东营市胜利第三十九中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-1：闭合电路欧姆定律和逻辑电路 综合测试（含解析）

闭合电路欧姆定律和逻辑电路
1．如图所示,电源内阻不可忽略,电路中接有一小灯泡和一电动机．小灯泡L上标有“9V?9W”字样,电动机的线圈电阻RM=1Ω.若灯泡正常发光时,电源的输出电压为15V,此时( )
A．电动机的输入功率为36W
B．电动机的输出功率为5W
C．电动机的热功率为6W
D．整个电路消耗的电功率为15W
2．如图甲所示，M为一电动机，当滑动变阻器R的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示．已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动．不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是
A．电源的电动势为3.4V
B．变阻器滑片向右滑动时，V2读数逐渐减小
C．电路中电动机的最大输出功率为0.9W
D．变阻器的最大阻值为30Ω
3．如图所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，当滑动变阻器的滑片向b端移动时，则( )
A．电压表读数增大
B．电流表读数减小
C．质点P将向上运动
D．上消耗的功率逐渐减小
4．飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量．若一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA．若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是(　　)
A．0.10 V
B．0.20 V
C．0.30 V
D．0.40 V
5．如图所示的电路中，电源电动势为6 V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uab＝6 V，Uad＝0，Ucd＝6 V，由此可判定
A．L1和L2的灯丝都烧断了 B．L1的灯丝烧断了
C．L2的灯丝烧断了 D．变阻器R断路
6．如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时，电阻减小，则( )
A．灯泡L变暗
B．光敏电阻R上的电压增大
C．电压表V的读数增大
D．电容器C的带电荷量增大
7．如图所示，电路电压U保持不变，滑动变阻器R的总阻值与R2的阻值均为20 Ω，电阻R1的阻值为5 Ω.当滑动变阻器R的滑动端P由a向b滑动过程中( )
A．干路中电流不断增大
B．R1上消耗电功率不断增大
C．R1上消耗电功率不断减小
D．R2上消耗电功率不断减小
8．如图所示的电路中，各个电键均闭合，且k2接a，此时电容器C中的带屯微粒恰好静止，现要使微粒向下运动，则应该（ ）
A．将k1断开 B．将k2掷在b
C．将k2掷在c D．将k3断开
9．如图甲,电动势为E,内阻为r的电源与R=6Ω的定值电阻、滑动变阻器Rp、开关S组成串联回路,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值Rp的关系如图乙,下列说法正确的是
A．电源的电动势E=V,内阻r=4Ω
B．定值电阻R消耗的最大功率为0.96W
C．图乙中Rx=25Ω
D．调整滑动变阻器Rp的阻值可以得到该电源的最大输出功率为1W
10．在如图所示的直流电路中，当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时，下列说法正确的是
A．电压表V1示数变大 B．电压表V2示数变大
C．电流表A1示数变小 D．电流表A2示数变大
11．如图电路，当滑动变阻器的滑片放在正中时，三灯的亮度相同，则：
（1）三灯的电阻大小关系是： ；
（2）当滑动变阻器的滑片下移后，三个灯的亮度最暗的是 灯．
12．如图所示电路，电池组的内阻r=2Ω，外电阻R1=4Ω，滑动变阻器R2的电阻可调范围为0～10Ω．当滑动变阻器R2的电阻调为4Ω时，电源内部的热功率为2W，则电阻R2的阻值为 Ω时R1的电功率达到最大值，电源的最大效率为 ．
13．如图所示电路中，电源电动势V，内电阻Ω，定值电阻R1=1Ω，R为最大阻值是20Ω的变阻器．则在变阻器滑动过程中电源的最大输出功率为___W；变阻器消耗的最大电功率为___W．
