2019-2020学年高中物理第二章恒定电流7闭合电路的欧姆定律课后检测含解析新人教版选修3-1

2019-2020学年高中物理第二章恒定电流7闭合电路的欧姆定律课后检测含解析新人教版选修3-1

‎7　闭合电路的欧姆定律 记一记 闭合电路的欧姆定律知识体系 ‎1个规律——闭合电路欧姆定律 ‎1个关系——路端电压与负载的关系 ‎1个图象——电源的U－I图象 辨一辨 ‎1.闭合电路沿着电流的方向电势一定降低．(×)‎ ‎2．闭合电路的电流跟内、外电路电阻之和成反比．(√)‎ ‎3．在闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大．(√)‎ ‎4．电路断开时，电路中的电流为零，路端电压也为零．(×)‎ ‎5．外电路短路时，电路中的电流无穷大．(×)‎ ‎6．电动势越大，闭合电路的电流越大．(×)‎ ‎7．E＝U＋Ir适用于任何电路．(×)‎ 想一想 ‎1.在闭合电路中电荷定向移动过程中，是否只有电场力在做功？‎ 提示：不是．在闭合电路中电荷定向移动过程中，除了有电场力做功外，在电源内部还有非静电力在做功．‎ ‎2．为什么外电路短路(即外电路电阻为零)时，电路中电流不会是穷大？‎ 提示：因电源内也存在电阻r，所以外电路短路时(R＝0)，电路中电流I＝≠∞.不过，一般情况下电源内阻r较小，所以外电路短路时电路中电流较大，很可能会把电源烧杯．‎ ‎3．电源输出功率最大时，电源效率也最大吗？‎ 提示：当外电路电阻R等于电源内电阻r时，电源输出功率最大，而电源的效率η＝＝＝＝.可知R越大，效率越高，电源有最大输出功率时，R＝r，此时η＝50%.所以电源输出功率最大时，效率并不最高．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　练一练 ‎1.‎ - 11 -‎ ‎[2019·山东市普通高中学业水平考试]在图所示的电路中，电源的电动势E＝3.0 V，内阻r＝1.0 Ω，电阻R＝5.0 Ω，不计电路中的其他电阻．闭合开关S后，通过电阻R的电流为(　　)‎ A．‎3.0 A　　　　　　　　　　B．‎‎2.0 A C．‎1.0 A D．‎‎0.50 A 答案：D ‎2．[2019·辽宁省普通高中学业水平考试]如图所示，电源电动势E＝3 V，内阻r＝2 Ω，外电阻R＝4 Ω，闭合开关S后，理想电流表和理想电压表的示数分别为________A和________V.‎ 答案：0.5　2‎ ‎3．[2019·浦东新区普通高中学业水平考试]如图，电源的输出电压和A、B两灯的电阻均不变．若滑动变阻器R的滑片向左移动，则(　　)‎ A．A、B两灯均变亮 B．A、B两灯均变暗 C．A灯变暗，B灯变亮 D．A灯变亮，B灯变暗 答案：D ‎4．[2019·河南省普通高中学业水平考试]在如图所示的电路中，电源电动势E＝12 V，内阻r＝2 Ω，电阻R＝10 Ω.Ⓐ是理想电流表，闭合开关．求：‎ ‎(1)电流表的示数和通过电阻R的电流的方向；‎ ‎(2)电阻R在t＝10 min内，产生的热量．‎ 答案：(1)‎1 A　a→b　(2)6 000 J - 11 -‎ 要点一 闭合电路欧姆定律 ‎1.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．‎ 解析：当a、b两点间接理想的电流表时，R1被短路，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 ‎2．如图所示的电路中，R1＝20.0 Ω，R2＝10.0 Ω，当开关S板到位置1时，电流表的示数为I1＝‎0.20 A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2＝‎0.30 A，求电源的电动势和内电阻．‎ 解析：由I1＝，I2＝ 解得：E＝＝6r，‎ r＝＝10 Ω 答案：6 V　10 Ω 要点二 路端电压与负载的关系 ‎3.电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是(　　)‎ A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大 C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小 D．若外电路断开，则路端电压为零 解析：由I＝，U＝IR得：U＝E可知路端电压随外电路电阻R的增大而增大，所以A项错误．由U＝E－Ir知B项错误，C项正确．外电路断开时，I＝0，所以U＝E－0＝E.所以D项错误．‎ 答案：C ‎4．电路图如图甲所示，若电阻R阻值未知，电源电动势和内阻也未知，电源的路端电压U随电流I的变化图线及外电阻的U－I图线如图乙所示．求：‎ - 11 -‎ ‎(1)电源的电动势和内阻；‎ ‎(2)电源的路端电压；‎ ‎(3)电源的输出功率．‎ 解析：(1)由图线的意义可知，不过原点的斜线是电源的U－I圈线，当电流为0时，由U＝E－Ir可知E＝U＝4 V；同样由U＝E－Ir可知它的斜率表示电源的内电阻，所以r＝＝ Ω＝1 Ω.‎ ‎(2)由图可知路端电压是3 V.‎ ‎(3)电源的输出功率P＝UI＝3×1 W＝3 W.