阶段综合评价（四） 闭合电路 电能与能源的可持续发展
(时间：75分钟 满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．下列选项中不符合安全用电要求的是( )
A．挪动用电设备时要先断开电源
B．不用潮湿的手触摸用电器开关
C．往冒烟的通电家用电器上泼水灭火
D．有人触电时迅速切断电源或用干燥的木棍挑开电线
解析：选C 挪动用电设备时要先断开电源，故A不符合题意；不用潮湿的手触摸用电器开关，故B不符合题意；迅速往冒烟的家用电器上泼水可能导致用电器短路，从而引起火灾，人还可能因此触电，故C符合题意；有人触电时迅速切断电源或用干燥的木棍挑开电线，故D不符合题意。故选C。
2．某一阻值为R的导体，通过的电流大小为I时，在时间t内产生的热量为Q；若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为( )
A．4Q B．2Q
C. D.
解析：选B 根据焦耳定律可知Q＝I2Rt，若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为Q′＝I2R(2t)＝2Q，故选B。
3．如图所示为甲、乙两灯泡的I U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率约为( )
A．15 W,30 W
B．30 W,40 W
C．40 W,60 W
D．60 W,100 W
解析：选C 从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A。则P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确。
4.如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，下列说法正确的是( )
A．电容器C上的电荷量增加
B．电源的总功率变小
C．电压表读数变大
D．电流表读数变大
解析：选D 当滑片向左滑动的过程中，其有效阻值变小，所以根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，则电流表读数变大，电压表读数变小，故C错误，D正确；与滑动变阻器并联的电容器两端电压变小，电容不变，则由C＝知电容器C上电荷量减小，故A错误；电源的总功率P＝EI，与电流的大小成正比，则知电源的总功率变大，故B错误。
5.如图所示电路，电阻R1未知。闭合开关，移动滑动变阻器R2的滑片P，通过电压表、电流表示数可以求得的物理量是( )
A．E B．r
C．E和r D．E和r都不能
解析：选A 闭合开关，移动滑动变阻器R2的滑片P，记下电压表和电流表的读数U1和I1，再次改变滑片P的位置，得到电压表和电流表的读数U2和I2，则由闭合电路欧姆定律得E＝U1＋I1(R1＋r)，E＝U2＋I2(R1＋r)，由于R1未知，所以通过化简，只能求出电源的电动势为E＝，所以A正确，B、C、D错误。
6.如图所示的火警报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃两端电压的增加，当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响。下列说法正确的是( )
A．要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势
B．要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移
C．要使报警的临界温度降低，可以适当减小电源的电动势
D．要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移
解析：选D 要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，电路中电流会增大，电铃两端的电压会增大，而电铃电压达到一定值时，电铃会响，要使电铃两端的电压仍为原来的值，必须适当减小电源的电动势，相反，要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势，故A、C错误；要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，根据串联电路的特点可知，将使电铃的电压增大，要使电铃的电压仍为原来的值，可以把R2的滑片P适当向上移，以减小R2；相反，要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移，故B错误，D正确。
7．电动动力平衡车非常受年轻人的喜爱，如图所示为某款电动平衡车的部分参数，则该电动平衡车( )
电池容量：5 000 mA·h充电器输出：直流24 V/1 000 mA
续航里程：40 km额定功率：40 W
行驶速度：≤20 km/h工作电压：24 V
A.电池从完全没电到充满电所需的时间约为8.3 h
B．电池最多能储存的电能为4.32×105 J
C．行驶时的工作电流为1 A
D．充满电后能工作5 h
解析：选B 由于电池容量是5 000 mA·h，即q＝5 000×10－3×3 600 C＝1.8×104 C，充电器输出电流为1 000 mA，所以充电时间为t＝＝＝5 h，故A错误；最多能储存的电能为W＝qU＝1.8×104×24 J＝4.32×105 J，故B正确；额定功率为40 W，工作电压为24 V，则行驶时的工作电流为I＝＝ A＝ A，故C错误；充满电后能工作时间t′＝＝ s＝3 h，故D错误。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