14．小明测量二极管在不同正向电压（最大正向电压为1.25 V）时的电阻．他选择的器材有：0–10的滑动变阻器；量程为3Ｖ、内阻约为3 kΩ的电压表；电动势为1.5Ｖ的电源；一只多用电表．
（1）他先将多用电表选择开关旋至“×10”挡，调节好多用电表，将二极管两极与表笔相接，多用电表的示数如图甲所示时，则二极管的正极与多用电表的 (选填图甲中“A”或“B”)相接．
（2）他再将多用电表的选择开关旋至“10mA”挡（内阻约为5 Ω），将其接入图乙所示电路．
① 多用电表B插孔应与图乙中的 (选填“7”或“8”) 连接．
② 闭合开关，电压表指针指在约1.25 V处，电流表指针指在约5.00mA处，接着左右移动滑片，两表指针几乎不动．由此可以推断：电路中 (选填图中表示接线柱的数字) 之间出现了 (选填“短路”或“断路”)故障．
U（V）
1.13
1.19
1.21
1.23
1.25
I（mA）
0.06
0.50
1.00
2.00
5.00
R（）
18833.3
2380.0
1210.0
615.0


③排除故障后，闭合开关，移动滑片，将电压表和电流表示数记录在右表中，并算出对应的电阻．电压为1.25V时，二极管的电阻为 ．
④ 为了更准确地测出不同电压下二极管的电阻，在不更换实验器材的条件下，对实验电路提出改进建议： ．
15．如图所示为某同学自制的电子秤原理图：粗细均匀的电阻棒尺（每厘米长的电阻为1Ω）竖直放置、其总长度L=10cm，电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，保护电阻R0=4Ω，托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量mo=0.1kg，水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触．当托盘内不放物体静止时，弹簧的形变量x=1cm，轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触．若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移，g取10m/s2 ． 求:
?
（1）弹簧的劲度系数k；
（2）该电子秤能称出的最大物体质量m及对应的理想电压表V的示数U ．
16．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)
17．在如图所示的电路中，两只相同的小灯泡规格都是“6V 6W”，电源电压恒为9V，电阻R的阻值为3Ω．假设小灯泡电阻不变，S闭合后，求：
（1）S1断开时，电路中的电流强度；
（2）S1闭合时，小灯泡两端的电压；
（3）S1闭合时，小灯泡L1的电功率．
18．如图所示的电路中，电池的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻．在R0由0增加到400 Ω的过程中，求：
（1）可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率；
（2）电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和．
参考答案
1．B
【解析】
【分析】
【详解】
ABC．灯正常发光，电路中电流：
电动机两端电压：
电动机的输入功率：
电动机的热功率：
电动机的输出功率：
故B正确，AC错误．
D．整个电路消耗的电功率：
，
电源内阻不可忽略
，，
整个电路消耗的电功率大于15W．故D项错误．
2．D
【解析】
【详解】
A．由电路图甲知，电压表V2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以最上面的图线表示V2的电压与电流的关系。此图线的斜率大小等于电源的内阻，为
当电流I=0.1A时，U=3.4V，则电源的电动势
故A错误；
B．变阻器向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，内电压减小，路端电压即为V2读数逐渐增大，故B错误；
C．由图可知，电动机的电阻
当I=0.3A时，U=3V，电动机的输入功率率最大，最大输入功率为
则最大的输出功率一定小于0.9W，故C错误；
D．当I=0.1A时，电路中电流最小，变阻器的电阻为最大值，所以
故D正确。
故选D。
3．D
【解析】
【详解】
