第2章　闭合电路的欧姆定律 Word版含解析

1.如图所示的电路中,电阻R=2 Ω。断开S后,电压表的读数为3 V;闭合S后,电压表的读数为2 V,则电源的内阻r为(　A　)
A.1 Ω B.2 Ω
C.3 Ω D.4 Ω
解析:当S断开后,电压表读数为U=3 V,可认为电动势E=3 V,当S闭合后,由闭合电路欧姆定律知E=U′+Ir,且I=,整理得电源内阻r==1 Ω,选项A正确。
2.一电池外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 Ω的负载后路端电压降为2.4 V,则可以判定电池的电动势E和内阻r为(　B　)
A.E=2.4 V,r=1 Ω B.E=3 V,r=2 Ω
C.E=2.4 V,r=2 Ω D.E=3 V,r=1 Ω
解析:当外电路断路时,I=0,U外=E=3 V;接上8 Ω负载时,I′==
A=0.3 A,则r=== Ω=2 Ω。
3.在正常照射下,太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势,可获得0.1 A的电流,则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是(　C　)
A.0.24 J B.0.25 J
C.0.26 J D.0.28 J
解析:根据W=UIt可得每秒单片单晶硅太阳能电池产生的能量为W=0.6×0.1×1 J=0.06 J,设太阳能每秒照射的能量为Q,则由能的转化和守恒定律得Q×23%=W,所以Q≈0.26 J。
4.如图所示,某中学生科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的水果制作了水果电池,该电池能使一个发光二极管发光,但却不能使标称值为“2.5 V,0.3 A”的小灯泡发光。断开电路用电表测量该电池两端的电压值,却发现接近于2.5 V。对小灯泡不亮的原因,该小组同学进行以下一些猜想,你认为可能正确的是(　D　)
A.水果电池的电动势太大
B.水果电池的电动势太小
C.小灯泡的电阻太大
D.水果电池的内阻太大
解析:断开电路用电表测量该电池两端的电压值接近于2.5 V,表明水果电池的电动势接近于2.5 V,选项A,B错误;如果是小灯泡的电阻太大,则水果电池的内压降接近于0,故小灯泡应正常发光,C错误;如果是水果电池的内阻太大,水果电池的内压将很大,使得路端电压很小,则小灯泡不能发光,D正确。
5.如图所示,a,b,c为三只相同且功率较大的电炉,接于电压恒定的照明电路中,a极靠近电源,b,c离电源较远,而离用户电灯L很近,输电线有电阻。关于电炉接入电路后对电灯的影响,下列说法中正确的是(　B　)
A.使用电炉a时对电灯的影响最大
B.使用电炉b时对电灯的影响比使用电炉a时大
C.使用电炉c时对电灯几乎没有影响
D.使用电炉b对电灯的影响比使用电炉c时大
解析:电炉a极靠近电源,Ua即为电源电压,b,c离电源较远,而离用户电灯L很近,故UL=Ub=Uc=Ua-U线,U线=IR线。接入电炉a时,其后的输电线上的电流基本不变,b,c,L的电压也基本不变,而接入电炉b,c时,输电线上电流明显增加,UL将明显减小。离电源越远,影响越大,故使用电炉b对电灯的影响比使用电炉c时小。
6.如图所示,把两个电源的UI关系曲线取相同的坐标,画在同一坐标系中,由图象可得出的正确结论是(　B　)
A.E1=E2,内电阻r1>r2
B.E1=E2,发生短路时I1>I2
C.E1r2
D.E1I2
解析:由闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir,UI关系曲线上的纵截距表示电源的电动势E,横截距表示短路电流I短,斜率大小表示电源内阻r。所以图示电源电动势相等,内电阻r1I2,B正确。
7.硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常量),图线b是某电阻R的UI 图象。在该光照强度下将它们组成闭合回路时,硅光电池的内阻为(　A　)
A.5.5 Ω B.7.0 Ω
C.12.0 Ω D.12.5 Ω
解析:由UI图象可知,E=3.6 V,而U=2.5 V时,I=0.2 A,代入U=E-Ir得硅光电池的内阻为r== Ω=5.5 Ω,故选项A正确。
8.如图所示,直线a、抛物线b和c为某一稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率PE、输出功率PR、电源内部发热功率Pr随路端电压U变化的图象,但具体对应关系未知,根据图象可判断(　C　)
A.PEU图象对应图线a,由图知电动势为9 V,内阻为3 Ω
B.PrU图象对应图线b,由图知电动势为3 V,内阻为3 Ω
C.PRU图象对应图线c,图象中任意电压值对应的功率关系为PE=Pr+PR
D.外电路电阻为1.5 Ω时,输出功率最大且为2.25 W