‎ 答案：(1)4 V　1 Ω　(2)3 V　(3)3 W 要点三 闭合电路的动态分析 ‎5.电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图1所示的电路．当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表和电流表读数都增大 B．电压表和电流表读数都减小 C．电压表读数增大，电流表A1减小，A2增大 D．电压表读数减小，电流表A1增大，A2减小 解析：由题图可知滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，滑动变阻器连入电路中的阻值R增大，则外电路的总阻值R总增大，干路电流I＝，因R总增大，所以I减小，故A1示数减小；路端电压U＝E－Ir，因I减小，所以U增大，即电压表的读数增大；R2两端电压U2＝E－I(R1＋r)，因I减小，所以U2增大，由I2＝知，I2增大，即电流表A2的读数增大，故C项正确，A、B、D三项错误．‎ 答案：C ‎6.‎ ‎(多选)如图所示，闭合开关S并调节滑动变阻器滑片P的位置，使A、B、C三灯亮度相同．若继续将P向下移动，则三灯亮度变化情况为(　　)‎ A．A灯变亮　　　　　　　　B．B灯变亮 C．B灯变暗 D．C灯变亮 解析：将变阻器滑片P向下移动时，接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据全电路欧姆定律得知，总电流IA增大，则A灯变亮．并联部分的电压U并＝E－IA(RA＋r)，E、RA、r不变，IA增大，U并减小，B灯变暗．通过C灯的电流IC＝I－IB，I增大，IB减小，则IC - 11 -‎ 增大，C灯变亮，故A、C、D三项正确．‎ 答案：ACD 要点四 闭合电路的功率和效率 ‎7.‎ 如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，保护电阻R0＝0.5 Ω，求：当电阻箱R读数为多少时，保护电阻R0消耗的电功率最大，并求这个最大值．‎ 解析：保护电阻消耗的功率为P0＝，因R0和r是常量，而R是变量，所以R最小时，P0最大，即R ‎＝0时，P0max＝＝ W＝8 W.‎ 答案：8 W 要点五 含容电路的分析与计算 ‎8.如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：‎ ‎(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；‎ ‎(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的电荷量．‎ 解析：(1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝＝‎1 A，即为通过R1的电流．‎ ‎(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝I·R2＝6 V，储存的电荷量Q1＝C·UC.S断开时至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q1′＝C·UC′.很显然电容上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－‎4 C．电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，只有通过R1这条途径实现，所以流过R1的电荷量就是电容器上增加的电荷量．‎ 答案：(1)‎1 A　(2)1.2×10－‎‎4 C 基础达标 ‎1.[2019·山东潍坊中学期中考试]下列说法正确的是(　　)‎ A．电源电动势等于路端电压 B．把电压表直接和电源连接时，电压表的示数等于电源电动势 C．闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比 D．若外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小 解析：由闭合电路欧姆定律知E＝U外＋U内，A项错误；当电压表直接和电源连接时，电压表不能视为理想电表，电路中有微小电流，内电路有一定的电势降落，B项错误；由闭合电路欧姆定律I＝可知，电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，C项正确；若外电压减小，内电阻不变，内电压将增大，电源电动势保持不变，D项错误．‎ 答案：C ‎2.‎ - 11 -‎ ‎(多选)如图所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则(　　)‎ A．此时理想电流表的示数是‎2 A B．此时理想电流表的示数是‎3 A C．电源的内阻是1 Ω D．电源的内阻是2 Ω 解析：题图所示电压表测量的是路端电压，电流表测的是通过可变电阻R的电流，由部分电路欧姆定律有U＝IR，得I＝‎2 A，再由闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，将I＝‎2 A、U＝4 V、E＝6 V代入可得r＝1 Ω，故A、C两项正确，B、D两项错误．