2020-2021学年高二下学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：单元素养评价第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电54张PPT

单元素养评价(四)(第4章)
一、选择题(本题共9小题,每小题3分,共27分)
1.下列关于电源的说法,正确的是 (　　)
A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大
B.电动势就是电源两端的电压
C.电源的电动势与外电路有关,外电路电阻越大,电动势就越大
D.电动势越大的电源,将其他形式的能转化为电势能的本领越大
【解析】选D。电源向外提供的电能除与电动势有关之外,还与输出的电流、通电时间有关,故选项A错误;只有当外电路断路时,电动势才等于电源两端的电压,故选项B错误;电源的电动势由电源自身的性质决定,与有无外电路无关,故选项C错误;电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量,故选项D正确。
2.小亮家台灯的插头插在如图所示的插座上,插座上有一个开关和一个指示灯L1(相当于电阻很大的灯泡)。若插座开关和台灯开关分别用S1、S2表示,小亮断开或闭合S1、S2时,记录现象如表。则符合事实的电路图是 (　　)
开关状态
插座指示灯(L1)
台灯(L2)
闭合S1,断开S2
亮
不亮
闭合S2,断开S1
不亮
不亮
S1和S2都闭合
亮
亮
【解析】选C。插座的开关是控制整个电路的。台灯的开关只控制台灯,插座中的指示灯与台灯应该是并联关系,因为关掉台灯,插座指示灯不受影响。关掉插座开关S1,所有灯都不亮,则C正确,A、B、D错误。
3.以下是欧姆表原理的电路示意图,正确的是 (　　)
【解析】选C。由于要保证电流在表头中由红进黑出,故红表笔应接电源的负极,黑表笔接电源的正极;并且在测量电阻时要进行欧姆调零;故应串接滑动变阻器,故C正确,A、B、D错误。
【加固训练】
　　如图所示是用量程为0～3 mA的电流表改装为欧姆表的电路,其中表内电池的电动势为1.5 V,那么,在电流表的2 mA刻度处所对应的电阻刻度是 (　　)
A.250 Ω　　　B.500 Ω
C.750 Ω D.1 000 Ω
【解析】选A。由题意,欧姆表短接时,通过电流表的电流为满偏电流,则欧姆表
的内阻为:Rg= Ω=500 Ω,接入待测电阻后:Rx= -Rg=250 Ω,则
待测电阻的阻值为250 Ω。故B、C、D错误,A正确。
4.如图所示,一只玩具电动机用一节干电池供电,闭合开关S后,发现电动机转速较慢,经检测,电动机性能完好;用电压表测a与b间电压,只有0.6 V;断开开关S,测得a与b间电压接近1.5 V,电动机转速较慢的原因是 (　　)
A.开关S接触不良
B.电动机接线接触不良
C.电动机两端接线短路
D.电池过旧,内阻过大
【解析】选D。根据题意知,闭合开关用电压表测a与b间电压,路端电压为0.6 V,断开开关S,a与b间电压为电源的电动势1.5 V,根据U=E-Ir可知,当r比较大时,内阻所占电压较大,此时路端电压较小,故D正确,A、B、C错误。
5.(2019·江苏高考)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.1 Ω　　　　B.2 Ω　　　　
C.3 Ω　　　　D.4 Ω
【解析】选A。根据闭合电路欧姆定律U外=E-Ir和I= ,结合I= 可得E=
3 V,r=1 Ω,故选项A正确,B、C、D错误。
【加固训练】
　　如图所示电路中,固定电阻R=14 Ω,电源的内阻r=1 Ω。当开关S闭合时,电流表的示数为0.1 A,则电源电动势 (　　)
A.E=15 V　　　　　　 B.E=1.5 V
C.E=1.0 V D.E=0.1 V
