第二章 恒定电流 单元测试题 课时提升作业 Word版含解析

单元素养评价(二)(第二章)
(90分钟　100分)
一、选择题(本题共12小题,其中1～9为单选,10～12为多选,每小题4分,共48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能转化为电能本领的物理量,故选项D正确。
【加固训练】
　　一随身听,电池给其供电的电流是8mA,其意义说明 (　　)
A.1min电池供给1C的电荷量
B.1000s电池供给8C的电荷量
C.1s电池供给8C的电荷量
D.1min电池供给8C的电荷量
【解析】选B。电流I=8mA=8×1A,根据q=It可知:1s供给8×10-3C的电荷量、1000s供给8C的电荷量、1min供给0.48C的电荷量,故B正确,A、C、D错误。
2.下列各物理量的表达式中,是用比值法定义该物理量的是 (　　)
A.加速度a=　　　　　B.电功率P=
C.电场强度E= D.电流强度I=
【解析】选C。a=是牛顿第二定律的表达式,表明加速度与所受的合力成正比,与质量成反比,a=不属于比值定义法,故A错误;公式P=是纯电阻电路中求解电功率的变形公式,不属于比值定义法,故B错误;电场强度是电荷在电场中所受的电场力与其电荷量的比值,是用比值定义法定义的,故C正确;公式I=是欧姆定律的数学表达式,表明导体中的电流与导体两端的电压成正比,与这段导体的电阻成反比,不属于比值定义法,故D错误。
3.如图所示,U-I图线上,a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态,b点α=β,则下列说法中正确的是 (　　)
A.在c点时,电源有最大输出功率
B.在b点时,电源的总功率最大
C.从a到b时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将增大
D.从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小
【解析】选D。在b点α=β说明此时外电阻R等于内阻,电源有最大输出功率,A错;电源总功率P总=IE,则电流越大,总功率越大,B、C错,D正确。
4.如图所示,虚线框内是实用电压表电路图,当a、b间电压为4V时,电流表指针偏转到最大刻度;当a、b间电压变为3V时,仍欲使电流表指针偏转到最大刻度,可行的办法是 (　　)
A.减小R1,减小R2 B.R2不变,减小R1
C.增大R1,减小R2 D.R1不变,增大R2
【解析】选C。电路两端总电压降低了,想要电流不变:R1不变,减小R2时,R2两端的电压变小,G两端电压可能保持不变,通过G的电流可能不变,G指针仍能偏转到最大刻度,故A项错误;R2不变,其两端电压不变,R1两端电压减小,为使通过G的电流不变,应增大R1的电阻,故B项错误;增大R1,电流表满偏,其两端电压不变,通过R1时减小,通过R2的电流减小,其两端电压需要减小,R2的阻值可能减小,故C项正确;R1不变,电流表满偏,电路总电流不变,G两端电压不变,总电路电压减小,则R2的阻值需要减小,故D项错误。
5.光伏产业是新能源产业的重要发展方向之一,光伏市场的发展对于优化我国能源结构、促进能源生产和消费革命、推动能源技术创新等方面都有重要的意义。如图所示,是某户居民楼顶平台安装的12块太阳能电池板。据楼主介绍,利用这些电池板收集太阳能发电,发电总功率可达3kW,工作电压为380V,设备使用年限在25年以上;发电总功率的30%供自家使用,还有富余发电以0.4元/度(1度=1kW·h)价格并入国家电网。则下列说法可能正确的是 (　　)
A.该光伏项目年发电量约为2.6×104kW·h
B.该光伏项目的工作总电流约为0.3A
C.该光伏项目平均每天的发电量大约可供一盏60W的白炽灯工作600小时
D.该光伏项目富余发电的年收入约为7000元
【解析】选C。按照一天光照12h计算,该光伏项目年发电量约为:W=Pt=3kW×12h×365=1.314×104kW·h,故A错误;根据P=UI,该光伏项目的工作总电流I===7.9A,故B错误;根据能量守恒,该光伏项目平均每天的发电量大约可供一盏60W的白炽灯工作时间:t白===600h,故C正确;该光伏项目年发电量约为:W=Pt=3kW×12h×365=1.314×104kW·h,发电总功率的30%供自家使用,还有富余发电以0.4元/度(1度=1kW·h)价格并入国家电网,故该光伏项目富余发电的年收入:x=1.314×104×70%×0.4=3679.2元,故D错误。
