高中物理鲁科版 过关检测选修3-1　闭合电路欧姆定律 Word版含解析

　闭合电路欧姆定律

1.关于电动势下列说法中正确的是(　　)
A.对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
B.电动势大,说明非静电力在电源内部从负极向正极移动单位电荷量做功多
C.电动势、电压和电势差虽名称不同,但物理意义相同,所以单位也相同
D.在电源内部把正电荷从负极移动到正极,非静电力做功,电能增加
答案　D　由电动势公式E=W非q知,E等于非静电力将单位正电荷在电源内部从负极移动到正极所做功的值,所以A、B错,电压与电动势的物理意义不同,C错。
2.(2018西城二模)电动汽车由于节能环保的重要优势,越来越被大家认可。电动汽车储能部件是由多个蓄电池串联叠置组成的电池组,如图所示。某品牌电动小轿车蓄电池的数据如表所示。下列说法正确的是(　　)
电池只数
输入电压
充电参数
放电时平均电压/只
电池容量/只
100只
交流220 V
420 V,20 A
3.3 V
120 Ah
A.将电池组的两极直接接在交流电上进行充电
B.电池容量的单位Ah就是能量单位
C.该电池组充电时的功率为4.4 kW
D.该电池组充满电所储存的能量为1.4×108J
答案　D　由充电参数“420 V,20 A”知,电池组不是直接接在交流电上进行充电的,A错误。120 Ah=120 A×3 600 s=4.32×105 C,可知Ah是电荷量单位,B错误。电池组充电时的功率P=UI=420×20 W=8.4 kW,C错误。该电池组充满电储存的能量为qU,即120×3 600×3.3×100 J≈1.4×108 J,D正确。
3.(2017朝阳期末)已知干电池的电动势为1.5 V,下列说法正确的是(　　)
A.当外电路闭合时,干电池两极间的电压等于1.5 V
B.当外电路断开时,干电池两极间的电压等于零
C.当外电路闭合时,在1 s内有1.5 C的电荷通过电池
D.当1 C的电荷通过干电池时,干电池能把1.5 J的化学能转化为电能
答案　D　由于干电池有内阻,所以当外电路闭合时,干电池两端的电压应视为路端电压,小于1.5 V,A错误;当外电路断开时,干电池两极间的电压等于电池电动势1.5 V,而不是零,B错误;当外电路闭合时,由q=It可知,若在1 s内有1.5 C的电荷流过电池,此时电流大小为1.5 A,而题中电阻未知,电流无法确定,C错误;根据电动势的定义式E=Wq得W=Eq,当外电路闭合时,每有1 C的电荷通过干电池,非静电力做功就为1.5 J,就有1.5 J的化学能转化为电能,D正确。
4.(2017西城期末)某同学把电流表、干电池和一个定值电阻串联后,两端连接两支测量表笔,做成了一个测量电阻的装置,如图所示。两支表笔直接接触时,电流表的读数为5.0 mA;两支表笔与300 Ω的电阻相连时,电流表的读数为2.0 mA。由此可知,这个测量电阻装置的内阻是(　　)
A.200 Ω B.300 Ω
C.500 Ω D.800 Ω
答案　A　两表笔直接接触时,E=I1r
两表笔外接电阻R外时,E=I2(R外+r)
联立两式解得r=I2I1-I2R外=23×300=200 Ω。
5.如图所示的电路中,A是电容器两极板之间的一点,在A点有一个带负电荷的质点,质点在重力和电场力的共同作用下处于静止状态,当滑动变阻器连入电路的阻值减小时,带电质点的运动情况是(　　)
A.向上加速 B.向下加速
C.保持静止 D.向上匀速
答案　A　滑动变阻器连入电路的阻值减小时,总电阻减小,则电流增大,电容器两端的电压增大,电场强度增大,质点所受电场力增大,电场力大于重力,带电质点向上加速,故A正确,B、C、D错误。
6.(多选)(2018海淀期末)如图所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器R的滑片P向上移动时,下列说法中正确的是(　　)
A.电流表示数变大
B.电压表示数变小
C.电阻R0的电功率变大
D.电源的总功率变小
答案　CD　解法一　当滑片P向上移动时,滑动变阻器接入电路中的阻值变大,电路的总阻值也变大,由闭合电路欧姆定律知干路电流I=Er+R外变小,电源内阻分担电压U内=Ir变小,外电压U外=E-U内变大,电压表示数变大,B项错。通过R0的电流I0=U外R0变大,通过电流表的电流IA=I-I0变小,电流表示数变小,A项错。电阻R0的电功率P0=I02R0变大,C项正确。电源的总功率P总=EI变小,D项正确。
解法二　由“串反并同”规律分析知,当滑片P向上移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,则与之串联的电流表示数变小,干路电流变小,电源总功率P总=EI变小;与之并联的电压表示数变大,电阻R0的电流、电压、电功率均变大,因此选C、D。
7.(2018朝阳期末)某同学利用一块表头和三个定值电阻设计了如图所示的电表,该电表有1、2两个量程。关于该电表,下列说法中正确的是(　　)
A.测电压时,量程1一定小于量程2,与R1、R2和R3的阻值无关
B.测电流时,量程1一定大于量程2,与R1、R2和R3的阻值无关
C.测电压时,量程1与量程2间的大小关系与R1、R2和R3的阻值有关
D.测电流时,量程1与量程2间的大小关系与R1、R2和R3的阻值有关
答案　B　当利用这块电表测量电压时,该表量程为当电流计满偏时电流计所在支路的总电压,即U=IgR,其中R为支路总电阻,因量程2的支路总电阻小于量程1的支路总电阻,所以量程2小于量程1,故选项A、C均错误;当利用此电表测电流时,电表量程等于电流计满偏时两支路电流之和,由并联电路的支路电流关系可以知道,量程1一定大于量程2,所以选项D错误,选项B正确。