【解析】选B。开关S闭合时,根据闭合电路的欧姆定律有:E=I(R+r)=0.1×
(14+1) V=1.5 V;故B正确,A、C、D错误。
6.如图所示,直线a为某电源的路端电压随干路电流强度的变化图线,直线b为某一电阻R两端的电压随电流变化的图线,把该电源和该电阻组成闭合电路,电源的输出功率和电源的内电阻分别为 (　　)
A.4 W,0.5 Ω　　　　 B.6 W,1 Ω
C.4 W,1 Ω D.2 W,0.5 Ω
【解析】选A。由闭合电路欧姆定律得:U=E-Ir,当I=0时U=E,则由电源的U-I图
像纵轴截距读出电源的电动势E=3 V,图像的斜率的绝对值等于电源的内阻大小,
即有r= Ω=0.5 Ω。电源的U-I图像与电阻U-I图像的交点表示该电阻接
在该电源上的工作状态,读出此时的路端电压为U=2 V,电流为I=2 A,则电源的
输出功率为P=UI=4 W。故选A。
【加固训练】
　　如图甲所示的电路中定值电阻R=60 Ω,电源电动势E=100 V,内阻r=
10 Ω。图乙中曲线为灯泡L的伏安特性曲线,直线为电源的路端电压与干路
电流的关系图线,以下说法正确的是 (　　)
A.S断开时电源的效率为60%
B.S闭合后电源的总功率会变小
C.S闭合后灯泡的亮度增强
D.S断开时小灯泡消耗的功率为240 W
【解析】选D。S断开时,图乙交点数值为灯泡实际工作的电压和电流,I=6 A,
U=40 V,实际功率P=UI=240 W,电源总功率P总=EI=600 W,所以电源的效率η=
×100%=40%,故A错误,D正确;闭合S后,电路外电阻减小,I= ,干路电
流增大,总功率增大,故B错误;闭合S后,干路电流增大,U内=Ir增大,路端电压减
小,灯泡亮度减弱,故C错误。
【总结提升】利用U-I图像的解题技巧
(1)电源的U-I图像的纵轴截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。
(2)电阻U-I图像,纵坐标与横坐标比值为此时对应的电阻。
(3)电源的U-I图像与电阻U-I图像的交点表示该电阻接在该电源上的工作状态,交点坐标对应此时路端电压和电流,两者的乘积为电源的输出功率。
7.如图所示,电路中电源的电动势为E,内电阻为r,开关S闭合后,当滑动变阻器R的滑片P向右移动的过程中,三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是 (　　)
A.灯L1、L2变亮,灯L3变暗
B.灯L2、L3变亮,灯L1变暗
C.灯L1、L3变暗,灯L2变亮
D.灯L2、L3变暗,灯L1变亮
【解析】选C。图中滑动变阻器与灯L1串联后与灯L2并联,再与灯L3串联,灯L3的电流等于干路电流, 将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律得知:干路电流I减小,路端电压增大,则灯L3两端电压变小,故L3灯变暗,而L2灯两端电压增大,所以L2灯电流增大,故L2灯变亮,流过L1灯的电流减小,故L1灯变暗,故C正确,A、B、D错误。
8.如图为某同学找到的一块太阳能电池板。这块电池板经过足够长时间的光照后进行测量发现,不接入负载时两极间电压为0.6 V,短路时电流为0.3 mA,则 (　　)
A.此电池板的电动势为6 V
B.此电池板的内阻为2 000 Ω
C.接入电路后,不论负载电阻多大通过的电流恒为0.3 mA
D.接入电路后,不论负载电阻多大两极间电压恒为0.6 V
【解析】选B。当电池板不接负载时所测量电压为电源的电动势,则E=0.6 V,则
可知电池板的内阻为:r= Ω=2 000 Ω,故A错误,B正确;接入电路后,根
据闭合电路欧姆定律可知,通过电流小于0.3 mA,故C错误;接入电路后,两极间
的电压为路端电压,小于电动势,故D错误。
