第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电 增分测评卷（含答案解析）

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
满分100分,限时75分钟
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.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡,R为滑动变阻器。电流表和电压表读数分别为I、U,其读数变化量大小分别为ΔI、ΔU。现闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向上滑动时 (　　)
A.I增大　　　　B.L变暗
C.U变小　　　　D.不变
8.某学校高二物理兴趣小组的同学自制欧姆表,电路图如图甲,电流表G满偏电流Ig=3 mA,内阻Rg=30 Ω,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω。下列说法正确的是 (　　)
　　
A.使用该欧姆表时,应将黑表笔插入A孔
B.欧姆调零时,R0接入电路的阻值为500 Ω
C.将待测电阻Rx接入A、B间,此时G的示数如图乙所示,则Rx为1 kΩ
D.该欧姆表能较准确测量电阻的范围为1 kΩ~3 kΩ
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.如今,人们对手机的依赖程度越来越高,手机已成为人们必不可少的随身物品,然而长时间使用手机会对眼睛造成一定的伤害,因此现在的智能手机都有一项可以调节亮度的功能,该功能既可以自动调节亮度,也可以手动调节。某同学为了模拟该功能,设计了如图所示的电路,R1为光敏电阻,光照增强,阻值变小,R2为滑动变阻器,闭合开关后,下列说法正确的是 (　　)
A.仅光照变弱,小灯泡变亮
B.仅光照变强,小灯泡变亮
C.仅将滑片向a端滑动,小灯泡变暗
D.仅将滑片向a端滑动,电池输出的路端电压变小
10.如图,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关S,小灯泡L1、L2的电阻分别为R1、R2。不考虑灯丝电阻随温度的变化,电流表、电压表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片由右端向左滑动时,下列说法正确的是(　　)
A.电流表A1示数变小,电流表A示数变大,小灯泡L1变亮
B.电流表A示数变大,电压表V示数变小,小灯泡L2变暗
C.电压表示数变化ΔU,电流表A示数变化ΔI,=r
D.电压表示数变化ΔU,电流表A示数变化ΔI,=R
11.在如图所示的竖直方向的电路中,电压表和电流表均为理想电表,R1、R2、R3为定值电阻,电源电动势为E、内阻为r,开关S1闭合,S2断开,水平放置的平行板电容器中间有一带电油滴处于静止状态,当S2从断开到闭合后,下列说法正确的是 (　　)
A.两表读数均变小
B.电源内阻消耗的功率变小
C.油滴将向上运动
D.电容器带的电荷量减少
12.如图甲所示,电源的电动势E=3 V,内阻为r,闭合开关S,滑动变阻器的滑片C从A端滑至B端的过程中,电路中的一些物理量的变化规律如图乙所示:图Ⅰ描述电源的输出功率随路端电压的变化规律,图Ⅱ描述路端电压随电流的变化规律,图Ⅲ描述电源的效率随外电阻的变化规律。电表、导线对电路的影响不计。则下列说法正确的是 (　　)
乙
A.电源的内阻r为2 Ω
B.滑动变阻器最大阻值为9 Ω
C.Ⅰ图上b点的坐标(1.5 V,2.25 W)
D.Ⅱ图上a点的坐标(0.6 A,2.7 V)
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.(9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)在如图所示的电路中,电源电动势E=12 V,内阻r未知,R1是阻值为5 Ω的定值电阻,R2是由某金属氧化物制成的导体棒,可视为非纯电阻,实验证明通过R2的电流I和它两端电压U数值遵循I=0.2U3的规律。闭合开关S后,理想电流表的示数为1.6 A。求:
(1)R1、R2消耗的电功率P1、P2;
(2)电源的内阻r。
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.(16分)在如图所示的多元件电路中,有三个定值电阻R0、R1、R2,阻值均为2 Ω,有一电容器,其电容为C=3×10-7 F,电源的电动势E=8 V,内阻r=1 Ω,滑动变阻器阻值范围是0~8 Ω,现将开关S闭合。
(1)为了使滑动变阻器R3消耗功率最大,其阻值R3应调到多大 此时滑动变阻器的功率是多少
(2)在滑动变阻器的滑片从最左端a滑到最右端b的过程中电容器的电荷量变化了多少
答案全解全析
