第十单元 电路 电能（一）《巅峰突破》2026版物理高三一轮单元突破验收卷（含答案解析）
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| 名称 | 第十单元 电路 电能（一）《巅峰突破》2026版物理高三一轮单元突破验收卷（含答案解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-09-10 17:02:15 | ||
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文档简介
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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
)
第十单元 电路 电能（一）
满分100分,限时75分钟
考点1 电路的基本概念和规律 考点2 电表的改装
考点3 闭合电路的欧姆定律
一、选择题(本题共10小题,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1—7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8—10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.北京时间2023年10月3日,据诺贝尔奖官方网站公布,2023年诺贝尔物理学奖颁发给Pierre等三位物理学家,以表彰他们“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒(as)这种时间尺度,适合用来描述电子在原子内部运动的情况,1 as=10-18 s,例如电子绕氢原子核一周大约是150 as。已知电子所带电荷量为1.6×10-19 C,氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动。根据以上信息估算氢原子核外电子绕核运动的等效电流大约为 ( )
A.1×10-3 A B.1×10-21 A C.2.4×10-17 A D.2.4×10-35 A
2.如图所示,一段长为a、宽为b、高为c(a>b>c)的导体,将其中的两个对立面接入电路中时,最大的电阻为R,则最小的电阻为 ( )
A. B. C. D.R
3.如图所示电路中,开关S断开时,电压表、电流表均无示数,S闭合时,电流表有示数,电压表无示数,电路中仅有一处故障,下列判断正确的是 ( )
A.电阻R3断路 B.电阻R2断路 C.电阻R1断路 D.电阻R2短路
4.电路中的电阻均为1 Ω,电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω,电流表、电压表均为理想电表,则此时电压表的读数是 ( )
A.0.5 V B.1.5 V C.2 V D.3 V
5.某实验小组用一个表头G(满偏电流Ig=100 μA,内阻Rg=900 Ω),改装成1 mA和10 mA的双量程电流表、量程为3 V的电压表,改装原理图如图所示,已知R2=90 Ω。则R1和R3的阻值分别为 ( )
A.R1=10 Ω R3=2 910 Ω
B.R1=10 Ω R3=29 100 Ω
C.R1=100 Ω R3=29 100 Ω
D.R1=100 Ω R3=2 910 Ω
6.如图所示的电路,将两个相同的小量程的灵敏电流计通过并联定值电阻分别改装成电流表A1(0~3 A)和A2(0~0.6 A),把两个改装后的电流表并联接入电路中测量电流,则下列说法不正确的是 ( )
A.A1的指针满偏时,A2的指针也满偏
B.A2的指针满偏时,A1的指针刚好指到量程的五分之一处
C.A2的读数始终为A1读数的五分之一
D.A1的读数为1.50 A时,干路电流为1.80 A
7.如图所示,电表均为理想电表,两灯泡的电阻均为2r(不考虑温度变化对灯泡的影响),r为电源内阻的大小,闭合开关S,此时两灯泡正常发光。将滑动变阻器滑片向下滑动,电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法不正确的是 ( )
A.两灯泡逐渐变暗
B.V1示数变小、V2的示数增大
C.电源的输出功率减小,效率增大
D.ΔU2与ΔI的比值大于ΔU1与ΔI的比值
8.如图所示的电路中,电源电动势为5 V,内阻r未知。闭合开关S后,电动机刚好能正常工作,理想电流表的示数为0.5 A,理想电压表V1的示数为2.5 V,理想电压表V2的示数为1 V,电动机输出的机械功率为0.65 W,则 ( )
A.电动机的输入功率为2.5 W
B.电动机的内阻为0.4 Ω
C.电源的内阻为3 Ω
D.电源的输出功率为1.25 W
