2024-2025学年高中物理第二章恒定电流7闭合电路的欧姆定律课时作业含解析新人教版选修3-1

PAGE12-闭合电路的欧姆定律(20分钟50分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.如图所示的电路中,电阻R=2Ω。断开S后,电压表的读数为3V;闭合S后,电压表的读数为2V,则电源的内阻r为 ()A.1Ω B.2Ω C.3Ω D.4Ω【解析】选A。依据闭合电路欧姆定律U外=E-Ir和I=,结合I=可得E=3V,r=1Ω,故选项A正确,B、C、D错误。2.电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的实力,因此 ()A.电动势是一种非静电力B.电动势越大,表明电源储存的电能越多C.电动势的大小是非静电力做功实力的反映D.电动势就是闭合电路中电源两端的电压【解析】选C。电动势是表征电源转化电能实力的物理量,并不是一种“力”,A错。转化的实力与转化的实力多少并不是一个概念,B错,C对。电动势与电源两端的电压有着本质的区分,只有当外电路断路或者不考虑电源内阻的状况下,电动势和电源两端的电压在数值上相等,因此D错。3.在如图的闭合电路中,当滑片P向右移动时,两电表读数的变更是 ()A.A变大,V变大B.A变小,V变大C.A变大,V变小D.A变小,V变小【解析】选B。当滑片向右移动时,R变大,电路中的总电阻变大。依据闭合电路欧姆定律:电路中的电流I=变小,即电流表读数变小;电压表读数U=E-IR0变大,B正确。4.(多选)如图所示为闭合电路中两个不同电源的U-I图象,则下列说法中正确的是 ()A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2B.电动势E1=E2,内阻r1>r2C.电动势E1>E2,内阻r1>r2D.当两电源的工作电流变更量相同时,电源2的路端电压变更较大【解析】选A、D。由闭合电路的欧姆定律得E=U+Ir。当I=0时电动势E等于路端电压U,即U-I图线和U轴的交点就是电动势,由图知,两电源的电动势相等。当U=0时I=,U-I图线和I轴的交点就是短路电流,由图可知I1>I2。A正确。而r=,即图线的斜率表示电源的内阻,由图知r1<r2,B、C错误。当工作电流变更量相同时,因为r1<r2,电源2内电压变更较大,由闭合电路的欧姆定律得E=U外+U内。所以电源2的路端电压变更较大。D正确。【补偿训练】(多选)如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图象,设两个电源的内阻分别为ra和rb,若将肯定值电阻R0分别接到a、b两电源上,通过R0的电流分别为Ia和Ib,则 ()A.ra>rbB.Ia>IbC.R0接到a电源上,电源的效率较低D.R0接到b电源上,电源的效率也较低【解析】选A、B、C。路端电压与电流的关系图象中,由U=E-Ir可知图象与纵坐标的交点为电源电动势,图线的斜率的肯定值表示电源内阻,由此可知A的电动势较大,内阻也较大,选项A正确;假如画出电阻R0的路端电压和电流的关系图象,与A的U-I图交点对应的电流较大,由此可知Ia>Ib,选项B正确;由效率公式η===,可知内电阻越大电源效率越低,由此可知A的效率较低,选项C正确,选项D错误;故选A、B、C。5.(多选)如图所示的电路中,电源电动势为E、内阻为r、R0为定值电阻,电容器的电容为C。闭合开关S,增大可变电阻R的阻值,电压表示数的变更量为ΔU,电流表示数的变更量为ΔI,则 ()A.变更过程中ΔU和ΔI的比值保持不变B.电压表示数U和电流表示数I的比值不变C.电阻R0两端电压减小,减小量为ΔUD.电容器所带的电荷量增大,增加量为CΔU【解析】选A、D。闭合开关S,增大可变电阻R的阻值,电流表示数减小,电压表示数增大,变更过程中ΔU和ΔI的比值等于定值电阻R0与电源内阻r之和,保持不变;电压表示数U和电流表示数I的比值等于可变电阻R的阻值,渐渐增大,选项A正确,B错误;电阻R0两端电压减小,减小量小于ΔU,选项C错误;电容器所带的电荷量增大,增加量为CΔU,选项D正确。6.某居民家中的电路如图所示,起先时各部分工作正常,将电饭煲的插头插入三孔插座后,正在烧水的电热壶突然不能工作,但电灯仍能正常发光。拔出电饭煲的插头,把试电笔插入插座的左、右插孔,氖管均能发光,则 ()A.仅电热壶所在的C、B两点间发生了断路故障B.仅电热壶所在的C、B两点间发生了短路故障C.仅导线AB断路D.因插座用导线接地,所以发生了上述故障【解析】选C。由于电灯仍正常发光,说明电源是好的,电热壶所在的C、B两点间没有发生短路故障。