‎ 答案：AC ‎3．某同学利用如图所示的电路来探究闭合电路中总电流与电源电动势的关系，其中定值电阻R1＝10 Ω、R2＝8 Ω，电源的内阻为r＝2 Ω.当单刀双掷开关接1时电流表的示数为I1＝‎0.2 A，当单刀双掷开关接2时，电流表的示数I2为(　　)‎ A．‎0.24 A　　　　　　　　　B．‎‎0.2 A C．‎0.18 A D．‎‎0.3 A 解析：根据闭合电路的欧姆定律得，当单刀双掷开关接1时，I1＝，当单刀双掷开关接2时，I2＝，由以上两式解得I2＝‎0.24 A．故选A.‎ 答案：A ‎4．在如图所示的电路中，当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的读数为3 V；当开关S1、S2均闭合时，电压表的读数为1.8 V，已知电压表为理想电表，外接电阻为R、电源内阻为r.由以上数据可知为(　　)‎ A. B. C. D. 解析：当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的读数等于电源的电动势，即E＝3 V．当开关S1、S2均闭合时，U外＝1.8 V，所以U内＝E－U外＝1.2 V，因U外＝IR，U内＝Ir，所以R∶r＝U外∶U内＝1.8∶1.2＝3∶2.故选D.‎ 答案：D ‎5．(多选)[2019·江苏省泰兴中学期中考试]a、b两电源的路端电压与电流的关系图象如图所示，图中两图线交纵轴于一点，假设两电源的电动势分别用Ea、Eb表示，内阻分别用ra、rb表示．则下列说法正确的是(　　)‎ - 11 -‎ A．Ea＝Eb、raEb、raIb D．若将两电源分别接入电路，当通过电源的电流相等时路端电压的关系为UaI′b(图线的横截距)，则raIb，C项正确；若将两电源分别接入电路，则路端电压为U＝E－Ir，则有Ua>Ub，D项错误．‎ 答案：AC ‎6．(多选)将两个不同的电源甲、乙的路端电压与电流的关系图线描绘在同一坐标系中，其关系如图所示．则下列分析正确的是(　　)‎ A．两图线的交点表示两电源所接的外电阻相等 B．两图线的交点表示两电源在该状态下的内电压相等 C．电源甲的电动势大 D．电源甲的内阻小 解析：在路端电压与总电流的关系图线(U－I)中，图线在U轴上的截距表示电源的电动势E，图线斜率的绝对值表示电源的内阻，可见E甲>E乙，r甲>r乙，C项正确，D项错误．题图中两直线的交点坐标为(I1，U1)，由R＝可知，路端电压都为U1时，它们的外电阻相等，A项正确．由U′＝Ir可知，电流都是I1时，因r不相等，故两电源内电压不相等，B项错误．‎ 答案：AC ‎7．(多选)在如图所示的U－I图象中，图线甲、乙分别为一电源和一电阻两端电压随电流的变化规律，已知两图线与I轴的夹角分别为α、β.若将该电阻接在该电源两端，则下列说法正确的是(　　)‎ A．两图线交点的横、纵坐标的乘积为电源的输出功率 B．两图线交点的横、纵坐标的乘积为电源消耗的总功率 C．当α＝β时电源的效率为80%‎ D．当α＝β时电源的效率为50%‎ 解析：根据闭合电路的欧姆定律和U－I图象特点可知，两图线交点的横、纵坐标的乘积表示负载电阻消耗的功率，即电源的输出功率，A项正确，B项错误；当满足α＝β时，电源内阻等于负载电阻，电源的效率为50%，C项错误，D项正确．‎ 答案：AD - 11 -‎ ‎8．如图所示，电源的内阻不可忽略，在滑片从最右端向左端滑动的过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．电源的内耗功率减小 B．电源消耗的总功率变大 C．电阻R1的功率增大 D．电源的输出功率减小 解析：由题图可知外电路总电阻R＝，根据闭合电路的欧姆定律I＝可知，滑片向左移动，R3减小，R减小、I增大，Pr＝I2r，P＝IE，故A项错误，B项正确；由于干路流增大，因此内压变大，路端电压减小，电阻R1的功率将减小，C项错误；当外电路的电阻与电源的内阻相等时，电源的输出功率最大，由于电阻的阻值情况未知，因此输出功率的变化无法确定，D项错误．‎ 答案：B ‎9．(多选)如图所示，四个电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑动触头P向左端移动时，下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大 B．电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小 C．电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大 D．电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小 解析：本题的易错之处是不能正确地画出该电路的等效电路．