9.如图所示,曲线甲、乙分别是纯电阻直流电路中,内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线,M点为甲、乙两曲线的交点,且为乙曲线的最高点。由该图可求得 ( )
A.电源的内电阻为2 Ω
B.电源的电动势为8 V
C.电源的最大输出功率为16 W
D.电源被短路时,电源消耗的总功率为32 W
10.科创数据研究中心(SMDC)对某品牌最新款新能源汽车内的直流蓄电池进行了测试。测试过程中系统输出的-图像如图所示,其中P为直流电源的输出功率、I为总电流,下列说法正确的是 ( )
A.该蓄电池的电动势为12 V
B.该蓄电池的内阻为1 Ω
C.该蓄电池的最大输出功率为70 W
D.该蓄电池的短路电流为24 A
二、非选择题(本题共5小题,共60分)
11.(11分)某学习小组进行“将电流表改装成电压表”的实验。电流表的满偏电流Ig=3 mA,内阻约10 Ω。实验室提供的器材有:
滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值1 kΩ);
电阻箱R'(阻值范围0~9 999 Ω);
干电池E1(电动势为1.5 V),干电池E2(电动势为3 V)(两电池内阻很小,可不计);
开关S1、S2及导线若干。
(1)用半偏法测该电流表的内阻rg:如图1所示,闭合S1,断开S2,调节滑动变阻器R,使电流表达到满偏值Ig;保持滑动变阻器R滑片位置不变,闭合S2,调节电阻箱R',使电流表的示数为,然后读出电阻箱的阻值R',则有rg=R'。
①为了提高测量的精确度,选用的滑动变阻器为 ,选用的干电池为 。
②电流表半偏时,电阻箱的示数如图2所示,由此可知该电流表的内阻rg= Ω。
(2)将该电流表改装成量程为3 V的电压表,需将该电流表 联 Ω的定值电阻。
(3)将该电流表改装成量程为3 V的电压表后,将其与某标准电压表并联测量同一电压,则该改装电压表的示数 (选填“大于”“等于”或“小于”)标准电压表的示数。
12.(10分)如图电路中,电源电压恒为12 V(内阻不计),R1=3 Ω,R2=6 Ω,R3=6 Ω。
(1)若在C、D间连一个理想电压表,其读数是多少
(2)若在C、D间连一个理想电流表,其读数是多少
13.(11分)如图所示,电动机M的线圈电阻r1=0.4 Ω,定值电阻R=24 Ω,电源电动势E=40 V,断开开关S,理想电流表的示数I1=1.6 A;闭合开关S,理想电流表的示数为I2=4.0 A,求:
(1)电源内阻r;
(2)闭合开关S后,通过电阻R的电流IR;
(3)闭合开关S后,若电动机以v=0.5 m/s的恒定速度竖直向上提升重物,求重物的质量m。(不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2)
14.(13分)如图所示的电路中,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,其最大阻值为15 Ω。闭合开关S1、S2,当R3的滑片P从一端滑到另一端时,电压表示数的最大值和最小值分别为10.8 V和9.6 V,电流表示数的最大值和最小值分别为2.4 A和1.2 A。电表均为理想电表。
(1)求R1、R2的阻值;
(2)求电源的电动势E和内阻r;
(3)断开S2,调节R3接入电路的阻值使其功率最大,求此时R3接入电路的阻值及其最大功率。
15.(15分)(2024山东日照联考)如图甲所示,电源内阻r=1 Ω,R1、R2、R4均为定值电阻,R2=6 Ω,R4=2 Ω,R3为滑动变阻器,最大阻值为6 Ω,电容器的电容C=100 μF,电表均为理想电表。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,电路稳定时读出电压表和电流表的示数,得到U-I图像如图乙所示。求:
(1)电源的电动势E和R1的阻值;
(2)当滑片P移到a、b正中间位置时,电容器上带的电荷量Q;
(3)滑片P从a移到b的过程中,滑动变阻器R3的最大功率Pm。
答案全解全析
1.A
思路点拨 所谓等效电流,就是把电荷周期性通过圆周上各处形成的电流看作持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。在电荷定向移动的方向上取一个横截面作为研究对象,分析一个周期时间内通过该横截面的电荷量,由公式I=计算。
解析 根据电流的定义式可得I=== A≈1×10-3 A,选项A正确。
2.C 根据电阻定律R=ρ,可知若使电阻最小,则导体的横截面积应最大,长度应最小,反之则电阻最大;由题意可得最大电阻为R=ρ,最小电阻为Rmin=ρ,所以Rmin=,选项C正确。
易错警示 一定几何形状的导体,电阻的大小与其接入电路的方式有关,l是沿电流方向的导体长度,S是垂直于电流方向的横截面积。
3.A
思路点拨 电路故障有两种:短路和断路,根据电流表、电压表的示数分析故障的原因。
