2024-2025学年新教材高中物理素养培优课练习3闭合电路欧姆定律的综合应用含解析新人教版必修第三册

PAGE6-素养培优课练习(三)闭合电路欧姆定律的综合应用(老师用书独具)(建议用时：25分钟)1．欧姆表电路及刻度盘如图所示，现因表头损坏，换用一个新表头。甲表头满偏电流为原来表头的2倍，内阻与原表头相同；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，则换用甲表头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为()A．100Ω，100Ω B．200Ω，100ΩC．50Ω，100Ω D．100Ω，200ΩC[由欧姆表改装原理及闭合电路的欧姆定律可得，甲表头满偏电流为原表头的2倍，内阻与原表头相同，在电动势不变的状况下，其中值电阻变为原来的eq\f(1,2)，即50Ω；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，在电动势不变的状况下，其中值电阻不变，即100Ω，故C正确，A、B、D错误。]2．如图所示，电源电动势E＝10V，内阻r＝0.2Ω，标有“8V16W”的灯泡L恰好正常发光，电动机线圈电阻R0＝0.15Ω，则电源的输出功率为()A．16WB．440WC．80WD．400WC[电路的总电流I＝eq\f(E－U额,r)＝eq\f(10－8,0.2)A＝10A，则电源的输出功率为P＝IU额＝10×8W＝80W，C错误。]3．如图所示，电源电动势为E，内阻为r。当逐一闭合开关，接入灯泡增多时，以下说法不正确的是()A．灯少时灯泡较亮，灯多时灯泡较暗B．灯多时各灯两端的电压较低C．灯多时通过电源的电流较大D．灯多时通过各灯的电流较大D[随着接入灯泡增多，外电路的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律I＝eq\f(E,R＋r)得，干路电流增大，由U＝E－Ir知，路端电压U减小，则各灯两端的电压降低，电流减小，亮度变暗，选项A、B、C正确，选项D错误。D符合题意。]4．如图所示，电路中电源的电动势为E，内电阻为r，开关S闭合后，当滑动变阻器R的滑片P向右移动的过程中，三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度改变状况是()A．灯L1、L2变亮，灯L3变暗B．灯L2、L3变亮，灯L1变暗C．灯L1、L3变暗，灯L2变亮D．灯L2、L3变暗，灯L1变亮C[变阻器与灯L1串联后与灯L2并联，再与灯L3串联。将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律得知：干路电流I减小，则通过L3的电流减小，L3变暗，L3两端电压和内阻所占电压都减小，则并联部分电压增大，所以流过灯L2的电流变大，L2变亮，I1＝I－I2，I减小，I2增大，则I1减小，灯L1变暗。故C正确。]5．有一个电动势为3V、内阻为1Ω的电源。下列电阻与其连接后，电阻的功率大于2W，且该电源的效率大于50%的是()A．0.5Ω B．1ΩC．1.5Ω D．2ΩC[当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大，最大功率P＝eq\f(E2,4r)＝eq\f(9,4)W＝2.25W，此时电源的效率η＝eq\f(U,E)×100%＝50%，而外电阻越大，电源效率越大，故外电阻应大于1Ω；由eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))eq\s\up12(2)R＝2W，解得R＝2Ω或R＝0.5Ω，要使电阻功率大于2W，则电阻应小于2Ω且大于0.5Ω，C正确。]6．如图所示，直线OAC为某始终流电源的总功率P随电流I改变的图线，曲线OBC表示同始终流电源内部的热功率P随电流I改变的图线。若A、B点的横坐标均为1A，那么AB线段表示的功率为()A．1W B．6WC．2W D．2.5WC[由题图不难看出，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E＝3V，短路电流为I＝3A，所以电源的内阻为r＝eq\f(E,I)＝1Ω。题图上AB线段表示的功率为PAB＝P总－I2r＝(1×3－12×1)W＝2W。故选项C正确。]7．(多选)在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，将滑动变阻器的滑片P从图示位置向右滑动的过程中，关于各电表示数的改变，下列推断中正确的是()A．电压表V的示数变大B．电流表A2的示数变小C．电流表A1的示数变小D．电流表A的示数变大AB[当滑片向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，则总电阻增大；由闭合电路的欧姆定律可知，电路中总电流减小，则可知电流表A的示数变小，则由U＝E－Ir可知，路端电压增大，电压表V的示数变大，故A正确，D错误；因路端电压增大，R1中电流增大，电流表A1的示数变大，故C错误；因总电流减小，而R1中电流增大，则R2中电流减小，电流表A2的示数变小，故B正确。]8．如图所示电路中，定值电阻R2＝r(r为电源内阻)，滑动变阻器的最大阻值为R1且R1≫R2＋r。在滑动变阻器的滑片P由左端a向右滑动的过程中，以下说法正确的是()A．