高中物理人教版选修3-1 第二章 水平测试卷练习 Word版含解析

第二章　水平测试卷
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题，共48分)
一、选择题(本题共12小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．下列关于电流方向的说法中正确的是(　　)
A．电荷的定向移动方向即为电流的方向
B．电流的方向总是从电源的正极流向负极
C．电流既有大小，又有方向，是一个矢量
D．在电源内部，电流从负极流向正极
答案　D
解析　正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A、B、C错误，D正确。
2．一根粗细均匀的导线，当其两端电压为U时，通过的电流是I，若将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电流仍为I，导线两端所加的电压变为(　　)
A. B．U C．2U D．4U
答案　D
解析　当导线均匀拉长到原来的2倍时，横截面积为原来的，由电阻定律R＝ρ，可知电阻为原来的4倍，由欧姆定律I＝，可知D正确。
3．如图所示，图线1表示的导体电阻为R1，图线2表示的导体的电阻为R2，则下列说法正确的是(　　)
A．R1∶R2＝1∶3
B．R1∶R2＝3∶1
C．将R1与R2串联后接在电源上，则电流比I1∶I2＝1∶3
D．将R1与R2并联后接在电源上，则电流比I1∶I2＝1∶3
答案　A
解析　电阻I-U图象斜率倒数表征电阻大小，所以R1∶R2＝1∶3，故A正确，B错误；两电阻串联，电流相等，故C错误；两电阻并联，两端电压相等，电流之比I1∶I2＝R2∶R1＝3∶1，故D错误。
4．电阻R1和R2分别标有“2 Ω，1.0 A”和“4 Ω，0.5 A”，将它们串联后接入电路中，则此电路中允许消耗的最大功率为(　　)
A．1.5 W B．3.0 W C．5.0 W D．6.0 W
答案　A
解析　两电阻的额定电流不同，R2允许通过的最大电流为0.5 A，为保证电路安全，电路允许通过的最大电流I＝0.5 A，所以，此电路中允许消耗的最大功率为P＝I2(R1＋R2)＝1.5 W。
5．一个电流表由小量程的电流表G与电阻R并联而成。若在使用中发现此电流表读数比准确值稍小些，下列采取的措施正确的是(　　)
A．在R上串联一个比R小得多的电阻
B．在R上串联一个比R大得多的电阻
C．在R上并联一个比R小得多的电阻
D．在R上并联一个比R大得多的电阻
答案　A
解析　电流表读数比准确值稍小些，是由于并联的电阻R阻值偏小，而使流经小量程的电流表的电流偏小，所以应该给电阻R串联一个阻值比R小得多的电阻，从而使通过电流表G的电流变大。
6．阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为(　　)
A. B. C. D.
答案　C
解析　S断开时等效电路如图甲所示。
电容器两端的电压为U1＝×R×＝E；S闭合时等效电路如图乙所示。电容器两端的电压为U2＝×R＝E，由Q＝CU得＝＝，故C正确。
　
7．在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；当重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是(　　)
A．电动机的内阻为7.5 Ω
B．电动机的内电阻发热功率为8.0 W
C．电动机的输出功率为30 W
D．电动机的效率约为27%
答案　B
解析　当电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V，电路中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝ Ω＝2.0 Ω，A错误；电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的内电阻发热功率P热＝Ir＝2.02×2 W＝8.0 W，B正确；电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0 V×2.0 A＝30.0 W，所以电动机的输出功率P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W，C错误；电动机的效率η＝×100%＝×100%≈73.3%，D错误。
8．如图所示的电路中，闭合开关，灯L1、L2正常发光。由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮、灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是(　　)
A．R1断路 B．R2断路
C．R3短路 D．R4短路
答案　A
解析　把原电路改画为如图所示的电路。
由于电流表示数减小、灯L2变暗，可推知电路中的总电流减小，路端电压增大，表明外电阻增大，可排除R3、R4短路的可能。又因为灯L1变亮、灯L2变暗，表明灯L1两端电压增大、灯L2两端电压减小，由欧姆定律可判断只能是R1发生断路。
9．一根粗细均匀的导线，两端加上电压U时，通过导线的电流为I，导线中自由电子定向移动的平均速率为v，若将导线均匀拉长，使它的横截面的半径变为原来的，再给它两端加上电压U，则(　　)
A．通过导线的电流为
B．通过导线的电流为
C．导线中自由电子定向移动的速率为
D．导线中自由电子定向移动的速率为
答案　BC
解析　导线被拉长后，其横截面积变小，变为原来的，由V＝Sl可知其长度变为原来的4倍，由R＝ρ可知其电阻增大为原来的16倍，则加上相同的电压U时，电流会变为原来的，A项错误，B项正确；又根据I＝neSv，导线被拉长后，n、e不变，I变为原来的，S变为原来的，故v变为原来的，C项正确，D项错误。