把试电笔分别插入插座的左、右插孔,氖管均能发光,说明插座的左、右插孔都与火线相通,说明电热壶所在的C、B两点间没有发生断路故障。综合分析可知,故障为A、B间导线断路,即C选项正确。二、非选择题(14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)7.如图所示的电路中A、B、C为三个规格不同的小电珠,R为滑动变阻器,在A、B上分别标有“2V0.2W”和“1.5V0.15W”字样,而C上只看得出标有“2V”字样。当滑片P在图示位置时,A、B、C三个小电珠均能正常发光,已知电源电动势为6V,内阻为1Ω,求:(1)滑动变阻器的最大阻值。(2)三个小电珠正常发光时,滑动变阻器所消耗的电功率。【解析】(1)A、B、C三个小电珠均能正常发光,由I=得IA==A=0.1A,IB==A=0.1回路的总电流I=IA+IB=0.2回路的路端电压U=E-Ir=(6-0.2×1)V=5.8V滑片P距a端阻值Ra==Ω=5Ω滑片P距b端阻值Rb==Ω=9Ω所以滑动变阻器的最大阻值R=Ra+Rb=14Ω。(2)滑动变阻器所消耗的电功率P=Ra+I2Rb=(0.12×5+0.22×9)W=0.41W。答案:(1)14Ω(2)0.41W【补偿训练】1.如图所示,一电荷量q=3×10-4C带正电的小球,用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点。S合上后,小球静止时,细线与竖直方向的夹角α=37°。已知两板相距d=0.1m,电源电动势E=12V,内阻r=2Ω,电阻4Ω,R2=R3=R4=12Ω。g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8(1)电源的输出功率。(2)两板间的电场强度的大小。(3)小球的质量。【解析】(1)R2与R3并联后的电阻值R23==6Ω由闭合电路欧姆定律得:I==1电源的输出功率为:P出=IE-I2r=10W(2)电容器两板间的电压UC=I(R1+R23)电容器两板间的电场强度E1===100N/C(3)小球处于静止状态,所受电场力为F,由平衡条件得:F=mgtanα,又有F=qE1,所以m=,解得m=4×10-3kg。答案:(1)10W(2)100N/C(3)4×10-32.如图所示,图线AB是电路的路端电压随电流变更的关系图线。OM是同一电源向固定电阻R供电时,R两端的电压随电流变更的图线,由图求:(1)R的阻值。(2)在交点C处电源的输出功率。(3)在C点,电源内部消耗的电功率。(4)电源的最大输出功率。【解析】(1)OM是电阻的伏安特性曲线,由此可知电阻R=2Ω。(2)由图可知E=6V,依据闭合电路欧姆定律,可计算电源内阻r==Ω=1Ω,交点C处电源的输出功率为PC出=UCIC=4×2W=8W。(3)在C点电源内部消耗的功率为PC内=r=22×1W=4W。(4)电源的最大输出功率Pm是在外电阻的阻值恰等于电源内电阻时达到的。Pm==W=9W。答案:(1)2Ω(2)8W(3)4W(4)9W(25分钟50分)一、选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分)1.电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的试验中得到的试验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电流,a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb。由图可知ηa、ηb的值分别为 ()A.、 B.、 C.、 D.、【解析】选D。由U-I图像可知,若电源的电动势为6U0,则a、b两点处对应的路端电压分别为4U0、2U0,电源的效率η==,所以ηa==,ηb==,正确选项为D。2.受动画片《四驱兄弟》的影响,越来越多的小挚友喜爱上了玩具赛车,某玩具赛车充电电池的输出功率P随电流I的变更图象如图所示,由图可知下列选项错误的是 ()A.该电池的电动势E=4VB.该电池的内阻r=1ΩC.该电池的输出功率为3W时,电路中的电流可能为1D.输出功率为3W时,此电源的效率肯定为25%【解析】选D。P=EI-I2r,依据数学学问,当I=时,P最大,此时U内=U外。由P=4W,I=2A,得到U==2V,则E=4V,A不符合题意。r==Ω=1Ω,B不符合题意。当P=3W时,由P=EI-I2r,代入解得I1=1A,I2=3C项,η==,当I1=1A时,U=E-I1r=3V,η=75%。