9.如表为某种型号的扫地机器人产品的铭牌,已知当扫地机器人剩余电池容量为总容量的20%时,机器人将停止扫地,寻觅充电基座自动回去充电。如果该机器人扫地时一直处于额定工作状态,则 (　　)
A.扫地时电流为2 400 mA
B.扫地时电流为3.33 A
C.扫地时机器人电阻为3.6 Ω
D.机器人可以连续扫地60 min
额定工作电压
12 V
额定功率
40 W
电池容量
2 400 mA·h
【解析】选B。扫地机器人的额定电压为12 V、额定功率为40 W,则其扫地时
电流为I= A=3.33 A,故A错误,B正确;考虑到扫地机器人工作时一部分
能量转化为机械能,所以机器人的电阻R< Ω=3.6 Ω,故C错误;扫地机
器人充满电后的电池容量Q1=2 400 mA·h,下一次自动充电前的电池容量Q2
=20%×2 400 mA·h=480 mA·h,则ΔQ=Q1-Q2=(2 400-480) mA·h=
1 920 mA·h,正常工作时的电流I= mA,则连续正常工作的最长时间t=
h=0.576 h=34.56 min,故D错误。
二、实验题(5分)
10.用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值,若将选择倍率的旋钮拨至
“×100 Ω”的挡时,测量时指针停在刻度盘0 Ω附近处,为了提高测量的
精确度,有下列可供选择的步骤:
A.将两根表笔短接
B.将选择开关拨至“×1 kΩ”挡
C.将选择开关拨至“×10 Ω”挡
D.将两根表笔分别接触待测电阻的两端,记下读数
E.调节调零旋钮,使指针停在0 Ω刻度线上
F.将选择开关拨至交流电压最高挡上
将上述步骤中必要的步骤选出来,这些必要步骤的合理顺序是　　　　　(填
写步骤的代号);若操作正确,上述D步骤中,指针偏转情况如图所示,则此未知
电阻的阻值Rx=　　　　　。?
【解析】用“×100 Ω”挡测电阻时,指针停在刻度盘0 Ω附近,说明所选挡位太大,为准确测量电阻阻值,应换用小挡,应选“×10 Ω”挡,然后对欧姆表重新进行欧姆调零,然后再测电阻阻值,欧姆表使用完毕后,要把选择开关置于OFF挡或交流电压最高挡上,因此合理的实验步骤是:CAEDF;
由图像表盘可知,待测电阻阻值为:16×10 Ω=160 Ω;
答案:CAEDF　160 Ω
【总结提升】欧姆表使用注意事项
(1)明确欧姆表原理,知道欧姆表指针指在中间附近时,读数最准确;
(2)欧姆表每次使用应该先选挡位,然后欧姆调零,最后测量;
(3)每次换挡重新进行欧姆调零;
(4)最后调到交流电压最高挡;
(5)欧姆表读数等于表盘读数乘以倍率。
三、计算题(本题共3小题,共28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)
11.(6分)如图所示,M为一线圈电阻rM=0.4 Ω的电动机,R=24 Ω,电源电动势E=40 V。当S断开时,电流表的示数为I1=1.6 A,当开关S闭合时,电流表的示数为I2=4.0 A。求:
(1)电源内阻r。
(2)开关S闭合时电源输出功率。
(3)开关S闭合时电动机输出的机械功率。
【解析】(1)当S断开时,E=I1(R+r),代入数据得
r=1 Ω。 (1分)
(2)设开关S闭合时,路端电压为U2,U2=E-I2r
=36 V
P=I2U2=144 W。 (2分)
(3)流过R的电流IR= =1.5 A
流过电动机的电流IM=I2-IR=2.5 A
电动机输出的机械功率
P出=U2IM- =87.5 W。 (3分)
答案:(1)1 Ω　(2)144 W　(3)87.5 W
12.(10分)如图所示,电容器C1=1 μF,C2=2 μF,R1=2 Ω,R2=1 Ω,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,试问:
(1)当电键K断开时,A、B哪点电势高?电势差为多少?
(2)当电键K闭合后,电容器C1和电容器C2的电量分别变化多少?
