2025人教版高中物理必修第三册同步练习题--2（有解析）　闭合电路的欧姆定律

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2025人教版高中物理必修第三册
2　闭合电路的欧姆定律
基础过关练
题组一　对电动势的理解
1.(2023重庆八中期中)锂离子电池主要依靠锂离子(Li+)在正极和负极之间移动来工作。图为常用手机锂电池的内部结构,某过程中Li+从负极脱嵌通过隔膜嵌入正极。此锂电池的电动势为3.7 V,则(　　)
A.将锂电池接入电路,锂电池两端电压为3.7 V
B.此过程电池内部电流方向从正极到负极
C.在电池中电荷量的单位通常表示为kW·h
D.电源每将一个Li+由负极移送到正极,非静电力做功3.7 eV
题组二　闭合电路的欧姆定律的简单应用
2.(2024河北张家口期末)如图所示的电路中,电源的电动势为3.2 V,电阻R的阻值为30 Ω,小灯泡L的额定电压为3 V,额定功率为4.5 W。当开关S接位置1时,理想电压表的读数为3 V,假如小灯泡电阻阻值不变,下列说法正确的是(　　)
A.电源的内阻为4 Ω
B.小灯泡的电阻为4 Ω
C.当开关S接到位置2时,小灯泡很暗
D.当开关S接到位置2时,小灯泡两端的电压为3 V
3.(2024湖南永州期末)在如图所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电流表内阻不计,定值电阻R的阻值为1 Ω,滑动变阻器的最大阻值R1=4 Ω。在滑动变阻器的滑片移动的过程中,理想电压表的示数变化范围是(　　)
A.1~3 V　　B.3~5 V
C.0~6 V　　D.保持6 V不变
4.(多选题)(2024山东淄博中学期中)在如图所示电路中,电源电动势E=10 V,内阻r=1 Ω,指示灯RL的阻值为32 Ω,电动机M线圈电阻为R0=2 Ω。当开关S闭合后,电动机正常工作,指示灯RL的电功率为2 W。那么下列说法中正确的是(　　)
A.流过电动机M的电流为4 A
B.流过理想电流表的电流为2 A
C.电动机M输出的机械功率为7.875 W
D.电源的总功率为20 W
题组三　电源的U-I图像与电阻的U-I图像
5.(多选题)(2024北京育才学校期中)在如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图像可知(　　)
A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
B.电阻R的阻值为1 Ω
C.电源的输出功率为4 W
D.电源的效率为50%
6.(2024江苏新海高级中学调研)如图所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的U-I图线。曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为P(5,3.75)、Q(6,5)。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接,则下列说法正确的是(　　)
A.电源1与电源2的内阻之比是3∶2
B.电源1与电源2的电动势之比是1∶2
C.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是21∶26
D.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是7∶10
7.(2024辽宁锦州月考)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为一滑动变阻器。当滑动变阻器的滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在滑动变阻器的两个不同端点得到的。求:
　
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻R2的阻值;
(3)滑动变阻器的最大阻值。
题组四　欧姆表的原理
8.(2024河北保定期中)如图所示,甲、乙两个电路图都是由一个灵敏电流表G和一个电阻箱R组成的,丙电路图是由一个灵敏电流表G和电源、滑动变阻器组成,已知这三个灵敏电流表规格相同,满偏电流Ig=2 mA,内电阻Rg=300 Ω,则下列说法正确的是(　　)
　　
A.甲电路图表示电流表,R增大时量程增大
B.乙电路图表示电压表,R增大时量程减小
C.丙电路图表示欧姆表,插孔1是“+”插孔,表笔A是黑表笔
D.在乙图中,若改装成的电压表的量程为0~3 V,则R=1 200 Ω
