2020-2021学年高中物理粤教版必修第三册练习题 第四章 闭合电路+电能与能源的可持续发展 Word版含解析

闭合电路 电能与能源的可持续发展
(时间：90分钟　满分：100分)
一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．额定电压、额定功率相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下工作了相同时间，比较它们产生的热量，结果是(　　)
A．电风扇最多　　　　　 B．电烙铁最多
C．日光灯最多 D．一样多
解析：选B　电风扇把电能主要转化为机械能，日光灯把电能主要转化为光能，因此只有电烙铁把电能完全转化为热量，故选B。
2．某一阻值为R的导体，通过的电流大小为I时，在时间t内产生的热量为Q；若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为(　　)
A．4Q B．2Q
C． D．
解析：选B　根据焦耳定律可知Q＝I2Rt，若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为Q′＝I2R(2t)＝2Q，故选B。
3．如图所示为甲、乙两灯泡的I?U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率约为(　　)
A．15 W　30 W B．30 W　40 W
C．40 W　60 W D．60 W　100 W
解析：选C　从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A。则P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确。
4．如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．电容器C上的电荷量增加
B．电源的总功率变小
C．电压表读数变大
D．电流表读数变大
解析：选D　当滑片向左滑动的过程中，其有效阻值变小，所以根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，则电流表读数变大，电压表读数变小，故C错误，D正确；与滑动变阻器并联的电容器两端电压变小，电容不变，则由C＝知电容器C上电荷量减小，故A错误；电源的总功率P＝EI，与电流的大小成正比，则知电源的总功率变大，故B错误。
5．如图所示电路，电阻R1未知。闭合开关，移动滑动变阻器R2的滑片P，通过电压表、电流表示数可以求得的物理量是(　　)
A．E B．r
C．E和r D．E和r都不能
解析：选A　闭合开关，移动滑动变阻器R2的滑片P，记下电压表和电流表的读数U1和I1，再次改变滑片P的位置，得到电压表和电流表的读数U2和I2，则由闭合电路欧姆定律得E＝U1＋I1(R1＋r)，E＝U2＋I2(R1＋r)，由于R1未知，所以通过化简，只能求出电源的电动势为E＝，所以A正确，B、C、D错误。
6．如图所示的火警报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃两端电压的增加，当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响。下列说法正确的是(　　)
A．要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势
B．要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移
C．要使报警的临界温度降低，可以适当减小电源的电动势
D．要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移
解析：选D　要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，电路中电流会增大，电铃两端的电压会增大，而电铃电压达到一定值时，电铃会响，要使电铃两端的电压仍为原来的值，必须适当减小电源的电动势，相反，要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势，故A、C错误；要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，根据串联电路的特点可知，将使电铃的电压增大，要使电铃的电压仍为原来的值，可以把R2的滑片P适当向上移，以减小R2；相反，要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移，故B错误，D正确。
7．电动动力平衡车非常受年轻人的喜爱，如图所示为某款电动平衡车的部分参数，则该电动平衡车(　　)
电池容量：5 000 mA·h 充电器输出：直流24 V/1 000 mA
续航里程：40 km 额定功率：40 W
行驶速度：≤20 km/h 工作电压：24 V
A．电池从完全没电到充满电所需的时间约为8.3 h
B．电池最多能储存的电能为4.32×105 J
C．行驶时的工作电流为1 A
D．充满电后能工作5 h
解析：选B　由于电池容量是5 000 mA·h，即q＝5 000×10－3×3 600 C＝1.8×104 C，充电器输出电流为1000 mA，所以充电时间为t＝＝＝5 h，故A错误；最多能储存的电能为W＝qU＝1.8×104×24 J＝4.32×105 J，故B正确；额定功率为40 W，工作电压为24 V，则行驶时的工作电流为I＝＝ A＝ A，故C错误；充满电后能工作时间t′＝＝ s＝3 h，故D错误。