8.如图所示,已知电源电动势E=5 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω,滑动变阻器R2的阻值范围为0~10 Ω。求:
(1)当滑动变阻器R2接入电路的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大,最大功率是多少。
(2)当滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是多少。
(3)当滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,电源的输出功率最大,最大功率是多少。
答案　见解析
解析　(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1=I2R1=E2R1(R1+R2+r)2,可见当滑动变阻器接入电路的阻值为0时,R1消耗的功率最大,最大功率为P1m=E2R1(R1+r)2=2 W。
(2)将定值电阻R1看做电源内阻的一部分,则电源的等效内阻r'=R1+r=2.5 Ω,故当滑动变阻器接入电路的阻值R2=r'=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2m=E24r'=2.5 W。
(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当R1+R2'=r,即R2'=r-R1=(2-0.5) Ω=1.5 Ω时,电源有最大输出功率,最大输出功率为P出m=E24r=3.125 W。
B组　综合提能
1.(2017西城二模)智能手机电池“快速充电技术”可以使用户在短时间内完成充电。比如对一块额定电压3.7 V、容量1 430毫安时的电池充电,可以在半小时内将电池充到满容量的75%。结合本段文字和你所学知识,关于“快速充电技术”,你认为下列叙述中比较合理的是(　　)
A.这里所提到的“毫安时”指的是一种能量单位
B.这里所提到的“满容量的75%”是指将电池电压充到3.7 V的75%
C.快速充电技术提高了锂电池的原有容量
D.对额定电压3.7 V的锂电池充电,其充电电压应高于3.7 V
答案　D　根据q=It可知,毫安时(mAh)是电荷量的单位,不是能量的单位,故A错误;这里所提到的“满容量的75%”是将电量充到满容量的75%,故B错误;快速充电技术提高了锂电池的充电速度,不会提高原有容量,故C错误;为了能为电池充电,对额定电压3.7 V的锂电池充电,其充电电压应高于3.7 V,故D正确。
2.(2017海淀二模)电源的两个重要参数分别是电动势E和内电阻r。对一个电路有两种特殊情况:当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势;当外电路短路时,短路电流等于电动势和内电阻的比值。现有一个电动势为E、内电阻为r的电源和一阻值为R的定值电阻,将它们串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源,这两种连接方式构成的等效电源分别如图甲和图乙中虚线框所示。设新的等效电源的电动势为E',内电阻为r'。试根据以上信息,判断下列说法中正确的是(　　)
A.图甲中的E'=rR+rE, r'=R+r
B.图甲中的E'=RR+rE, r'=R+r
C.图乙中的E'=E,r'=RrR+r
D.图乙中的E'=RR+rE,r'=RrR+r
答案　D　当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势,图甲中的等效电源外电路断开时,I=0,R相当于导线,则等效电源的电动势仍为E,R与r串联形成新电源的内电阻,所以内电阻为R+r。乙的等效电源外电路断开时,新电源两端电压即R两端电压为ERR+r,则等效电源的电动势为RR+rE,R与r并联形成新的电源内电阻,所以内电阻为RrR+r。综上选择D。
3.(2015北京理综,24)真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示。光照前两板都不带电。以光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用。保持光照条件不变。a和b为接线柱。
已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm。元电荷为e。
(1)求A板和B板之间的最大电势差Um,以及将a、b短接时回路中的电流I短。
(2)图示装置可看做直流电源,求其电动势E和内阻r。
(3)在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U。外电阻上消耗的电功率设为P;单位时间内到达B板的电子在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为ΔEk。请推导证明:P=ΔEk。
　　(注意:解题过程中需要用到但题目没有给出的物理量,要在解题中作必要的说明)
答案　(1)Ekme　Ne　
(2)Ekme　EkmNe2　
(3)见解析
解析　(1)由动能定理,Ekm=eUm,可得
Um=Ekme
短路时所有逸出电子都到达B板,故短路电流
I短=Ne
(2)电源的电动势等于断路时的路端电压,即上面求出的Um,所以
E=Um=Ekme
电源内阻
r=EI短=EkmNe2
(3)外电阻两端的电压为U,则电源两端的电压也是U。
由动能定理,一个电子经电源内部电场后损失的动能
ΔEke=eU
设单位时间内有N'个电子到达B板,则损失的动能之和
ΔEk=N'ΔEke=N'eU
根据电流的定义,此时电源内部的电流
I=N'e
此时流过外电阻的电流也是I=N'e,外电阻上消耗的电功率
P=IU=N'eU
所以P=ΔEk