9.(2024浙江湖州联考)某中学物理兴趣小组的学生在课后按照如图所示的原理图制作了一个简单的欧姆表,他们使用的器材有:一节干电池(电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω),一个表头(满偏电流Ig=10 mA,内阻Rg=10 Ω),一个可变电阻R(最大阻值为200 Ω),两支金属表笔及导线若干。该兴趣小组的同学按照欧姆表正确的操作方法测量某电阻Rx的阻值时,发现表头的示数为6 mA,则(　　)
A.Rx的阻值为100 Ω
B.Rx的阻值为120 Ω
C.B端与红表笔相连
D.该欧姆表的内阻为161 Ω
能力提升练 　　　　 　　　　
题组一　闭合电路的动态分析
1.(2024北京丰台期中)如图所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流,R为定值电阻,RL为滑动变阻器,电流表、电压表均可视为理想电表,不考虑导线电阻对电路的影响。将滑动变阻器RL的滑片P向上移动过程中,下列说法正确的是(　　)
A.电路中总电阻减小
B.电流表的示数减小
C.电压表的示数减小
D.恒流源输出功率减小
2.(2024江苏泰州月考)如图甲所示是测量脂肪积累程度的仪器,原理是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例(体液中含有钠离子、钾离子等,而脂肪不容易导电),模拟电路如图乙所示。电流表、电压表均可视为理想电表。测量时,闭合开关,测试者分握两手柄A、B。体型相近的两人相比,脂肪含量低者测量时(　　)
　
A.R1消耗的功率较小
B.电源的效率较低
C.电压表示数与电流表示数的比值较大
D.电源的总功率较小
3.(2023山东济宁期中)如图所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。闭合开关K,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法错误的是(　　)
A.A的示数增大
B.V2的示数增大
C.ΔU3与ΔI的比值大于r
D.ΔU1大于ΔU2
题组二　闭合电路中的故障问题
4.(2024山东青岛月考)在如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,使A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是(　　)
A.R1短路　　B.R2断路　　C.R3短路　　D.R4断路
5.(2023山东德州期中)如图所示,电路中电源电动势和内阻始终保持不变。闭合开关,电路稳定后,平行金属板间带电微粒P处于静止状态,小灯泡发光。某时刻电路发生故障,发现电流表示数变大,带电微粒P向下移动,则电路中出现的故障可能是(　　)
A.电阻R1断路　　B.电阻R2短路
C.灯泡L短路　　D.滑动变阻器R断路
题组三　含容电路的分析与计算
6.(2024江苏昆山质检)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,R1、R3为滑动变阻器,R2为定值电阻,C为电容器。开始时开关S1、S2闭合,下列操作能使电容器所带电荷量增加的是(　　)
A.断开开关S1
B.断开开关S2
C.向左移动滑动变阻器R1的滑片
D.向左移动滑动变阻器R3的滑片
7.(2024河南开封期中)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,R1、R2、R3为定值电阻,C为电容器,初始状态开关S1、S2闭合。现断开开关S2,则(　　)
A.理想电流表示数增大
B.理想电压表示数减小
C.有短暂电流通过电阻R3
D.电容器下极板带负电
8.(2023山东师范大学附中期中)如图所示电路,电源电动势E=20 V,内阻r=1 Ω,R1=4 Ω,R2=5 Ω,R3=6 Ω,电容器的电容C=30 μF。
(1)闭合开关S,求稳定后通过R1的电流;
(2)然后将开关S断开,求电容器两端的电压变化量和流过R1的电荷量。
题组四　欧姆表的原理分析
9.(2024江苏南京期中)如图所示,通过调节开关S,可使欧姆表具有“×1”和“×10”的两种倍率,可用器材如下:
A.干电池(电动势E=3.0 V,内阻不计);
B.电流表G(满偏电流Ig=1 mA,内阻Rg=90 Ω);
C.定值电阻R0(阻值为5.0 Ω);
D.滑动变阻器R1(最大阻值为150 Ω);
E.定值电阻R2、R3;
F.开关一个,红、黑表笔各一支,导线若干。
(1)表笔B是　　　(填“红”或“黑”)表笔。
