高中物理粤教版选修3-1自我检测2.3　研究闭合电路 Word版含解析

　研究闭合电路

1.关于电动势及闭合电路欧姆定律,以下说法正确的是(　　)
A.电动势越大,电源所提供的电能就越多
B.电源电动势等于电源工作时转化的能量
C.电源电动势越大,电源工作时电路中的总电流就越大
D.电动势在数值上等于电源内、外电路的电压之和
答案:D
解析:电源电动势的大小与电源工作时转换的能量没有直接关系,选项A、B错.电源工作时电路中的总电流与电动势有关,但还与内外电路的电阻有关,因此,电动势大,总电流不一定大,选项C错.由实验的结果可知,选项D正确.
2.在已接电源的闭合电路里,关于电源的电动势、内电压、外电压的关系下列说法正确的是(　　)
A.若外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随着增大
B.若外电压减小,内阻不变,内电压也就不变,电源电动势必然减小
C.若外电压不变,则内电压减小,电源电动势也会随着内电压减小
D.若外电压增大,则内电压减小,电源的电动势始终等于两者之和
答案:D
解析:无论任何情形下都有E=U外+U内,电动势不变,所以A、B、C均错,D对.
3.下列关于闭合电路的说法中,错误的是(　　)
A.电源短路时,电源的内电压等于电动势
B.电源短路时,路端电压为零
C.电源断路时,路端电压最大
D.电路的外电阻增大时,路端电压减小
答案:D
解析:由E=IR+Ir得,当外电路短路时,R=0,E=Ir,U外=0,所以选项A、B正确;当外电路断路时,I=0,Ir=0,E=U外,选项C正确;电路的外电阻增大时,路端电压增大,D项错误.
4.在如图所示的电路中,闭合开关,当滑动变阻器R1的滑片向右移动时,电压表V1和电压表V2的示数变化量分别为ΔU1和ΔU2(均取绝对值),则ΔU1和ΔU2的大小关系为(　　)
A.ΔU1>ΔU2
B.ΔU1<ΔU2
C.ΔU1=ΔU2
D.条件不足,无法确定ΔU1和ΔU2的大小关系
答案:A
解析:电源的外电路是电阻R1和R2的串联,当变阻器的滑片向右移动时,R1减小,总电阻减小,电路的总电流变大,电源的内电压升高,U1和U2的读数之和将减小,由欧姆定律知,U2=IR2,U2将变大,U1将减小且U1的减小量大于U2的增加量,即ΔU1>ΔU2,选项A正确.
5.(多选)在如图所示的电路中,L1、L2、L3、L4是四只相同的电灯,当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,下列说法正确的是(　　)
A.L1变暗,L2变亮 B.L1变亮,L2变暗
C.L2变暗,L3变亮 D.L1变暗,L4变亮
答案:AD
解析:P向上移动,L1所在支路总电阻增大,从而干路电阻增大,所以干路电流变小.路端电压升高,L4变亮,所以L4支路电流变大,从而L3支路电流变小,L3变暗,L3所分电压降低,所以L2两端电压升高,L2变亮,L2中电流升高,从而知L1变暗.故只有A、D选项正确.
6.如图所示,R1=14 Ω,R2=9 Ω,当开关处于位置1时,电流表示数I1=0.4 A;当开关处于位置2时,电流表示数I2=0.6 A.求电源的电动势E和内阻r.
答案:6 V　1 Ω
解析:当开关接1时,由闭合电路欧姆定律得
E=0.4 A×(R1+r)
当开关接2时,由闭合电路欧姆定律得
E=0.6 A×(R2+r)
两式联立得r=1 Ω,E=6 V.
能力提升
7.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r所用的电路如图甲所示,一位同学测得的6组数据如下表所示.
实验序号
1
2
3
4
5
6
电流I/A
0.12
0.20
0.31
0.32
0.50
0.57
电压U/V
1.37
1.32
1.24
1.18
1.10
1.05
(1)试根据这些数据在图乙中作出U-I图线.
(2)根据图线求出电池的电动势E=　　　　V,电池的内阻r=　　　　Ω.?
(3)若一位同学未画出图线,只选用其中两组U和I数据,可利用公式E=U+Ir算出E和r,这样做可能得出误差较大的结果,选用第　　　　组和第　　　　组数据,求得E、r的误差最大.?
