2020-2021学年高中物理教科版选修3-1自主学习检测题 2.4 电源的电动势和内阻　闭合电路欧姆定律 Word版含解析

十一　电源的电动势和内阻　闭合电路欧姆定律

一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.(多选)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像,下面结论正确的
是(　　)
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电源的短路电流为0.5 A
D.电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
【解析】选A、D。据图像可知,电源电动势大小为图线与纵坐标的交点,即为6 V,A选项正确;电源内阻为r== Ω=2 Ω,B选项错误;由于纵坐标不是从0开始,则图线与横坐标交点不是短路状态,C选项错误;电流为0.3 A时外电压为5.4 V,则根据R==18 Ω,D选项正确。
2.(多选)在如图所示的电路中,电源电动势E和内阻r均为定值,当外电路电阻R发生变化时,回路电流I、路端电压U、内电压U'都将随之发生变化。下列图像能正确表示其变化规律的是(　　)
【解析】选A、B。由闭合电路欧姆定律有I= ①
U=E-Ir=E-r=E ②
U'=Ir=E ③
根据①式可知,I随R的增大单调递减,但不是线性变化,故A正确。
将②式变形可得U=E,利用数学知识可知B正确,D错误。根据③式可知,C错误。故选A、B。
3.用如图所示的电路测定电源电动势和内阻。其中V为电压表(其电阻足够大),定值电阻R=7.0 Ω。在电键未接通时,V的读数为6.0 V;电键接通后,V的读数变为5.6 V。那么,电池组的电动势和内阻分别是(　　)
A.6.0 V,0.5 Ω　　　　　　B.6.0 V,1.25 Ω
C.5.6 V,1.25 Ω　 D.5.6 V,0.5 Ω
【解析】选A。电键未接通时,V的读数即为电源电动势的大小,故E=6.0 V。电键接通后,根据欧姆定律得, A=,所以电源内阻r=0.5 Ω,选项A正确。
4.(2020·泸州高二检测)冬季我国有些内陆地区雾霾频发,为了监测PM2.5指数,某科技小组设计了一种报警装置,电路原理如图所示。RL是对PM2.5敏感的电阻元件,当环境中PM2.5指数增大时报警器S两端电压增大并发出警报声。E为内阻不计的电源,R为一可变电阻,下列说法正确的是(　　)
A.当PM2.5指数增大时RL的阻值增大
B.当PM2.5指数增大时电流表A的示数减小
C.当PM2.5指数增大时可变电阻R两端电压增大
D.适当增大可变电阻R的阻值可以提高报警器的灵敏度
【解析】选D。E为内阻不计的电源,可变电阻R两端电压UR=E-US,当环境中PM2.5指数增大时,报警器S两端电压增大,可变电阻R两端电压减小;报警器S两端电压增大,电路中总电流增大,可变电阻R两端电压减小,电阻R中电流减小,则流过RL的电流增大,电流表A的示数增大;可变电阻R两端电压减小,RL两端电压减小,流过RL的电流增大,RL的阻值减小。故A、B、C三项不符合题意;可变电阻R的阻值越大,并联部分总电阻越接近RL,RL对电路的影响越明显,从而提高报警器的灵敏度。故D项符合题意。
5.在如图所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表的读数为I,电压表的读数为U,当R5的滑动触点向图中a端移动时(　　)
A.I变大,U变小　　　　　B.I变大,U变大
C.I变小,U变大　　　 D.I变小,U变小
【解析】选D。当R5的滑动触点向图中a端移动时,变阻器接入电路的有效阻值减小,由电流随电阻变化的“并同串反”规律可知,与R5串联构成闭合电路的R1、R3中的电流(即总电流)增大,与R5并联的R2、R4中的电流减小,所以电路中的电流表的读数I变小,路端电压减小,即电压表的读数U变小,故选项D正确。
6.在如图所示电路中,当滑动变阻器滑片P向下移动时,则(　　)
A.A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮
B.A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗
C.A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗
D.A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮
【解析】选D。滑片P向下移动,变阻器电阻减小,外电路总电阻减小,根据I=知,干路电流增大,灯A两端电压UA增大而变亮,根据U=E-Ir,路端电压变小,U=UA+UB,所以UB减小,灯B电阻不变,所以灯B电流IB减小,灯B变暗。干路电流I=IB+IC,因为I增大、IB减小,所以IC增大,灯C应变亮,故选项D正确。
二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7. (12分)在如图所示的电路中,R1=1 Ω,R2=5 Ω,当电键S接通时,R1消耗的电功率为P1=4 W,当电键S断开时,理想电压表示数为U2=4.5 V,试求:
(1)电键S接通时,通过电源的电流I1和电源两端的电压U1;
(2)电源的电动势E和内电阻r。
【解析】(1)电键S接通时,R2短路
由P1=得,U1=2 V,I1=
解得I1=2 A。
(2)电键S接通时,E=U1+I1r,代入数据
E=2 V+2 A×r
电键S断开时:E=U2+I2r,I2=,代入数据
I2= A=0.75 A
联立解得E=6 V,r=2 Ω。