(2)虚线框内是双量程电流表,已知R2=1 Ω,当S接a时,对应电流表量程是0~0.1 A,那么定值电阻R3=　　　　Ω。
(3)当开关S拨向　　　　(填“a”或“b”)时,欧姆表的倍率是“×10”。欧姆调零后,欧姆表内阻为　　　　 Ω。
(4)欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,但此表仍能进行欧姆调零。若用此表测量电阻Rx的值,则测量结果　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
教材深研拓展
10.如图所示为汽车蓄电池供电简化电路图。汽车启动时,先闭合开关S1,车灯亮,再闭合开关S2,电动机工作,启动发动机。车辆启动完成后,断开开关S2。下列说法正确的是(　　)
A.闭合S2时车灯变亮
B.闭合S2时电流表示数变小
C.闭合S2时电压表的示数变化与电流表的示数变化之比的绝对值变小
D.断开S2时电源的效率变大
答案与分层梯度式解析
2　闭合电路的欧姆定律
基础过关练
1.D 2.C 3.B 4.BCD 5.ABC 6.A 8.D 9.A
1.D　电源电动势的大小等于电源未接入电路中时其两端的电压,当电源接入电路时,由于电源内部分压,其两端电压小于电源电动势,故将锂电池接入电路,锂电池两端电压小于3.7 V,A错误;由于Li+从负极脱嵌通过隔膜嵌入正极,则其形成的电流方向为从电池负极到正极,B错误;在电池中电荷量的单位通常用mA·h或A·h表示,而kW·h是电功的单位,C错误;根据E=可知,将一个锂离子由负极移送到正极,非静电力做功W非=Eq=3.7 eV,D正确。
2.C　小灯泡的额定电流为IL= A=1.5 A,电阻为RL= Ω=2 Ω,故B错误;当开关S接1时,通过电阻R的电流I= A=0.1 A,根据闭合电路欧姆定律可得E=U+Ir,解得r=2 Ω,故A错误;当开关S接2时,通过灯泡L的电流IL'= A=0.8 A,小于灯泡的额定电流,实际功率小于其额定功率,则灯泡L不能正常发光,会很暗,此时灯泡两端的电压为UL'=IL'RL=0.8×2 V=1.6 V,故C正确,D错误。
3.B　由题图可知,电压表测量的是路端电压,由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可得U=E-Ir=E-r,可知外电阻越大时,路端电压越大,故电压表的最大示数为Umax=E-·r=5 V,最小示数为Umin=E-·r=3 V,选B。
4.BCD　由题意可知,指示灯RL两端的电压为UL= V=8 V,通过指示灯RL的电流为IL= A=0.25 A,根据闭合电路欧姆定律可得E=UL+Ir,解得流过电流表的电流为I= A=2 A,则流过电动机M的电流为IM=I-IL=(2-0.25)A=1.75 A,A错误,B正确;电动机M输出的机械功率为P机=UMIM-IM2R0=8×1.75 W-1.752×2 W=7.875 W,C正确;电源的总功率为P=EI=10×2 W=20 W,D正确。
5.ABC　根据U=E-Ir,可知电源的U-I图线的纵轴截距表示电源的电动势,横轴截距表示短路电流,图线斜率的绝对值表示电源内阻,结合图像可知电源电动势为E=3 V,内阻r= Ω=0.5 Ω,A正确;根据R=,由题图知电阻的U-I图线过(2 A,2 V)点,可得电阻R的阻值为R= Ω=1 Ω,B正确;电源的U-I图像与电阻的U-I图像的交点表示电阻与电源直接相连时的工作状态,故电源的输出功率为P=UI=2×2 W=4 W,C正确;电源的效率为η=×100%≈66.7%,D错误。
6.A　在电源的U-I图像中,图线的纵轴截距表示电动势,图线的斜率的绝对值表示电源的内电阻,可知电源1、电源2的电动势为E1=E2=10 V,内阻分别为r1= Ω,r2= Ω,则有r1∶r2=3∶2,故A正确,B错误;灯泡的U-I图线与电源的U-I图线的交点即为灯泡与这个电源单独连接时的工作状态,则连接电源1时,有U1=3.75 V,I1=5 A,故灯泡消耗的功率为P1=U1I1=18.75 W,灯泡的电阻为R1= Ω,连接电源2时,则有U2=5 V,I2=6 A,故灯泡消耗的功率为P2=U2I2=30 W,灯泡的电阻为R2= Ω,则有P1∶P2=5∶8,R1∶R2=9∶10,C、D错误。
7.答案　(1)20 V　20 Ω　(2)5 Ω　(3)300 Ω
解析　(1)由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir
结合题图乙可知UA=E-IAr,UB=E-IBr
代入数据,联立解得E=20 V,r=20 Ω
