章末总结
以图入题·构建情境·自主总结·悟透模型
情境提点 模型-规律-方法-结论
热点一 闭合电路欧姆定律的应用
1.(2025·湖南长沙一模)如图所示,电源电动势为E,内阻恒为r,R是定值电阻,热敏电阻RT的阻值随温度的降低而增大,C是平行板电容器,电路中的电表均为理想电表。闭合开关S,带电液滴刚好静止在C内。在温度降低的过程中,分别用I、U1、U2和U3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数,用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数变化量的绝对值。温度降低时,关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是( )
[A]、、一定都不变
[B]、和均不变
[C]带电液滴一定向下加速运动
[D]电源的工作效率一定变小
【答案】 B
【解析】 根据欧姆定律有=R,=RT,=R+RT,依题意,温度降低时热敏电阻RT的阻值增大,不变,、都增大,故A错误;根据欧姆定律有=R,保持不变,由闭合电路欧姆定律有U2=E-I(r+R),解得=R+r,保持不变,同理,可得U3=E-Ir,解得=r,保持不变,故B正确;开始时带电液滴在电容器中受到竖直向上的静电力和竖直向下的重力处于平衡状态,在温度降低的过程,热敏电阻RT阻值变大,回路中电流变小,路端电压增大,由于流过定值电阻R的电流变小,所以分得的电压也就变小,而路端电压增大,故V2读数增大,平行板间的电场强度也增大,导致带电液滴向上运动,故C错误;电源的效率为η=×100%=×100%,由于路端电压增大,所以电源的工作效率一定变大,故D错误。
热点二 电阻表的原理
2.(2022·湖南卷,12)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计示数变为In,则Im (选填“大于”或“小于”)In。
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为 (选填“×1”或“×10”)。
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该 (选填“向上”或“向下”)调节。
(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100 Ω的定值电阻R1,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的,则Rx= Ω。
【答案】 (1)大于 (2)×10 (3)向上 (4)400
【解析】 (1)由于Rn>Rm,所以Im大于In。
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时电路中总电阻较大,中值电阻较大,能接入的待测电阻的阻值也较大,故应该为欧姆表的“×10”挡位。
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,即开关S从m拨向n,电路中的总电阻增大,干路电流减小,为了使电流计满偏,则需增大通过电流计的电流,故调零电阻R0的滑片应该向上调节。
(4)设欧姆表内部等效电阻为R,根据闭合电路欧姆定律有Ig=,Ig=,Ig=,联立解得Rx=400 Ω。
热点三 测量电池的电动势和内阻
3.(2022·福建卷,12)在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知R0=2 Ω。
(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整。
(2)实验操作步骤如下:
①将滑动变阻器滑到最左端位置
②接法Ⅰ:单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U1-I1的值,断开开关S0
③将滑动变阻器滑到最左端位置
④接法Ⅱ:单刀双掷开关S与2闭合,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U2-I2的值,断开开关S0
⑤分别作出两种情况所对应的U1-I1和U2-I2图像
(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时U1= V。
(4)根据测得数据,作出U1-I1和U2-I2图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势E= ,内阻r= 。(结果均保留两位小数)
(5)由图丁可知 (选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。
(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择 (选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。
【答案】 (1)图见解析 (3)1.30 (4)1.80 2.50 (5)接法Ⅱ (6)接法Ⅱ
【解析】 (1)根据题图甲所示的电路图,实物连接如图所示。
(3)量程为0～3 V的电压表分度值为0.1 V,需要估读到分度值的下一位,由题图丙可知电压表读数为U1=1.30 V。