电源的输出功率变小B．R2消耗的功领先变大后变小C．滑动变阻器消耗的功领先变大后变小D．以上说法都不对C[滑片向右移动，滑动变阻器接入电路部分电阻变小，电路中的电流变大，通过电源的电流和通过电阻R2的电流都变大，这两个电阻是定值电阻，消耗的功率变大，在滑片滑动的过程中内阻始终小于外电阻，所以电源的输出功率增大。考虑滑动变阻器上的功率消耗时可以把R2看成电源的一部分，当滑动变阻器的阻值等于2r时，消耗的功率最大，当滑动变阻器阻值小于2r时，消耗的功率变小。故C正确。]9．如图所示，电源电动势E＝30V，内阻r＝1Ω，灯泡上标有“6V12W”字样，直流电动机线圈电阻R＝2Ω，若灯泡恰好能正常发光，求电动机输出的机械功率。[解析]因灯泡正常发光，所以I＝eq\f(P,U)＝eq\f(12,6)A＝2AU内＝Ir＝2×1V＝2V所以电动机电压为UM＝E－U内－U＝30V－2V－6V＝22V电动机输出的机械功率为P机＝UMI－I2R＝22×2W－22×2W＝36W。[答案]36W(建议用时：15分钟)10．硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常数)，图线b是某电阻R的U­I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列相关叙述说法正确的是()A．此时硅光电池的内阻为12.5ΩB．此时硅光电池的输出功率为0.2WC．此时硅光电池的总功率为0.72WD．此时硅光电池的输出效率为40%C[由闭合电路的欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由a与纵轴的交点读出电动势为E＝3.6V。依据两图线交点处的状态可知，将它们组成闭合回路时路端电压为U＝2V，回路中的电流为I＝0.2A，则电池的内阻为r＝eq\f(E－U,I)＝eq\f(3.6－2,0.2)Ω＝8Ω，A错误；电池的输出功率为P出＝UI＝0.4W，B错误；此时硅光电池的总功率为P总＝EI＝3.6×0.2W＝0.72W，C正确；此时硅光电池的输出效率为η＝eq\f(P出,P总)×100%＝eq\f(0.4,0.72)×100%≈55.6%，D错误。]11．如图所示电路中，电源的电动势为E，内阻为r，各电阻阻值如图所示，当滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中，下列说法正确的是()A．电压表的读数U先减小后增大B．电流表的读数I先增大后减小C．电压表读数U与电流表读数I的比值eq\f(U,I)不变D．电压表读数的改变量ΔU与电流表读数的改变量ΔI的比值eq\f(ΔU,ΔI)不变D[对电路图分析可知，当滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中，外电路总电阻先增大后减小，路端电压先增大后减小，总电流先减小后增大，A、B错误；电压表读数U与电流表读数I的比值eq\f(U,I)是反映外电路电阻的，当滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中，外电路电阻先增大后减小，而电压表读数的改变量ΔU与电流表读数的改变量ΔI的比值eq\f(ΔU,ΔI)反映电源内阻，不发生改变，C错误，D正确。]12．如图所示的电路中，R1＝3Ω，R2＝6Ω，R3＝1.5Ω，C＝20μF。当开关S断开时，电源所释放的总功率为2W；当开关S闭合时，电源所释放的总功率为4W，求：(1)电源的电动势和内电阻；(2)闭合S时，电源的输出功率；(3)S断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少。[解析](1)S断开时外电路R2、R3串联E＝I1(R2＋R3)＋I1r ①P1＝EI1 ②S闭合时外电路R1、R2并联后与R3串联R外′＝R3＋eq\f(R1R2,R1＋R2)代入数据R外′＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1.5＋\f(3×6,3＋6)))Ω＝3.5Ω ③对闭合电路E＝I2R外′＋I2r ④P2＝EI2⑤由①②③④⑤可得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝4V,r＝0.5Ω,I1＝0.5A,I2＝1A。))(2)闭合S时，电源的输出功率P＝Ieq\o\al(2,2)R外′＝12×3.5W＝3.5W。(3)S断开时Q1＝CUR2＝20×10－6×0.5×6C＝6×10－5S闭合，电容器两端的电势差为零，则Q2＝0。[答案](1)4V0.5Ω(2)3.5W(3)6×10－5C13．如图所示的电路中，所用电源的电动势E＝4V，内电阻r＝1Ω，电阻R1可调。现将R1调到3Ω后固定。已知R2＝6Ω，R3＝3Ω，求：(1)开关S断开和接通时，通过R1的电流分别为多大？(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值，应将R1的阻值调到多大？这时A、B间消耗的最大电功率是多少？[解析](1)开关S断开时，I1＝eq\f(E,r＋R1＋R2)＝eq\f(4,1＋3＋6)A＝0.4A开关接通时，R2、R3并联的总电阻R23＝eq\f(R2R3,R2＋R3)＝2ΩI′1＝eq\f(E,r＋R1＋R23)＝eq\f(4,1＋3＋2)A＝0.