8.(2021·广州检测)在如图所示的U?I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源与电阻R组成闭合电路。由图像判断错误的是(　　)
A．电源的电动势为3 V，内阻为0.5 Ω
B．电阻R的阻值为1 Ω
C．电源的效率为80%
D．电源的输出功率为4 W
解析：选C　根据闭合电路欧姆定律得：U＝E－Ir，当I＝0时，U＝E，由题图读出电源的电动势E＝3 V，内阻等于图线的斜率的绝对值，则：r＝＝ Ω＝0.5 Ω，A正确；根据图像可知电阻R＝＝1 Ω，B正确；电源的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝66.7%，C错误；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，由题图读出电压U＝2 V，电流I＝2 A，则电源的输出功率为：P出＝UI＝4 W，D正确。
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
9．如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，电路正常工作，过了一会儿，电流表A的示数变为零。若电路中故障发生在灯L、电阻R上，用一根导线来判断电路故障，则下列判断正确的是(　　)
A．将导线并联在R两端，电流表无示数，一定是L断路
B．将导线并联在L两端，电流表无示数，一定是R断路
C．将导线并联在R两端，电流表有示数，一定是R断路
D．将导线并联在L两端，电流表有示数，一定是L断路
解析：选CD　电流表A的示数变为零，说明电路故障为断路。将导线与用电器并联进行检测时，若电流表有示数，说明与导线并联的用电器断路；若电流表无示数，说明另一个用电器断路或两个用电器都断路。若将导线并联在R两端，电流表无示数，则可能是L断路，也可能是R、L都断路，故选项A错误；若将导线并联在L两端，电流表无示数，则可能是R断路，也可能是R、L都断路，故选项B错误；若将导线并联在R两端，电流表有示数，则一定是R断路，选项C正确；若将导线并联在L两端，电流表有示数，则一定是L断路，选项D正确。
10．国庆期间小明去逛超市，遇促销打折买了一个电吹风，电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图示电路图。下列说法正确的是(　　)
电吹风铭牌参数
额定电压 220 V
额定功率 热风 1 000 W
冷风 250 W
A．该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 Ω
B．该电吹风电动机M的内阻为193.6 Ω
C．当开关S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风
D．当开关S1、S2均闭合时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 J
解析：选AC　由题中表格可知发热电阻的功率PR＝P－PM＝1 000 W－250 W＝750 W，所以该电吹风发热电阻R的阻值R＝＝ Ω≈64.5 Ω，故A正确；电动机正常工作过程为非纯电阻，不能使用公式R＝计算电动机内阻，故B错误；由题图可知当开关S1断开、S2闭合时，发热电阻断路，电动机工作，故吹冷风，故C正确；当开关S1、S2均闭合时，电动机正常工作，功率仍然为250 W，故电动机每秒钟消耗的电能为W＝Pt＝250×1 J＝250 J ，故D错误；故选A、C。
11．如图所示电路中，电源内阻不能忽略。闭合S后，调节R的阻值，使电压表示数增大ΔU，在这一过程中，有(　　)
A．通过R1的电流增大
B．R2两端电压减小ΔU
C．通过R2的电流减小量小于
D．路端电压增大量为ΔU
解析：选AC　由电流I＝可知，当电压增加ΔU时，通过R1的电流就增加，故A正确；由于电源的内阻不能忽略，故R2两端电压减小量比ΔU小，B错误，C正确；因R2两端的电压减小，故路端电压增大量比ΔU要小，故D错误。
12．(2020·江苏高考)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时，开关S闭合，启动电机工作，车灯突然变暗，此时(　　)
A．车灯的电流变小
B．路端电压变小
C．电路的总电流变小
D．电源的总功率变大
解析：选ABD　开关S闭合，启动电机工作，外电路的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，电源的内阻分压增大，路端电压减小，则车灯两端的电压减小，流过车灯的电流减小，A、B正确，C错误；由P＝EI可知，由于电路的总电流增大，则电源的总功率增大，D正确。
三、非选择题(本题共6小题，共60分)
13．(8分)为了测量电阻，现取一只已经完成机械调零的多用电表，如图所示，请根据下列步骤完成电阻测量。
(1)将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
(2)将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件______(选填“C”或“D”)，使指针对准电阻的“0”刻度线。
