人教版选修3-1《第2章 恒定电流》单元测试卷

人教版选修3-1《第2章恒定电流》单元测试卷
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共6小题，共24.0分）
如图R1和R2分别标有“2Ω、1.0A”和“4Ω、0.5A”，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.
6.0W
B.
5.0W
C.
3.0W
D.
1.5W
某同学把电流表、干电池和一个定值电阻串联后，两端连接两只测量表笔，做成了一个测量电阻的装置．两只表笔直接接触时，电流表读数是4mA，两只表笔与200Ω的电阻连接时，电流表读数是3mA．现在把表笔与一个未知电阻连接时，电流表读数是2mA，则该未知电阻阻值是（　　）
A.
200Ω
B.
300Ω
C.
600Ω
D.
1200Ω
如图甲所示，在滑动变阻器的滑动触头P从一端滑到另一端的过程中，两块理想电压表的示数随电流表示数的变化情况如图乙所示，则滑动变阻器的最大阻值和定值电阻R0的阻值分别为(
)
A.
3Ω，12Ω
B.
15Ω，3Ω
C.
12Ω，3Ω
D.
4Ω，15Ω
有量程为500μA、内阻为10kΩ的电流表改装成为量程为1A的电流表，然后把它与一个10Ω的电阻并联后接入一电路中，电流表的示数为0.8A，则此电路中的电流I为（　　）
A.
0.8A
B.
1.2A
C.
1.6A
D.
2.4A
如图所示的电路中，开关S闭合后，灯泡A和B都正常发光．由于电路故障，灯泡B变暗（没有熄灭），灯泡A变亮，则电路中可能发生的故障是（　　）
A.
R1短路
B.
R1断路
C.
R2短路
D.
R2断路
如图所示，直线a为某电源的U-I图线，曲线B为某小灯泡D1的U-I图线的一部分，用该电源和小灯泡D1组成闭合电路时，灯泡D1恰好能正常发光，则下列说法中正确的是（　　）
A.
此电源的内阻为1.5Ω
B.
灯泡D1的额定电压为3V，功率为6W
C.
把灯泡D1换成“3V，20W”的灯泡D2，电源的输出功率将变小
D.
由于小灯泡B的U-I图线是一条曲线，所以灯泡发光过程，欧姆定律不适用
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．已知电吹风的额定电压为220V，吹冷风时的功率为120W，吹热风时的功率为1000W．关于该电吹风，下列说法正确的是（　　）
A.
若S1、S2闭合，则电吹风吹冷风
B.
电热丝的电阻为55Ω
C.
电动机工作时输出的机械功率为880W
D.
当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J
如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2、R3为定值电阻，电流表和电压表均为理想电表，C为平行板电容器，在两板之间的带电液滴恰好处于静止状态，由于某种原因灯泡L的灯丝突然烧断，其余用电器均不会损坏，则下列说法正确的是（　　）
A.
电流表示数变大
B.
电压表示数变大
C.
液滴将向上运动
D.
液滴仍保持静止
如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r．闭合电键后，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为△U1、△U2、△U3，理想电流表示数变化量的绝对值为△I，则（　　）
A.
△U2=△U1+△U3
B.
=R+r
C.
和保持不变
D.
电源输出功率先增大后减小
如图丁所示，已知电源电动势E=6V，合上开关，将滑动变阻器的滑动触头C从A端滑至B端的过程中，得到电路中的一些物理量的变化如图甲、图乙、图丙所示。其中甲图为输出功率与路端电压关系曲线，乙图为路端电压与总电流关系曲线，丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线，不考虑电表、导线对电路的影响。则下列关于图中a、b、c、d点的坐标值正确的是（　　）
A.
a（4V，4.5W）
B.
b（4.8V，2.88W）
C.
c（0.6A，4.5V）
D.