解析 开关S断开时,电阻R1、R2、R3串联,电流表和电压表均无示数,说明存在断路,由于电路中仅有一处故障,而电压表没有示数,说明R1或者R3断路,S闭合时,只有R1接入电路,电流表有示数,说明电阻R1正常,电压表没有接入电路,故没有示数,故电阻R3断路,选项A正确。
4.B 等效电路图如图所示,R1、R2并联电阻为0.5 Ω,R4、R5并联电阻为0.5 Ω,它们再串联后电阻为1 Ω,再与R3并联电阻为0.5 Ω,所以电路中外电阻为0.5 Ω,电源内阻为0.5 Ω,根据闭合电路欧姆定律,电压表的读数为U=R=1.5 V,选项B正确。
方法技巧
流程法简化复杂电路
5.A 选接2时电流表的量程为I2m=1 mA,I2m=+Ig,代入数据,可计算出R1=10 Ω。选接3时,改装电压表的量程是Um=3 V,Um=IgRg+I2mR3,代入数据有R3=2 910 Ω,选项A正确。
易错警示
电表改装问题的三点提醒
(1)无论表头G改装成电压表还是电流表,它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的。
(2)电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题,只要把表头G看成一个电阻Rg即可。
(3)改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压,改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流。
6.B 由电路图可以知道两电流表并联,它们两端电压相等,因为两电流表是由相同的灵敏电流计通过与定值电阻并联改装成的,通过表头的电流相等,指针偏转的角度相同,但量程不同的电流表读数不同,A1的量程等于A2的量程的5倍,故A1的读数也是A2的5倍。A1的指针满偏时,A2的指针也满偏,A正确,B错误;A2的读数始终为A1读数的五分之一,选项C正确;由分析可知A1的读数为1.50 A时,A2的读数为0.30 A,故干路电流为1.80 A,选项D正确。
7.D 将滑片向下滑动,电路中的总电阻增大,根据I=可知电路中电流减小,通过两灯泡的电流始终一样且减小,两灯泡逐渐变暗,选项A正确;电压表V2测量的是路端电压,电压表V1测量的是灯泡L1两端的电压,因总电流减小,所以V1的示数减小,根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,可知路端电压增大,即V2的示数增大,选项B正确;由图可知,外电阻大于内电阻,将滑片向下滑动,电路中的外电阻增大,与内电阻差值变大,电源的输出功率减小,电源的效率为η=×100%=×100%,可知路端电压增大,电源效率增大,选项C正确;电压表V2的测量值为路端电压,根据闭合电路欧姆定律可得E=U内+U外,V2示数变化量的绝对值为ΔU2=ΔU内,所以=r,根据部分电路欧姆定律得U1=I·2r,可得=2r,所以ΔU2与ΔI的比值小于ΔU1与ΔI的比值,选项D错误。
8.BD 电动机的输入功率为P=(U1-U2)I=0.75 W,选项A错误;根据I2RM=P-P机,可得电动机的内阻为RM=0.4 Ω,选项B正确;电源的内阻r==5 Ω,选项C错误;电源的输出功率为P出=U1I=1.25 W,选项D正确。
易错警示 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,计算电功率都可以用P=UI,计算热量都可以用Q=I2Rt,计算热功率都可以用P=I2R。当用变形式时,就要考虑是不是纯电阻电路。
9.ABD
识图有法
解析 当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,根据图像可知,最大值为8 W,选项C错误;根据P=UI可得,当I=2 A时,外电压为4 V,此时外电阻等于内电阻,所以内电压也为4 V,电源的电动势为8 V,选项B正确;电源的内电阻为r== Ω=2 Ω,选项A正确;电源被短路时,电源消耗的功率为P== W=32 W,选项D正确。
10.AD
思路点拨 (1)将直流电源的输出功率的表达式变形,结合图像斜率、截距求得电动势和内阻。
(2)应用数学方法分析最大输出功率的条件,得出最大输出功率。
解析 电源的输出功率为P=EI-I2r,变形得=-r,结合图像可得E= V=12 V,r=0.5 Ω,选项A正确,B错误;由P=EI-I2r=-r+,可知当I==12 A时,电源输出功率最大,Pmax==72 W,选项C错误;该蓄电池的短路电流为I短==24 A,选项D正确。
11.答案 (1)①R2(2分) E2(2分) ②10.7(2分) (2)串(1分) 989.3(2分) (3)小于(2分)
