(欧姆定律、电和磁、电功和电功率)
一、选择题
1.[2019·泰州姜堰区期中]甲、乙、丙三个轻质小球用绝缘细绳悬挂,相互作用情况如图所示,如果甲带正电荷,则下列说法正确的是( )
图1
A.乙可能不带电
B.丙可能不带电
C.乙一定带负电
D.丙一定带正电
2.[2019·台州模拟]安全用电对我们来说是十分重要的,下列措施符合安全用电规范的是( )
A.湿手关教室里的开关
B.边充电边玩手机
C.在高压线旁放风筝
D.用测电笔测量家庭电路时,手接触笔尾金属体
3.[2019·杭州校级模拟]小明设计了一种停车位是否被占用的模拟提醒装置:用指示灯L发光的亮和暗分别表示车位被占用和未被占用,车位被占用时控制开关S闭合,下列能实现此功能的电路是( )
A
B
C
D
4.[2018·常州]小华有一发光棒,闭合开关,众小灯齐发光;一段时间后,其中一小灯熄灭,如图所示。关于该小灯灭的原因以及众小灯的电路连接方式,下列猜想中合理的是( )
图2
A.若该小灯处断路,众小灯并联;若该小灯处短路,众小灯串联
B.若该小灯处断路,众小灯并联;若该小灯处短路,众小灯并联
C.若该小灯处断路,众小灯串联;若该小灯处短路,众小灯串联
D.若该小灯处断路,众小灯串联;若该小灯处短路,众小灯并联
5.[2019·杭州校级二模]甲、乙是两段由同种材料制成的实心柱状金属导体,其电阻相等(其中甲导体的横截面积大于乙导体)。将它们串联在电路中,通电一段时间。下列说法正确的是(忽略温度对导体电阻的影响,不考虑金属导体与周围空气的热传递)( )
A.甲导体的长度比乙导体要短
B.通电一段时间后甲导体产生的热量要少
C.通电一段时间后乙物体升高的温度高
D.甲导体两端的电压比乙导体两端电压大
6.[2018·株洲]图示电路中各元件完好,a、b、c、d、e、f为接线柱,将电压表接在其中两个接线柱上后,开关闭合时,电压表示数为0;开关断开时,电压表有示数。则与电压表相连的两个接线柱可能是( )
图3
A.a和b
B.c和d
C.a和f
D.e和f
7.[2019·金华模拟]如图所示,为“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路,以下说法正确的是( )
图4
A.闭合开关S1、S2,通过三根电阻丝的电流相同
B.先闭合开关S2,再闭合开关S1,电流表示数保持不变
C.先闭合开关S2,再闭合开关S1,通过右容器中电阻丝的电流变小
D.闭合开关S1、S2一段时间后,右边U形管内的液面比左边U形管内的液面高
8.[2019·绍兴押题]超市的商品上贴有具有磁性的标签,当未消磁的标签经过超市出口处的安全门时,安全门上的线圈会产生电流,触发报警器达到防盗的目的。选项中与其工作原理相同的是( )
A
B
C
D
9.在正常使用的家庭电路中,空气开关突然“跳闸”。对于“跳闸”的可能原因的分析,下列说法中最合理的是( )
A.将插头插入双孔插座中时,双孔插座中的两个导线头相互接触
B.灯泡中的灯丝被烧断
C.断开电灯的开关时,开关中的两个导线头相互接触
D.用遥控器关闭正在使用的电视机
10.如图所示电路闭合开关,甲、乙两灯泡均发光,一段时间后,其中一个灯泡突然熄灭,而两电表指针仍明显偏转,造成此现象的原因可能是( )
图5
A.甲灯泡短路
B.乙灯泡短路
C.甲灯泡断路
D.乙灯泡断路
11.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,向右移动滑动变阻器滑片P的过程中( )
图6
A.电压表V1示数不变,电压表V2示数变大
B.电流表A示数变大
C.电压表V2示数与电流表A示数的比值变小
D.电压表V1示数与电流表A示数的比值不变
12.[2019·台州预测]如图所示,这是科技创新小组的同学们自己发明的电子握力计的内部结构。电源电压不变,滑动变阻器b端固定在绝缘底座上,手柄A与变阻器滑片固定在一起,同步运动。握力为零时,滑片处于a端。L是一个电阻不变的指示灯,力量计由电流表改装而成。使用时,先闭合开关S,再用手握住手柄,A柄向下运动压缩弹簧,握力就显示在力量计表盘上。有关握力计下列的说法中错误的是( )