【解析】(1)K断开时,因电容器C相当于断路,整个电路中无电流,电源对C1、C2
充电,与电容器串联的电阻相当于无用电阻。
因为A与电源正极等势,B与电源负极等势,UA>UB (1分)
UAB=E=6 V(2分)
(2)K闭合时,R1、R2串联,电路中有电流,此时AB等势。电容器C1两端的电压为R1
两端的电压,电容器C2两端的电压为R2两端的电压UC1=UR1,UC2=UR2
电路中电流I= =1.5 A(1分)
UC2=UR2=IR2=1.5 V(2分)
UC1=UR1=IR1=3 V(2分)
在K断开的瞬间,电容器两端的电压小于电源两端电压,所以电源继续给电容器充电直到达到稳定。K断开后,流过电阻的总电量即为新充入的电量,则:
对C1,ΔQ1=C1·ΔU1=1×3 μC=3 μC(1分)
对C2,ΔQ2=C2·ΔU2=2×4.5 μC=9 μC(1分)
答案:(1)A点电势高　UAB=6 V
(2)3 μC　9 μC
【加固训练】
　　如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电阻R1=2 Ω,R2=3 Ω,R3=7.5 Ω,电容器的电容C=4 μF。开关S原来断开,现在合上开关S到电路稳定,试问这一过程中通过电流表的电量是多少?
【解析】S断开,C相当于断路,R3中无电流,C两端电压即R2两端电压,
电容器的电压
U2= ×6 V=3 V;
电容器的带电量Q=CU2=4 μF×3 V=1.2×10-5 C,且a板带正电,b板带负电。
S闭合,R1与R2串联后再与R3并联,C两端电压即R1两端电压,由电路分析可知
外电路总电阻为
R外= Ω=3 Ω
电容器的电压U1= ·R外=1.8 V
电容器的带电量Q′=CU1=7.2×10-6 C。且a板带负电,b板带正电。
据此通过电流表的电量ΔQ=Q+Q′=1.2×10-5 C+7.2×10-6 C=1.92×10-5 C。
答案:1.92×10-5 C
13.(12分)如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图像如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求:
(1)电源的电动势和内阻。
(2)定值电阻R2的阻值。
(3)滑动变阻器的最大阻值。
【解析】(1)将乙图中AB线段延长,交U轴于20 V处,交I轴于1.0 A处,所以电源
的电动势为E=20 V,内阻r= =20 Ω。 (3分)
(2)当P滑到R3的右端时,电路参数对应乙图中的B点,即U2=4 V、I2=0.8 A,得R2=
=5 Ω。 (3分)
(3)当P滑到R3的左端时,由乙图知此时U外=16 V,
I总=0.2 A,所以R外= =80 Ω。 (3分)
因为R外= +R2,所以滑动变阻器的最大阻值为:R3=300 Ω。 (3分)
答案:(1)20 V　20 Ω　(2)5 Ω　(3)300 Ω
【选择性考试】
(30分钟·40分)
14.(5分)(多选)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,平行板电容器C的两金属板水平放置。G为灵敏电流计。开关S闭合后,两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态。则在滑动变阻器R的触头P向上移动的过程中,下列判断正确的是 (　　)
A.灵敏电流计G中有b→a的电流
B.油滴向上加速运动
C.电容器极板所带电荷量将减小
D.通过电阻R2的电流将减小
【解析】选A、B。油滴原来处于平衡状态,重力和静电力平衡;电容器与电阻R、电阻R2相并联后与R1串联,滑片P向上移动,电阻R变大,电路总电阻变大,总电流变小,R2和R并联,根据“串反并同”,则通过电阻R2的电流将增大,故D错误;根据Q=CU,电容器所带电荷量增大,上极板带正电,电容器充电,灵敏电流计G中有b→a的电流,电容器两端电压增大,电场强度增大,电场力增大,所以油滴向上加速运动,故A、B正确,C错误。
15.(5分)(多选)如图所示的电路中,由于某一电阻发生断路或短路,使A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是 (　　)
A.R1短路 B.R2断路
C.R3断路 D.R4短路
【解析】选B、C。若R1短路,外电路总电阻减小,电流变大,A灯变亮,故A错误;若R2断路,B灯泡分得的电压变大,变亮;外电阻总电阻变大,电流减小,A灯变暗,故B正确;R3断路,B灯泡分得的电压变大,变亮;外电阻总电阻变大,电流减小,A灯变暗,故C正确;R4短路,外电路总电阻减小,电流变大,A灯变亮,故D错误。
16.(5分)(多选)两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定定值电阻R0、电
源的电动势E和内电阻r,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一个
同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据,另一同学记录的是电流表A和电压