10．某种小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示，三个完全相同的这种小灯泡连接成如图乙所示的电路，电源的内阻为1.0 Ω。现闭合开关S，理想电压表V的示数为4.0 V，则(　　)
A．三个灯泡的总电阻为8.3 Ω
B．电源的电动势为5.6 V
C．电源消耗的热功率为3.0 W
D．电源的效率为89.3%
答案　ABD
解析　理想电压表V的示数为4.0 V，可知串联的灯泡电流为0.6 A，此时小灯泡电阻为 Ω＝ Ω；每个并联灯泡的电流为0.3 A，电压为1.0 V，此时小灯泡的电阻为 Ω＝ Ω，所以总电阻为 Ω＋· Ω≈8.3 Ω，A正确；电动势等于4 V＋1 V＋0.6×1.0 V＝5.6 V，B正确；电源消耗的热功率为0.62×1.0 W＝0.36 W，C错误；电源效率为η＝＝×100%＝89.3%，D正确。
11．如图所示，电源电动势为E，内阻不计。滑动变阻器阻值为R＝50 Ω，定值电阻R1＝30 Ω，R2＝20 Ω，三只电流表都是理想电流表。滑动变阻器的滑动触头P从a向b移动过程中，下列说法正确的是(　　)
A．电流表A的示数先增大后减小
B．电流表A1的示数先增大后减小
C．电流表A2的示数逐渐增大
D．滑动触头P移到b端时电流表A的示数最大
答案　CD
解析　当满足R1＋RaP＝R2＋RbP时，外电路的电阻最大，则滑动变阻器的滑动触头P从a向b移动过程中，电路的总电阻先增大后减小，总电流先减小后增大，电流表A的示数先减小后增大，A错误；因电源的内阻不计，可知电流表A1的示数I1＝，则随着RaP的增加，电流表A1示数减小，B错误；电流表A2的示数I2＝，则随着RbP的减小，电流表A2示数逐渐增大，C正确；由数学知识可知，当滑动触头P移到b端时电路的总电阻最小，此时电流表A的示数最大，D正确。
12．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为P(5.2,3.5)、Q(6,5)。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是(　　)
A．电源1与电源2的内阻之比是3∶2
B．电源1与电源2的电动势之比是1∶1
C．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1∶2
D．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是7∶10
答案　AB
解析　根据图象可知，E1＝E2＝10 V，r1＝ Ω，r2＝ Ω，所以r1∶r2＝3∶2，E1∶E2＝1∶1，A、B正确；曲线Ⅲ与其他两条直线的交点坐标表示该小灯泡在这两种连接状态下的工作电压和工作电流，根据坐标值可求出此时小灯泡消耗的功率分别为P1＝18.2 W和P2＝30 W，小灯泡的电阻分别为R1＝ Ω，R2＝ Ω，所以C、D错误。
第Ⅱ卷(非选择题，共52分)
二、实验题(本题共2小题，共12分)
13．(4分)用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：
(1)旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线。
(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
(3)将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件________，使指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)。
(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数和测量。
A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准
答案　(1)S　(3)T　0刻线　(4)A、D、C
解析　多用电表测量电阻时，在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上，若指针不在零刻度线上，用螺丝刀小心转动调零螺丝S，使指针对准电流的“0”刻线。然后转动选择开关K，选择量程，再将两表笔短接，调整调零电阻的旋钮T，使指针对准满偏刻度(即电阻的“0”刻线)，接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，测量被测电阻的阻值。若在测量过程中，发现指针偏转角度过小，表明被测的电阻阻值偏大，这时要换用更高倍率的挡位，从“×100”挡位更换到“×1 k”的挡位，欧姆调零后再次测量。
14．(8分)在研究性课题中，小刚、小聪和小明所在的小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容器、电感线圈等电子器件。现从这些材料中选取两个待测元件进行研究，一是电阻Rx(阻值约2 kΩ)，二是手机中常用的锂电池(电动势E铭牌上标的值为3.4 V)。在操作台上还准备了如下实验器材：
A．电压表V(量程4 V，电阻RV约10 kΩ)；
B．电流表A1(量程100 mA，内阻RA1约5 Ω)；
C．电流表A2(量程2 mA，内阻RA2约50 Ω)；
D．滑动变阻器R(0～40 Ω，额定电流1 A)；
E．电阻箱R0(0～999.9 Ω)；
F．开关S一只、导线若干。
(1)小刚采用伏安法测定Rx的阻值，他使用的电源是待测的锂电池。如图是他连接的部分实验器材，请你完成实物连接。小刚选用的电流表应是________(选填“A1”或“A2”)；他用电压表的读数除以电流表的读数作为Rx的测量值，则测量值________(选填“大于”或“小于”)真实值。