解析 (1)本实验采用半偏法测量电流表的内阻,滑动变阻器采用限流式接法,应选最大阻值较大的变阻器,所以滑动变阻器选R2;为了提高测量的精确度,电源应选择电动势较大的,故电源选E2;电阻箱的读数为10.7 Ω,所以电流表的内阻为10.7 Ω。(2)将该电流表改装成量程为3 V的电压表,需将该电流表与定值电阻串联,且串联的定值电阻为R=-rg=989.3 Ω。(3)因为用半偏法测得的电流表内阻的测量值偏小,所以将该电流表改装成电压表时,串联的定值电阻偏大,改装后的电压表内阻偏大,将其与某标准电压表并联测量同一电压时,通过改装后的电压表的电流偏小,因此该改装电压表的示数小于标准电压表的示数。
12.答案 (1)8 V (2)1 A
思路点拨 解答本题应关注以下两点:
(1)在C、D间连一个理想电压表,电路为串联电路,电压表读数为R2两端电压。
(2)在C、D间连一个理想电流表,则R2、R3并联后与R1串联,电流表读数为通过R3的电流。
解析 (1)若在C、D间连一个理想电压表,则电压表测量R2两端电压,此时该电路为电阻R1和R2与电源构成的串联电路,根据闭合电路欧姆定律有I= (2分)
R2两端的电压为U=IR2 (1分)
联立解得U=8 V(1分)
即理想电压表的示数为8 V。
(2)若在C、D间连一个理想电流表,则R2与R3并联后再与R1串联,电路中的总电阻为
R总=R1+=6 Ω(1分)
根据闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流为
I1== A=2 A(2分)
R1两端的电压为U1=I1R1=6 V(1分)
R2与R3并联,则可得该并联部分两端的电压为6 V,而电流表在电阻R3所在支路,由部分电路欧姆定律可得流过电流表的电流为I= A=1 A(2分)
即电流表的读数为1 A。
13.答案 (1)1 Ω (2)1.5 A (3)17.5 kg
解析 (1)电源电动势为E=40 V,当S断开时,理想电流表的示数I1=1.6 A,根据闭合电路欧姆定律可知I1= (1分)
解得电源内阻r=1 Ω(1分)
(2)开关S闭合时,理想电流表的示数I2=4.0 A,则电源内阻两端电压为U内=I2r=4×1 V=4 V(1分)
路端电压为U=E-U内=36 V(1分)
通过电阻R的电流为IR== A=1.5 A(1分)
(3)开关S闭合时,通过电动机的电流IM=I2-IR=2.5 A(1分)
电动机两端的电压U=36 V(1分)
电动机的输入功率PM=UIM=90 W(1分)
电动机的输出功率P出=PM-r1=87.5 W(1分)
由P出=mgv (1分)
解得重物的质量为m=17.5 kg(1分)
14.答案 (1)4 Ω 7.5 Ω (2)12 V 1 Ω (3)5 Ω 7.2 W
解析 (1)当R3的滑片P滑到最右端时,R3接入电路的阻值为0,根据欧姆定律可得R1===4 Ω(1分)
当R3的滑片P滑到最左端时,R3接入电路的阻值最大,电阻R2、R3并联后与R1串联,可得R'=+R1 (2分)
根据欧姆定律可得R'===9 Ω(1分)
解得R2=7.5 Ω(1分)
(2)根据闭合电路欧姆定律可得E=U1+I1r (1分)
E=U2+I2r (1分)
联立解得E=12 V,r=1 Ω(2分)
(3)断开S2,R3与R1串联,R3的功率
P=·R3 (1分)
当R3=R1+r=5 Ω时,R3的功率最大。 (2分)
解得最大功率为Pmax=7.2 W(1分)
归纳总结
功率的最值问题
(1)定值电阻的功率:P定=I2R。
R为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定最小;当R外最小时,I最大,P定最大。
(2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,P出m=。
(3)变化电阻的功率的最大值
利用等效思想,把除变化电阻之外的定值电阻等效成电源内阻r'的一部分,则变化电阻的功率即等效以后的电源的输出功率,即当R变=r'时,P变有最大值。
15.答案 (1)6 V 1 Ω (2)1.5×10-4 C (3)3.375 W
思路点拨 本题第(2)问求电容器所带电荷量,可把电容器当成断路简化电路图,找到与电容器并联的电阻,电容器两极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
解析 (1)结合电路图,根据闭合电路欧姆定律可得
E=U+I(r+R1) (1分)
由图乙知,当I=1.2 A时,U=3.6 V;当I=2.4 A时,U=1.2 V;代入数据,联立解得
E=6 V,R1=1 Ω(2分)
(2)当滑片P移到a、b正中间位置时,电阻R3接入电路的阻值为最大阻值的一半,即R3=3 Ω(1分)
可得R2和R3并联部分的电阻为
R并= Ω=2 Ω(1分)
此时电流表的示数为I==1.5 A(1分)
此时电容器两端的电压等于电阻R1两端的电压,即UC=IR1 (1分)
由电容的定义式可得Q=CUC (1分)