图7
A.握力越大,灯泡越亮,力量计的示数越大
B.改装成的力量计的零刻度线不是原电流表的零刻度线
C.握力越大,电路总电阻越小,总电流越小
D.握力越大,弹簧的长度越短;握力越小,弹簧长度越长
13.[2019·临海三门温岭模拟]如图所示处于光滑水平面的小车上放有一根条形磁铁,左侧有一个螺线管,闭合开关S,下列判断正确的是( )
图8
A.小车受到电磁铁斥力作用,向右运动
B.小车受到电磁铁引力作用,向左运动
C.只将滑片P向右移动,电磁铁磁性增强
D.只将电源正负极交换,电磁铁磁性减弱
14.[2019·嘉兴秀洲区调研]如图甲电路,闭合开关后,在滑片P由b端向a端移动的过程中,电压表示数U随滑动变阻器的电阻R2变化的关系图像如图乙所示,下列说法错误的是( )
图9
A.电源电压是6V
B.R2的最大阻值是20Ω
C.R1的电阻是10Ω
D.当滑片P移动中点时,10s内电流通过R1产生的热量是18J
15.[2019·浦江模拟]小金同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时,电路如图所示,电源电压为4.5V,电压表量程“0~3V”,滑动变阻器规格“20Ω 1A”,灯泡L标有“2.5V 1.25W”字样(忽略灯丝电阻变化)。在不损坏电路元件的情况下,下列判断不正确的是( )
图10
A.电路中电流变化的范围是0.3~0.5A
B.滑动变阻器阻值变化的范围是4~10Ω
C.灯泡的最小功率是0.45W
D.该电路的最大功率是4.5W
二、填空题
16.[2019·绍兴模拟]材料一:1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了通电导体周围存在磁场。
材料二:1825年,瑞士物理学家科拉顿做了如下实验:他将一个能反映微小变化的电流表,通过导线与螺旋线圈串联成闭合电路,并将螺旋线圈和电流表分别放置在两个相连的房间,如图甲。他将一个条形磁铁插入螺旋线圈内,马上跑到另一个房间里,观察电流表的指针是否偏转。
材料三:1831年,英国物理学家法拉第用闭合电路的一部分导体,在磁场里切割磁感线的时候,发现导体中产生电流,从而实现了利用磁场获得电流的愿望。
图11
(1)进行奥斯特实验时,在静止的小磁针上方,分别用乙中A和B两种方式放置一根导线。当导线通电时,小磁针会发生明显偏转的是__
__(选填“A”或“B”)。
(2)在奥斯特发现“电流周围存在磁场”之后,科拉顿、法拉第两位物理学家采用逆向思维,基于__
__的假设,从而做了如上材料中的实验。
(3)在科拉顿的实验中,实际上已经满足产生感应电流的条件,但他并未观察到,如何操作才能让他观察到电流表指针发生偏转?__
__。
17.[2019·舟山校级一模]小柯家里电饭煲的铭牌上标着“220V 1000W”,这个电饭煲正常工作时发热体的电阻是__
__Ω。小柯家里的电能表铭牌如图所示,他关掉家中其他的用电器,只让这个电饭煲工作了6min,发现电能表转盘转了180转,则这个电饭煲的实际功率为__
__W。
图12
18.[2019·诸暨模拟]LED是一种半导体新型节能灯,它可以将电能的90%转化为光能(白炽灯只能将电能的20%转化为光能)。已知某灯在一定电压范围内的工作电流都是20mA,只是在不同的电压下发光颜色不同,如表所示。如果将该灯与一定值电阻串联后接在电压为5V的电源两端(如图),此时它发黄光,则定值电阻的阻值是__
__Ω,该灯在此状态下工作10min消耗的电能为__
__J。
电流(mA)
电压(V)
光的颜色
20
1.8
黄色
20
2.4
红光
20
3.2
蓝光
图13
[2019·浦江模拟]如图是小蔡设计的家庭电路图以及自动报警器的工作原理图,图甲的方框内需要填入开关和电灯的符号,开关应该填在__