(4)当单刀双掷开关接1时,相对于电源,电流表内接,电流表示数为零时,电压表测量准确,故电动势为U1-I1图线的纵轴截距,则E=1.80 V;当单刀双掷开关接2时,相对于电源,电流表外接,电压表示数为零时,电流表测量准确,由U2-I2图像可知此时电路中电流为0.40 A,根据闭合电路欧姆定律可知I=,解得内阻为r=-R0= Ω-2 Ω=2.50 Ω。
(5)由题图丁可知U1-I1图像斜率的绝对值为k1= Ω=R0+r1,解得r1=3.00 Ω;由题图丁可知U2-I2图像斜率的绝对值为k2= Ω=R0+r2,解得r2=2.25 Ω,可得==0.2,==0.1,0.2>0.1,故接法Ⅱ测得的电源内阻更接近真实值。
(6)分析电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压,接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流,由于电源内阻较小,远小于电压表内阻,结合(5)问的分析可知,若只能选择一种接法,应选择接法Ⅱ更合适。
4.(2024·黑吉辽卷,11)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下:
①将电阻丝拉直固定,按照图甲连接电路,金属夹置于电阻丝的 (选填“A”或“B”)端;
②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;
③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅰ;
④按照图乙将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅱ。
(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E= 。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2,若=n,则待测电池的内阻r= (用n和R0表示)。
【答案】 (1)①A (2) (3)
【解析】 (1)①为了保护电路,闭合开关前,金属夹置于电阻丝接入电路的最大阻值处,由题图甲可知,应该置于A端。
(2)对于题图甲,根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir,设电阻丝的电阻率为ρ,横截面积为S,结合欧姆定律和电阻定律得I=,R=ρ,联立可得U=E-r,整理可得=+·,对于题图乙,根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+R0),结合欧姆定律和电阻定律得I=,R=ρ,联立可得=+·,可知图线的纵轴截距 b=,解得E=。
(3)由题意可知k1=,k2=,又=n,联立解得r=。
电能 能量守恒定律 检测试题
(分值:100分)
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.能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一,下列现象、规律不能体现能量守恒定律的是( )
[A]行驶的汽车
[B]牛顿第三定律
[C]神舟飞船返回地面
[D]机械能守恒定律
【答案】 B
【解析】 能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一,生产生活、自然现象无一例外都遵守能量守恒定律,如行驶的汽车、神舟飞船返回地面等,机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊情况,而牛顿第三定律描述的是作用力与反作用力间的关系,它不能体现出能量守恒定律,故B符合题意。
2.如图所示,卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于太阳能等能源与可持续发展,下列说法正确的是( )
[A]利用太阳能、风能和氢能等能源替代化学能源可以改善空气质量
[B]人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
[C]水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
[D]核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大
【答案】 A
【解析】 改善空气质量,就应该从根本上减少碳排放量,用新能源代替传统的化石能源,节能减排,故A正确;能量是守恒的,既不能创造也不可能消失,但在能源的利用过程中能量可利用的品质会下降,故要节约能源,故B错误;由于水下落过程以及发电机装置运行都有摩擦,故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能,故C错误;核能属于新能源,是一种清洁能源,故D错误。
3.铅蓄电池的电动势为2 V,这表示( )
[A]电路中每通过1 C电荷量,电源把2 J的化学能转化为电能
[B]蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化成电能
[C]蓄电池工作时两极间的电压总是2 V
[D]旧的蓄电池将化学能转化为电能的本领比新的蓄电池小得多
【答案】 A
