山东省寿光中学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 单元测试题（含解析）

闭合电路欧姆定律和逻辑电路
1．一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流40mA。若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是
A．0.10V B．0.20V C．0.30V D．0.40V
2．某同学利用电流传感器研究电容器的放电过程，他按如图1所示连接电路，先使开关S接1，电容器很快充电完毕，然后将开关掷向2，电容器通过R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t曲线如图2所示．他进一步研究滑动变阻器的阻值变化对曲线的影响，断开S，先将滑片P向右移动一段距离，再重复以上操作，又得到一条I-t曲线．关于这条曲线，下列判断正确的是
A．曲线与坐标轴所围面积将增大
B．曲线与坐标轴所围面积将减小
C．曲线与纵轴交点的位置将向下移动
D．曲线与纵轴交点的位置将向上移动
3．电路如图所示，已知电池组的总内电阻r=1Ω，外电路电阻R=5Ω，电压表的示数U=2.5V，则电池组的电动势E应等于：（ ）
A．2.0V B．2.5V C．3.0V D．3.5V
4．一个电动势为、内电阻为的电池，接上电阻，构成一个闭合电路。关于这个电路，下列说法中正确的是（ ）
A．当时，路端电压为 B．当时，路端电压为
C．当时，获得的功率最大 D．当时，电源的效率为
5．M、N是一对水平放置的平行板电容器，将它与一电动势为E，内阻为r的电源组成如图所示的电路，R是并联在电容器上的滑动变阻器，G是灵敏电流计，在电容器的两极板间有一带电的油滴处于悬浮状态，如图所示，现保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片向上滑动，则( )
A．在滑片滑动时，灵敏电流计中有从b向a的电流
B．在滑片滑动时，灵敏电流计中有从a向b的电流
C．带电油滴将向上运动
D．带电油滴将向下运动
6．直流电池组的电动势为E，内电阻为r，用它给电阻为R的直流电动机供电，当电动机正常工作时，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流是I，下列说法中正确的是(　　)
A．电动机输出的机械功率是UI
B．电动机电枢上发热功率为I2R
C．电源消耗的化学能功率为EI
D．电源的输出功率为EI－I2r
7．如图所示，电路中电源电动势为E，内阻为r，C为电容器且在中央固定一正点电荷，L为小灯泡，R为定值电阻，闭合开关，小灯泡能正常发光。现将滑动变阻器的滑片向左滑动一段距离，滑动前后理想电压表、示数变化量的绝对值分别为，理想电流表A示数变化量的绝对值为，则（ ）
A．电荷的电势能减少
B．灯泡逐渐变暗
C．变大、不变
D．电源的输出功率一定变小
8．如图所示的电路中，已知电源电动势为E，内电阻为r，滑动变阻器R的阻值可以从零连续增大到Rmax，定值电阻R1的阻值范围为rA．当R＝R1－r时，R1消耗的功率最大
B．R消耗的最大功率可能为
C．当R＝0时，R1消耗的功率最大
D．外电路消耗的最大功率为
9．在如图所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线Ⅱ为某一定值电阻R的伏安特性曲线。用该电源直接与定值电阻R相连组成闭合电路，由图象可知
A．电源的总功率为18W B．电阻R的阻值为1Ω
C．电源的输出功率为2 W D．电源的效率约为66.7%
10．如图所示，电源的电动势E一定，内阻r=2Ω，定值电阻R1=0.5 Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为5 Ω，则：
A．当滑动变阻器阻值为5 Ω时，电源的输出功率最大
B．当滑动变阻器阻值为1.5Ω时，电源的输出功率最大
C．当滑动变阻器阻值为2.5Ω时，变阻器R2消耗的功率最大
D．当滑动变阻器的阻值为2.5Ω时，电阻R1消耗的功率最大
11．如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I关系的图像，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图像，用该电源与电阻R组成闭合电路，则电阻R= Ω，电源的电动势为 V，内电阻为 Ω．
12．如图甲所示为某一测量电路，电源电压恒定．闭合开关S，调节滑动变阻器由最右端滑动至最左端，两电压表的示数随电流变化的图象如图乙所示，可知：_____（填“a”或“b”）是电压表V2示数变化的图象，电源电压为_____V，电阻Rl阻值为_____Ω，变阻器最大阻值为_____Ω．
13．（1）多用电表的读数为________________．
（2）用游标20分度的游标卡尺测量某工件的内径时，示数如图所示，则测量结果应该读作________mm．
（3）用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图所示，此示数为__________mm．
14．如图为逻辑电路图及其真值表，此逻辑电路为____________门电路，在真值表中X处的逻辑值为_________．
15．在如图所示的电路中，电源的电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω，电流表满偏电流Ig=10mA，电流表的电阻Rg=7.5Ω，A、B为接线柱．
（1）用一条导线把A、B直接连起来，此时，应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？
（2）调至满偏后保持R1的值不变， 在A、B间接入一个150Ω的定值电阻R2，电流表的读数是多少？
（3）调至满偏后保持R1的值不变，在A、B间接入一个未知的定值电阻Rx，电流表的读数为Ix，请写出Ix随Rx变化的数学表达式．
16．如图所示，一直流电动机与阻值 R 9 的电阻串联接在电源上，电源电动势 E20V，内阻 r 1 ，用理想电压表测出电动机两端的电压U 10V ，已知电动机线圈电阻RM1 ． 求:
(1)电源的输出功率；
(2)电动机的效率．
17．如图所示，电源的电动势E=12V，内阻未知，R1=6Ω，R2=4Ω，L为规格“6V，6W”的灯泡．（不考虑温度对灯泡电阻的影响）．求：
(1)灯泡的额定电流和电阻多大？
(2)开关S断开时，灯泡恰好正常发光，则电源的内阻多大？
(3)开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率多大？
18．每个太阳能电池的电动势为0.50V，短路电流为0.04A，则：
（1）求该电池的内阻为多少？
（2）如用5个这样的太阳能电池串联，则串联后总的电动势和总的电阻分别为多少？
（3）现用多个这种太阳能电池串联对标称值为“2.0V、0.04W”的用电器供电，则需要多少个这样的太阳能电池才能使用电器正常工作？
参考答案
1．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
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=0.40V
A．0.10V，与结论不相符，选项A错误；
B．0.20V，与结论不相符，选项B错误；
C．0.30V，与结论不相符，选项C错误；
D．0.40V，与结论相符，选项D正确；
故选D.