代入数据解得Q=1.5×10-4 C(1分)
(3)并联部分两端电压U=E (2分)
R3的功率P3= (1分)
整理得P3= (1分)
当4R3=,即R3=1.5 Ω时,R3的功率最大,解得P3m=3.375 W(2分)
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
(
姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第十单元 电路 电能（一）
满分100分,限时75分钟
考点1 电路的基本概念和规律 考点2 电表的改装
考点3 闭合电路的欧姆定律
一、选择题(本题共10小题,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1—7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8—10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.北京时间2023年10月3日,据诺贝尔奖官方网站公布,2023年诺贝尔物理学奖颁发给Pierre等三位物理学家,以表彰他们“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒(as)这种时间尺度,适合用来描述电子在原子内部运动的情况,1 as=10-18 s,例如电子绕氢原子核一周大约是150 as。已知电子所带电荷量为1.6×10-19 C,氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动。根据以上信息估算氢原子核外电子绕核运动的等效电流大约为 ( )
A.1×10-3 A B.1×10-21 A C.2.4×10-17 A D.2.4×10-35 A
2.如图所示,一段长为a、宽为b、高为c(a>b>c)的导体,将其中的两个对立面接入电路中时,最大的电阻为R,则最小的电阻为 ( )
A. B. C. D.R
3.如图所示电路中,开关S断开时,电压表、电流表均无示数,S闭合时,电流表有示数,电压表无示数,电路中仅有一处故障,下列判断正确的是 ( )
A.电阻R3断路 B.电阻R2断路 C.电阻R1断路 D.电阻R2短路
4.电路中的电阻均为1 Ω,电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω,电流表、电压表均为理想电表,则此时电压表的读数是 ( )
A.0.5 V B.1.5 V C.2 V D.3 V
5.某实验小组用一个表头G(满偏电流Ig=100 μA,内阻Rg=900 Ω),改装成1 mA和10 mA的双量程电流表、量程为3 V的电压表,改装原理图如图所示,已知R2=90 Ω。则R1和R3的阻值分别为 ( )
A.R1=10 Ω R3=2 910 Ω
B.R1=10 Ω R3=29 100 Ω
C.R1=100 Ω R3=29 100 Ω
D.R1=100 Ω R3=2 910 Ω
6.如图所示的电路,将两个相同的小量程的灵敏电流计通过并联定值电阻分别改装成电流表A1(0~3 A)和A2(0~0.6 A),把两个改装后的电流表并联接入电路中测量电流,则下列说法不正确的是 ( )
A.A1的指针满偏时,A2的指针也满偏
B.A2的指针满偏时,A1的指针刚好指到量程的五分之一处
C.A2的读数始终为A1读数的五分之一
D.A1的读数为1.50 A时,干路电流为1.80 A
7.如图所示,电表均为理想电表,两灯泡的电阻均为2r(不考虑温度变化对灯泡的影响),r为电源内阻的大小,闭合开关S,此时两灯泡正常发光。将滑动变阻器滑片向下滑动,电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法不正确的是 ( )
A.两灯泡逐渐变暗
B.V1示数变小、V2的示数增大
C.电源的输出功率减小,效率增大
D.ΔU2与ΔI的比值大于ΔU1与ΔI的比值
8.如图所示的电路中,电源电动势为5 V,内阻r未知。闭合开关S后,电动机刚好能正常工作,理想电流表的示数为0.5 A,理想电压表V1的示数为2.5 V,理想电压表V2的示数为1 V,电动机输出的机械功率为0.65 W,则 ( )
A.电动机的输入功率为2.5 W
B.电动机的内阻为0.4 Ω
C.电源的内阻为3 Ω
D.电源的输出功率为1.25 W
9.如图所示,曲线甲、乙分别是纯电阻直流电路中,内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线,M点为甲、乙两曲线的交点,且为乙曲线的最高点。由该图可求得 ( )
A.电源的内电阻为2 Ω
B.电源的电动势为8 V
C.电源的最大输出功率为16 W
D.电源被短路时,电源消耗的总功率为32 W