答案:(1)见解析图　(2)1.47　0.74　(3)3　4
解析:(1)先建立坐标系,建立坐标系时纵轴的电压应从 1.00 V 开始取点,再进行描点,然后连线.在连线时发现坐标(0.32,1.18)显然不在直线上,所以应将此点舍掉.连线如图所示.
(2)连成线后, 将线延长分别与两坐标轴相交,与纵轴的截距为1.47 V,此即为电池的电动势.再利用点(0,1.47)和点(0.57,1.05)可求出这条直线的斜率的绝对值.r=1.47-1.050-0.57Ω≈0.74 Ω.
(3)由图知,当过第3组和第4组数据作直线时,此直线与原直线偏离最大,因此选用第3组和第4组数据求得的结果误差最大.
8.利用如图甲所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:
甲
待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9 Ω),电阻R0(阻值为3.0 Ω),电阻R1(阻值为3.0 Ω),电流表A(量程为200 mA,内阻为RA=6.0 Ω),开关S.
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;
②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;
③以1I为纵坐标,R为横坐标,作1I-R图线(用直线拟合);
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.
回答下列问题:
(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则1I与R的关系式为　　　　.?
(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0 Ω时电流表的示数如图乙所示,读出数据,完成下表.答:①　　　　,②　　　　.?
R/Ω
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
I/A
0.143
0.125
①
0.100
0.091
0.084
0.077
I-1/A-1
6.99
8.00
②
10.0
11.0
11.9
13.0
乙
丙
(3)在图丙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=　　　　A-1Ω-1,截距b=　　　　A-1.?
(4)根据图线求得电源电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω.?
答案:(1)1I=RA+R1ER1R+1EA+RA+R1R1(r+R0)]或写成1I=3.0ER+3.0E(5.0+r)
(2)①0.110　②9.09
(3)见解析图　1.0(或在0.96~1.04之间)　6.0(或在5.9~6.1之间)　
(4)3.0(或在2.7~3.3之间)　1.0(或在0.6~1.4之间)
解析:(1)根据闭合电路欧姆定律有
E=(I+IRAR1)(RAR1RA+R1+R0+r+R),
整理得1I=RA+R1ER1R+1EA+RA+R1R1(r+R0)]或写成1I=3.0ER+3.0E(5.0+r).
(2)电流表示数为110 mA,即I=0.110 A,其倒数为1I=9.09 A-1.
(3)作图如图所示.在图线上取两点可得图线斜率k=12.0-6.06.0-0 A-1·Ω-1=1.0 A-1·Ω-1,截距b=6.0 A-1.
(4)结合1I与R的关系式,有k=3.0E,b=3.0E(5.0+r),解得E=3.0 V,r=1.0 Ω.
9.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻.要求尽量减小实验误差.
(1)应该选择的实验电路是图1中的　　　　(选填“甲”或“乙”).?
图1
(2)现有电流表(0~0.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材:
A.电压表(0~15 V) B.电压表(0~3 V)
C.滑动变阻器(0~50 Ω) D.滑动变阻器(0~500 Ω)
实验中电压表应选用　　　　;滑动变阻器应选用　　　　.(选填相应器材前的字母)?
(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线.
序号
1
2
3
4
5
6
电压U/V
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流I/A
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
图2
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=　　　　 V,内电阻r=　　　　 Ω.?
(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化.图3的各示意图中正确反映P-U关系的是　　　　.?
图3
答案:(1)甲　(2)B　C　(3)如答图
答图
(4)1.50(1.49~1.51)　0.83(0.81~0.85)
(5)C
解析:(1)由于干电池内阻很小,与电流表内阻相差不大,若选乙图,则测量值为电源内阻与电流表内阻之和,误差较大,故选甲图.
(2)干电池的电压一般为1.5 V左右,为减小误差,选择量程与之接近的3 V的电压表:实验中,滑动变阻器为限流接法,电源内阻一般为几欧姆,应选择最大阻值为50 Ω的滑动变阻器.
(3)根据数据点排列趋势,可知图线为直线,且第三个点误差较大,应该舍去.画图时,应使数据点尽可能均匀分布在所画直线两边且尽可能靠近所画的直线.(见答案图).
(4)电源的电动势等于U-I图象纵轴的截距,约为1.50 V(1.49~1.51 V皆可).内阻等于U-I图象斜率,计算时在直线上取相距较远的两点的坐标来计算,约为0.83 Ω(0.81~0.85 Ω皆可).
(5)设电源电动势为E,电源内阻为r,则输出功率P=UI=U×E-Ur=EU-U2r=-1rU2+ErU,由函数图象可知C正确.