6.如图所示是某晶体二极管的伏安特性曲线,下列说法正确的是 (　　)
A.加正向电压时,二极管电阻较小,且随着电压的增大而增大
B.加反向电压时,二极管电阻较大,无论加多大电压,电流都很小
C.无论是加正向电压还是加反向电压,电压和电流都不成正比,所以二极管是非线性元件
D.二极管加正向电压时,电流随电压变化是一条直线
【解析】选C。由题图可知,二极管加正向电压时电流较大,电阻较小,且随电压的增大,图线的斜率在增大,故电阻在减小,加反向电压时开始电流很小,但当反向电压很大时,二极管被击穿,电流剧增,选项C正确。
7.如图为实用型高温超导电缆,
利用超导电缆可实现无损耗输电。现有一直流电路,输电线的总电阻为0.4Ω,它提供给用电器的电功率为40kW,电压为800V。若用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为 (　　)
A.1kW　B.10kW　C.1.6kW　D.1.6×103kW
【解析】选A。根据P=UI可得输电线上的输电电流I==A=50A,则输电线上损失的电功率P′=I2R=502×0.4W=1000W,则用超导电缆可节约的电能为1kW,故选项A正确。
8.用半导体材料制成热敏电阻,在温度升高时,电阻会迅速减小,如图所示,将一热敏电阻接入电路中,接通开关后,随温度的升高会观察到 (　　)
A.电流表示数不变
B.电流表示数减小
C.电压表示数增大
D.电压表示数减小
【解析】选D。接通开关后,热敏电阻的温度升高,电阻减小,总电阻减小,由I总=得I总增大,电流表示数变大,故选项A、B错误。R1中电流I1不变,R2支路的电流I2增大,UR2增大,又U=UR2+U热,则U热减小,电压表的示数减小,故选项C错误,D正确。
9.某同学设计了一个转向灯电路,如图所示。其中L为指示灯,L1、L2分别为左、右转向灯,S为单刀双掷开关,E为电源。当S置于位置1时,以下判断正确的是(　　)
A.L的功率小于额定功率
B.L1亮,其功率等于额定功率
C.L2亮,其功率等于额定功率
D.含L支路的总功率较另一支路的大
【解析】选A。由电路结构可知,当S置于1位置时,L与L2串联后再与L1并联,由灯泡的额定电压和额定功率可知,L1和L2的电阻相等。L与L2串联后的总电阻大于L1的电阻,由于电源电动势为6V,本身有电阻,所以L1两端电压和L与L2的总电压相等,且都小于6V,所以三只灯都没有正常发光,三只灯的实际功率都小于额定功率。含L的支路的总电阻大于L1支路的电阻,由于两条支路的电压相等,所以含L的支路的总功率小于另一支路的功率。
10.如图所示的电路中,当滑动变阻器的触头向上滑动时,则 (　　)
A.电源的功率变小
B.电容器贮存的电荷量变小
C.电源内部消耗的功率变大
D.电阻R消耗的电功率变小
【解析】选B、C。由闭合电路欧姆定律可知,当滑动触头向上滑动时,R总变小,I总增大,U端减小,而R1分压U1增大,所以电容器上的电压减小。电源功率P总=I总E增大,A错误;Q=CU减小,B正确;电源内部消耗功率P内=r增大,C正确;电阻R1消耗的功率增大,R上消耗的功率无法确定,D错误。
11.如图所示的电路,电源内阻不能忽略,电阻R1=8Ω,R2=10Ω,当开关S接a端时,电压表读数为2.0V,当开关S接到b端时,电压表读数可能为 (　　)
A.1.8V B.2.2V
C.2.4V D.2.7V
【解析】选B、C。当开关S从a端改接b端时,由于外电阻R2>R1,故电压表读数必增大,即U>2.0V;若电源的内阻r?R外时,可视电源为恒流电源,则U外最大为Umax=U1=2.5V,故U<2.5V,故选项B、C正确。
12.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标上,如图中的a、b、c所示,根据图线可知 (　　)
A.反映Pr变化的图线是c
B.电源电动势为8V
C.电源内阻为2Ω
D.当电流为0.5A时,外电路的电阻为6Ω
【解析】选A、C、D。因PE=EI,故反映PE变化的图线是a,且8=2×E,故电源电动势为4V,B错;而Pr=I2r,故反映Pr变化的图线是c,A正确;反映PR变化的图线是b,当电流为1A时,输出功率最大,此时R=r,根据I=得r=2Ω,C正确;当电流为0.5A时,总电阻为8Ω,外电路的电阻为6Ω,D正确。