ABC．由图可知，R2与滑动变阻器R4串联后与R3并联后，再由R1串联接在电源两端；电容器与R3并联；当滑片向b移动时，滑动变阻器接入电阻减小，则电路中总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大；路端电压减小，同时R1两端的电压也增大；故并联部分的电压减小；由欧姆定律可知流过R3的电流减小，则流过并联部分的电流增大，故电流表示数增大，因并联部分电压减小，而R2中电压增大，故电压表示数减小，因电容器两端电压减小，故电荷受到的向上电场力减小，则重力大于电场力，合力向下，电荷向下运动，故ABC错误；
D．因R3两端的电压减小，由可知，R3上消耗的功率减小； 故D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【详解】
设电池板的内阻为r，其开路电压等于它的电动势，依题意有：E=800mV；I短=E/r，解得电源内阻：，电池板连上20Ω阻值后，流过电阻的电流大小为：；此时的路端电压为：U=IR=20×20mV=400mV=0.4V；故D正确，ABC错误．
5．C
【解析】
【详解】
串联电路中两灯均不发光，则可能是某处断路，电压表测断路位置为电源电压，Ucd=6V，说明从a到d的电路和b到c的电路是连接良好的，故L1的灯丝和滑动变阻器都良好，L2的灯丝烧断了。
A. L1和L2的灯丝都烧断了，与分析结论不符，故A错误。
B. L1的灯丝烧断了，与分析结论不符，故B错误。
C. L2的灯丝烧断了，与分析结论相符，故C正确。
D. 变阻器R断路，与分析结论不符，故D错误。
6．D
【解析】
【分析】
由题中“当它受到的光照强度增大时，电阻减小”可知，本题考查电路动态变化，根据闭合电路欧姆定律可分析本题。
【详解】
A．当R受到的光照强度增大时，电阻减小，电流增加，灯泡变亮，故A错误；
B．串联电路电阻分压，电阻越大，分压越多，电阻越小分压越低，故B错误；
C．电压表所测电压为电路的路端电压，当R变小，外电路分压变小，故电压表读书减小，故C错误；
D．灯泡两端电压，电容器电压增大，根据
可知，电容器带电量增大，故D正确。
7．ABD
【解析】
【分析】
电路的动态分析。
【详解】
A．当滑动变阻器R的滑动端P由a向b滑动过程中，滑动变阻器阻值减小，总电阻减小，由：
可得，干路中电流增大，A正确；
BC．R1上消耗电功率为：
由于干路中电流增大，可得，R1上消耗电功率不断增大，B正确，C错误；
D．R2上消耗电功率为：
其中，R2上的电压：
干路中电流增大，所以电压减小，可得R2上消耗电功率不断减小，D正确。
故选ABD。
8．AC
【解析】
【详解】
A．断开k1，电容器与电源断开，电容器放电，电压减小，粒子向下运动，故A正确；
B．将k2掷在b时，电容器之间与电源连接，电容器两端电压变大，粒子受向上的电场力变大，则粒子向上运动，故B错误；
C．将k2掷在c时，电容器被短路，电容器放电，电压减小，粒子向下运动，故C正确；
D．断开k3，电容器被断开，不会产生充放电现象，故粒子受力不变，油滴不会运动，故D错误；
故选AC。
9．BC
【解析】
【分析】
将R看成电源的内阻，当电源的内外电阻相等时RP的功率最大，由图读出RP的功率最大值及对应的阻值，即可求得电源的内阻，根据功率公式求出电源的电动势。根据滑动变阻器的阻值为4Ω与阻值为Rx时消耗的功率相等列式，可求得Rx．当RP=0时电路中电流最大，R消耗的功率最大。根据内外电阻相等时电源的输出功率最大求该电源的最大输出功率。
【详解】
由图乙知，当RP=R+r=10Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，R=6Ω，可得内阻 r=4Ω
最大功率 P==0.4W，解得 E=4V，故A错误。滑动变阻器的阻值为4Ω与阻值为Rx时消耗的功率相等，有 4Rx=（R+r）2，解得 Rx=25Ω，故C正确。当回路中电流最大时，定值电阻R消耗的功率最大，故最大功率为 Pmax=()2R=0.96W，故B正确。当外电路电阻与电阻相等时，电源的输出功率最大。本题中定值电阻R的阻值大于内阻的阻值，故滑动变阻器RP的阻值为0时，电源的输出功率最大，最大功率为 P出max=()2R=0.96W，故D错误。故选BC。
【点睛】
解决本题的关键是掌握推论：当外电路电阻与电阻相等时，电源的输出功率最大。对于定值电阻，当电流最大时其消耗的功率最大。对于变阻器的最大功率，可采用等效法研究。
10．BC
【解析】
【详解】
当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时，接入电路中的电阻变大，由“串反并同”可知，由于电压表V1与滑动变阻器串联，所以电压表V1示数变小，电压表V2与滑动变阻器并联，所以电压表V2示数变大，电流表A1与滑动变阻器串联，所以电流表A1示数变小，电流表A2与滑动变阻器串联，所以电流表A2示数变小.