答案:(1)2 A　2 V　(2)6 V　2 Ω
8.(12分)在图所示的电路中,R1=9 Ω,R2=5 Ω,当a、b两点间接理想的电流表时,其读数为0.5 A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8 V。求电源的电动势和内电阻。
【解题指南】a、b两点间接理想的电流表时,电阻R1被短路;a、b两点间接理想的电压表时,其读数为电阻R1的分压。
【解析】当a、b两点间接理想的电流表时,回路中的电流I1=0.5 A,由闭合电路欧姆定律得:E=I1(R2+r)
代入数据得:E=0.5(5+r) ①
当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流
I2== A=0.2 A
由闭合电路欧姆定律得:E=I2(R2+R1+r)
E=0.2(14+r) ②
联立①②得:E=3 V,r=1 Ω
答案:3 V　1 Ω
　　　　　　　　　(15分钟·40分)
9.(7分)(多选)如图所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置,闭合电键S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动。如果仅改变下列某一个条件,油滴向下运动的是(　　)
A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值
C.增大两板间的距离 D.断开电键S
【解析】选C、D。增大R1的阻值,稳定后电容器两板间的电压升高,带电油滴所受电场力增大,将向上运动,A错误。电路稳定后,电容器相当于断路,无电流通过电阻R2,故R2两端无电压,所以,增大R2的阻值,电容器两板间的电压不变,带电油滴仍处于静止状态,B错误。增大两板间的距离,两板间的电压不变,电场强度减小,带电油滴所受电场力减小,将向下运动,C正确。断开电键S后,两板间的电势差为零,带电油滴只受重力作用,将向下运动,D正确。
10.(7分)(多选)如图所示电路中,电源内阻忽略不计。闭合电键,电压表示数为U,电流表示数为I;在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中(　　)
A.U先变大后变小
B.I先变小后变大
C.U与I比值先变大后变小
D.U变化量与I变化量比值等于R3
【解析】选B、C。由题图可知电压表测量的是电源的电压,由于电源内阻忽略不计,则电压表的示数总是不变,故A错误;在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中,滑动变阻器R1的电阻先增大后减小,由于电压不变,根据闭合电路欧姆定律可知电流表示数先减小后增大,B正确;U与I的比值就是接入电路的R1的电阻与R2的电阻的和,所以U与I比值先变大后变小,故C正确;由于电压表示数没有变化,所以U变化量与I变化量比值等于0,故D错误。
11.(7分)如图所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻r。闭合电键S后,将滑动变阻器R0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ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则(　　)
A.电流表A示数减小
B.ΔU1<ΔU2
C.>r
D.ΔU2>(ΔU1+ΔU3)
【解析】选C。由于电压表和电流表都是理想电表,所以电路可简化为外电路就是电阻R和滑动变阻器R0串联。其中V1是电阻R两端电压,V2是路端电压,V3是R0两端电压。当滑动变阻器R0滑片向下滑动时,电阻减小,电路总电阻减小,干路电流I总增大,即电流表A示数增大,故A错。V1示数变化量ΔU1=ΔI·R,V2示数变化量ΔU2=ΔI·r,因为R>r,故ΔU1>ΔU2,故B错。路端电压减小,R两端电压增大,且电源输出电压变化量ΔU2小于电阻R两端电压变化量ΔU1,所以R0两端电压一定减小,且ΔU3=ΔU1+ΔU2,所以==R+r>r,故C对。ΔU3=ΔU1+ΔU2,故D错。故选C。
12.(19分)(2020·绵阳高二检测)如图所示,电灯L的规格为“4 V　1 W”,滑动变阻器R的总电阻为50 Ω。当滑片P滑至某位置时,电灯L恰好正常发光,此时电流表示数为0.45 A。由于外电路发生故障,电灯L突然熄灭,此时电流表示数变为0.5 A,电压表示数为10 V。若导线连接完好,电路中各处接触良好。试问:
(1)发生的故障是短路还是断路?发生在何处?
(2)发生故障前,滑动变阻器接入电路的阻值为多大?
(3)电源的电动势和内电阻为多大?
【解析】(1)电路发生故障后,电流表读数增大,路端电压U端=U2=I2R2也增大,因此外电路总电阻增大,在外电路某处一定发生了断路。由于电流表有读数,R2不可能断路,电压表也有读数,滑动变阻器R也不可能断路,因此,只可能是电灯L发生断路。
(2)电灯L断路后,外电路只有R2,因无电流流过R,电压表示数即路端电压
U2=U端=10 V
R2== Ω=20 Ω。
电灯L未断路时恰好正常发光
UL=4 V
IL==0.25 A
U端'=U2'=I2'R2=0.45×20 V=9 V
R=== Ω=20 Ω。
(3)根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知,故障前
E=9 V+(0.45 A+0.25 A)r
故障后
E=10 V+0.5 A×r
得:r=5 Ω,E=12.5 V。
答案:(1)断路　电灯L
(2)20 Ω　(3)12.5 V　5 Ω