__处(选填“X”或“Y”);乙图温度自动报警器工作时,当温度达到设定值时,电铃没有报警。经检查,各元件完好、电路连接无误,则可能是因为__
_(任写一种)导致工作电路没有接通。
图14
20.[2019·绍兴模拟]人类已进入智能化时代。小明家安装了空调智能控制系统,空调自动开启条件是:家中有人且室温等于或高于26℃。S1和S2是控制空调开启的两个智能开关,当家中有人时S1自动闭合,家中没有人时S1自动断开;当室温等于或高于26℃时S2自动闭合,室温低于26℃时S2自动断开,则控制空调开启的电路示意图是图__
__(选填“甲”或“乙”)。已知小明家某天室内温度变化情况如图丙所示,当天8~12h和14~18h家中没有人,空调的额定电压是220V,额定功率是1kW,则这台空调当天消耗的电能是__
__kW·h。
图15
21.[2018·自贡]在“探究串联电路电压的特点”活动中。
图16
(1)如图所示,连接电路时,至少需要__
__根导线;实验中应选择规格__
__(选填“相同”或“不同”)的小灯泡。
(2)在测L1两端电压时,闭合开关,发现电压表示数为零,原因可能是
_
(写出一种即可)
(3)小芳保持电压表的B连接点不动,只断开A连接点,并改接到C连接点上,测量L2两端电压。她能否测出L2两端电压?__
__,理由是__
__。
(4)小明分别测出AB、BC、AC间的电压并记录在表格中,分析实验数据得出结论:串联电路总电压等于各部分电路两端电压之和。请对小明的做法进行评价:_
__。
UAB(V)
UBC(V)
UAC(V)
2.6
1.8
4.4
22.[2019·丽水模拟]某厂家对其生产的电动自行车的性能进行了测试,得到速度v随时间t变化的图像甲,牵引力F随时间t变化的图像乙。已知电动自行车在匀速行驶时,其电动机输入电压48V,输入电流5A。则在7~12s内,电动机中电流做__
__J的功,克服摩擦阻力做的功为__
__J。
图17
23.[2019·金华婺城区调研]如图所示,已知电源电压恒为6V,R1阻值为40Ω,变阻器R3上标有“50Ω 1A”字样,电流表A的量程为0~0.6A,电压表V的量程是0~3V。
图18
(1)当S1和S2均闭合时,R3的滑片处在最左端,电流表的示数为0.4A,则R2的电阻值是__
__Ω。
(2)当S1闭合、S2断开时,变阻器R3滑片在电路允许的范围内滑动时,R1的功率变化范围为__
__W。
三、实验探究题
24.[2019·诸暨模拟]小明要用如图所示的实验器材探究“电压一定时,电流的热效应与电阻的关系”,其中瓶内电阻丝的长度、粗细都相同。
图19
(1)请用笔画线代替导线,把电路连接完整。
(2)电流产生热量的多少不易直接测量.因此在这个实验中是通过__
__显示电流产生热量的多少。
(3)在这个实验中,除了控制电压一定外,还要控制的量有__
__(写出一个即可)。
(4)根据所学知识可知,在相同时间内__
__(选填“甲”或“乙”)瓶内的电阻丝放出的热量较多。
25.[2019·杭州富阳区月考]小金利用图甲所示的电路进行了多个电学实验,实验中电源电压为6V且恒定不变;滑动变阻器在电路中除了保护电表(即保护电路)以外,在不同的实验中作用各不相同。
图20
(1)第一小组的同学要测量电阻Rx的阻值,他们在A、B间接入待测电阻Rx,请你用笔画线代替导线,将图乙中的实物图连接完整。该实验中滑动变阻器的另一个作用是__
__。
(2)第二小组的同学要研究“电流与电阻的关系”。他们将阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻分别接在A、B间,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,记下电流表示数,得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像。该实验中滑动变阻器的另一个作用是__