(2)当P滑到R3的最右端时,R1被短路,外电路中只有R2,电路中的电阻最小,电流最大,电路参数对应题图乙中的B点,即U2=4 V、I2=0.8 A
得R2==5 Ω
(3)当P滑到R3的最左端时,外电路中R1与R3并联后与R2串联,即R外=+R2,由题图乙知此时U外=16 V,I总=0.2 A,所以R外==80 Ω
故滑动变阻器的最大阻值为R3=300 Ω
8.D　甲电路图由一个灵敏电流表G和一个电阻箱R并联组成,利用并联电阻分流,改装成的是电流表,电流表的最大测量值为I=Ig+,可知当R增大时,量程减小,故A错误;乙电路图由一个灵敏电流表G和一个电阻箱R串联组成,利用串联电阻分压,改装成的是电压表,电压表的最大测量值为U=Ug+IgR,可知当R增大时,量程增大,故B错误;丙电路图表示欧姆表,电流从红表笔流入欧姆表,表笔A是红表笔,红表笔与“+”插孔连接,则插孔1是“+”插孔,故C错误;根据电压表改装原理可得U=Ig(Rg+R),若改装成的电压表的量程为0~3 V,分压电阻为R=1 200 Ω,故D正确。
9.A　使用欧姆表测量电阻时,首先要进行欧姆调零,此时应将红、黑表笔短接,调整滑动变阻器,使电流表的指针达到满偏,根据闭合电路的欧姆定律有Ig=,测量某电阻Rx的阻值时,发现表头的示数为6 mA,则有Ix=,解得R内=Rg+R+r=150 Ω,Rx=100 Ω,故A正确,B、D错误;使用欧姆表时,电流从红表笔流入,黑表笔流出,由题图知该欧姆表工作时电流从B端流出,所以B端与黑表笔相连,故C错误。
能力提升练
1.B 2.B 3.B 4.B 5.B 6.B 7.C 10.D
1.B　根据题图可知,外电路为R与RL并联,滑动变阻器的滑片向上移动,接入电路的电阻变大,根据并联电路的特点可知,电路中总电阻增大,A错误;恒流源提供的总电流不变,则并联部分的总电压增大,即电压表的示数增大,流过R的电流增大,则流过RL的电流减小,即电流表的示数减小,B正确,C错误;根据P=I2R,由于恒流源提供的电流大小不变,总电阻变大,所以恒流源的输出功率增大,D错误。
易错警示
　　本题易犯的错误是:将恒流源当成内阻、电动势恒定的常规电源进行分析,认为当外电路电阻增大时,总电流减小,电源的输出功率减小,误选D。
2.B　由于脂肪不容易导电,脂肪含量低者,人体的电阻R较小,电路中的电流较大,R1消耗的功率较大,A错误;电源的效率η=×100%,由于脂肪含量低者人体电阻R较小,外电路电阻较小,故电源的效率较低,B正确;电压表示数与电流表示数的比值等于人体电阻R,故对于脂肪含量低者,较小,C错误;电源的总功率为P总=EI,脂肪含量低者测量时,电路中电流较大,所以电源的总功率较大,D错误。
3.B　理想电压表V1、V2、V3分别测定值电阻两端的电压、路端电压、滑动变阻器两端的电压,理想电流表A测的是电路中的电流。滑动变阻器滑片向下滑动,其接入电路的电阻变小,根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,A示数增大,内电压增大,路端电压减小,即V2示数减小,A正确,B错误;因为=r+R,C正确;ΔU2=ΔI·r,ΔU1=ΔI·R,又因为R>r,故ΔU1>ΔU2,D正确。
方法技巧　电路动态分析的一般步骤
　　(1)弄清局部电路变化所引起的局部电路电阻的变化。
　　(2)根据局部电路电阻的变化,确定整个电路的外电阻如何变化。
　　(3)根据闭合电路欧姆定律I=,确定电路总电流如何变化。
　　(4)由U内=Ir确定电源内电压如何变化。
　　(5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。
　　(6)确定各支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。
4.B　若R1短路,则外电路总电阻减小,干路电流变大,A灯变亮,A错误。若R2断路,则外电路总电阻增大,干路电流减小,A灯会变暗;电阻R3两端的电压增大,通过R3的电流增大,则通过R1的电流减小,电阻R1两端的电压减小,B灯两端的电压增大,B灯变亮,B正确。若R3短路,即R3支路相当于一条导线,电流几乎不会流经R1、B灯和R2,则B灯不亮,A灯变亮,C错误。若R4断路,则A灯和B灯都不亮,D错误。
秒杀技法　“串反并同”法
　　所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将减小,反之则增大;所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将增大,反之则减小。如本题中R2断路,相当于无穷大,即增大,那么根据“串反”可知与R2串联或间接串联的R1、A灯、R4的电流、两端的电压减小;根据“并同”可知,与R2并联或间接并联的B灯、R3的电流、两端的电压增大,快速分析出B正确。