解析:稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率PE=EI,路端电压U=E-Ir,联立解得PE==-U,PEU图象对应图线a,由图可知,=9 W,=3,解得电动势E=3 V,内阻r=1 Ω,选项A错误;输出功率PR=UI=·U=U-U2可知PRU图象对应图线c,图象中任意电压值对应的功率关系为PE=I2r+PR=Pr+PR,选项C正确;电源内部发热功率Pr=I2r==-U+U2,可知PrU图象对应图线b,将坐标(0,9) 和(3,0)代入,解得电动势为3 V,内阻为1 Ω,选项B错误;由图线c可知,当U=1.5 V时输出功率最大,此时有=,解得R=1 Ω,最大功率PRm=
（）2R=2.25 W,选项D错误。
9.某同学做电学实验(电源内阻r不能忽略),通过改变滑动变阻器电阻大小,观察到电压表和电流表的读数同时变大,则他所连接的电路可能是图中的(　C　)
解析:设图中定值电阻的阻值为R,则四个选项中电压表的读数分别为UA=E-I(r+R),UB=E-Ir,UC=IR和UD=E-Ir,则可知只有选项C满足要求。
10.热敏电阻是一种广泛应用于自动控制电路中的重要电子元件,它的重要特性之一是其电阻值随着环境温度的升高而减小。如图为一自动温控电路,C为电容器,A为零刻度在中央的电流计,R为定值电阻,Rt为热敏电阻。开关S闭合稳定后,观察电流表A的偏转情况,可判断环境温度的变化情况。以下关于该自动温控电路的分析,正确的是(　A　)
A.当发现电流计A中的电流方向是由a到b时,表明环境温度是正在逐渐升高
B.当发现电流计A中的电流方向是由a到b时,表明环境温度是正在逐渐降低
C.为了提高该温控装置的灵敏度,应取定值电阻R的阻值远大于热敏电阻Rt的阻值
D.为了提高该温控装置的灵敏度,应取定值电阻R的阻值远小于热敏电阻Rt的阻值
解析:当电流计A中的电流方向是由a到b时,表明电容器C正在充电,即定值电阻R两端的电压升高,故热敏电阻Rt的阻值在减小,则环境温度在逐渐升高。为了提高该温控装置的灵敏度,应取定值电阻R的阻值与热敏电阻Rt的阻值相差不多。
11.图甲是观察电容器放电的电路。先将开关S与1端相连,电源向电容器充电,然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,在屏幕上显示出电流随时间变化的It曲线如图乙所示。则下列判断正确的是(　D　)
A.随着放电过程的进行,该电容器的电容逐渐减小
B.根据It曲线可估算出该电容器的电容大小
C.电容器充电过程的It曲线电流应该随时间的增加而增大
D.根据It曲线可估算出电容器在整个放电过程中释放的电荷量
解析:电容器的电容由电容器本身的特性决定,与板间的电荷量无关,因此在放电过程中,该电容器的电容不变,故A错误;It图线与时间轴围成的面积表示电荷量,可估算出电容器在整个放电过程中释放的电荷量,但由于不知道电容器电压的变化量,由C=知,不能估算出该电容器的电容大小,故B错误,D正确;电容器充电过程,电流应该随时间的增加而减小,充电完毕时电流减为零,故C错误。
12.如图所示电路中,电源内阻不计,当S断开时,理想电压表的示数为6 V,当S闭合后,a,b两点间电压可能是(　D　)
A.11 V B.10 V C.9 V D.8 V
解析:当S断开时,由电阻R1,R2和R3组成串联电路,电源的电压为U=(R1+R2+R3),
即U=(10 Ω+20 Ω+R3), ①
当S闭合时,电阻R1被短路,R2,R3组成串联电路,电源的电压为U=(R2+R3),即U=(20 Ω+R3), ②
由①②可得U2′=6 V·,
当R3→0时,U2′=9 V,
当R3→∞时,U2′=6 V,
S闭合后电压表取值范围为6 V13.在如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是(　B　)
A.R1短路 B.R2断路
C.R3短路 D.R4短路
解析:假设R1或R4短路,电路总电阻减小,干路电流变大,A灯变亮,A,D错误;假设R2断路,则其断路后,电路总电阻变大,总电流变小,A灯变暗,同时R2断路必引起与之并联的B灯中电流变大,使B灯变亮,推理结果与现象相符,故选项B正确;假设R3短路,则引起总电阻变小,总电流变大,使A灯变亮,C错误。
能力提升
14.如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,闭合开关S,待电流达到稳定时,电流表示数为I,电压表示数为U,电容器C所带电荷量为Q。将滑动变阻器的滑动触头P从图示位置向a端移动一些,待电流达到稳定后,则与P移动前相比(　B　)
A.U变小 B.I变小
C.Q不变 D.Q减小
解析:当电流稳定时,电容器可视为断路,当P向a端移动时,滑动变阻器连入电路中的阻值R增大,根据闭合电路欧姆定律得,电路中的电流I=减小,电压表的示数U=E-I(R2+r)增大,A错误,B正确;由于电容器两端电压与滑动变阻器两端电压相同,P向a端移动时,其两端电压变大,则电容器的电荷量Q=CU增大,C,D错误。
15.(多选)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电器电源的输出电压为U,输出电流为I,手机电池的内阻为r,下列说法正确的是(　AC　)