10.科创数据研究中心(SMDC)对某品牌最新款新能源汽车内的直流蓄电池进行了测试。测试过程中系统输出的-图像如图所示,其中P为直流电源的输出功率、I为总电流,下列说法正确的是 ( )
A.该蓄电池的电动势为12 V
B.该蓄电池的内阻为1 Ω
C.该蓄电池的最大输出功率为70 W
D.该蓄电池的短路电流为24 A
二、非选择题(本题共5小题,共60分)
11.(11分)某学习小组进行“将电流表改装成电压表”的实验。电流表的满偏电流Ig=3 mA,内阻约10 Ω。实验室提供的器材有:
滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值1 kΩ);
电阻箱R'(阻值范围0~9 999 Ω);
干电池E1(电动势为1.5 V),干电池E2(电动势为3 V)(两电池内阻很小,可不计);
开关S1、S2及导线若干。
(1)用半偏法测该电流表的内阻rg:如图1所示,闭合S1,断开S2,调节滑动变阻器R,使电流表达到满偏值Ig;保持滑动变阻器R滑片位置不变,闭合S2,调节电阻箱R',使电流表的示数为,然后读出电阻箱的阻值R',则有rg=R'。
①为了提高测量的精确度,选用的滑动变阻器为 ,选用的干电池为 。
②电流表半偏时,电阻箱的示数如图2所示,由此可知该电流表的内阻rg= Ω。
(2)将该电流表改装成量程为3 V的电压表,需将该电流表 联 Ω的定值电阻。
(3)将该电流表改装成量程为3 V的电压表后,将其与某标准电压表并联测量同一电压,则该改装电压表的示数 (选填“大于”“等于”或“小于”)标准电压表的示数。
12.(10分)如图电路中,电源电压恒为12 V(内阻不计),R1=3 Ω,R2=6 Ω,R3=6 Ω。
(1)若在C、D间连一个理想电压表,其读数是多少
(2)若在C、D间连一个理想电流表,其读数是多少
13.(11分)如图所示,电动机M的线圈电阻r1=0.4 Ω,定值电阻R=24 Ω,电源电动势E=40 V,断开开关S,理想电流表的示数I1=1.6 A;闭合开关S,理想电流表的示数为I2=4.0 A,求:
(1)电源内阻r;
(2)闭合开关S后,通过电阻R的电流IR;
(3)闭合开关S后,若电动机以v=0.5 m/s的恒定速度竖直向上提升重物,求重物的质量m。(不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2)
14.(13分)如图所示的电路中,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,其最大阻值为15 Ω。闭合开关S1、S2,当R3的滑片P从一端滑到另一端时,电压表示数的最大值和最小值分别为10.8 V和9.6 V,电流表示数的最大值和最小值分别为2.4 A和1.2 A。电表均为理想电表。
(1)求R1、R2的阻值;
(2)求电源的电动势E和内阻r;
(3)断开S2,调节R3接入电路的阻值使其功率最大,求此时R3接入电路的阻值及其最大功率。
15.(15分)(2024山东日照联考)如图甲所示,电源内阻r=1 Ω,R1、R2、R4均为定值电阻,R2=6 Ω,R4=2 Ω,R3为滑动变阻器,最大阻值为6 Ω,电容器的电容C=100 μF,电表均为理想电表。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,电路稳定时读出电压表和电流表的示数,得到U-I图像如图乙所示。求:
(1)电源的电动势E和R1的阻值;
(2)当滑片P移到a、b正中间位置时,电容器上带的电荷量Q;
(3)滑片P从a移到b的过程中,滑动变阻器R3的最大功率Pm。
答案全解全析
1.A
思路点拨 所谓等效电流,就是把电荷周期性通过圆周上各处形成的电流看作持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。在电荷定向移动的方向上取一个横截面作为研究对象,分析一个周期时间内通过该横截面的电荷量,由公式I=计算。
解析 根据电流的定义式可得I=== A≈1×10-3 A,选项A正确。
2.C 根据电阻定律R=ρ,可知若使电阻最小,则导体的横截面积应最大,长度应最小,反之则电阻最大;由题意可得最大电阻为R=ρ,最小电阻为Rmin=ρ,所以Rmin=,选项C正确。
易错警示 一定几何形状的导体,电阻的大小与其接入电路的方式有关,l是沿电流方向的导体长度,S是垂直于电流方向的横截面积。
3.A
思路点拨 电路故障有两种:短路和断路,根据电流表、电压表的示数分析故障的原因。
解析 开关S断开时,电阻R1、R2、R3串联,电流表和电压表均无示数,说明存在断路,由于电路中仅有一处故障,而电压表没有示数,说明R1或者R3断路,S闭合时,只有R1接入电路,电流表有示数,说明电阻R1正常,电压表没有接入电路,故没有示数,故电阻R3断路,选项A正确。