5.B　若电阻R1断路,外电路总电阻变大,路端电压变大,平行金属板间场强变大,带电微粒P向上移动,A不符合题意。若电阻R2短路,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压变小,平行金属板间场强变小,带电微粒P向下移动;总电流变大,路端电压变小,则经过R1的电流变小,所以电流表示数变大,B符合题意。若灯泡L短路,外电路总电阻变小,总电流变大,路端电压变小,经过R1的电流变小,电流表和R2上的电流变大,R2两端电压变大,平行金属板间场强变大,带电微粒P向上移动,C不符合题意。若滑动变阻器R断路,外电路总电阻变大,总电流变小,路端电压变大,流过R1的电流变大,电流表示数变小,平行金属板间场强变小,带电微粒P向下移动,D不符合题意。
6.B　断开开关S1,电容器通过R1、R2放电,电荷量减少,故A错误;断开开关S2,电容器稳定后的电压等于电源的电动势,即两极板间的电压增大,电容器所带电荷量增加,故B正确;向左移动滑动变阻器R1的滑片,不会影响电容器两极板间的电压,电容器所带电荷量不变,故C错误;向左移动滑动变阻器R3的滑片,总电阻增大,干路电流减小,则电容器两极板间的电压(R2的分压)减小,电容器所带电荷量减少,故D错误。
7.C　开关S1、S2闭合时,外电路为R1、R2串联后与R3并联,电压表测R2两端的电压,电流表测干路电流;断开开关S2后,R3支路断路,外电路为R1、R2串联,外电路总电阻R总增大,根据闭合电路的欧姆定律有I=,总电流减小,电流表示数减小,A错误。路端电压为U=E-Ir,由于I减小,所以U增大,R1和R2两端电压的总值始终为路端电压,由串联电路的分压关系可知电压表的示数增大,B错误。开关S1、S2都闭合时,电容器两端的电压等于R2两端的电压,上极板带正电;断开开关S2后,电容器两端的电压等于R1两端的电压,下极板带正电,所以开关S2断开后,电容器先放电,后反向充电,有短暂电流通过电阻R3,C正确,D错误。
8.答案　(1)2 A　(2)10 V　3×10-4 C
解析　(1)闭合开关S,电容器充电稳定后,其所在支路相当于断路,外电路为R1和R2串联,根据闭合电路欧姆定律得E=Ir+I(R1+R2),故通过R1的电流为I==2 A。
(2)开关S闭合、电路稳定时,电容器两端的电压等于电阻R2两端的电压,U2=IR2=10 V
开关S断开,电路达到稳定后,电容器两端的电压大小等于电源电动势E=20 V
则电容器两端的电压变化量为ΔU=E-U2=10 V
流过R1的电荷量等于电容器电荷量的变化量
ΔQ=CΔU
解得ΔQ=3×10-4 C
方法技巧　含容电路的处理技巧
　　(1)电容器的简化处理:电路稳定后,可以把电容器所在支路作为断路,简化电路时可以将该断路去掉,求电荷量时在相应位置再补上。
　　(2)电阻的简化处理:电路稳定后,与电容器同支路的电阻相当于导线。
　　(3)电荷量变化的计算:电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。
9.答案　(1)黑　(2)9　(3)b　300　(4)偏大
解析　(1)电流从黑表笔流出欧姆表,从红表笔流入欧姆表,所以B表笔是黑表笔。
(2)根据并联电路的分流特点,当S接a时,有,结合I2=0.1 A、Ig=1 mA,解得R3=9 Ω。
(3)设S接b时对应的满偏电流为I,根据并联电路分流特点有,解得I=0.01 A,即S接b时对应电流表量程是0~10 mA,可得对应的欧姆表内阻为Rb==300 Ω;由(2)知当S接a时,对应电流表量程是0~0.1 A,即I2=0.1 A,得欧姆表内阻Ra==30 Ω,所以S接b时是较大倍率(×10),欧姆调零后,其内阻为300 Ω。
(4)红、黑表笔短接后满偏电流不变,则Ig=,联立解得I=,所以当欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,电路中电流I减小,用此表测量电阻Rx的值,测量结果会偏大。
10.D　闭合S2,电动机开始工作,电路总电流变大,故电流表示数变大,电源内电压变大,路端电压变小,车灯变暗,A、B错误;根据闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,可知=r,所以闭合S2时大小不变,C错误;断开开关S2,电路总电流变小,电源内电压变小,路端电压变大,而电源效率为η=×100%,所以η变大,D正确。
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