8.如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，电路正常工作，过了一会儿，电流表A的示数变为零。若电路中故障发生在灯L、电阻R上，用一根导线来判断电路故障，则下列判断正确的是( )
A．将导线并联在R两端，电流表无示数，一定是L断路
B．将导线并联在L两端，电流表无示数，一定是R断路
C．将导线并联在R两端，电流表有示数，一定是R断路
D．将导线并联在L两端，电流表有示数，一定是L断路
解析：选CD 电流表A的示数变为零，说明电路故障为断路。将导线与用电器并联进行检测时，若电流表有示数，说明与导线并联的用电器断路；若电流表无示数，说明另一个用电器断路或两个用电器都断路。若将导线并联在R两端，电流表无示数，则可能是L断路，也可能是R、L都断路，故选项A错误；若将导线并联在L两端，电流表无示数，则可能是R断路，也可能是R、L都断路，故选项B错误；若将导线并联在R两端，电流表有示数，则一定是R断路，选项C正确；若将导线并联在L两端，电流表有示数，则一定是L断路，选项D正确。
9．国庆期间小明去逛超市，遇促销打折买了一个电吹风，电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图示电路图。下列说法正确的是( )
A．该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 Ω
B．该电吹风电动机M的内阻为193.6 Ω
C．当开关S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风
D．当开关S1、S2均闭合时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 J
解析：选AC 由题中表格可知发热电阻的功率PR＝P－PM＝1 000 W－250 W＝750 W，所以该电吹风发热电阻R的阻值R＝＝ Ω≈64.5 Ω，故A正确；电动机正常工作过程为非纯电阻，不能使用公式R＝计算电动机内阻，故B错误；由题图可知当开关S1断开、S2闭合时，发热电阻断路，电动机工作，故吹冷风，故C正确；当开关S1、S2均闭合时，电动机正常工作，功率仍然为250 W，故电动机每秒钟消耗的电能为W＝Pt＝250×1 J＝250 J，故D错误；故选A、C。
10.某导体中的电流与其两端电压的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．导体两端加5 V电压时，导体的电阻为5 Ω
B．导体两端加5 V电压时，导体的电阻为10 Ω
C．导体两端加12 V电压时，导体的电功率为18 W
D．随着导体两端电压的增大，导体的电阻不断减小
解析：选AC 当电压为5 V时，电流值为1.0 A，根据欧姆定律可知R＝＝5 Ω，故A正确，B错误；当电压为12 V时，电流值为1.5 A，根据功率公式可知P＝UI＝18 W，故C正确；I U图像上的点与O点连线的斜率倒数表示导体的电阻，由图像可知，随电压的增大，连线斜率减小，则电阻增大，故D错误。
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7分)为了测量电阻，现取一只已经完成机械调零的多用电表，如图所示，请根据下列步骤完成电阻测量。
(1)将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
(2)将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件________(选填“C”或“D”)，使指针对准电阻的“0”刻度线。
(3)将调好零的多用电表按正确步骤测量一电学元件P的电阻，P的两端分别接a、b，指针指示位置如图所示。为使测量比较精确，应将选择开关旋到________(选填“×1”“×10”或“×1 k”)的倍率挡位上，并重新调零，再进行测量。
解析：(2)在进行电阻测量时，每次调整挡位均应进行欧姆调零，即旋转部件D。
(3)由题图知测电阻时指针的偏角太大，说明电阻较小，应换×10挡，并需重新欧姆调零。
答案：(2)D (3)×10
12．(9分)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
(1)将器材如图甲连接：
(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________端(选填“a”或“b”)；
(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图乙所示，图线斜率为k，纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0。该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________；(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0，利用现有器材设计实验，在图丙方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)；
(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。
