高中物理人教版 自我检测题选修3-1 恒定电流 章末检测 Word版含解析

章末检测
一、选择题
1.功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2只60 W的白炽灯,均用10 W的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近(　　)
A.8×108 kW·h B.8×1010 kW·h
C.8×1011 kW·h D.8×1013 kW·h
答案　B　假设每户每天只亮灯5个小时,每户每年节电E=2×(60-10)×10-3×5×365 kW·h=182.5 kW·h。假设每户有3口人,全国有4亿户左右。节电总值为E总=4×108×182.5 kW·h=7.3×1010 kW·h,故B正确。
2.如图所示,C为两极板水平放置的平行板电容器,闭合开关S,当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时,悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态。要使尘埃P向下加速运动,下列方法中可行的是(　　)
A.把R2的滑片向左移动
B.把R2的滑片向右移动
C.把R1的滑片向左移动
D.把开关S断开
答案　A　尘埃P处于静止状态,则重力与电场力平衡。若尘埃向下加速运动,则电场力减小,电容器两极板间的电压减小,故向左移动R2的滑片可以实现这种变化,A正确、B错。由于稳定时R1支路无电流,故无论如何移动R1的滑片,电容器两极板间的电压都不会改变,故尘埃仍平衡,C错误。断开开关S,电容器两极板间电压增大,极板间场强增大,尘埃所受电场力增大,其向上加速运动,故D错。
3.如图所示,一直流电动机与阻值R=9 Ω的电阻串联在电源上,电源电动势E=30 V,内阻r=1 Ω,用理想电压表测出电动机两端电压U=10 V,已知电动机线圈电阻RM=1 Ω,则下列说法中错误的是(　　)
A.通过电动机的电流为10 A
B.电动机的输入功率为20 W
C.电动机的热功率为4 W
D.电动机的输出功率为16 W
答案　A　由E=30 V,电动机两端电压U=10 V,可得R和电源内阻上分担的电压为20 V,则I=209+1 A=2 A,故A错;电动机输入功率P=UI=10 V×2 A=20 W,故B正确;P热=I2RM=4×1 W=4 W,故C正确;P输出=P-P热=20 W-4 W=16 W,故D正确。
4.(多选)通常一次闪电过程历时约0.2~0.3 s,它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40~80 μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云、地之间的电势差约为1.0×109 V,云、地间距离约为1 km;第一个闪击过程中云、地间转移的电荷量约为6 C,闪击持续时间约为60 μs。假定闪电前云、地间的电场是均匀的。根据以上数据,下列判断正确的是(　　)
A.闪电电流的瞬时值可达到1×105 A
B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W
C.闪电前云、地间的电场强度约为1×106 V/m
D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J
答案　AC　由电流的定义式I=Qt知I=660×10-6 A=1×105 A,A正确;整个过程的平均功率P=Wt=qUt=6×1.0×1090.2 W=3×1010 W(t代0.2或0.3),B错误;由E=Ud=1.0×1091×103 V/m=1×106 V/m,C正确;整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W=qU=6×109 J,D错。
5.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r。当可变电阻的滑片P向b移动时,电压表V1的读数U1与电压表V2的读数U2的变化情况是(　　)
A.U1变大,U2变小 B.U1变大,U2变大
C.U1变小,U2变小 D.U1变小,U2变大
答案　A　当滑片P向b移动时,电路中总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知电路中总电流I变小,由欧姆定律得U2=IR变小,再由闭合电路欧姆定律得U1=E-Ir变大,故本题应选A。
6.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示。用此电源和电阻R1、R2组成电路。R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路。为使电源输出功率最大,可采用的接法是(　　)
A.将R1单独接到电源两端
B.将R2单独接到电源两端
C.将R1、R2串联后接到电源两端
D.将R1、R2并联后接到电源两端
答案　A　由题意知电源的电动势E=3 V,内阻r=0.5 Ω,R1=0.5 Ω,R2=1 Ω,由电源的输出功率特点可知A对。
二、非选择题
7.小亮同学为研究某电学元件(最大电压不超过2.5 V,最大电流不超过0.55 A)的伏安特性曲线,在实验室找到了下列实验器材:
A.电压表(量程是0~3 V,内阻是6 kΩ)
B.电压表(量程是0~15 V,内阻是30 kΩ)
C.电流表(量程是0~0.6 A,内阻是0.5 Ω)
D.电流表(量程是0~3 A,内阻是0.1 Ω)
E.滑动变阻器(阻值范围0~5 Ω),额定电流为0.6 A
F.滑动变阻器(阻值范围0~100 Ω),额定电流为0.6 A
直流电源(电动势E=3 V,内阻不计)
开关、导线若干。
该同学设计电路并进行实验,通过实验得到如下数据(I和U分别表示电学元件上的电流和电压)。
I/A
0
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U/V
0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
　　①为提高实验结果的准确程度,电流表选　　　　;电压表选　　　　;滑动变阻器选　　　　。(以上均填写器材代号)?
