2021_2021学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律2闭合电路的欧姆定律课时检测含解析新人教版必修.doc

闭合电路的欧姆定律(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.某柴油发电机工作时,电流为5 A,经过2 min时间,发电机产生电能为1.32×105 J,则该发电机的电动势为()A.1100 VB.550 VC.220 VD.110 V【解析】选C。此段时间通过电量为q=It=600 C,E= V=220 V。故选C。2.“神舟”载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的。由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应。“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池。在正常照射下,太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势,可获得0.1 A的电流,求每秒照射到这种太阳能电池上太阳光的能量是()A.0.24 JB.0.25 JC.0.26 JD.0.28 J【解析】选C。太阳能电池每秒提供的电能W=EIt=0.6×0.1×1 J=0.06 J,所以照射到这种太阳能电池上的太阳光能量W=0.26 J,所以选项C正确。3.如图所示的电路中,把R由2 改变为6 时,电流减小为原来的一半,则电源的内电阻应为()A.4 B.8 C.6 D.2 【解析】选D。根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2 时,E=I(2 +r);当R=6 时,E=(6 +r),解得r=2 ,故选D。4.电源的效率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实验中得到的实验图线如图所示,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a、b。由图可知a、b的值分别为()A.、B.、C.、D.、【解析】选B。结合题意可知=,在I=0时,路端电压U即为电动势E。结合图像可知,Ua=E,Ub=E,a=、b=。故D项正确。5.如图所示电路中,L1、L2为两只完全相同、阻值恒定的灯泡,R为光敏电阻(光照越强,阻值越小)。闭合开关S后,随着光照强度逐渐增强()A.L1逐渐变暗,L2逐渐变亮B.L1逐渐变亮,L2逐渐变暗C.电源内电路消耗的功率逐渐减小D.光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐增大【解析】选A。当光照增强时,光敏电阻的阻值减小,电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流增大,则灯L2逐渐变亮,由U=E-Ir可知路端电压减小,灯L2的电压增大,则L1两端的电压减小,故灯L1逐渐变暗,A正确,B错误;总电流增大,由P内=I2r知电源内电路消耗的功率逐渐增大,故C错误;将灯L2看成电源内电路的一部分,光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率是等效电源的输出功率,由于等效电源的内阻大于外电阻,所以当光敏电阻的阻值减小时,等效电源的输出功率减小,即光敏电阻R和L1消耗的总功率逐渐减小,故D错误。6.如图所示电路中,当S断开时,理想电压表的示数为6 V,当S闭合后,a、b两点间电压可能是()A.11 VB.10 VC.9 VD.8 V【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=×(10 +20 +R3+r),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),由可得:U2=6 V+当R3+r0时,U2=9 V;当R3+r时,U2=6 V所以S闭合后电压表取值范围为6 V<U2<9 V,故选D。【补偿训练】法国和德国两名科学家先后独立发现了“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无外磁场作用时存在巨大变化的现象。物理兴趣小组的同学从“巨磁电阻”效应联想到一些应用,他们的探究如下:为了儿童安全,布绒玩具必须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,U=E-I总r将减小;由于I总增大,所以R1分压增大,UR1+URB=U,可得URB减小,IR3减小,由IR3+I=I总,可得I增大。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(10分)将电动势为3 V的电源接入电路中,测得电源两极间的电压为2.4 V,当电路中有6 C的电荷流过时,求:(1)有多少其他形式的能转化为电能。(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能。(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能。【解析】由电动势定义可知,在电源内部,非静电力每移送1 C电荷,有3 J其他形式的能转化为电能。也可认为在电源中,非静电力移送电荷做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能;在外电路中,静电力移送电荷做多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。(1)W=Eq=3×6 J=18 J,电源中共有18 J其他形式的能转化为电能。(2)W1=Uq=2.4×6 J=14.4 J,外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能。(3)由能量守恒定律知,内电路中有18 J-14.4 J=3.6 J 的电能转化为其他形式的能。答案:(1)18 J(2)14.4 J(3)3.6 J8.(14分)如图所示,电路中E=3 V,r=0.5 ,R0=1.5 ,滑动变阻器的最大阻值R=10 。