d（8Ω，80%）
三、实验题（本大题共2小题，共25.0分）
某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（R0=5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图（a）．
①在图（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．
②请完成下列主要实验步骤；
A、检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图（c）所示，读得电阻值是______；
B、将开关s1闭合，开关s2断开，电压表的示数是1.49V；
C、将开关s2______，电压表的示数是1.16V；断开开关s1．
③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是______（计算结果保留二位有效数字）．
在测定一根粗细均匀金属丝电阻率的实验中：
（1）某学生用螺旋测微器在测定该金属丝的直径时，测得的结果如图1所示，则该金属丝的直径D=______mm．紧接着用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测该金属丝的长度，测得的结果如图2所示，则该工件的长度L=______cm。
（2）该同学先用多用电表粗测其电阻。用已经调零且选择开关指向欧姆挡“×10”档位的多用电表测量，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关换成欧姆挡的“______”档位（选填“×100”或“×1”），然后进行______，再次测量电阻丝的阻值，其表盘及指针所指位置如图3所示：
（3）现要进一步精确测量其阻值实验室提供了下列可选用的器材：
A．电流表A1（量程300mA，内阻约1Ω）?B．电流表A2（量程0.6A，内阻约0.3Ω）?C．电压表V1（量程3.0V，内阻约3kΩ）D．电压表V2（量程15.0V，内阻约5kΩ）?E．滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω）F．滑动变阻器R2（最大阻值为500Ω）G．电源E（电动势4V，内阻可忽略）H．电键、导线若干。
①为了尽可能提高测量准确度，应选择的器材为（只需添器材前面的字母即可）：电流表：______；电压表：______；滑动变阻器：______。
②下列图4给出的测量电路中，最合适的电路是______。
③这位同学在一次测量时，电压表的示数如实图5所示。电压表的读数为______V。
（4）若本实验中，测得金属丝的长度为L，直径为D，电阻为Rx，则该金属电阻率的计算式为ρ=______。
四、简答题（本大题共1小题，共13.0分）
如图所示，E1=3V，r1=0.5Ω，R1=R2=5.5Ω，平行板电容器的两板距离d=1cm，当电键S接通时极板中的一个质量m=4×10-3g，电量为q=1.0×10-7C的带电微粒恰好处于静止状态。求：
（1）S断开后，微粒向什么方向运动，加速度多大？
（2）若电容为1000pF，S断开后，有多少电量的电荷流过R2？
五、计算题（本大题共2小题，共22.0分）
如图所示，线段A为某电源的U-I图线，线段B为某电阻的U-I图线，当上述电源和电阻组成如图闭合电路时，求：
（1）电源电动势和内阻各是多大？
（2）电源的输出功率P出多大？
（3）若要获得电源的最大输出功率，要并联一个多大的电阻？电源最大输出功率多大？
如图所示，电源内阻r=1Ω，R1=2Ω，R2=6Ω，灯L上标有“3V、1.5W”的字样，当滑动变阻器R3的滑片P移到最右端时，电流表示数为1A，灯L恰能正常发光．
（1）求电源的电动势；
（2）求当P移到最左端时，电流表的示数；
（3）当滑动阻器的Pb段电阻多大时，变阻器R3上消耗的功率最大？最大值多大？
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：把R1和R2串连后，由于R2的最大电流较小，所以串联后的最大电流为0.5A，串联后的总的电阻为6Ω，
所以电路的最大的功率为P=I2R=0.52×6W=1.5W，所以D正确。
故选：D。
把R1和R2串连接入电路中，他们的电流相同，根据R1和R2的参数可知，串联时的最大的电流为0.5A，根据P=I2R，可以求得电路中允许消耗的最大功率．
本题考查的是串联电路的特点，在串联电路中，电路的电流的大小是相同的，根据这一个特点就可以判断出电流中允许通过的最大的电流．
2.【答案】C
【解析】解：由题意，根据闭合电路欧姆定律，则有：
E=I1（Rg+R+r）=0.004×（Rg+R+r）
?E=I2（Rg+R+r+200Ω）=0.003×（Rg+R+r+200Ω）
把Rg+R+r看成一个总电阻R总，则由上面两式可得：
E=2.4V
R总=600Ω；
电流为2mA时，有：
E=I3（R总+RX）=0.002×（600+RX）　　
解得：RX=600Ω
故C正确，ABD错误；
故选：C。
根据闭合电路欧姆定律，结合串并联电路特征，列出方程组，即可求解．
本题考查闭合电路欧姆定律的应用，注意列出不同情况的方程，同时巧将Rg+R+r等效成一个电阻．
3.【答案】C
【解析】解：定值电阻为：R0==3Ω；
当I=0.5A时欧：R外==15Ω；
滑动变阻器电阻为：R=R外-R0=12Ω
故选：C
定值电阻R0等于图线AC的斜率大小．由数学知识求出图线的斜率求解R0．当滑动变阻器取最大值时，电流最小，由图读出电流的最小值，由欧姆定律求出变阻器的总电阻R．
本题考查对物理图象的理解能力，可以把本题看成动态分析问题，来选择两电表示对应的图线．
4.【答案】B
【解析】解：把量程为500μA、内阻为10kΩ的电流表改装成为量程为1A的电流表，需要并联一个电阻，设此时总电阻为，
则有，解得
电阻R与电流表并联，电压相等，
所以,
解得：
所以.