当I2=3A,U=E-I2r=1D错误,符合题意。3.如图所示,E为内阻不能忽视的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,与分别为电压表与电流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,则 ()A.的读数变大,的读数变小B.的读数变大,的读数变大C.的读数变小,的读数变小D.的读数变小,的读数变大【解析】选B。当S断开后,闭合电路的总电阻增加,依据闭合电路欧姆定律可知,总电流减小,故路端电压U=E-Ir增加,即的读数变大;由于定值电阻R1两端的电压减小,故R3两端的电压增加,通过R3的电流增加,即的读数变大,选项B正确。4.如图所示电路中,当S断开时,志向电压表的示数为6V,当S闭合后,a、b两点间电压可能是 ()A.11V B.10V C.9V D.8V【解析】选D。当S断开时,由电阻R1、R2和R3组成串联电路;因为I=,所以电源的电动势为:E=(R1+R2+R3+r),即E=×(10Ω+20Ω+R3+r)①当S闭合时,电阻R1被短路,R2、R3组成串联电路;则有:E=(R2+R3+r),即E=(20+R3+r)②由①②可得:U2′=6V+当R3+r→0时,U2′=9V;当R3+r→∞时,U2′=6V所以S闭合后电压表取值范围为6V<U2′<9V,故选D。5.法国和德国两名科学家先后独立发觉了“巨磁电阻”效应,共同获得2007年诺贝尔物理学奖。所谓“巨磁电阻”效应,是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变更的现象。物理爱好小组的同学从“巨磁电阻”效应联想到一些应用,他们的探究如下:为了儿童平安,布绒玩具必需检测其中是否存在金属断针,可以先将玩具放置在强磁场中,若其中有断针,则断针被磁化,用磁报警装置可以检测到断针的存在。如图是磁报警装置一部分电路示意图,其中RB是利用“巨磁电阻”效应而制作的磁敏传感器,它的电阻随断针的出现而减小,a、b接报警器,当传感器RB所在处出现断针时,电流表的电流I、ab两端的电压U将 ()A.I变大,U变大 B.I变小,U变小C.I变大,U变小 D.I变小,U变大【解析】选C。当RB处出现断针时,RB减小,R总减小,I总增大,I总r增大,Uab=E-I总r将减小;由于I总增大,所以R1分压增大,+=Uab,可得减小,减小,由+I=I总,可得I增大。二、非选择题(20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)6.如图所示,变阻器R2的最大电阻是10Ω,R3=5Ω,电源的内电阻r=1Ω,当电键S闭合,变阻器的滑片在中点位置时,电源的总功率为16W,电源的输出功率为12W。此时电灯R1正常发光,求:(1)电灯阻值R1是多少?(设R1阻值恒定不变)(2)当电键S断开时,要使电灯正常工作,应使变阻器的电阻变更多少?【解析】(1)电路总电流等于I干==A=2A;外电路总电阻R外==Ω=3Ω;路端电压U外=I干×R外=2×3V=6V;流过R1的电流I=I干-=(2-)A=0.8A,所以R1=-=2.5Ω(2)电动势E==V=8V,当电键S断开时,要使电灯正常工作,线路总电流仍为0.8A;I′干==A=0.8A,解得R2=6.5Ω,所以ΔR=6.5-5=1.5Ω,即变阻器的电阻增加了1.5Ω。答案:(1)2.5Ω(2)增加了1.5Ω【补偿训练】1.一电路如图所示,电源电动势E=28V,内阻r=2Ω,电阻R1=12Ω,R2=R4=4Ω,R3=8Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0pF,虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m,两极板的间距d=1.0×10(1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过R4的总电量为多少?(2)若开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入C的电场中,刚好沿虚线匀速运动,问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中,能否从C的电场中射出?(要求写出计算和分析过程,g取10【解析】(1)S断开时,电阻R3两端电压为:U3=·E=×28V=16VS闭合后,外电阻为:R==Ω=6Ω路端电压为:U=·E=×28V=21V电阻R3两端电压为:U3′=·U=×21V=