高中物理粤教版选修3-1强化训练闭合电路欧姆定律的应用 Word版含解析

闭合电路欧姆定律的应用

一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．(多选)如图，a表示某电源路端电压随电流变化的图线，b表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下列判断正确的是(　　)
A．阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率
B．阴影部分的面积表示电源的输出功率
C．当α＝β时，电源的输出功率最大
D．当α＝β时，电源的效率最高
BC　[阴影部分表示P＝UI，代表外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A错误，B正确；当α＝β时说明外电阻的阻值R与电源内阻r相等，此时电源的输出功率最大，C正确；效率为η＝＝50%，D错误．]
2．如图所示，R1阻值恒定，R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大)，L为小灯泡，当R2所在位置温度升高时(　　)
A．R1两端的电压减小 B．小灯泡的亮度变暗
C．电流表的示数减小 D．通过R2的电流减小
B　[当R2所在位置温度升高时R2阻值减小，总电阻减小，总电流增大，电流表的示数增大，R1两端的电压U1＝IR1增大，故A、C错误；总电流增大，内电压增大，则路端电压U＝E－Ir减小，并联部分的电压减小，所以灯泡L变暗，故B正确；通过L的电流减小、而总电流增大，则通过R2的电流增大，故D错误．]
3．(多选)M、N是一对水平放置的平行板电容器，将它与一电动势为E，内阻为r的电源组成如图所示的电路，R是并联在电容器上的滑动变阻器，G是灵敏电流计，在电容器的两极板间有一带电的油滴处于悬浮状态，如图所示，现保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片向上滑动，则(　　)
A．在滑片滑动时，灵敏电流计中有从b向a的电流
B．在滑片滑动时，灵敏电流计中有从a向b的电流
C．带电油滴将向上运动
D．带电油滴将向下运动
BC　[电容器两极板间的电压U＝E，当将滑动变阻器的滑片向上滑动时，R增大，U增大，电容器的电荷量增加，处于充电状态，灵敏电流计中有电流，由于电容器上板带正电，则灵敏电流计中有从a向b的电流，故A错误，B正确；U增大，由E＝分析得知，板间场强增大，则带电油滴将向上运动，故C正确，D错误．]
4．如图所示的电路中，闭合开关后，电压表有示数、电流表指针几乎不动．关于电路故障分析正确的是(　　)
A．灯泡L1短路 B．灯泡L1断路
C．灯泡L2短路 D．灯泡L2断路
D　[如果灯泡L1短路，电路电阻较小，电流表指针偏转角度应较大．此选项不符合题意；如果灯泡L1断路，整个电路断路，电压表、电流表指针都不会偏转．此选项不符合题意；如果灯泡L2短路，电路电阻较小，电流表指针偏转角度应较大；电压表相当于与导线并联无示数．此选项不符合题意；如果灯泡L2断路，电压表测量电源电压，指针会明显偏转；电路电流特别小，指针几乎不动，此选项符合题意．]
5．一台国产智能即热式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示．根据表中提供的数据，计算出此电热水器在额定电压下工作时，通过电热水器的最大电流约为(　　)
最大使用功率　2 000 W
额定压力
0.03－0.6 Mpa
额定电压　220 V
电器类别
I类
额定频率　50 Hz
防水等级
IP×4△
A.40 A B．4.4 A
C．9.1 A D．0.11 A
C　[由铭牌读出额定功率为2 000 W，额定电压为220 V；故额定电流为I＝＝ A≈9.1 A，故A、B、D错误，C正确．]
6．如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线．若A、B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为(　　)
A．1 W B．6 W
C．2 W D．2.5 W
C　[由题图知，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E＝3 V，短路电流为I＝3 A，所以电源的内阻为r＝＝1 Ω.图象上AB段所表示的功率为PAB＝P总－I2r＝(1×3－12×1)W＝2 W．]
二、非选择题(14分)
7．如图所示，电灯L标有“4 V　1 W”，滑动变阻器R的总电阻为50 Ω.当滑片P滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表示数为0.45 A．由于外电路发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表示数变为0.5 A，电压表示数为10 V．若导线连接完好，电路中各处接触良好．试问：
(1)发生的故障是短路还是断路？发生在何处？
(2)发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？
(3)电源的电动势和内电阻为多大？
[解析]　(1)电路发生故障后，电流表读数增大，路端电压U＝U2＝I2R2也增大，因此外电路总电阻增大，在外电路某处一定发生了断路．由于电流表有读数，R2不可能断路，电压表也有读数，滑动变阻器R也不可能断路，因此，只可能是电灯L发生断路．
(2)L断路后，外电路只有R2，因无电流流过R，电压表示数即为路端电压U2＝U端＝10 V，R2＝＝ Ω＝20 Ω.L未断路时恰好正常发光，UL＝4 V，IL＝＝0.25 A，U端′＝U2′＝I2′·R2＝0.45×20 V＝9 V，R＝＝＝ Ω＝20 Ω.
(3)根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，故障前E＝9＋(0.45＋0.25)r，故障后E＝10＋0.5r，得r＝5 Ω，E＝12.5 V.