【解析】 铅蓄电池的电动势为2 V,由E=可知,非静电力将1 C的正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2 J,即电源把2 J的化学能转化为电能,故A正确;
W=EIt,由于电流未知,则蓄电池在1 s内将化学能转化为电能的数值不一定是2 J,故B错误;根据闭合电路欧姆定律有U外=E-Ir,在闭合电路中电源两极间的电压要小于2 V,故C错误;电动势表示电源将其他形式能量转化为电能的本领,而旧的蓄电池与新的蓄电池电动势几乎相等,故D错误。
4.如图甲所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r,则时间t内( )
[A]充电宝输出的电功为UIt
[B]充电宝产生的热功率为I2r
[C]手机电池产生的焦耳热为t
[D]手机电池储存的化学能为UIt+I2rt
【答案】 A
【解析】 充电宝的输出电压为U、输出电流为I,所以时间t内充电宝输出的电功为W=UIt,故A正确;充电宝内的电流也是I,但其内阻未知,所以无法判断充电宝产生的热功率,故B错误;手机电池不是纯电阻,即该电路不是纯电阻电路,所以不能用t计算手机电池产生的焦耳热,手机电池产生的焦耳热应为I2rt,故C错误;充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能,一部分转化为手机电池产生的焦耳热,故根据能量守恒定律可知,手机电池储存的化学能为UIt-I2rt,故D错误。
5.现有标有“110 V 40 W”的灯泡L1和标有“110 V 100 W”的灯泡L2及一个最大阻值为
500 Ω的滑动变阻器R,将它们接在220 V的电路中,在如图所示的几种接法中,为了保证两个灯泡可以正常发光,且消耗功率最小的电路是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 L1和L2的额定电压相同,由P=可知R1>R2,由串联电路电流相等,可知两灯的电压不相等,题图A中L1、L2一定不会同时正常发光,故A错误;题图D中L2与滑动变阻器并联,总电阻小于L2的电阻,根据串联分压规律,所以L2两端的电压一定小于L1两端的电压,题图D中L1、L2一定不会同时正常发光,故D错误;由并联电路电压相等特点可知题图B中L1、L2可以相等,两灯可以正常发光;题图C中L1与滑动变阻器并联,总电阻小于L1的阻值,可能与L2的阻值相等,故题图B、C中L1与L2可同时正常发光,但题图B中L1、L2正常发光时,滑动变阻器两端电压与并联电路两端电压相等,电流等于通过并联电路部分的总电流,所以滑动变阻器消耗的功率与L1、L2消耗的总功率相等,所以此时P总=P1+
P2+PR=2(P1+P2),同理,题图C中L1、L2正常发光时P总′=P1+PR′+P2=2P2,所以P总>P总′,所以保证L1、L2都正常发光的情况下,消耗功率最小的电路是题图C电路,故B错误,
C正确。
6.许多人造卫星都用太阳能电池供电,太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板不接负载时电压是600 μV,短路电流是30 μA,下列说法正确的是( )
[A]该电池板电动势约为0.6 V
[B]该电池板内阻约为20 Ω
[C]该电池板最大输出功率为4.5×10-6 W
[D]该电池板连接的外电阻越大,输出效率越低
【答案】 B
【解析】 根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知,电池板不接负载时电压与电池板电动势相等,即电池板的电动势为600 μV=0.6 mV,A错误;短路时U=0,可得r=,解得电池板内阻约为r= Ω=20 Ω,B正确;当外电阻与内阻相等时电池板输出功率最大,此时输出功率为Pmax== W=4.5×10-9 W,C错误;根据η=×100%=×100%=×100%=
×100%=×100%可知,外电阻R越大,输出效率越高,D错误。
7.如图所示,曲线Ⅰ为某太阳能电池在一定光照强度下路端电压U和电流I的关系图像,直线Ⅱ是某定值电阻的 UI图像,M为曲线Ⅰ和直线Ⅱ的交点,M点坐标为(1,1)。过M点作曲线Ⅰ的切线,分别与坐标轴相交于(0,2)、(2,0)。现将该电池和定值电阻组成闭合回路,保持上述光照强度照射时,下列计算式正确的是( )
[A]电池的电动势为E=2 V
[B]此时电池的内阻为r= Ω=1 Ω
[C]电源的输出功率为P=1.5×1 W=1.5 W
[D]电源的效率为η=×100%≈66.67%
【答案】 D
【解析】 根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,由题图可得I=0时,U=1.5 V,可得电池的电动势为E=1.5 V,故A错误;根据两图线交点可知此时闭合回路的路端电压U=1 V,电流为I=1 A,由U=E-Ir,解得此时电池的内阻为r== Ω=0.5 Ω,注意内阻并不等于曲线Ⅰ在M点切线的斜率绝对值,故B错误;此回路电源的输出功率为P=UI=1×1 W=1 W,故C错误;此回路电源的效率为η=×100%=×100%=×100%≈66.67%,故D正确。
8.某地有一风力发电机,它的叶片转动时可形成半径为r的圆面。某时间内该地区的风速是v,风向恰好跟叶片转动的圆面垂直,已知空气的密度为ρ,假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能。则此风力发电机的功率为( )