(2)小聪和小明设计了如图甲所示的电路图测量锂电池的电动势E和内阻r。
A．小聪的实验操作是：闭合开关S，调节电阻箱的阻值为R1时，读出电压表的示数为U1；调节电阻箱的阻值为R2时，读出电压表的示数为U2。根据小聪测出的数据可求得该电池的电动势，其表达式为E＝________；
B．小明认为用线性图象处理数据更便于分析。他在实验中多次改变电阻箱阻值，获取了多组数据，画出的－图象为一条直线(见图乙)。则该图象的函数表达式为＝________，由图乙可知该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。
答案　(1)图见解析　A2　大于
(2)A.　 B.＋　3.3　0.25
解析　(1)测量Rx的阻值时，滑动变阻器采取分压接法，由于待测电阻的阻值较大，电流表采取内接法，实物图如图所示：
通过待测电阻的最大电流为Im＝ A＝1.7 mA，故电流表选取A2；由于电流表采取内接法，用电压表的读数除以电流表的读数为待测电阻与电流表内阻的阻值之和，所以测量值大于真实值。
(2)A.由闭合电路的欧姆定律可知
E＝U1＋r，E＝U2＋r，
联立解得E＝；
B．由闭合电路的欧姆定律可知E＝U＋r，
整理得＝＋，所以截距＝0.3，
解得E＝3.3 V；
斜率＝＝，解得r＝0.25 Ω。
三、计算题(本题共4小题，共40分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
15．(8分)如图所示，已知UAB＝6 V，当滑动变阻器触头P位于正中央位置时，额定电压为3 V的灯泡L正常发光，当触头滑至最左端时，电灯实际功率为2 W，假设灯泡电阻不变，求此灯泡的额定功率和该滑动变阻器的最大电阻。
答案　4.5 W　4 Ω
解析　设该滑动变阻器的最大电阻为Rm，灯泡电阻为RL，则根据P位于正中央位置时灯泡正常发光，电压为3 V，滑动变阻器的电压为3 V，得RL＝。
方法一：找电流，P位于最左端时该滑动变阻器的电阻为：R＝Rm＝2RL，
由功率关系知此时滑动变阻器的功率P＝2PL＝4 W，
I＝＝ A＝1 A，
滑动变阻器的最大电阻：Rm＝＝ Ω＝4 Ω，
故RL＝＝2 Ω，
灯泡的额定功率P额＝＝ W＝4.5 W。
方法二：找电压，P位于最左端时该滑动变阻器的电阻R＝Rm＝2RL，则UL＝2 V，
故RL＝＝ Ω＝2 Ω，
灯泡额定功率P额＝＝W＝4.5 W，
该滑动变阻器的最大电阻Rm＝2RL＝4 Ω。
16．(8分)如图所示的电路中，电源提供的电压为U＝10 V保持不变，已知R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF。
(1)闭合开关S，求电路稳定后通过R1的电流；
(2)然后将开关S断开，求这以后流过R1的电荷量。
答案　(1)1 A　(2)1.2×10－4 C
解析　(1)闭合开关S，电路达到稳定后电容器相当于断路。
由欧姆定律得通过R1的电流为
I＝＝ A＝1 A。
(2)S断开前，电容器两极板间的电压等于R2两端的电压，即有UC＝U2＝IR2＝1×6 V＝6 V
电容器所带电荷量为
Q＝CUC＝30×10－6×6 C＝1.8×10－4 C
S断开且电路稳定时，电容器两极板间的电压等于电源提供的电压U，电容器所带电荷量为
Q′＝CU＝30×10－6×10 C＝3×10－4 C
流过R1的电荷量等于电容器所带电荷量的增加量，即
ΔQ＝Q′－Q＝3×10－4 C－1.8×10－4 C＝1.2×10－4 C。
17．(12分)一个允许通过最大电流为2 A的电源和一个滑动变阻器，接成如图甲所示的电路。滑动变阻器最大阻值为R0＝22 Ω，电源路端电压U随外电阻R变化的规律如图乙所示，图中U＝12 V的直线为图线的渐近线。试求：
(1)电源电动势E和内阻r；
(2)A、B空载时输出电压的范围；
(3)若要保证滑动变阻器的滑片任意滑动时，干路电流不能超过2 A，A、B两端所接负载电阻至少多大？
答案　(1)12 V　2 Ω　(2)0～11 V　(3)4.9 Ω
解析　(1)由乙图可知，当R→∞时，U＝E＝12 V
而当U＝6 V时，应有r＝R＝2 Ω。
(2)当滑片滑至上端时，UAB最大
Umax＝E＝11 V
当滑片滑至下端时，UAB为零
因此，A、B空载时输出电压范围为0～11 V。
(3)A、B两端接某一负载电阻后，滑动变阻器滑片移至上端时，干路电流最大。
此时I＝
为了使电源不过载，应保证I≤2 A
代入数据得Rx≥4.9 Ω
即所接负载电阻最小值为4.9 Ω。
18．(12分)如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，重物A重20 N。不计摩擦力，求：
(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？
(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少？
(3)10 s内，可以把重物A匀速提升多高？
(4)这台电动机的机械效率是多少？
答案　(1)1 W　(2)5 W　4 W　(3)2 m　(4)80%
解析　(1)根据焦耳定律，电动机线圈电阻上消耗的热功率为：
PQ＝I2r＝12×1 W＝1 W。
(2)电动机的输入功率为：
P入＝UI＝5×1 W＝5 W。
电动机的输出功率为：
P出＝P入－PQ＝5 W－1 W＝4 W。
(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，则：P出t＝Gh。
解得：h＝＝ m＝2 m。
(4)机械效率：η＝×100%＝×100%＝80%。