表V2的测量数据。并根据数据描绘了如图乙所示的两条U-I图线。则图像中两
图线的交点表示的物理意义是 (　　)
A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端
B.电源的输出功率最大
C.定值电阻R0上消耗的功率为0.5 W
D.电源的效率达到最大值
【解析】选B、C。由题图可得,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω,在交点位置
有R+R0= =2 Ω,R0= =2 Ω,则R=0,滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端,
故A错误;当电路中外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,由于R0>r,因
此R越小,电源的输出功率越大,故B正确;P0=U2I=0.5 W,故C正确;电源的效率
η= ,电流越小,电源的效率越大,可见滑动变阻器的滑动触头P滑到最
右端时电源的效率最大,故D错误。
【加固训练】
　　(多选)如图中电源的电动势为6 V,内阻为1 Ω,R1为2 Ω,R2全阻值为3 Ω,下列说法错误的是 (　　)
A.当R2为1 Ω时,R1消耗的功率最大
B.通过改变R2的阻值,路端电压的最大值为5 V,最小值为3 V
C.R2的阻值越小,R1消耗的功率越大
D.当R2的阻值为3 Ω时,R2消耗的功率最大
【解析】选A、B。R1是定值电阻,由P=I2R知,当R2=0时,电路中电流最大时,R1功
率最大,故A错误;路端电压随外电阻增大而增大,则当R2=3 Ω时,路端电压最大,
最大值为Umax= ×6 V=5 V,当R2=0时,路端电压最小,最小
值为Umin= ×6 V=4 V,故B错误;R1是定值电阻,由P=I2R知,R2的阻
值越小,电路中电流越大,R1消耗的功率越大,故C正确;当R2的阻值为3 Ω时,
R2=R1+r,R2消耗的功率最大,故D正确。
17.(12分)(2020·天津等级考)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势
和内阻,要求测量结果尽量准确。
电压表(量程0～3 V,内阻约为3 kΩ)
电流表(量程0～0.6 A,内阻约为1 Ω)
滑动变阻器(0～ 20 Ω,额定电流1 A)
待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 Ω)
开关、导线若干
(1)该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接
不当,这条导线对应的编号是　　　　。?
(2)改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于
滑动变阻器的　　　(选填“a”或“b”)端。?
(3)实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不
明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电
阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,
如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为　　　　V,内阻为　　　Ω。
(结果均保留两位有效数字)?
【解析】(1)由于待测电池组阻值较小,应采用电流表外接法(相对电源),而图
示为电流表内接法,故图中导线5连接不当;
(2)在实验开始前,为了保护电路,应将滑动变阻器的滑片P调节到阻值最大处,
故滑片应置于滑动变阻器的a端;
(3)根据闭合电路欧姆定律E=U+I(R0+r)可知,当I=0时,U=E=2.9 V,图像斜率k=
-(R0+r)=- =-5.8,则r=0.80 Ω。
答案:(1)5　(2)a　(3)2.9　0.80
18.(13分)如图所示,一电荷量q=3×10-4C带正电的小球,用绝缘细线悬于竖直放置、足够大的平行金属板中的O点。S合上后,小球静止时,细线与竖直方向的夹角 α=37°。已知两板相距d=0.1 m,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=4 Ω,R2=R3=R4=12 Ω。g取 10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:
(1)流过电源的电流。
(2)两板间的电场强度的大小。
(3)小球的质量。
【解析】(1)R2与R3并联后的电阻值
R23= =6 Ω(2分)
由闭合电路欧姆定律得
IA= A=1 A。 (2分)
(2)电容器两板间的电压
UC=IA(R1+R23)=1×10 V=10 V(2分)
电容器两板间的电场强度
E1= N/C=100 N/C。 (2分)
(3)小球处于静止状态,所受电场力为F,由平衡条件得F=mgtanα (2分)
又有F=qE1,所以m=
代入数据解得m=4×10-3 kg。 (3分)
答案:(1)1 A　(2)100 N/C　(3)4×10-3 kg