[A]ρπr2v3 [B]ρπr2v3
[C]ρπr2v2 [D]ρπr2v2
【答案】 B
【解析】 根据题意,设时间为t,则到达叶片上的空气的质量为m=ρSvt=ρπr2vt,动能为Ek=mv2=ρπr2v3t,转化成电能为E=Ek×10%=ρπr2v3t,则此风力发电机的功率为P==ρπr2v3。故选B。
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,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。
9.电路中的电源电动势恒定,下列说法正确的是( )
[A]用电压表直接测量电源两极间的电压,得到的数值实际上总略大于电源电动势的
准确值
[B]电路闭合,路端电压随外电阻的增大而增大
[C]外电路断路时,路端电压等于电源电动势
[D]电源电动势越大说明电源单位时间内把其他形式的能转化为电能越多
【答案】 BC
【解析】 用电压表直接测量电源两极间的电压,电路中仍有电流,由于电源内阻的存在,电压表示数实际为路端电压,故得到的数值实际上总略小于电源电动势的准确值,故A错误;电路闭合,路端电压的大小为U=E=E,则路端电压随外电阻的增大而增大,故B正确;根据U=E-Ir,外电路断路时I=0,路端电压等于电源电动势,故C正确;电动势反映电源将其他形式的能转化为电能的本领,即将1 C正电荷从负极搬运至正极非静电力做功的多少,电动势越大,则搬运1 C正电荷其他形式的能转化为电能越多,与时间无关,故D错误。
10.如图甲所示,电源电动势E、内阻r恒定,定值电阻R0=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为 20 Ω。闭合S,当滑动变阻器的滑片由a滑至b时,R上消耗的功率P随接入电路电阻的变化关系如图乙所示,则( )
[A]电动势E=14 V
[B]内阻r=1 Ω
[C]P= W时,R一定为3 Ω
[D]P= W时,R可能为12 Ω
【答案】 BD
【解析】 将R0看成电源内阻的一部分,当滑动变阻器R的阻值等于等效电源的内阻时,R上消耗的功率最大,即R=R0+r=6 Ω,解得内阻r=1 Ω,R上消耗的最大功率为Pm=()2R,解得电动势E=12 V,故A错误,B正确;当P= W时,则P=()2R= W,解得R=3 Ω或R=12 Ω,故C错误,D正确。
11.如图所示电路中,电源电动势为E,内阻为r=1 Ω,R1=2 Ω,R2=3 Ω,电容器中一带电液滴恰好处于静止状态,理想电压表V1、V2示数分别为U1、U2,理想电流表示数为I,当滑动变阻器滑片P向b滑动时,下列说法正确的是( )
[A]带电液滴将会向下运动
[B]||=1
[C]电容器带电荷量增大
[D]电源输出功率增大
【答案】 ABD
【解析】 当P向b端滑动时,R减小,总电阻减小,V1示数减小,根据Q=CU1,电容器的带电荷量减小,根据F=,液滴所受静电力减小,向下运动,A正确,C错误;由闭合电路欧姆定律得U1=E-I(r+R1),则||=r+R1=3 Ω,由欧姆定律得U2=IR2,即=R2=3 Ω,所以||=1,B正确;当R外越接近电源内阻r时,电源输出功率越大,故电源的输出功率增大,D正确。
12.兴趣小组的同学在实验室设计了如图所示的简易电吹风,主要器材有定值电阻R1、R2、电动机M和电热丝R,已知电动机M标有“100 V 50 W”字样,它的线圈内阻为4 Ω,
R1=480 Ω,电热丝R=44 Ω,当把该电吹风接入220 V家庭电路中时,电动机M恰好可以正常工作,则下列说法正确的是( )
[A]电热丝的热功率P=1 100 W
[B]电阻R2=240 Ω
[C]电动机M正常工作时的输出功率P1=49 W
[D]开关S1、S2都闭合,1分钟消耗的电能约为 E=7.26×103 J
【答案】 AC
【解析】 根据题图可知,电热丝两端的电压为 UR=220 V,则其热功率为P== W=
1 100 W,故A正确;电动机正常工作,可得电动机所在支路的电流为IM== A=0.5 A,根据并联电路的特征可得IM=UR-UM,解得R2=480 Ω,故B错误;电动机正常工作时PM=P1+P热,而P热=r=0.52×4 W=1 W,可得电动机M正常工作时的输出功率P1=49 W,故C正确;电热丝所在支路电流IR== A=5 A,则可得干路电流I=IR+IM=5.5 A,由此可知,当开关S1、S2都闭合,1分钟消耗的电能约为E=URIt=220×5.5×60 J=7.26×104 J,故D
错误。
三、非选择题:本题共6小题,共60分。
13.(8分)如图所示,通过调节开关S,可使电阻表具有“×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 (选填“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 (选填“a”或“b”)时,电阻表的倍率是“×10”。欧姆调零后,电阻表内阻为 Ω。
【答案】 (1)黑 (2)9 (3)b 300
【解析】 (1)表笔A与电源负极相连,表笔A为红表笔,则表笔B是黑表笔。
(2)根据电流表改装原理有I1=Ig+=0.1 A,解得定值电阻R3=9 Ω。
(3)当开关S拨向b时,设改装后的电流表量程为I2,有=,解得I2=0.01 A;当开关S拨向b时,欧姆调零后,电阻表内阻为Rb==300 Ω;当开关S拨向a时,欧姆调零后,电阻表内阻为Ra==30 Ω。电阻表内阻越大,电阻表的倍率越大,故当开关S拨向b时,电阻表的倍率是“×10”。