__;为了完成整个实验,应该选取最大阻值至少__
__Ω的滑动变阻器。
(3)第三小组的同学要测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率。他们在A、B间只接入2.5V的小灯泡,正确连接电路,实验步骤及操作都正确。闭合开关后,发现电压表的示数大于小灯泡的额定电压,小灯泡发光较亮,出现这种现象的原因是__
_。
26.[2019·嘉兴押题]在“伏安法测电阻”的实验中,小组同学设计了三种电路图:
图21
(1)A同学认为图乙电路比图甲电路好,理由是
_
__。
(2)B同学认为图丙电路比图乙电路更好,理由是__
__。
(3)在实际操作过程中,小组同学发现实验室中没有滑动变阻器,C同学提出一种方法也完成了测量实验,C同学提出的方法是__
__。
27.[2018·达州]某实验小组的同学在进行“测量小灯泡的额定功率”的实验,现有器材:电源(电压恒为6V)、开关、电压表、电流表各一个,导线若干,额定电压为3.8V的待测小灯泡(电阻约为12Ω),滑动变阻器两个(A:“5Ω 2A”;B:“20Ω 0.5A”)。
图22
(1)该实验的原理是__
_;实验中应选用的滑动变阻器是__
__(选填“A”或“B”)。
(2)如图甲所示是小田同学连接的实物电路图,图中只有一根导线连接错误,请你在图中用“×”标出这根错接的导线,只改接一根导线使电路成为正确的电路(不能与其他导线交叉)。
(3)小田确认电路连接无误后闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光且电压表的示数都接近电源电压,则电路的故障是__
__。
(4)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片,并绘制出了小灯泡的电流随电压变化的图像如图乙所示,则该小灯泡的额定功率为__
__W。
(5)该组的另一同学接着实验时,发现电压表0~15V量程已经损坏,0~3V量程还可以正常使用,在不添加器材的情况下,为了测出该小灯泡的额定功率,请你在图丙中的虚线框内画出正确的电路图。
(6)由图乙推知:小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电功率为P1,小灯泡的实际电流是额定电流一半时的电功率为P2,则P1__
__P2(选填“大于”“小于”或“等于”)。
四、解答题
28.[2019·慈溪三模]图甲是一种常见的用电器——电吹风,它既可以吹热风,又可以吹冷风。
图23
额定电压
220V
冷风功率
120W
热风功率
1000W
电源频率
50Hz
(1)图乙是电吹风的电路示意图,图中开关所在的位置(阴影部分)表示触点D与触点1、2同时接通。请你分别在方框a、b中填入合适的元件名称“电热丝”或“电动机”。
(2)电吹风的部分参数如上表所示,当电吹风正常吹热风时,求电热丝的电阻及其1min内产生的热量分别为多少?
29.[2019·浦江模拟]中国的神威·太湖之光(Sunway
TaihuLight)是全球首个理论性能达到10亿亿次的超级计算机,神威·太湖之光计算机不仅性能强大,而且已经全部使用国产CPU。官方表示中国是继美国、日本之后全球第三个采用自主CPU建设千万亿超级计算机的国家。电脑的中央运算器简称CPU,是电脑的心脏,决定着电脑的运算速度,它由主板供电,运算速度可认为由电流大小决定,同时自己要发热,电脑爱好者喜欢“超频”来提高CPU运算速度,“超频”方法之一就是通过改变主板上“跳线”来提高CPU核心电压。
图24
(1)如图所示为主板上一跳线装置,其中CPU正常工作时应短接“2、3”,某人超频需要改接这一跳线,则应短接哪两个接线柱?__
__。
(2)现有一CPU正常工作时电压为1.5V,电流为2mA,超频后电压提高到2V,若把CPU看作纯电阻,“超频”后CPU每分钟多产生多少热量?