4.B 等效电路图如图所示,R1、R2并联电阻为0.5 Ω,R4、R5并联电阻为0.5 Ω,它们再串联后电阻为1 Ω,再与R3并联电阻为0.5 Ω,所以电路中外电阻为0.5 Ω,电源内阻为0.5 Ω,根据闭合电路欧姆定律,电压表的读数为U=R=1.5 V,选项B正确。
方法技巧
流程法简化复杂电路
5.A 选接2时电流表的量程为I2m=1 mA,I2m=+Ig,代入数据,可计算出R1=10 Ω。选接3时,改装电压表的量程是Um=3 V,Um=IgRg+I2mR3,代入数据有R3=2 910 Ω,选项A正确。
易错警示
电表改装问题的三点提醒
(1)无论表头G改装成电压表还是电流表,它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的。
(2)电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题,只要把表头G看成一个电阻Rg即可。
(3)改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压,改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流。
6.B 由电路图可以知道两电流表并联,它们两端电压相等,因为两电流表是由相同的灵敏电流计通过与定值电阻并联改装成的,通过表头的电流相等,指针偏转的角度相同,但量程不同的电流表读数不同,A1的量程等于A2的量程的5倍,故A1的读数也是A2的5倍。A1的指针满偏时,A2的指针也满偏,A正确,B错误;A2的读数始终为A1读数的五分之一,选项C正确;由分析可知A1的读数为1.50 A时,A2的读数为0.30 A,故干路电流为1.80 A,选项D正确。
7.D 将滑片向下滑动,电路中的总电阻增大,根据I=可知电路中电流减小,通过两灯泡的电流始终一样且减小,两灯泡逐渐变暗,选项A正确;电压表V2测量的是路端电压,电压表V1测量的是灯泡L1两端的电压,因总电流减小,所以V1的示数减小,根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,可知路端电压增大,即V2的示数增大,选项B正确;由图可知,外电阻大于内电阻,将滑片向下滑动,电路中的外电阻增大,与内电阻差值变大,电源的输出功率减小,电源的效率为η=×100%=×100%,可知路端电压增大,电源效率增大,选项C正确;电压表V2的测量值为路端电压,根据闭合电路欧姆定律可得E=U内+U外,V2示数变化量的绝对值为ΔU2=ΔU内,所以=r,根据部分电路欧姆定律得U1=I·2r,可得=2r,所以ΔU2与ΔI的比值小于ΔU1与ΔI的比值,选项D错误。
8.BD 电动机的输入功率为P=(U1-U2)I=0.75 W,选项A错误;根据I2RM=P-P机,可得电动机的内阻为RM=0.4 Ω,选项B正确;电源的内阻r==5 Ω,选项C错误;电源的输出功率为P出=U1I=1.25 W,选项D正确。
易错警示 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,计算电功率都可以用P=UI,计算热量都可以用Q=I2Rt,计算热功率都可以用P=I2R。当用变形式时,就要考虑是不是纯电阻电路。
9.ABD
识图有法
解析 当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,根据图像可知,最大值为8 W,选项C错误;根据P=UI可得,当I=2 A时,外电压为4 V,此时外电阻等于内电阻,所以内电压也为4 V,电源的电动势为8 V,选项B正确;电源的内电阻为r== Ω=2 Ω,选项A正确;电源被短路时,电源消耗的功率为P== W=32 W,选项D正确。
10.AD
思路点拨 (1)将直流电源的输出功率的表达式变形,结合图像斜率、截距求得电动势和内阻。
(2)应用数学方法分析最大输出功率的条件,得出最大输出功率。
解析 电源的输出功率为P=EI-I2r,变形得=-r,结合图像可得E= V=12 V,r=0.5 Ω,选项A正确,B错误;由P=EI-I2r=-r+,可知当I==12 A时,电源输出功率最大,Pmax==72 W,选项C错误;该蓄电池的短路电流为I短==24 A,选项D正确。
11.答案 (1)①R2(2分) E2(2分) ②10.7(2分) (2)串(1分) 989.3(2分) (3)小于(2分)
解析 (1)本实验采用半偏法测量电流表的内阻,滑动变阻器采用限流式接法,应选最大阻值较大的变阻器,所以滑动变阻器选R2;为了提高测量的精确度,电源应选择电动势较大的,故电源选E2;电阻箱的读数为10.7 Ω,所以电流表的内阻为10.7 Ω。(2)将该电流表改装成量程为3 V的电压表,需将该电流表与定值电阻串联,且串联的定值电阻为R=-rg=989.3 Ω。(3)因为用半偏法测得的电流表内阻的测量值偏小,所以将该电流表改装成电压表时,串联的定值电阻偏大,改装后的电压表内阻偏大,将其与某标准电压表并联测量同一电压时,通过改装后的电压表的电流偏小,因此该改装电压表的示数小于标准电压表的示数。