[答案]　见解析
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻，与?均为理想电表；开始时开关S闭合，?均有读数，某时刻发现和?读数均变大，则电路中可能出现的故障是(　　)
A．R1断路 B．R2断路
C．R1短路 D．R3短路
B　[若R1断路，电流表?中没有读数，不符合题意，故A错误；若R2断路，外电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，则电压表读数变大；R3的分压增大，则电流表?的读数变大，符合题意，故B正确；若R1短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，则电压表读数变小，不符合题意，故C错误；若R3短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，则电压表读数变小，不符合题意，故D错误．]
2．有一个电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源．下列电阻与其连接后，使电阻的功率大于2 W，且使该电源的效率大于50%的是(　　)
A．0.5 Ω B．1 Ω
C．1.5 Ω D．2 Ω
C　[由闭合电路欧姆定律得I＝，电源效率η＝×100%>50%，P＝I2R>2 W．即R>2 W，得 Ωr＝1 Ω，故C正确．]
3．(多选)如图所示，当电路中的滑动变阻器R2的滑动触头P向下滑动时(　　)
A．电容器C两端的电压增大
B．电容器C两极板间的电场强度增大
C．电压表的读数减小
D．R1消耗的功率增大
AB　[P下滑时R2接入电路的电阻增大，总电阻增大，总电流减小，R1消耗的功率减小，故D错误．内电压减小，外电压增大，电压表的读数增大，故C错误．电容器两端的电压增大，两极板间的电场强度增大，A、B选项正确．]
4．(多选)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E，内阻为r，当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时，流过电动机的电流为I，电动车的质量为m，电动车受到的阻力是车重的k倍，忽略电动观光车内部的摩擦，则有(　　)
A．电动机的内阻为R＝－r
B．电动机的内阻为R＝－r－
C．电动车的工作效率η＝
D．电动机的输入功率为P＝EI－I2r
BD　[电池的总功率要用P＝EI来计算，根据总功率等于输出的机械功率加上电动机内的发热的功率，可以求得电动机的发热功率的大小，由于电动车匀速运动，阻力和牵引力相等，故P＝Fv＝kmgv，过程中电能转化为动能以及内能，故有EI＝kmgv＋I2R＋I2r，解得R＝－r－，A错误，B正确；电动机的输入功率为P入＝EI－I2r，电动车的效率为η＝，C错误，D正确．]
二、非选择题(26分)
5．(13分)利用电动机通过如图所示的电路提升重物，己知电源电动势E＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝0.10 kg，当将重物固定时，理想电压表的示数为5 V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5 V，(不计摩擦，g取10 m/s2)．求：
(1)串联入电路的电动机内阻为多大？
(2)重物匀速上升时的速度大小．
(3)匀速提升重物3 m需要消耗电源多少能量？
[解析]　(1)由题，电源电动势E＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，当将重物固定时，电压表的示数为5 V，则根据闭合电路欧姆定律得
电路中电流为I＝＝＝1 A
电动机的电阻RM＝＝ Ω＝2 Ω.
(2)当重物匀速上升时，电压表的示数为U＝5.5 V，电路中电流为I′＝＝0.5 A
电动机两端的电压为UM＝E－I′(R＋r)＝6－0.5×(3＋1) V＝4 V
故电动机的输入功率P＝UMI′＝4×0.5 W＝2 W
根据能量转化和守恒定律得
UMI′＝mgv＋I′2R
代入解得v＝1.5 m/s.
(3)匀速提升重物3 m所需要的时间t＝＝ s＝2 s，
则消耗的电能W＝EI′t＝6×0.5×2 J＝6 J.
[答案]　(1)2 Ω　(2)1.5 m/s　(3)6 J
6．(13分)如图所示，内壁光滑、内径很小的1/4圆弧管固定在竖直平面内，圆弧的半径r为0.2 m，在圆心O处固定一个电荷量为－1.0×10－9 C的点电荷．质量为0.06 kg、略小于圆管截面的带电小球，从与O点等高的A点沿圆管内由静止运动到最低点B，到达B点小球刚好与圆弧没有作用力，然后从B点进入板距d＝0.08 m的两平行板电容器后刚好能在水平方向上做匀速直线运动，且此时电路中的电动机刚好能正常工作．已知电源的电动势为12 V，内阻为1 Ω，定值电阻R的阻值为6 Ω，电动机的内阻为0.5 Ω.(g取10 m/s2，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)求：
(1)小球到达B点时的速度；
(2)小球所带的电荷量；
(3)电动机的机械功率．
[解析]　(1)由机械能守恒得mgr＝mv
解得vB＝2 m/s.
(2)到达B点恰好作用力为0，由牛顿第二定律得
－mg＝m
解得q＝8×10－3C.
(3)设电容器两端电压为U，由二力平衡得：
＝mg ①
由欧姆定律得I＝ ②
所以，电动机两端电压UM＝E－U－Ir ③
P机＝P总－P热＝IUM－I2rM ④
联立①②③④解得P机＝4.5 W.
[答案]　(1)2 m/s　(2)8×10－3 C
(3)4.5 W