故选B.
改装为电流表需并联一个电阻，改装电流表原理：，其中I为量程，并联电路的电压相等，电路中的电流等于通过电流表的电流加上通过电阻R的电流．
该题属基础题，较简单，关键是切实掌握电表改装原理．
5.【答案】B
【解析】解：A、若电阻R1短路，灯A熄灭，此项不符合题意，故A错误．
B、若电阻R1断路，外电路总电阻增大，干路电流减小，路端电压增大，B灯和R2的总电流减小，则B灯两端的电压减小，所以B灯变暗；由B灯的电压减小，路端电压增大，所以A灯两端电压增大，故A变亮，此选项符合题意；故B正确．
C、若电阻R2短路，灯B熄灭，此项不符合题意，故C错误．
?D、若R2断路，此处只有灯泡B一个电阻，外电路总电阻增大，干路电流减小，路端电压增大，A灯和R1的总电流减小，则A灯两端的电压减小，所以A灯变暗；由A灯的电压减小，路端电压增大，所以B灯两端电压增大，故B变亮，此选项不符合题意；故D错误．
故选：B．
首先明确电路中各用电器的连接关系：灯泡A和电阻R1、灯泡B和电阻R2先并联再串联．灯泡A、B变化，判断实际功率变化，再具体故障可将每选项逐一代入题目检查是否符合题意，从而确定正确选项．
解决的关键是在明确电路连接关系的前提下采用“排除法”将每一选项逐一代入题干，检查是否符合题意，最终确定正确选项．
6.【答案】B
【解析】解：A、由图读出：电源的电动势
E=4V，内阻r==Ω=0.5Ω，故A错误。
B、两图线的交点表示小灯泡D1与电源连接时的工作状态，此时灯泡的电压
U=3V，电流
I=2A，功率为P=UI=6W，由于小灯泡D1正常发光，则灯泡D1的额定电压为3V，功率为6W，故B正确。
C、灯泡D1的电阻R1===1.5Ω，“3V，20W”的灯泡D2的电阻为R2===0.45Ω，可知灯泡D2的电阻更接近电源的内阻，根据推论：电源的内外电阻相等时电源的输出功率最大，知把灯泡D1换成“3V，20W”的灯泡D2，电源的输出功率将变大，故C错误。
D、灯泡是纯电阻，欧姆定律仍适用，图象为曲线是由灯泡电阻随温度的增大而增大，故D错误。
故选：B。
电源的U-I曲线与灯泡伏安特性曲线的交点就是该灯泡与该电源连接时的工作状态，由图可读出工作电压和电流及电源的电动势从而可算出灯泡的额定功率．根据推论：电源的内外电阻相等时电源的输出功率最大．欧姆定律适用于纯电阻．
解决这类问题的关键在于从数学角度理解图象的物理意义，抓住图象的斜率、面积、截距、交点等方面进行分析，更加全面地读出图象的物理内涵．
7.【答案】BD
【解析】解：A、若S1、S2闭合，电热丝接入，则此时电阻丝发热，电吹风吹出的是热风；故A错误；
B、电机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P=P热-P冷=1000W-120W=880W，由P=，
可知：R==Ω=55Ω，故B正确；
C、电动机工作时输出的功率为吹冷风时的功率，故只有120W，故C错误；
D、当吹热风时，电动机消耗的电功率仍为120W；故每秒钟消耗的电能为120J；故D正确．
故选：BD．
本题考查了电吹风的电路结构及电功率的计算问题；对于这类结合生活中的电器考查电路连接情况的题目，要结合串并联电路的电流流向特点进行分析．