14.(10分)某同学要测量两节干电池组成的电池组的电动势和内阻,该同学根据实验室提供的器材,组成了如图甲所示电路。其中:电流表(量程为 0～3 mA,内阻rA=199 Ω);电阻箱R(0～999 Ω,0～1.0 A),R0为定值电阻。
(1)电路中将电流表改装成量程为0～0.6 A的电流表,则定值电阻的阻值R0= Ω。
(2)闭合开关前,将电阻箱接入电路的电阻调到最大,闭合开关后,调节电阻箱接入电路的电阻,某次调节后,电流表的示数如图乙所示,则这时电流表的示数为 mA,这时电路中的总电流为 A。
(3)多次调节电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R及对应的电流表示数I(已换算为国际单位),作R图像,得到图线的纵截距为b,斜率为k,则电池组的电动势E= ,电池组的内阻r= (用已知的和测量的物理量符号表示)。实验测得的电动势 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
【答案】 (1)1 (2)1.10 0.22 (3) - 等于
【解析】 (1)根据电流表改装原理Ig+=0.6 A,解得定值电阻的阻值为R0=1 Ω。
(2)电流表的示数为I1=1.10 mA,这时电路中的总电流为I2=I1+=0.22 A。
(3)根据闭合电路欧姆定律有E=(I+)(r+R)+IrA,整理得=R++,根据题意+=b,=k,解得 E=,r=-,由于改装后电流表测量的是干路电流的真实值,故求得的电源电动势也是真实值,故不受影响。
15.(7分)如图所示的电路中,若把小型直流电动机接入电压为U1=0.2 V的电路中,电动机不转,测得流过电动机的电流I1=0.4 A;若把电动机接入U2=2.0 V的电路中,电动机正常工作,工作电流I2=1.0 A。求:
(1)电动机线圈内阻R;
(2)电动机正常工作时的输出功率P出。
【答案】 (1)0.5 Ω (2)1.5 W
【解析】 (1)电动机接入电压为U1=0.2 V的电路中时,电动机不转,此时电动机为纯电阻,故电动机线圈内阻R== Ω=0.5 Ω。
(2)电动机接入电压为U2=2.0 V的电路中时,电动机正常工作,此时电动机为非纯电阻,电动机正常工作时的输入功率P电=U2I2=2.0×1.0 W=2 W,
电动机正常工作时的热功率P热=R=1.02×0.5 W=0.5 W,
由能量守恒定律,电动机的输出功率P出=P电-P热=2 W-0.5 W=1.5 W。
16.(9分)太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车。太阳能实验车上太阳能发电面板的有效面积S=8 m2,太阳光照射到每平方米太阳能板上的辐射功率为P0=1 kW,在晴朗的天气,电池对着太阳时产生的电压为U=120 V,并对车上的电动机提供I=10 A的电流,试问:
(1)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%,当汽车在水平路面上匀速行驶时,受到的牵引力为150 N,则汽车的行驶速度是多少
【答案】 (1)15% (2)6 m/s
【解析】 (1)太阳能电池的面板接收到的太阳能的功率为P太=P0S=1×103×8 W=8 000 W,
转化为太阳能汽车的电功率为P电=UI=120×10 W=1 200 W,
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为η1=×100%=×100%=15%。
(2)汽车的机械功率为P机=P电×η2=1 200 W×75%=900 W,
当汽车匀速行驶时,有P机=Fv,
则v== m/s=6 m/s。
17.(12分)如图所示,电源电动势E=3.0 V,内阻r=1.0 Ω,定值电阻R1=R2=4.0 Ω,R3=8.0 Ω,电容器电容 C=10 μF。求:
(1)闭合开关S,稳定后流过电阻R3的电流大小;
(2)断开开关S后,流过电阻R2的电荷量。
【答案】 (1)0.3 A (2)3.0×10-6 C
【解析】 (1)外电阻R==4 Ω,
根据闭合电路欧姆定律得干路电流I==0.6 A,
由于R1+R2=R3,
根据并联分流电流与电阻关系可得流过R3的电流I3=I=0.3 A。
(2)闭合开关S,稳定时电容器带电荷量Q1=CU1,U1=R1,
解得Q1=1.2×10-5 C,
断开开关S后,电容器放电,此时R2、R3串联与R1并联,根据并联分流电流与电阻关系可得,流过电阻R2的电荷量Q′=Q1=3.0×10-6 C。
18.(14分)如图所示,图甲中各电表可视为理想电表,闭合开关后,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端过程中,两电压表示数随电流表示数的变化图线如图乙中a、b所示。求:
(1)电阻R1阻值;
(2)电源电动势E;
(3)滑动变阻器消耗的最大功率。
【答案】 (1)10 Ω (2)8 V (3)0.8 W
【解析】 (1)根据题意,由题图甲可知,V1测量电阻R1两端电压,随电流增大而增大,V2测量路端电压,随电流增大而减小,则题图乙中a为V2的示数,b为V1的示数,则根据欧姆定律可得R1== Ω=10 Ω。
(2)由闭合电路欧姆定律有U2=E-Ir,
代入数据有
6 V=E-0.2 A×r,
4 V=E-0.4 A×r,
