联电路的分压特点可知,应使滑动变阻器接入电路的阻值变小,所以应将滑片向右移动,直到小灯泡正常发光。(3)由图丙可知,当小灯泡两端电压为2.5 V时正常发光,流过小灯泡的电流为0.25 A,所以小灯泡正常发光时的电阻R===10 Ω。(4)探究电流与电压的关系时,需控制电阻保持不变,但是小灯泡的电阻会随温度的升高而增大,所以无法用小灯泡进行探究“电流与电压的关系”的实验。
18.(1)断开 (2)最左 (3)2;电压保持不变时,电流与电阻成反比 (4)C
【点拨】(4)由于定值电阻两端的电压需要控制在2 V不变,故滑动变阻器两端的电压U滑=U-UR=6 V-2 V=4 V,根据串联电路分压特点可得,====,当定值电阻最大为20 Ω时,滑动变阻器需要接入电路的阻值为40 Ω,故选C。
19.【解】(1)闭合开关S,两电阻并联接入电路,电流表A1测干路电流,电流表A2测通过R2的电流,根据并联电路中干路电流等于各支路电流之和可得,通过R1的电流I1=I-I2=1 A-0.6 A=0.4 A,由欧姆定律可得,R1两端电压U1=I1R1=0.4 A×30 Ω=12 V。
(2)根据并联电路各支路两端电压相等可知,U2=U1=12 V,由欧姆定律可得,R2的阻值R2===20 Ω。
20.【解】(1)当闭合开关S1、S2时,电路为电压表的简单电路,且电压表测电源电压,其示数即为电源电压U=4.5 V。
(2)只闭合开关S1 时,电压表与电阻R1 串联,电压表的示数就是电压表两端的电压,即UV=3 V,所以R1两端的电压U1=U-UV=4.5 V-3 V=1.5 V,因为串联电路各处的电流相等,所以电路中的电流I==,即RV= = =6 kΩ。
21.【解】(1)乙 (2)丙;丁;甲 (3)如图所示;电阻一定时,电流与电压成 正比
【点拨】(1)由表中数据可知,电流值随电压值的增大而增大,并且电压值与电流值的比值不变,故电压表测量的是定值电阻两端的电压,电流表测通过该电阻的电流,所以电路图应为图乙。(2)图甲中电流表直接并联在电源两端,当开关闭合时,会造成电源短路,烧坏电流表;图丙中电压表并联在电流表两端,电流表示数有变化,电压表示数几乎为零;图丁中电压表串联在电路中,电流表示数几乎为零,电压表示数接近电源电压。
22.【解】(1)①95 ②120 ③0.5; ④2 cm长那根导线的电阻很小,直接测量时,电路中电流过大,超出电流表的最大测量值 (2)①如图所示。 ②I;U;R ③1 500
【点拨】(1)①这种双蕊导线单位长度的质量m′==95 g/m;②这卷双芯导线的长度L==120 m;③每一根导线的电阻R=×=× =0.5 Ω,所以单位长度的电阻R′=== Ω/m。
(2)②电流表测量通过电路中的电流I,电压表测量发生短路的用电线路一端的两个线头间的电压U,根据欧姆定律可得R=,故计算结果是R。③根据记录的数据及两电表所选量程分析可知,0.12为电流值,1.5为电压值,由欧姆定律得,发生短路的用电线路一端的两个线头间的电阻R″===12.5 Ω,所以短路点离他家的距离s===1 500 m。
23.(1)B (2)0.2;减小 (3)0.56;0.76 (4)15;40
【点拨】(2)测温时,电流表A的示数保持在2 mA=0.002 A不变,R是阻值为100 Ω的定值电阻,则R两端电压UR=IR=0.002 A×100 Ω=0.2 V,由图甲可知,R热的阻值随温度的升高而减小,因通过电路的电流不变,R热的阻值变小,由U热=IR热可知,R热两端的电压随温度的升高而减小。(3)由图甲可知,电压表显示的温度是30 ℃时,R热的阻值为280 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以电路中总电阻R总=R+R热=100 Ω+280 Ω=380 Ω,电流表A的示数保持在2 mA不变,则电压表的示数UV=IR热= 0.002 A×280 Ω=0.56 V;此时电源电压U=IR总=0.002 A×380 Ω=0.76 V。(4)由图甲可知,R热的阻值与温度成一次函数关系,设为R热=kt+b,把 t1=0 ℃、R热1=520 Ω和t2=30 ℃、R热2=280 Ω代入可得520 Ω=b, 280 Ω=k×30 ℃+b,联立等式可得R热=-8(Ω/℃)×t+520 Ω,由题意可知,电源电压可在0.6~1.0 V之间调节,当电源的电压U′=0.6 V时,热敏电阻两端的电压U1′=U′-UR=0.6 V-0.2 V=0.4 V,此时热敏电阻的阻值 R热′===200 Ω,由R热=-8(Ω/℃)×t+520 Ω得,此时t′=40 ℃,当电源的电压U″=1.0 V时,热敏电阻两端的电压U1″=U″-UR=1.0 V- 0.2 V=0.8 V,此时热敏电阻的阻值R热″===400 Ω,由R热= -8(Ω/℃)×t+520 Ω得,此时t″=15 ℃,若电源电压范围为0.6~1.0 V,则该温度计的测温范围为15 ℃≤t≤40 ℃。