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
I-t图线与坐标轴所围成的面积表示电容器放电的电荷量，而电容器的带电量 Q=CE，没有变化，所以曲线与坐标轴所围面积不变，故AB错误．将滑片P向右移动时，变阻器接入电路的电阻增大，由闭合电路欧姆定律知，将开关掷向2时电容器开始放电的电流减小，则曲线与纵轴交点的位置将向下移动，故C正确，D错误．故选C．
3．C
【解析】
【详解】
由欧姆定律，得电路中电流为
又由闭合电路欧姆定律，得
；
A.选项与计算结果不符，故A错误；
B.选项与计算结果不符，故B错误；
A.选项与计算结果一致，故C正确；
D.选项与计算结果不符，故D错误；
4．ACD
【解析】
【详解】
A．当时，内电压等于路端电压，即路端电压为，选项A正确；
B．当时，路端电压为U=0，选项B错误；
C．当时，电源的输出功率最大，即R上获得的功率最大，选项C正确；
D．当时，电源的效率为
选项D正确；
故选ACD.
5．BC
【解析】
【分析】
电容器两极板的电压等于变阻器两端的电压．将滑动变阻器的滑片向上滑动时，根据欧姆定律分析电容器板间电压如何变化，判断电容器是充电还是放电，分析通过电流计的电流方向。由
分析板间场强如何变化，判断油滴如何运动。
【详解】
AB．电容器两极板间的电压等于路端电压，根据闭合回路欧姆定律可知
当将滑动变阻器的滑片向上滑动时，R增大，U增大，根据
可得电容器的电量增加，处于充电状态，灵敏电流计中有电流，由于电容器上板带正电，则灵敏电流计中有从a向b的电流，A错误，B正确；
CD．U增大，由
分析得知，板间场强增大，则带电油滴将向上运动。故C正确，D错误；
故选BC。
6．BCD
【解析】
【分析】
当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，输入的功率是电功率，根据P=UI求解。发热功率由求解．输出功率由能量守恒定律研究，电源消耗的化学能功率就是电源的总功率，则。
【详解】
AB．电动机输入的功率是电功率，即
电动机的发热功率为
电动机的输出功率是机械功率，根据能量守恒定律得
A错误，B正确；
C．电源消耗的化学能功率就是电源的总功率，则
C正确；
D．电源的输出功率
D正确。
【点睛】
本题中当电动机正常工作时其电路是非纯电阻电路，求电功率只能用，求热功率只能用P=I2r．而输出的机械功率只能根据能量守恒求解，而且电功率大于热功率。
7．AB
【解析】
【详解】
A. 将滑动变阻器滑片向左滑动时接入电路的电阻增大，电路中电流减小， R上的电压减小，则电荷所在处电势减小，电荷的电势能减小，故A正确；
B. 电路中电流减小，通过灯泡的电流减小，所以灯泡变暗，故B正确；
C. 根据U2=E?Ir，得，保持不变。，故保持不变，故C错误；
D. 因电源内外阻大小关系未知，根据电源输出功率和外阻的关系，电源的输出功率不一定变小，故D错误。
故选：AB
8．BCD
【解析】
【详解】
AC．计算R1的最大功率，
只需要回路中电流最大，此时R＝0，R1消耗的功率为最大为，故A错误，C正确。
B．因为rD．计算外电路消耗的最大功率时，R1＋R越接近r的值对应外电路的功率越大，当R＝0时，外电路的最大功率就等于R1的最大功率。故D正确。
故选BCD。
9．BD
【解析】
【详解】
AC．两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图读出电压U=2V，电流I=2A，电源电动势为E=3V，则电源的总功率为
P总=EI=6W
电源的输出功率：
P出=IU=4W
选项AC错误．
B．电阻R的阻值为
选项B正确；
D．电源的效率约为
选项D正确；
故选BD.