8.【答案】ABC
【解析】解：当L2的灯丝突然烧断可知电路中总电阻增大，则总电流减小，电源的内电压和R1电压减小，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压增大，故电容器C的电压增大，板间场强增大，带电液滴所受的电场力增大，则该液滴将向上移动；
由于C两端的电压增大，R2、R3中的电流增大，则电流表、电压表的读数均变大；故ABC正确，D错误。
故选：ABC。
首先对电路进行分析：L2的灯丝突然烧断可知电路中总电阻增大，由闭合欧姆定律可求得电路中电流及路端电压的变化；再对并联部分分析可知电容器两端的电压变化，则可知P的受力变化，则可知质点的运动情况。根据电源的内外电阻关系，分析电源输出功率的变化。
本题考查闭合电路的欧姆定律，一般可以先将分析电路结构，电容器看作开路；再按部分-整体-部分的分析思路进行分析。
9.【答案】BC
【解析】解：A、V2测量路端电压，V1测量R的电压，V3测量滑动变阻器的电压，将滑动变阻器滑片向下滑动，滑动变阻器阻值减小，总电阻减小，则总电流增大，内电压增大，U2变小，U1变大，U3变小，U2减小量小于U1增大量和U3减小量之和，所以△U2＜△U1+△U3，故A错误；
B、根据闭合电路欧姆定律得：U3=E-I（r+R），则得：=R+r．故B正确．
C、根据欧姆定律得：=R，不变，根据闭合电路欧姆定律得：U2=E-Ir，则得：=r，不变，故C正确；
D、当外电路电阻等于内阻时，电源输出功率最大，而电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，所以将滑动变阻器滑片向下滑动，功率变大，故D错误；
故选：BC
理想电压表内阻无穷大，相当于断路．理想电流表内阻为零，相当短路．分析电路的连接关系，根据欧姆定律分析．
本题是电路的动态分析问题，关键要搞清电路的结构，明确电表各测量哪部分电路的电压或电流，根据闭合电路欧姆定律进行分析．
10.【答案】BD
【解析】解：由乙图可知短路电流为I短=3A，由I短=得：r==Ω=2Ω；
电源效率最高时，滑动变阻器的阻值最大，由丙图知电源的最大效率为η=80%
由η==，解得：R=8Ω
变阻器的滑动头C在右端B时，分别对应c、b、d三点。当输出功率达到最大时：R=r=2Ω，此时路端电压为U=3V，所以各点的坐标为：
a点：U=3V，P==W=4.5W，坐标为：（3V，4.5W）；
b点、c点：R=8Ω，I==A=0.6A，U=E-Ir=6-0.6×2=4.8V，P=UI=4.8×0.6W=2.88W，
所以b点的坐标为：（4.8V，2.88W）；c点的坐标为（0.6A，4.8V）；d点坐标为（8Ω，80%）。故BD正确，AC错误。
故选：BD。
变阻器的滑动头C在右端B时，分别对于c、a、d三点。由乙图读出短路电流I=3A，由E=Ir求解电源的内阻r；由丙图知：当R=80Ω时，电源的效率最高，此时滑动变阻器的阻值最大，由效率公式求出滑动变阻器的总阻值R．再分别求出各点的坐标。
本题关键是读出图象的信息，知道电源的输出功率与路端电压的关系，能根据闭合电路欧姆定律进行分析和求解。
11.【答案】①如图所示：②A、20Ω?