A.电能转化为化学能的功率为UI-I2r
B.充电器输出的电功率为UI+I2r
C.电池产生的热功率为I2r
D.充电器的充电效率为×100%
解析:充电器将电能转化为锂电池的化学能和内能,即UIt=E化+I2rt,充电器输出的电功率为UI,电池产生的热功率为I2r,据此可知,电能转化为化学能的功率为UI-I2r,充电器的充电效率为×100%,所以选项A,C正确。
16.一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,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,电动观光车的质量为m,电动观光车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则下列说法中错误的是(　A　)
A.电动机的内阻为R=
B.电动机的内阻为R=-
C.电动机的工作效率η=
D.电动机的发热效率η′=
解析:由功能关系EI=kmgv+I2R,所以电动机的内阻为R=-,所以选项A错误,B正确;电动机的工作效率等于输出功率与总功率之比,即η=,所以选项C正确;电动机的发热效率η′=,所以选项D正确。
17.高温超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成,如图。超导部件有一个超导临界电流IC,当通过限流器的电流I>IC时,将造成超导体失超,从超导态(电阻为零)转变为正常态(一个纯电阻)。以此来限制电力系统的故障电流,已知超导部件的正常态电阻为R1=3 Ω,超导临界电流IC=1.2 A,限流电阻R2=6 Ω,小灯泡L上标有“6 V,6 W”的字样,电源电动势E=8 V,内阻r=2 Ω,原来电路正常工作,现L突然发生短路,则(　D　)
A.短路前通过R1的电流为 A
B.短路后超导部件将由正常态转化为超导状态
C.短路后通过r的电流为 A
D.L短路后超导部件将由超导状态转化为正常态
解析:若超导部件的电阻为零,则电路中的电流I==1 A,所以超导部件处于超导态,此时通过R1的电流为1 A,故A错误;当L短路后,若超导部件的电阻仍为零,则电路中的电流I′==4 A>IC,故此时超导部件转变为正常态,通过r的电流I″==2 A,故B,C错误,D正确。
18.如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电,改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。
(1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中UI图象的示意图,并说明UI图象与两坐标轴交点的物理意义。
(2)①请在图2画好的UI关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率。
②请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。
(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。
解析:(1)变阻器的电阻R变化时,其U随I增大而减小,且遵循U=E-Ir,则 UI图像如图所示。
图象与纵轴交点的横坐标电流值为零,由U=E-Ir=E,因此与纵轴交点的纵坐标的值为电源电动势;图象与横轴交点的纵坐标电压值为零,由U=E-Ir=0,因此与横轴交点的横坐标值为短路电流,I短=。
(2)①在画好的UI关系图线上任取一点,其坐标值U和I的乘积即为此时电源的输出功率P,因此可画出如图所示的带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率。
②电源的输出功率
P=I2R=()2R=,
当外电路电阻R=r时电源的输出功率最大,为Pmax=。
(3)电动势定义式E=,根据能量守恒,在题图1所示的电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路上产生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq,则E==Ir+IR=U内+U外。
答案:见解析
19.图甲为某元件R的UI特性曲线,把它连成图乙所示电路。已知电源电动势E=5 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R0=4 Ω。闭合开关S后,求:
(1)该元件的电功率;
(2)电源的输出功率。
解析:(1)等效电源的电动势E′=E=5 V,
内阻r′=r+R0=5 Ω。
根据U=E′-Ir′=5-5I画出等效电源的UI图线如图所示,两图线交点坐标为(0.4,3),
元件的电功率
PR=UI=3×0.4 W=1.2 W。
(2)电源的输出功率
P=PR0+PR=I2R0+PR=0.42×4 W+1.2 W=1.84 W。
答案:(1)1.2 W　
(2)1.84 W