(3)将调好零的多用电表按正确步骤测量一电学元件P的电阻，P的两端分别接a、b，指针指示位置如图所示。为使测量比较精确，应将选择开关旋到________(选填“×1”“×10”或“×1 k”)的倍率挡位上，并重新调零，再进行测量。
解析：(2)在进行电阻测量时，每次调整挡位均应进行欧姆调零，即旋转部件D。
(3)由题图知测电阻时指针的偏角太大，说明电阻较小，应换×10挡，并需重新欧姆调零。
答案：(2)D　(3)×10
14．(10分)(2020·山东等级考)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：
干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；
定值电阻R1(阻值2 Ω)；
定值电阻R2(阻值5 Ω)；
开关一个，导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U?I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。(单选，填正确答案标号)
A．电压表分流 B．干电池内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小 　 D．电流表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。
序号 1 2 3 4 5 6 7
I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40
U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52
请根据实验数据，回答以下问题：
①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出U?I图像。
②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)。
③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。
解析：(1)路端电压U＝·R＝，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。
(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图1所示。
②由图像可知E＝1.55 V，U＝0时I＝0.59 A，故r′＝＝2.63 Ω，由于2 Ω③先画出电路原理图，如图2所示，然后依据电路原理图将各仪器依次连接起来。实物电路图连接如图3所示。
　
答案：(1)B　(2)①见解析图1　②R1　③见解析图3
15．(12分)电动玩具汽车的直流电动机电阻一定，当加上0.3 V电压时，通过的电流为0.3 A，此时电动机没有转动。当加上3 V电压时，电流为1 A，这时电动机正常工作。求：
(1)电动机的电阻大小；
(2)电动机正常工作时消耗的电功率；
(3)电动机正常工作时的机械功率。
解析：(1)当电动机没有转动时电动机的电阻：
R＝＝ Ω＝1 Ω。
(2)电动机正常工作时消耗的电功率：
P＝UI＝3×1 W＝3 W。
(3)电动机正常工作时的机械功率：
P′＝P－I2R＝3 W－12×1 W＝2 W。
答案：(1)1 Ω　 (2)3 W 　(3)2 W
16．(10分)如图所示，R为电阻箱，电压表为理想电压表，电源电动势E＝6 V，当电阻箱阻值为R＝5 Ω时，闭合开关S后，电压表读数U＝5 V，求：
(1)电路中的电流I和电源内阻r；
(2)电源的输出功率P和效率η。
解析：(1)由欧姆定律可得I＝＝1 A
再由闭合电路的欧姆定律可得E＝I(R＋r)
解得r＝1 Ω。
(2)由电功率公式得电源的输出功率P＝UI＝5 W
电路的总功率为P总＝EI＝6 W
则效率为η＝×100%＝83.3%。
答案：(1)1 A　1 Ω　(2)5 W　83.3%
17．(10分)如图所示，电源电动势 E＝10 V，内阻 r＝1 Ω，定值电阻 R1＝3 Ω。开关S断开时，定值电阻 R2的功率为 6 W，电源的输出功率为 9 W。开关S 接通后，理想电流表的读数为 1.25 A。求：
(1)断开开关S时电流表的读数；
(2)定值电阻 R3的阻值。
解析：(1)开关断开时，电阻R1消耗的功率为：P1＝P出－P2＝3 W。
根据P1＝I2R1，解得I＝1 A。
(2)由闭合电路的欧姆定律 E＝I′(R1＋R并＋r)，
R并＝，又P2＝I2R2，
解得R3＝12 Ω。
答案：(1)1 A　 (2)12 Ω
18．(10分)如图所示，已知路端电压U＝18 V，电容器C1＝6 μF、C2＝3 μF，电阻R1＝6 Ω、R2＝3 Ω。当开关S断开时，A、B两点间的电压UAB等于多少？当S闭合时，电容器C1的电荷量改变了多少？
解析：在电路中电容器C1、C2相当于断路。当S断开时，电路中无电流，B、C等势，A、D等势，因此UAB＝U＝18 V。
当S断开时，UAC＝18 V，电容器C1带电荷量为
Q1＝C1UAC＝6×10－6×18 C＝1.08×10－4 C
当S闭合时，R1和R2串联，电容器C1与R1并联，电容器C1两端的电压即电阻R1两端的电压，由串联电路的电压分配关系得
UAC′＝U＝×18 V＝12 V
此时电容器C1的带电荷量为
Q′＝C1UAC′＝6×10－6×12 C＝7.2×10－5 C
电容器C1带电荷量的变化量为
ΔQ＝Q′－Q1＝－3.6×10－5 C
负号表示减少，即C1的带电荷量减少了3.6×10－5 C。
答案：18 V　减少了3.6×10－5 C