二、实验题(本题共2小题,共12分)
13.(6分)(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=　　　mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻　　　　(选填“变大”或“变小”),电压表V1示数　　　　(选填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向　　　　(选填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。
(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系,硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为||=　　　　×10-3V/℃(保留2位有效数字)。
【解析】(1)U1=IR0=50×10-6×100V=5.00×10-3V=5.00mV;由于R=,I不变,据图(b)可知,当t升高时,正向电压U减小,故R变小;由于R变小,总电阻减小,电流增大;R0两端电压增大,即V1表示数变大;只有增大电阻才能使电流减小,故滑动变阻器滑片向右调节,即向B端调节。
(2)由图(b)可得图线的斜率||=V/℃=2.8×10-3V/℃。
答案:(1)5.00　变小　增大　B　(2)2.8
14.(6分)(2020·全国Ⅰ卷)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1kΩ,电流表内阻为0.5Ω,该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在　　　　　(选填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线　　　　　(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为　　　　　Ω(保留1位小数)。
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为　　　Ω(保留1位小数)。
【解析】(1)若将电压表跨接在O、P之间,I=+,解得U=·I,根据一次函数关系可知对应斜率为,且Rx,结合图像的斜率可知kI>kII,所以Ⅱ图线是采用电压表跨接在O、P之间。
(2)、(3)因为待测电阻为几十欧姆的电阻,通过图像斜率估算待测电阻为50Ω左右,而==20、==100,则<,说明电流表的分压较小,电压表的分流较大,所以电压表应跨接在O、Q之间,所以选择图线I得到的结果较为准确。
根据图像可知Rx+RA=≈50.5Ω,考虑电流表内阻,修正后待测电阻的阻值Rx=50.5Ω-0.5Ω=50.0Ω。
答案:(1)O、P　(2)I　50.5　(3)50.0
【方法技巧】电流表内、外接法的选择
(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。
(2)临界值计算法:Rx<时,用电流表外接法;Rx>时,用电流表内接法。
(3)实验试探法:如图,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。
三、计算题(本题共4小题,共40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)
15.(6分)一个量程为15V的电压表,串联一个R1=3kΩ的电阻后,测量某电路两端的电压时,电压表示数为12V,若已知该电路两端的实际电压为15V,试求:
(1)该电压表的内阻RV;
(2)将该电压表改装成量程为0～90V的电压表,应串联电阻的阻值R2。
【解析】(1)当电压表串联电阻测量某电路两端的电压时,电压表两端的电压为U=12V,电阻分得的电压为U1=3V
据=得RV=R1=12kΩ。 (3分)
(2)将这个电压表改装成量程为90V的电压表,原电压表两端最大分得的电压为UV=15V,串联电阻分得的电压U2=75V
据=得R2=60kΩ。 (3分)
答案:(1)12kΩ　(2)60kΩ