解析：(2)开关闭合前，为了保护电路中的元件，应将电阻丝的最大阻值接入电路，根据电阻定律R＝ρ，可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，金属夹应夹在电阻丝的b端。
(4)设圆心角为θ时，电阻丝接入电路中的电阻为θr0，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，E＝I(RA＋R0＋θr0)＋Ir，整理得＝θ＋，结合图像的斜率和截距满足：＝k，＝d。解得电源电动势和内阻分别为：E＝，r＝－R0－RA。
(5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝的电阻值，如图所示：
原理的简单说明：
①先将单刀双掷开关接1，读出电流表示数I0；
②然后将单刀双掷开关接2，调节电阻丝接入电路的角度，直到电流表示数为I0，读出此时角度θ ；
③此时θr0＝R0，即可求得r0的数值。
答案：(2)b (4) －R0－RA (5)见解析图
13．(10分)电动玩具汽车的直流电动机电阻一定，当加上0.3 V电压时，通过的电流为0.3 A，此时电动机没有转动。当加上3 V电压时，电流为1 A，这时电动机正常工作。求：
(1)电动机的电阻大小；
(2)电动机正常工作时消耗的电功率；
(3)电动机正常工作时的机械功率。
解析：(1)当电动机没有转动时电动机的电阻：R＝＝ Ω＝1 Ω。
(2)电动机正常工作时消耗的电功率：
P＝UI＝3×1 W＝3 W。
(3)电动机正常工作时的机械功率：
P′＝P－I2R＝3 W－12×1 W＝2 W。
答案：(1)1 Ω (2)3 W (3)2 W
14．(12分)如图所示，R为电阻箱，电压表为理想电压表，电源电动势E＝6 V，当电阻箱阻值为R＝5 Ω时，闭合开关S后，电压表读数U＝5 V，求：
(1)电路中的电流I和电源内阻r；
(2)电源的输出功率P和效率η。
解析：(1)由欧姆定律可得I＝＝1 A，
再由闭合电路的欧姆定律可得E＝I(R＋r)，
解得r＝1 Ω。
(2)由电功率公式得电源的输出功率P＝UI＝5 W，
电路的总功率为P总＝EI＝6 W，
则效率为η＝×100%＝83.3%。
答案：(1)1 A 1 Ω (2)5 W 83.3%
15．(16分)如图所示，电源电动势 E＝10 V，内阻 r＝1 Ω，定值电阻 R1＝3 Ω。开关S断开时，定值电阻 R2的功率为 6 W，电源的输出功率为 9 W。开关S 接通后，理想电流表的读数为 1.25 A。求：
(1)断开开关S时电流表的读数；
(2)定值电阻 R3的阻值。
解析：(1)开关断开时，电阻R1消耗的功率为：P1＝P出－P2＝3 W。
根据P1＝I2R1，解得I＝1 A。
(2)由闭合电路的欧姆定律 E＝I′(R1＋R并＋r)，
R并＝，又P2＝I2R2，
解得R3＝12 Ω。
答案：(1)1 A (2)12 Ω
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第四、五章 闭合电路电能与能源的可持续
发展
一、主干知识成体系
二、迁移交汇辨析清
一、直流电路的故障分析与判断
1．电路常见故障
(1)断路；(2)短路。
2．电路故障特点
(1)断路特点：电路中发生断路时，电源电压不为零，而电流为零；如果断路出现在干路中，则发生断路的地方其两端电压等于电源电压。
(2)短路特点：电路中的某部分发生短路时，表现为有电流通过电路而该部分电路两端电压为零。
3．电路故障部位的检测和判断
(1)断路故障的检测和判断(假设只有一个断点)：用电压表与电源并联检测电路中是否有电压，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。
(2)短路故障的检测和判断：用电压表与电源并联，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该段电路被短路；若电压表示数不为零，则该段电路没被短路。
[针对训练]
1. 如图所示的电路，闭合开关，灯L1、L2正常发光。由于电路
出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，电流表的读数变小，
根据分析，发生的故障可能是 ( )
A．R1断路 B．R2断路
C．R3短路 D．R4短路
解析：等效电路如图所示，若R1断路，总外电阻变大，总电
流减小，路端电压变大，L1两端电压变大，L1变亮；ab部分
电路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L2、
R4的电流都减小，故A符合题意；若R2断路，总电阻变大，总
电流减小，ac部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，R1、L1中电流都减小，与题意相矛盾，故B不符合题意；若R3短路或R4短路，总电阻减小，总电流增大，电流表读数变大，与题意相矛盾，故C、D不符合题意。
答案：A
2. 在如图所示的电路中，闭合开关时，灯泡不亮，已经确定是
由灯泡断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可
闭合，可断开)，现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流
挡和欧姆挡分别对故障电路进行如下检查并做出判断(如表所示)。
次序 操作步骤 现象和结论