(3)若R电阻为500Ω,(2)中CPU正常工作时电路消耗的总功率为多少?
30.[2019·杭州校级月考]2015年1月,“蛟龙”号深潜器在印度洋下潜,游弋于海底高温热液区,为避免过高温度的热液对器材造成损坏,技术人员按照两种方法设计“高温自动报警电路”,请完成电路设计并算出相应答案。
图25
器材:恒为12V的蓄电池、开关S、定值电阻R0、热敏电阻Rx(电阻随温度的变化关系如图所示)、电压表、电磁继电器(线圈电阻不计,线圈电流大于0.2A时衔铁被吸下,线圈电流小于0.2A时衔铁被弹回)、额定电压均为220V的红灯和绿灯。
功能:闭合开关S,水温越高,电压表示数越大。水温低于500℃时,绿灯正常发光;水温高于500℃时,红灯正常发光。
(1)请以笔画线代替导线完成电路连接。
(2)求出定值电阻R0的阻值。
(3)若电压表示数为3.6V时,求出热液温度。
31.[2018·呼和浩特]体感器可以把力学物理量转化成电学信号,然后通过相互之间的函数关系,直接显示力的大小。测量压力大小的压力传感器,工作原理如图所示,其中M、N均为绝缘材料,M、N间有可收缩的导线(电阻大小不计)。弹簧上端和滑动变阻器R2的滑片P固定在一起,电源电压恒为12V,已知压力F的大小与R2的阻值大小成正比例关系。闭合开关S,压力F0=0时,滑片P在最上端;压力F1=1N时,电流表示数为1A,电压表示数为3V。当滑片P滑至最下端时,电压表示数为7.5V。求:
图26
(1)定值电阻R1的大小;压力F1与R2阻值之比k。
(2)当滑片P滑至最下端时,压力F2的大小。
(3)压力F的大小与电压表示数之间的函数关系表达式。
(欧姆定律、电和磁、电功和电功率)
一、选择题
1.C
2.D
3.A
4.A
【解析】
发光棒的众小灯若并联,其中一个小灯断路不会影响其他小灯正常工作,若短路则全部熄灭;发光棒的众小灯若串联,其中一个小灯短路不会影响其他小灯工作,若断路则全部熄灭。
5.C
6.D
7.C
8.C
9.A
10.C
11.D
12.C
13.B
14.D
15.D
二、填空题
16.(1)A
(2)磁能产生电
(3)将电流表等器材置于同一房间
17.48.4;900
18.160;21.6
19.X;
控制电路电压太小(或线圈匝数太少,或工作电路中弹簧片阻力太大等,合理即可)
20.甲;5
21.(1)6;不同
(2)L1短路(或L2开路、或电压表已坏等,合理即可)
(3)不能,理由是电压表的正负接线柱接反
(4)结论是正确的,但只做一次实验,结果具有偶然性,应换用不同的小灯泡,多做几次实验
【解析】
(1)按电路图连接电路时所需要的导线数统计方法是先不管电压表,把其他部分的串联电路连接完所需的导线数计数,再加上两条连接电压表的导线即可。探究串联电路电压的特点时应选用两只不同规格的小灯泡,以免得出“电源电压在两个小灯泡间平均分配”的错误结论。
22.1200;1050
23.(1)24
(2)0.225~0.9
三、实验探究题
24.