16.(9分)电动自行车因其价格相对于摩托车低廉,而且污染小,受到人们的喜爱。某品牌电动自行车的铭牌如下表所示。
规格 后轮驱动直流永磁电机
车型:20 电动机输出功率:175W
整车质量:40kg 额定工作电压:36V
最大载重量:120kg 额定工作电流:5A
(1)求此车所装电动机的线圈的电阻;
(2)求此车所装电动机在额定电压下正常工作时的效率;
(3)一个60kg的人骑着此车,如果电动自行车所受阻力为车和人总重量的0.02,求在平直的公路上行驶的最大速度是多大?(g取10m/s2)
【解析】(1)由铭牌上的信息可得电动机的输出功率P出=175W,而线圈的发热功率P热=I2R, (1分)
电动机工作时,由能量守恒定律,有P=P出+P热, (1分)
即IU=175W+I2R,解得R=0.2Ω。 (2分)
(2)电动机在额定电压下正常工作时的效率
η==≈97%。 (2分)
(3)当电动自行车达到最大速度时,合外力为零,即
F=Ff=μ(M+m)g,又P出=Fv,
解得v==8.75m/s。 (3分)
答案:(1)0.2Ω　(2)97%　(3)8.75m/s
17.(10分)利用电动机通过如图所示的电路提升重物,已知电源电动势E=6V,电源内阻r=1Ω,电阻R=3Ω,重物质量m=0.10kg,当将重物固定时,理想电压表的示数为5V,当重物不固定,且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时,电压表的示数为5.5V,(不计摩擦,g取10m/s2)。求:
(1)串联入电路的电动机内阻为多大?
(2)重物匀速上升时的速度大小。
(3)匀速提升重物3m需要消耗电源多少能量?
【解析】(1)由题,电源电动势E=6V,电源内阻r=1Ω,当将重物固定时,电压表的示数为5V,则根据闭合电路欧姆定律得,电路中电流为:
I==A=1A(2分)
电动机的电阻:RM==Ω=2Ω(2分)
(2)当重物匀速上升时,电压表的示数为U′=5.5V,电路中电流为:I′==0.5A(1分)
电动机两端的电压为:UM=E-I′(R+r)=6V-0.5×(3+1)V=4V(1分)
故电动机的输入功率:
P=UMI′=4×0.5W=2W(1分)
根据能量转化和守恒定律得:UMI′=mgv+I′2RM
代入解得,v=1.5m/s(1分)
(3)匀速提升重物3m所需要的时间:
t==s=2s(1分)
则消耗的电能:W=EI′t=6×0.5×2J=6J(1分)
答案:(1)2Ω　(2)1.5m/s　(3)6J
18.(15分)在如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100Ω,R2的阻值未知,R3是一滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的端电压U随干路电流I的变化图线如图乙所示。其中图线上的A、B两点是滑动变阻器的滑片在两个不同端点时分别得到的。求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻R2的值;
(3)滑动变阻器R3的最大值;
(4)上述过程中R1上得到的最大功率以及电源的最大输出功率。
【解析】(1)由闭合电路欧姆定律
U=E-Ir, (1分)
将图象中A、B两点的电压和电流代入,解得
E=20V,r=20Ω。 (2分)
(2)当R3的滑片滑到最右端时,R3、R1均被短路,此时外电路电阻等于R2,且对应于图线上B点,故由B点的U、I值可求出R2的阻值为
R2==Ω=5Ω。 (2分)
(3)滑动变阻器的滑片置于最左端时,R3阻值最大。设此时外电路总电阻为R,由图象中A点坐标求出
R==Ω=80Ω(2分)
又R=+R2 (1分)
代入数据可解得R3=300Ω。 (2分)
(4)R3调到最大值时,R1、R3两端的电压达到最大值,R1消耗的功率也达到最大。由于此时对应于图象上A点,故电路中总电流I=0.2A。 (1分)
R1两端的最大电压为
UR1=E-I(R2+r)=20V-0.2×(5+20)V=15V。 (1分)
R1消耗的最大功率为
PR1==W=2.25W。 (1分)
当R3的滑片从最右端滑至最左端时,外电路总电阻从小于电源内阻r变至大于r,当外电阻和内阻相等时,电源输出功率最大,其值为
Pmax==W=5W。 (2分)
答案:(1)20V　20Ω　(2)5Ω　(3)300Ω
(4)2.25W　5W