?
C、闭合?
③0.69Ω
?
【解析】解：①先将串联部分用导线连接，再将电压表并联在滑动变阻器及开关S2的两端；
②由图可知，电阻箱的示数为：2×10=20Ω；
将开关s1闭合，开关s2断开，电压表的示数为电源的电动势；为了测量内阻，应再测量滑动变阻器两端的电压；故应闭合S2测出电压表的示数；
电路中的电流：I==0.058A；
由：E=I（R+R0+r）
内阻：r=-R-R0=0.69Ω
故答案为：①如右图
；②A、20；C、闭合；D、0.69Ω．
①根据原理图连接实物图比较简单，只需按原理图中的方式将各元件接入即可，注意不能交叉，并且线要接在接线柱上；
②根据电阻箱的读数主法进行读数；由步骤及原理图可知开关的作用，从而确定出开关的通断；由闭合电路欧姆定律可得出电池的内阻．
本题为设计型实验，此种题目一定要注意审题，由题意找出实验中采用的原理、方法，再结合已有知识进行分析即可顺利求解．
12.【答案】3.205
?
5.015
?
×1
?
欧姆调零?
A
?
C
?
E
?
B
?
2.40
?
【解析】解：（1）螺旋测微器的读数是由固定刻度与旋转刻度组合，且最后加上估计值而成。3+20.5×0.01mm=3.205mm，
游标卡尺的固定刻度读数为50mm，游标尺上第3个刻度游标读数为0.05×3mm=0.15mm，所以最终读数为：50mm+0.15mm=5.015cm
（2）某同学要用多用电表粗测一个电阻丝电阻，选择开关指向欧姆挡“×10”挡位的多用电表测量，发现指针的偏转角度太大，说明所选挡位太大，为准确测量，应换小挡，应该将选择开关换成欧姆挡的“×1”档位，然后进行欧姆调零；由图示表盘可知，则此段电阻丝的电阻为：R=12.0×1=12.0Ω。
（3）①根据欧姆定律，流过电阻的最大电流约为：I===0.33A，故电流表选A；
电动势为4V，为了准确测量，电压表选3V量程的C即可；为了尽可能提高测量准确度，选择滑动变阻分压式接法，为了方便调节，滑动变阻器选小阻值的E。
②由实验器材可知被测电阻为小电阻，选取电流表外接，题目要求为了尽可能提高测量准确度，选择滑动变阻分压式。故电路图选：B。
③电压表量程为3V，最小分度为0.1V，故读数为2.40V；
（4）根据Rx=
Rx=
S=
联立解得：ρ=
故答案为：（1）3.205；5.015；（2）×1；欧姆调零；（3）①A；C；E；②B；③2.40；（4）
（1）游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读；螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读；
（2）使用欧姆表测电阻应选择合适的挡位，使指针指针中央刻度线附近；欧姆表换挡后要重新进行欧姆调零；欧姆表指针示数与挡位的乘积是欧姆表示数。
（3）估算电阻上最大电流，选择电表量程。根据该电阻与变阻器最大电阻的关系选择变阻器。根据该电阻与两电表内阻的倍数关系选择电流表的接法，题目要求为了尽可能提高测量准确度，选择滑动变阻分压式。
（4）根据欧姆定律、电阻定律列式，联立即可求出电阻率的计算式。
对于多用电表欧姆挡测电阻换挡方法要熟记：“大换小，小换大”，即偏转角度大时，换用倍率小的挡位；偏转角度小时，换用倍率大的挡位。
在估算时滑动变阻器是按限流式接法的，若通过计算滑动变阻器的阻值太小，则说明用限流式限不住，应选分压式接法，这时应选阻值最小的变阻器。
13.【答案】?解：（1）当S接通电路稳定时，等效电路图如图所示。
E1、r1和R1形成闭合回路，A，B两点间的电压为：
??UAB=E1-Ir=E1-=3-=2.75（V）
电容器中带电粒子处于平衡状态，则所受合力为零，则有：
?