1 闭合开关，选直流电压挡，红、黑表笔分别接a、b 指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路
2 闭合开关，选直流电流挡，红、黑表笔分别接a、b 指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路
3 闭合开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b 指针不动，灯泡断路；指针偏转，灯泡短路
4 断开开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b 指针不动，灯泡断路；指针偏转最大，灯泡短路
以上操作和判断错误的是 ( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：用直流电压挡接a、b时，若电压表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电压表无示数，说明灯泡短路，故A正确；用直流电流挡接a、b时，若电流表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电流表无示数，则说明灯泡短路，故B正确；用欧姆挡接a、b时，必须先断开电源的开关，故C错误；若断开开关，用欧姆挡接a、b时，有示数且指针偏转非常大，说明a、b间电阻接近为0，故灯泡应该是短路；若无指针偏转，则说明a、b间电阻为无穷大，灯泡断路，故D正确。
答案：C
二、闭合电路中的图像问题分析与应用
图像既能反映物理量之间的规律关系，又是分析和解决物理问题的一种工具，因此我们把各物理量间的关系或物理过程绘制成图像，既可以帮助分析推理，又可根据图像直接求解。
闭合电路中各物理量间的变化关系大都可以用有关图像表示。只要明确各种图像中点、线、面积、斜率及截距等物理量的含义并正确使用图像，闭合电路问题的求解就会既快捷准确又方便灵活。
闭合电路中常见的图像有：
续表
续表
续表
答案：AD
4．如图所示为甲、乙两灯泡的I-U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡串联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率分别约为 ( )
A．5 W,3 W B．20 W,12 W
C．46 W,40 W D．60 W,70 W
解析：两灯泡串联，故两灯泡中电流相等，而两灯泡两端的电压为220 V，则由题图可知，两灯泡的电流均约为I＝15×10－2 A，甲的电压约为U1＝140 V，而乙的电压约为U2＝80 V，故甲的电功率为P甲＝U1I＝140×15×10－2 W＝21 W，而乙的电功率为P乙＝80×15×10－2 W＝12 W，故B正确，A、C、D错误。
答案：B
三、创新应用提素养
(一)在家庭生活中的应用
1．某插座的额定电流为10 A，以下电器单独使用该插座时，安全的是 ( )
①额定功率为60 W，额定电压为220 V的电风扇
②额定功率为1 200 W，额定电压为220 V的洗衣机
③额定功率为3 000 W，额定电压为220 V的取暖器
④额定功率为4 500 W，额定电压为220 V的电热水器
A．①或② B．仅① C．③或① D．仅④
2. 如图所示为一种环保“重力灯”，让重物缓慢下落，拉动绳
子，从而带动发电机转动，使小灯泡发光。某“重力灯”中
的重物为18 kg，它在30 min内缓慢下落了2 m, 使规格为
“1.5 V, 0.12 W”的小灯泡正常发光。不计绳子重力，则以下说
法正确的是 ( )
A．绳子拉力对重物做正功
B．重物重力做功的功率为0.12 W
C．30 min内产生的电能为360 J
D．重物重力势能转化为灯泡电能的效率为60%
答案：D
3. 如图为某扫地机器人，其内部电机的电阻为 0.5 Ω，内置锂电池容量为 9 A·h，额定功率为 24 W，额定电压为 8 V，则该扫地机器人正常工作时 ( )
A．额定工作电流是 3 A
B．额定工作电流是 16 A
C．扫地机器人电池充满电之后最长工作时间为9 h
D．扫地机器人每秒消耗电能为 128 J
答案：A
(二)在交通工具中的应用
4. 为减少汽车排放带来的污染，很多城市开始使用电动汽车，
现有一辆质量为2 t的某品牌电动汽车，其电池每次充满电
后能提供的总电能为60 kW·h，充电时，直流充电桩充电电压为400 V，充电时间为4.5 h，充电效率为95%，以108 km/h的速度在平直高速公路匀速行驶时汽车将总电能转化为机械能的效率为90%，汽车受到的阻力为重力的3%，g取10 N/kg，由此可知( )
A．充电的平均电流为33 A
B．汽车牵引力的功率为15 kW
C．汽车能匀速行驶的时间为3 h
D．汽车能匀速行驶的距离为350 km
答案：C
5．[多选]如图为某品牌共享电动单车，与普通电动车不同的是，
该共享电动单车采用“共享充电宝＋自行车的方式”，其电
池与普通充电宝类似，电池容量只有20 000 mA·h，输入、输
出电压均为10 V，输入电流为8 A，输出电流为15 A，可以支持驱动人和单车行驶10 km左右。已知成人在平路上骑电动单车所受阻力约为20 N，则 ( )
A．该单车电池最多储存电能为7.2×104 J
B．该单车电池充电时，从零电量充至满电量大约需要时间2.5 h
C．该单车电池电能的有效利用率约为27.8%
D．成人采用“电动＋人力”方式在平路上骑行时，最大行车速度为7.5 m/s
答案：BC