②请在下面的方框中画出实验电路图;
③在图(a)中描出该电学元件的伏安特性曲线;
图(a)
④据图(a)中描出的伏安特性曲线可知,该电学元件的电阻随温度而变化的情况为:　;?
⑤把本题中的电学元件接到图(b)所示电路中,
图(b)
　　若电源电动势E=2.0 V,内阻不计,定值电阻R=5 Ω,则此时该电学元件的功率是　　　　W。?
答案　①C　A　E
②如图1所示
③如图2所示
④元件电阻随温度升高而增大
⑤0.165(0.140~0.180均可)
解析　①由实验数据知电压最大为2.00 V,电流最大为0.50 A,采用分压电路测量,滑动变阻器用阻值范围小的,所以选用C、A、E。
②见答案。
③见答案。
④元件电阻随温度升高而增大(由图可看出)。
⑤画出R的伏安特性曲线,R与待测元件串联。电流相同,见答图2,I=0.28 A,U=0.59 V,P=0.165 W。
8.某实验小组用下列器材测定干电池的电动势和内阻:
灵敏电流计(内阻约为50 Ω);电压表(0~3 V,内阻约为100 kΩ);
电阻箱R1(0~9 999 Ω);滑动变阻器R2(0~100 Ω,1.5 A);
旧干电池一节;开关、导线若干。
(1)先测灵敏电流计的内阻,电路如图甲所示,测得电压表示数为2 V,灵敏电流计示数为4 mA,电阻箱旋钮位置如图乙所示,则灵敏电流计内阻为　　　　Ω。?
(2)为将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍,该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联,则应将电阻箱R1的阻值调为　　　　Ω。?
(3)用电压表和改装后的灵敏电流计测干电池的电动势和内阻,实验小组设计了如图a、b两种电路,则能够比较准确地完成实验的电路图为　　　　。(填“a”或“b”)?
(4)根据选择好的电路,调节滑动变阻器读出了几组电压表和灵敏电流计的示数,并作出U-IG图像如图丙所示。由作出的U-IG图线求得干电池的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。?
答案　(1)45　(2)5　(3)a
(4)1.4　15.5
解析　(1)由题图乙可知,电阻箱的阻值为455 Ω,而UI=Rg+455 Ω,得灵敏电流计内阻Rg=45 Ω。
(2)由并联电路的特点知,IgRg=(10Ig-Ig)R1,解得R1=5 Ω。
(3)因灵敏电流计改装后的电阻值确定,为4.5 Ω,可将其看做电源内阻的一部分,这样可准确地求得电池内阻,故应选电路图a。
(4)由闭合电路欧姆定律知,E=U+10IG(r+4.5 Ω),结合图像,图线的截距表示电池的电动势,即E=1.4 V;图线的斜率表示10(r+4.5 Ω),即10(r+4.5 Ω)=1.4V-0.8 V3.0×10-3 A,解得r=15.5 Ω。
9.如图所示,电源电动势E=6 V,电源内阻不计。定值电阻R1=2.4 kΩ、R2=4.8 kΩ。
(1)若在a、b之间接一个C=100 μF的电容器,闭合开关S,电路稳定后,求电容器上所带电荷量。
(2)若在a、b之间接一个内阻RV=4.8 kΩ的电压表,求电压表的示数。
答案　(1)4×10-4 C　(2)3 V
解析　(1)设电容器上的电压为UC
UC=R2R1+R2E
电容器的带电荷量Q=CUC
解得:Q=4×10-4 C
(2)设电压表与R2并联后的总电阻为R并
R并=R2RVR2+RV
UV=R并R1+R并E
解得电压表的示数:UV=3 V。
10.如图是用直流发电机为保温室中电热器供电的电路图,直流发电机的电动势为250 V,内阻为0.50 Ω,输电线电阻R1=R2=1.0 Ω。保温室中装有若干只完全相同的电热器用来调节室温,每只电热器的额定电压为200 V,额定功率为1 000 W,其他电阻不计,也不考虑电热器电阻随温度的变化。求:
(1)为使电热器能正常工作,应接入多少个电热器;
(2)在电热器正常工作状态下,直流发电机对保温室供热的效率;
(3)保温室内的电热器可能消耗的最大电功率。
答案　(1)4　(2)80%　(3)6 250 W
解析　(1)设接通n个电热器时,实际使用的电热器都能正常工作,此时干路的电流为I,有
I=E-U额r+R1+R2=250-2002.5 A=20 A
电热器的额定电流
I额=P额U额=1 000200 A=5.0 A
n=II额=205.0=4
(2)设正常工作时干路电流为I,直流发电机对保温室供热的效率为η:
η=U额IEI=200250×100%=80%
(3)设电热器消耗的总电功率最大时的电流为I1:
P热总=I12R热总
I1=Er+R1+R2+R热总
P热总=E2(r+R1+R2-R热总)2R热总+4(r+R1+R2)
当R热总=r+R1+R2时,电热器消耗的总电功率有最大值
Pm=E24(r+R1+R2)=6 250 W