12.答案 (1)8 V (2)1 A
思路点拨 解答本题应关注以下两点:
(1)在C、D间连一个理想电压表,电路为串联电路,电压表读数为R2两端电压。
(2)在C、D间连一个理想电流表,则R2、R3并联后与R1串联,电流表读数为通过R3的电流。
解析 (1)若在C、D间连一个理想电压表,则电压表测量R2两端电压,此时该电路为电阻R1和R2与电源构成的串联电路,根据闭合电路欧姆定律有I= (2分)
R2两端的电压为U=IR2 (1分)
联立解得U=8 V(1分)
即理想电压表的示数为8 V。
(2)若在C、D间连一个理想电流表,则R2与R3并联后再与R1串联,电路中的总电阻为
R总=R1+=6 Ω(1分)
根据闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流为
I1== A=2 A(2分)
R1两端的电压为U1=I1R1=6 V(1分)
R2与R3并联,则可得该并联部分两端的电压为6 V,而电流表在电阻R3所在支路,由部分电路欧姆定律可得流过电流表的电流为I= A=1 A(2分)
即电流表的读数为1 A。
13.答案 (1)1 Ω (2)1.5 A (3)17.5 kg
解析 (1)电源电动势为E=40 V,当S断开时,理想电流表的示数I1=1.6 A,根据闭合电路欧姆定律可知I1= (1分)
解得电源内阻r=1 Ω(1分)
(2)开关S闭合时,理想电流表的示数I2=4.0 A,则电源内阻两端电压为U内=I2r=4×1 V=4 V(1分)
路端电压为U=E-U内=36 V(1分)
通过电阻R的电流为IR== A=1.5 A(1分)
(3)开关S闭合时,通过电动机的电流IM=I2-IR=2.5 A(1分)
电动机两端的电压U=36 V(1分)
电动机的输入功率PM=UIM=90 W(1分)
电动机的输出功率P出=PM-r1=87.5 W(1分)
由P出=mgv (1分)
解得重物的质量为m=17.5 kg(1分)
14.答案 (1)4 Ω 7.5 Ω (2)12 V 1 Ω (3)5 Ω 7.2 W
解析 (1)当R3的滑片P滑到最右端时,R3接入电路的阻值为0,根据欧姆定律可得R1===4 Ω(1分)
当R3的滑片P滑到最左端时,R3接入电路的阻值最大,电阻R2、R3并联后与R1串联,可得R'=+R1 (2分)
根据欧姆定律可得R'===9 Ω(1分)
解得R2=7.5 Ω(1分)
(2)根据闭合电路欧姆定律可得E=U1+I1r (1分)
E=U2+I2r (1分)
联立解得E=12 V,r=1 Ω(2分)
(3)断开S2,R3与R1串联,R3的功率
P=·R3 (1分)
当R3=R1+r=5 Ω时,R3的功率最大。 (2分)
解得最大功率为Pmax=7.2 W(1分)
归纳总结
功率的最值问题
(1)定值电阻的功率:P定=I2R。
R为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定最小;当R外最小时,I最大,P定最大。
(2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,P出m=。
(3)变化电阻的功率的最大值
利用等效思想,把除变化电阻之外的定值电阻等效成电源内阻r'的一部分,则变化电阻的功率即等效以后的电源的输出功率,即当R变=r'时,P变有最大值。
15.答案 (1)6 V 1 Ω (2)1.5×10-4 C (3)3.375 W
思路点拨 本题第(2)问求电容器所带电荷量,可把电容器当成断路简化电路图,找到与电容器并联的电阻,电容器两极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
解析 (1)结合电路图,根据闭合电路欧姆定律可得
E=U+I(r+R1) (1分)
由图乙知,当I=1.2 A时,U=3.6 V;当I=2.4 A时,U=1.2 V;代入数据,联立解得
E=6 V,R1=1 Ω(2分)
(2)当滑片P移到a、b正中间位置时,电阻R3接入电路的阻值为最大阻值的一半,即R3=3 Ω(1分)
可得R2和R3并联部分的电阻为
R并= Ω=2 Ω(1分)
此时电流表的示数为I==1.5 A(1分)
此时电容器两端的电压等于电阻R1两端的电压,即UC=IR1 (1分)
由电容的定义式可得Q=CUC (1分)
代入数据解得Q=1.5×10-4 C(1分)
(3)并联部分两端电压U=E (2分)
R3的功率P3= (1分)
整理得P3= (1分)
当4R3=,即R3=1.5 Ω时,R3的功率最大,解得P3m=3.375 W(2分)
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