解得r=10 Ω,E=8 V。
(3)根据题意,由公式可得滑动变阻器消耗的功率为P=EI-I2(R1+r),
由数学知识可知,当I=时功率最大,
则最大功率为Pm=-=0.8 W。(共27张PPT)
章末总结
以图入题·构建情境·自主总结·悟透模型 情境提点 模型-规律-方法-结论
热点一 闭合电路欧姆定律的应用
1.(2025·湖南长沙一模)如图所示,电源电动势为E,内阻恒为r,R是定值电阻,热敏电阻RT的阻值随温度的降低而增大,C是平行板电容器,电路中的电表均为理想电表。闭合开关S,带电液滴刚好静止在C内。在温度降低的过程中,分别用I、U1、U2和U3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数,用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示电流表A、电压表V1、电压表V2和电压表V3的示数变化量的绝对值。温度降低时,关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是( )
B
热点二 电阻表的原理
大于
【解析】 (1)由于Rn>Rm,所以Im大于In。
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为 (选填“×1”或“×10”)。
×10
【解析】 (2)将单刀双掷开关S与n接通,此时电路中总电阻较大,中值电阻较大,能接入的待测电阻的阻值也较大,故应该为欧姆表的“×10”挡位。
向上
【解析】 (3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,即开关S从m拨向n,电路中的总电阻增大,干路电流减小,为了使电流计满偏,则需增大通过电流计的电流,故调零电阻R0的滑片应该向上调节。
400
热点三 测量电池的电动势和内阻
3.(2022·福建卷,12)在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知R0=2 Ω。
(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整。
【答案及解析】 (1)根据题图甲所示的电路图,实物连接如图所示。
(2)实验操作步骤如下:
①将滑动变阻器滑到最左端位置
②接法Ⅰ:单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U1-I1的值,断开开关S0
③将滑动变阻器滑到最左端位置
④接法Ⅱ:单刀双掷开关S与2闭合,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U2-I2的值,断开开关S0
⑤分别作出两种情况所对应的U1-I1和U2-I2图像
(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时U1= V。
1.30
【解析】 (3)量程为0～3 V的电压表分度值为0.1 V,需要估读到分度值的下一位,由题图丙可知电压表读数为U1=1.30 V。
(4)根据测得数据,作出U1-I1和U2-I2图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势E= ,内阻r= 。(结果均保留两位小数)
1.80
2.50
(5)由图丁可知 (选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。
接法Ⅱ
(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择 (选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。
接法Ⅱ
【解析】 (6)分析电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压,接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流,由于电源内阻较小,远小于电压表内阻,结合(5)问的分析可知,若只能选择一种接法,应选择接法Ⅱ更合适。
4.(2024·黑吉辽卷,11)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的
器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下:
①将电阻丝拉直固定,按照图甲连接电路,金属夹置于电阻丝的 (选填“A”或“B”)端;
②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;
③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅰ;
④按照图乙将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅱ。
A
【解析】 (1)①为了保护电路,闭合开关前,金属夹置于电阻丝接入电路的最大阻值处,由题图甲可知,应该置于A端。
(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E= 。
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