(1)如答图所示。
第24(1)题答图
(2)温度计示数的变化
(3)煤油质量相同(或初温相同,或电流大小相同)
(4)乙
25.(1)如答图所示。
第25(1)题答图
改变(调节)Rx两端的电压和电路中的电流,可以进行多次测量
(2)使电阻两端的电压保持不变(或2.5V);35
(3)滑动变阻器的最大电阻太小(或电源电压太大)
26.(1)小灯泡的阻值会随着温度的变化而变化,而定值电阻的阻值恒定
(2)图丙中与电阻串联一个滑动变阻器,在实验过程中可以多次测量取平均值来减少误差
(3)改变电源电压,进行多次实验(或者串联不同阻值定值电阻,多次实验)。
【解析】
(3)滑动变阻器起到的是分压的作用,从而改变定值电阻两端电压得到多组数据,如果没有滑动变阻器,通过增减电池或串入阻值不同定值电阻的方式也可以达到同样目的。
(1)P=UI;B
(2)
(3)灯泡断路
(4)1.14
(5)如答图所示。
第27(5)题答图
(6)大于
【解析】
(1)小灯泡额定电压为3.8V,灯丝电阻约为12Ω,由欧姆定律,小灯泡的额定电流约为I==≈0.32A,电源电压为6V,小灯泡额定电压为3.8V,根据串联电路的规律及欧姆定律,小灯泡正常发光时,变阻器连入电路中的电阻R滑===6.875Ω,所以选用滑动变阻器B。
(2)小灯泡的额定电压为3.8V,故电压表应选用大量程。(4)由小灯泡的电流随电压变化的图像知,灯的额定电压下的电流为0.3A,则该小灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W。(5)根据串联电路电压的规律,当变阻器的电压为6V-3.8V=2.2V时,灯的电压为额定电压,故将电压表并联在变阻器的两端。(6)由图乙知,小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电流约为0.22A,电功率P1=1.9V×0.22A=0.418W;小灯泡的实际电流是额定电流一半时(0.15A)对应的电压约为1V,灯的实际电功率P2=1V×0.15A=0.15W,则P1大于P2。
四、解答题
28.【答案】
正常吹热风时,电热丝消耗的功率P=1000W-120W=880W,通过电热丝的电流I===4A,电热丝的电阻R===55Ω,电流通过电热丝产生的热量Q=Pt=880W×60s=5.28×104J。
29.(1)应短接1、2两个接线柱
(2)把CPU看作纯电阻,RCPU===750Ω,则正常工作时CPU每分钟产生的热量Q1=U1I1t=1.5V×0.002A×60s=0.18J
“超频”后CPU每分钟产生的热量Q2=eq
\f(Ut,RCPU)==0.32J,“超频”后CPU每分钟多产生的热量ΔQ=Q2-Q1=0.32J-0.18J=0.14J。
(3)CPU正常工作,电阻R与CPU串连,PR=
I2R=(0.002A)2×500Ω=
2×10-3W
PCPU=UI=1.5V×0.002A=3×10-3W
电路消耗的总功率P=PR+PCPU=2×10-3W+3×10-3W
=5×10-3W。
30.【答案】
(1)如答图所示。
第30(1)题答图
(2)读图可知,当温度为500℃时,Rx的阻值为25Ω,
此时电路的总电阻为R总===60Ω,
则此时定值电阻的阻值为R0=R总-Rx=60Ω-25Ω=35Ω。
(3)当电压表示数为3.6V时,定值电阻两端的电压U0=12V-3.6V=8.4V,
电路中的电流I′===0.24A,
则热敏电阻的阻值Rx′===15Ω,
读图像可知,此时热液的温度为320℃。
31.
(1)由图可知,R1、R2串联,电压表测R2两端电压,电流表测电路中电流。
当F1=1N时,电流表示数为1A,电压表数为3V,由串联电路特点可知,此时U1=U-U2=12V-3V=9V,I1=I2=1A,由欧姆定律可得,R1===9Ω;
此时R2连入电路的阻值R2===3Ω,
所以压力F1与R2阻值之比k===N/Ω。
(2)当滑片P滑至最下端时,变阻器连入最大阻值,电压表示数为7.5V,
此时电路中电流I′=I2′=I1′====0.5A,
所以R2的最大阻值R2最大===15Ω,
因为压力F的大小与R2的阻值大小成正比例关系,即:F=kR2,
所以压力F2=N/Ω×R2最大=N/Ω×15Ω=5N。
(3)由F=kR2有:R2==,根据串联电路特点和欧姆定律表示电压表示数:
UV=IR2=×R2==,化简可得:F=(N)。