10．BC
【解析】
【详解】
AB．当电源的输出功率最大外电路电阻等于内阻，则此时滑动变阻器阻值为1.5 Ω，选项A错误，B正确；
C．将电阻R1等效为电源内阻，则当滑动变阻器阻值为R1+r=2.5Ω时，变阻器R2消耗的功率最大，选项C正确；
D．当电阻R1消耗的功率最大时，电路中的电流最大，总电阻最小，则此时滑动变阻器的阻值为0，选项D错误；
故选BC.
11．1Ω 3V 0.5Ω
【解析】
【分析】
图象B的斜率等于电阻R；图象A的纵轴截距等于电源的电动势，斜率的大小等于电源的内电阻，由数学知识求解即可．
【详解】
两图线的交点即为电阻实际工作的电压和电流，由，U-I图象的纵轴截距等于电源的电动势，所以得到电源的电动势为 E=3V；图象的斜率表示电源内阻，
【点睛】
本题难度较小，由求解电阻大小，由闭合电路欧姆定律E=U+Ir判断电源电动势和内阻．
12．b；6V；10Ω；20Ω
【解析】
试题分析：滑动变阻器由最右端滑动至最左端时，电路中的电阻减小，电流增大，则V1读数增大，V2读数减小，故b是电压表V2示数变化的图象；电源电压不变．由图象可知，电源电压是6V；电阻Rl阻值为；由图象可知，滑动变阻器阻值全部接入电路时，滑动变阻器两端电压为4V，电路电流为0.2A，则滑动变阻器的最大阻值；
考点：测量电动势；欧姆定律的应用．
13．32.3V~32.7V 11.30 2.614~2.616
【解析】
（1）多用电表所用量程为50V，所以的读数为32.5V
（2）游标卡尺读数：11mm+6×0.05mm=11.30mm
（3）螺旋测微器读数：2.5mm+11.5×0.01mm=2.615mm
14．或 1
【解析】
该逻辑电路为或门电路，因为或门只要输入端有一个输入为“1”，输出为“1”．
点睛：解决本题的关键知道各种门电路的符合，并知道各种门电路的特点．
15．（1）142Ω （2）5mA （3）
【解析】
【分析】
【详解】
根据闭合电路的欧姆定律：
可得：
(2)欧姆表接入待测电阻后，根据闭合电路的欧姆定律
可得：
(3)接入任意电阻Rx，根据欧姆定律：
可得：
【点睛】
本题考查了求欧姆表的调零电阻阻值、中值电阻阻值、电阻测量值，知道欧姆表的工作原理、应用闭合电路的欧姆定律即可正确解题．
16．(1)19W (2)90%
【解析】
【分析】
（1）电源的总功率为,电源内部消耗的功率为，所以电源的输出功率为
（2）电动机输入功率 ，发热，输出功率，电动机的效率
【详解】
（1）根据欧姆定律得：,
电源的总功率为,
电源内部消耗的功率为,
电源的输出功率为 =19W
(2)电动机的输入功率 P入=UI=10×1W=10W
发热功率P热=I2RM=12×1W=1W
则电动机输出的功率 P出=P入-P热=10W-1W=9W；
电动机的效率 =90%
【点睛】
对于电动机电路区分是纯电阻电路还是非纯电阻电路，可从从能量转化的角度理解：电能全部转化内能时，是纯电阻电路．电能转化为内能和其他能时，是非纯电阻电路
17．(1)IL=1A, (2) (3)
【解析】
【分析】
根据求出小灯泡的额定电流，根据求电阻；断开S时，灯L正常发光，根据闭合电路欧姆定律即可求解；闭合S时，求出外电路总电阻，根据欧姆定律求出电流和电压，从而求出实际功率．
【详解】
解：(1)灯泡的额定电流?
根据
灯丝电阻
(2)断开S时，灯L正常发光，即，根据闭合电路欧姆定律
得
(3)闭合S时，设外电路总电阻为
设干路电流为I总，则
灯两端的电压UL，则
灯的实际功率为
18．12.5Ω ; 62.5Ω; 8
【解析】
（1）该电池的内阻
（2）总电动势E=5×0.50=2.5V???????总内阻R=5×12.5=62.5Ω
（3）用电器的额定电流A=0.02A
设需要n个这样的太阳能电池串联使用， n个电池串联后的总电动势 E总=nE，
串联后的总内阻r总=nr
使用电器正常工作，串联电池组输出的路端电压应等于用电器的额定电压U0=2.0V．
由闭合电路欧姆定律，有
解得
即需要8个这样的太阳能电池才能使用电器正常工作．
点睛：本题考查运用闭合电路欧姆定律的物理知识解决实际问题的能力，是理论联系实际的典型应用；注意电源的串联总电动势等于各个电动势之和，总内阻等于各个电源内阻之和；