当滑动变阻器的滑动触头P向左端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律可知，干路上的电流减小，电源内阻及R1分得的电压减小，电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小，A项错误，B项正确；由子电压表V1的读数增大，由欧姆定律可得通过R3的电流增大，则电流表A2的读数增大，由IR1＝IR3＋IR2可知通过R2的电流减小，则电压表V2的读数减小，C项正确，D项错误．‎ 答案：BC ‎10．[2019·山东东营市胜利第一中学期中考试]将两个定值电阻、电阻箱和理想电压表按照如图所示的方式连接，其中电源的内阻为r，且r≠0.闭合开关，逐渐增大电阻箱的阻值，同时观察电压表的示数，使其读数增加ΔU.则在该过程中(　　)‎ A．如果流过电阻箱的电流改变ΔI，则＝R2＋r B．定值电阻R2两端的电压逐渐减小，且减少量为ΔU C．如果流过定值电阻R2的电流改变ΔI2，则＝R2＋r - 11 -‎ D．电源的输出电压增加了ΔU 解析：本题的易错之处是不能结合闭合电路的欧姆定律处理问题．在闭合电路中，对于定值电阻有＝R，对于变化的电阻利用闭合电路的欧姆定律，得＝＝R2＋r，A项错误，C项正确．因为r≠0，电压表读数增加ΔU，所以电阻R2的电压减小，减少量小于ΔU，电源输出电压增加量小于ΔU，B、D两项错误．‎ 答案：C ‎11．(多选)[2019·湖北省黄石二中期末考试]如图所示的电路中，定值电阻a、b、c、d的阻值相等、电容器C的耐压值足够大，其中电源的内阻可忽略不计．当仅闭合开关K1时，电路的总电阻用R1表示、电容器所带的电荷量为q1，当两个开关均闭合时，电路的总电阻用R2表示、电容器所带的电荷量为q2.则下列式子正确的是(　　)‎ A．R1∶R2＝6∶5 B．R1∶R2＝5∶6‎ C．q1∶q2＝5∶3 D．q1∶q2＝3∶5‎ 解析：本题的解题关键是对电路的分析，画出不同状态下的等效电路．假设定值电阻的阻值均为R，电源的电动势为E，内阻可忽略不计，当仅闭合开关K1时，等效电路如图甲所示，则电路的总电阻为R1＝3R，电容器两极板间的电压U1＝E＝E，则电容器所带的电荷量q1＝CU1＝EC；当两个开关均闭合时，等效电路如图乙所示，电路的总电阻为R2＝2R＋＝R，电容器两极之间的电压为U2＝E＝E，电容器所带的电荷量q2＝CU2＝EC.由以上分析可知R1∶R2＝6∶5、q1∶q2＝5∶3，A、C两项正确，B、D两项错误．‎ 答案：AC ‎12．(多选)[2019·江苏南京师大附中期末考试]在如图所示电路中，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在滑动变阻器R2的滑动端由a向b缓慢滑动的过程中(　　)‎ A．电压表的示数增大，电流表的示数减小 B．电压表的示数减小，电流表的示数增大 C．电源路端电压增大 D．电容器C所带电荷量减小 - 11 -‎ 解析：本题疑难之处在于如何熟练分析动态电路和含容电路问题．滑动变阻器R2的滑动端由a向b缓慢滑动的过程中，滑动变阻器接入电阻减小，则总电阻减小，电路中总电流增大，电流表示数增大，电源内阻和R1两端电压增大，电源路端电压减小，则R2两端的电压减小，故电压表示数减小，故A、C两项错误，B项正确；电容器两端的电压等于R2两端的电压，则电容器两端的电压也减小，根据Q＝UC可知，电容器C所带电荷量减小，故D项正确．‎ 答案：BD 能力达标 ‎13.‎ 如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，标有“8 V　16 W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机绕线的电阻R0＝1 Ω，求：‎ ‎(1)电源的总功率；‎ ‎(2)电动机的输出功率．‎ 解析：(1)灯泡L正常发光，则路端电压等于灯泡的额定电压8 V 内电压U内＝10 V－8 V＝2 V 则总电流I＝＝‎‎4 A 电流总功率P电＝IE＝4×10 W＝40 W ‎(2)流经电动机的电流IM＝I－＝‎‎2 A 电动机的总功率 PM＝UIM＝8×2 W＝16 W 电动机内阻消耗功率 P内＝IP0＝4 W 故电动机的输出功率 P出＝PM－P内＝12 W 答案：(1)40 W　(2)12 W ‎14.‎ 如图所示，电源内阻r＝1 Ω，R1＝2 Ω，R2 ＝6 Ω，灯L上标有“3 V　1.5 W”的字样，当滑动变阻器R3的滑片P移到最右端时，电流表示数为‎1 A，灯L恰能正常发光．‎ ‎(1)求电源的电动势；‎ ‎(2)求当P移到最左端时，电流表的示数；‎ ‎(3)当滑动变阻器的Pb段电阻为多大时，变阻器R3上消耗的功率最大？最大值为多大？‎ 解析：本题疑难之处在于对电路结构的分析及如何求最大功率．‎ ‎(1)滑动变阻器的滑片P移到最右端时，电源的电动势E＝UL＋IR1＋Ir＝3 V＋1×2 V＋1×1 V＝6 V ‎(2)当P移到最左端时，由闭合电路欧姆定律得I1＝＝‎‎2 A - 11 -‎ ‎(3)设滑动变阻器的Pb段电阻为R′，R′与RL并联的等效电阻为R‎3L＝ 由闭合电路欧姆定律得 I2＝，又U3＝I2R‎3L 所以P3＝＝＝ 当R′＝，即R′＝2 Ω时 变阻器R3上消耗的功率最大，且最大值为2 W 答案：(1)6 V　(2)‎2 A　(3)2 Ω　2 W - 11 -‎