故选BC。
11．RA＜RC＜RB；C
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．由图知，变阻器R与C灯串联后与B灯并联，最后与A灯并联．三个小灯泡亮度相同，说明功率相同．对于灯A、B：通过BC的电流小于A的电流，当灯泡的功率相同时，由公式P=I2R分析可知，BC的电阻大于A的电阻．灯B的电压大于C的电压，当两个灯泡的功率相同时，根据公式P=U2/R知，B的电阻大于C的电阻．则RA＜RC＜RB；
（2）[2]．当滑片P向下滑动时，变阻器在路电阻增大，外电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流I减小，路端电压U增大，则B变亮．通过C电流IC=I﹣IB，I减小，IB增大，则IC减小的最大，所以C灯最暗．
12．0；87.5%
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]电阻R2的阻值为0Ω时，电路中电流最大，R1的电功率达到最大值。电源的效率为：
当滑动变阻器R2的电阻调为最大时，外电路总电阻最大，路端电压U最大，电源的效率最大，则电源的最大效率为：
13．
【解析】
【分析】
【详解】
设滑动变阻器两部分电阻分别为，则此电路为并联后与串联接到电源上，电压表测量的是路端电压．当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，则
当滑动变阻器的阻值等于和阻值之和时，功率最大，则最大功率为．
【点睛】
本题解题的关键是弄清楚电路的连接方式，知道电压表测量的是路端电压．当外电路电阻最大时，电压表示数最大；当滑动变阻器的电阻等于串和内阻之和时，滑动变阻器的功率最大．
14．（1）B ；（2）①8 ；②5—11；断路 ；③250 ；④将9、12间导线改接为9、6之间．
【解析】
试题分析：（1）因欧姆表的“-”极内部接电源的正极，故要测二极管的正向电阻，则二极管的正极与多用电表的B相接．（2）①因“7”接电势较高的滑动片，故“7”应接A，“8”接B；②闭合开关，电压表指针指在约1.25 V处，电流表指针指在约5.00mA处，则；左右移动滑片，两表指针几乎不动，说明电路的电阻几乎不变，滑动变阻器可能与二极管串联了，由此可以推断：电路中5—11之间出现了断路故障．③电压为1.25V时，二极管的电阻为；④因二极管的正向电阻远大于电流表内阻，故可采用电压表外接电路，即将9、12间导线改接为9、6之间．
考点：测量二极管在不同正向电压时的电阻．
15．（1） （2） ，4V
【解析】
【分析】
弹簧劲度系数可用胡克定律来求；当托盘放上重物时，弹簧被压缩，电压测量电阻范围增大，示数增加，利闭合电路欧姆定律可求最大电压．
【详解】
（1）当托盘内不放重物时，弹簧弹力为可得，
（2），当重量最大时，轻杆位于R最下端，此时电压表示数为R的电压，即，
此时弹簧又缩短了10cm，所放重物重量，可得．
故该电子秤能称出的最大物体质量为1kg，对应的理想电压表V的示数4V．
【点睛】
本题为传感器知识，为力学与电学知识结合的题目，需着重注意力学物理量与电学物理量之间的对应和联系，解题时将题目一分为二，力电分家处理．
16．（1）(2)见解析
【解析】
(1)如图所示；
(2)按图接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，吸下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，控制电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作．
17．（1）1A）（2）4.5V（3）3.375W
【解析】
【详解】
（1）小灯泡的电阻为：，
S1断开时，电路中的电流为：
（2）S1闭合时，电路的总电阻为：R总＝R+＝3+3＝6Ω，
电路的总电流为：
小灯泡两端的电压为：
（3）小灯泡的功率为：
18．（1）R0=100Ω时，Pm＝W；（2）0.01W
【解析】
【分析】
【详解】
（1）可变电阻R0上消耗的热功率
P1=I2R0=R0＝=
由上式可知，当R0＝100 Ω时，电阻R0上消耗功率最大为
Pm＝W＝W
（2）r和R上消耗的热功率之和
P2＝I2（R＋r）＝×100
由上式可知，R0最大时，P2最小，即当R0＝400 Ω时，电池的内阻和固定电阻上消耗功率的最小值为
P2 min＝×100W＝0.01W