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.D　当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,滑动变阻器接入电路阻值变大,电路总电阻变大,根据闭合电路欧姆定律可知,电路总电流减小,路端电压增大,则电流表读数I减小,电压表读数U增大,灯泡L两端电压增大,通过L的电流增大,L变亮,故A、B、C错误;根据闭合电路欧姆定律可得E=U+Ir,则U=E-Ir,可得=r,则不变,故D正确。故选D。
8.C　根据“红进黑出”可知,A错误。根据闭合电路欧姆定律可得Ig=,解得R0=469 Ω,故B错误。C选项,根据闭合电路欧姆定律可得Ig=,解得Rx=1 kΩ,故C正确。欧姆表的中值电阻附近刻度最均匀,读数误差最小;欧姆表的中值电阻R中等于欧姆表的内电阻R总,根据闭合电路欧姆定律,满偏时Ig=,得R总=500 Ω,R中=R总=500 Ω,故D错误。故选C。
9.BC　仅光照变弱,光敏电阻阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,灯泡变暗,故A错误;当光照变强时,光敏电阻的阻值变小,电流变大,则灯泡变亮,故B正确;仅将滑片向a端滑动,R2阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,灯泡变暗,故C正确;仅将滑片向a端滑动,R2阻值变大,回路总电阻变大,电流变小,根据U=E-Ir,可知,路端电压变大,故D错误。故选B、C。
10.BC　滑动变阻器滑片由右端向左滑动时,变阻器接入的阻值变小,根据“串反并同”可知,电流表A1示数变大,电流表A示数变大,电压表V示数变小,小灯泡L1变亮,小灯泡L2变暗,故A错误,B正确;根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,电压表测的是路端电压,电流表A测的是干路电流,所以=r,故C正确,D错误。故选B、C。
11.AD　当S2闭合后,电路总电阻减小,干路电流增大,电源内阻r、电阻R3两端的电压增大,根据闭合电路欧姆定律可知,电阻R2、R1两端的电压减小,通过电阻R2、R1的电流减小,则电流表读数减小,电压表读数减小,故A正确;电源内阻消耗的功率P=I2r,因为干路电流增大,电源内阻消耗的功率变大,故B错误;电容器两极板间电压减小,板间距离不变,所以电场强度减小,油滴所受电场力小于重力,油滴向下运动,故C错误;电容器两极板间电压减小,电容器电容不变,根据Q=CU可知电容器带的电荷量减少,故D正确。故选A、D。
12.BC　由图乙中Ⅱ图可知短路电流为I短=3 A,由I短=,得r= Ω=1 Ω,故A错误;电源效率最高时,滑动变阻器的阻值最大,由Ⅲ图知电源的最大效率为η=90%,根据η=×100%=×100%,解得R=9 Ω,即变阻器最大阻值为9 Ω。故B正确;当电源输出功率达到最大时,R=r=1 Ω,此时路端电压为U==1.5 V,输出功率P出==2.25 W,Ⅰ图上b点坐标为(1.5 V,2.25 W),故C正确;Ⅱ图上,最小电流I== A=0.3 A,根据闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir=3 V-0.3×1 V=2.7 V,Ⅱ图上a点的坐标为(0.3 A,2.7 V),故D错误。故选B、C。
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(3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)12.8 W,3.2 W　(2)1.25 Ω
解析　(1)串联电路电流相等,通过R2的电流为1.6 A (1分)
由I=0.2 (1分)
得R2两端的电压
U2=2 V(1分)
通过R1的电流也为
I=1.6 A(1分)
根据欧姆定律,R1两端的电压
U1=IR1=1.6×5 V=8.0 V(1分)
电阻R1消耗的功率为
P1=IU1=1.6×8 W=12.8 W(1分)
电阻R2消耗的功率为
P2=IU2=1.6×2 W=3.2 W(1分)
(2)根据闭合电路的欧姆定律有
E=U1+U2+Ir (2分)
解得r= Ω=1.25 Ω(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)4 Ω,4 W　(2)1.2×10-6 C
解析　(1)将滑动变阻器以外的电阻看成等效电源内阻的一部分,等效电源电动势和内阻为
E=8 V(1分)
r'=r+R0+=4 Ω(1分)
电流为I= (1分)
滑动变阻器的功率为P=I2R3 (1分)
整理得P= (1分)
故滑动变阻器的功率最大时,有R3=r'=4 Ω(1分)
此时Pm==4 W(1分)
(2)滑片在a端时,总电阻R总=r'+R3=12 Ω(1分)
干路电流I1== A(1分)
电容器两端的电压为U1=E-I1(R3+r)=2 V(1分)
电容器的电荷量Q1=CU1=6×10-7 C(1分)
滑片在b端时,电路总电阻R总'=4 Ω(1分)
干路电流I2==2 A(1分)
电容器两端的电压U2=E-I2r=6 V(1分)
电容器的电荷量
Q2=CU2=1.8×10-6 C(1分)
电容器的电荷量增加量为
ΔQ=Q2-Q1=1.2×10-6 C(1分)