F-mg=0，F=qE
则得：mg=qE=q
得U==V=4V
在B、R2、E2、C、A支路中没有电流，R2两端等势；将其简化，U-E2=UAB
则得E2=U-UAB=4V-2.75V=1.25V
当S断开电路再次达到稳定后，回路中无电流电路，电容器两端电压U′=E2=1.25V
??a====-6.875（m/s2）
即带电粒子将以6.875m/s2的加速度向下做匀加速运动。
（2）S接通时，电容器带电量为Q=CU=1000×10-12×4C=4×10-9C
S断开时，电容器带电量为Q′=CU′=1000×10-12×1.25C=1.25×10-9C
故S断开后，流过R2的电荷量是△Q=Q-Q′=2.75×10-9C
答：
（1）带电粒子将以6.875m/s2的加速度向下做匀加速运动。
（2）有总量为2.75×10-9C的电子从R2由下至上流过。
【解析】（1）当电键S接通时，画出等效电路图。根据闭合电路欧姆定律求出A、B间的电压，根据电路的连接关系求得电容器板间电压。微粒处于静止状态，合外力为零，电场力与重力二力平衡，由E=求得板间场强，根据平衡条件得出电场力与重力的关系，求出E2．当K断开电路再次达到稳定后，电容器两端电压等于E2，判断微粒的运动方向，根据牛顿第二定律求出加速度的大小。
（2）分别求出S断开前后电容器板间电压，由Q=CU求出电容器所带的电荷量即可求得通过R2的电量。
本题是双电源问题，可根据电压等于电势差理解AB间的电压与电容器电压的关系。要正确粒子分析受力情况，关键确定电容器的电压，知道当电路稳定时，电容器所在电路没有电流，这个电路的电阻没有电压，电容器的电压就等于所在电路两端的电压。
14.【答案】解：（1）从A的图线可读出电动势为：E=3V
内阻为：，
（2）从图象的交点可读出?路端电压为：U=2?V
电路电流为：I=2?A
电源的输出功率为：P=UI=2×2=4W；
（3）从图象的交点可得：R===1Ω，
当内外电阻相等时，即外电路总电阻为R1=r=0.5Ω时，电源有最大输出功率，
由电阻并联关系可得并联的电阻为：R2=1Ω，
电源有最大输出功率为：==4.5W；
答：（1）电源电动势和内阻各是3V和0.5Ω；
（2）电源的输出功率为4W；
（3）若要获得电源的最大输出功率，要并联一个1Ω的电阻，电源最大输出功率4.5W；
【解析】根据闭合电路欧姆定律可知，U-I图象的纵截距为电源电动势，斜率为电源内阻，
U-I图象中，两图线的交点就是实际的路端电压和总电流，根据P=UI分析电源的输出功率；
当外电路的电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大；
解决该题需明确知道U-I图象中纵截距和斜率的物理意义，知道在什么时候电源的输出功率是最大的；熟记功率的计算公式；
15.【答案】解：（1）由闭合电路欧姆定律得：
E=UL+IR1+Ir=3+1×2+1×1V=6V
（2）当P移到最左端时，
（3）根据题意可知：
，
，
，
将已知量代入，
化简得，，
又有，
所以，
可算得，当R3=2Ω时变阻器R3上消耗的功率最大，且最大值为2W．
答：（1）电源的电动势为6V；
（2）当P移到最左端时，电流表的示数为2A；
（3）当滑动阻器的Pb段电阻为2Ω时，变阻器R3上消耗的功率最大，最大值为2W．
【解析】（1）由闭合电路欧姆定律可以求得电动势；
（2）当P移到最左端时，R1直接接到电源上，根据闭合电路欧姆定律即可求解电流；
（3）先求出电路中的电流，表示出变阻器R3上消耗的功率的表达式，用数学方法求解．
分析电路时可先对电路进行简化处理，如把电流表当作导线，这是因为电流表的内阻很小；把电压表当作开路，这是因为电压表的内阻很大．对于电路的分析，我们一定要熟练掌握应用电流法去分析．
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