(1)在滑动变阻器的阻值R为多大时,定值电阻R0上消耗的功率最大?最大为多大?(2)在滑动变阻器的阻值R为多大时,滑动变阻器上消耗的功率最大?最大为多大?【解析】(1)定值电阻R0上消耗的功率可以表述为:P=I2R0,因为R0不变,当电流最大时功率最大,此时应有电路中电阻最小,即滑动变阻器的阻值为零,即当R=0时R0上消耗的功率最大,Pm=R0=×1.5 W= W;(2)即当R=r+R0=2 时,R消耗功率最大为:Pm= W= W;答案:(1)在滑动变阻器的阻值R为0时,定值电阻R0上消耗的功率最大,最大值为 W;(2)在滑动变阻器的阻值R为2 时,滑动变阻器上消耗的功率最大,最大为 W。【补偿训练】一电路如图所示,电源电动势E=28 V,内阻r=2 ,电阻R1=12 ,R2=R4=4 ,R3=8 ,C为平行板电容器,其电容C=3.0 pF,虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20 m,两极板的间距d=1.0×10-2 m。(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=2.0 m/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闭合时,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 m/s2)【解析】(1)S断开时,电阻R3两端电压为:U3=·E=×28 V=16 VS闭合后,外电阻为:R= =6 路端电压为:U=·E=×28 V=21 V电阻R3两端电压为:U3=·U=×21 V=14 V则流过R4的总电量为:Q=CU3-CU3=6.0×10-12 C。(2)设微粒质量为m,电量为q,当开关S断开时有:=mg当开关S闭合时,设微粒加速度为a,则:mg-=ma设微粒能从C的电场中射出,则水平方向:t=竖直方向:y=at2由以上各式求得:y=6.25×10-3 m>故微粒不能从C的电场中射出。答案:(1)6.0×10-12 C(2)不能分析过程见解析(15分钟40分)9.(7分)(多选)下列有关电压与电动势的说法中正确的是()A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B.电动势越大,说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送过程中做的功越多C.电动势公式E=中W与电压公式U=中的W是一样的,都是电场力做的功D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量【解析】选B、D。电压与电动势是两个不同的概念,电动势公式E=中的W表示非静电力做的功,而电压U=中的W表示电场力做的功,选项A、C错误;电动势是反映电源内部将其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量,电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功,不能说电动势越大,非静电力做的功越多,也不能说电动势越大,被移送的电荷量越多,选项B、D正确。10.(7分)(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像,设两个电源的内阻分别为ra和rb,若将一定值电阻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,电源的效率较低【解析】选A、B、C。路端电压与电流的关系图像中,由U=E-Ir可知图像与纵轴的交点为电源电动势,图线的斜率的绝对值表示电源内阻,由此可知电源a的电动势较大,内阻也较大,选项A正确;如果画出电阻R0的路端电压和电流的关系图像,与电源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=,可知内电阻越大电源效率越低,由此可知电源a的效率较低,选项C正确,选项D错误;故选A、B、C。11.(7分)(多选)有一种测量体重的电子秤,其原理图如图中的虚线部分所示,它主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为03 A,电源电动势为12 V,内阻为2 ,电阻R随压力变化的函数为R=30 -0.02F(F和R的单位分别是N和)。下列说法正确的是()A.该秤能测量的最大体重是1 400 NB.该秤能测量的最大体重是1 300 NC.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处【解析】选A、C。当电流表示数达到3 A时,压力传感器受到的压力最大,由E=I(R+r)可求得R=2 ,由R=30 -0.02F可求得F=1 400 N,选项A正确,B错误;当踏板空载时,R=30 ,电流表G示数为I= A=0.375 A,选项C正确,D错误。12.(19分)如图所示的电路中,电源的电动势E=12 V,内阻未知,R1=8 ,R2=1.5 ,L是规格为“3 V3 W”的灯泡,开关S断开时,灯泡恰好正常发光。不考虑温度对灯泡电阻的影响。试求:(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻。(2)电源的内阻。(3)开关S闭合时,灯泡实际消耗的功率。【解析】(1)I=1 ARL=3 (2)S闭合前,E=Ir+IR1+IRL将E=12 V,I=1 A,R1=8 ,RL=3 代入求解得r=1 。(3)开关S闭合后,E=Ir+IR1+U2I=+代入数据联立求解得U2=1.2 V灯泡实际消耗的功率P=0.48 W。答案:(1)1 A3 (2)1 (3)0.48 W【补偿训练】电路图如图甲所示,图乙是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像,滑动变阻器的最大阻值为15 ,定值电阻R0=3 。(1)当R为何值时,R0消耗的功率最大?最大值为多少?(2)当R为何值时,电源的输出功率最大?最大值为多少?(3)当R为何值时,R消耗的功率最大?最大功率为多少?【解析】(1)由题图乙知电源的电动势和内阻分别为E=20 V,r=7.5 。由题图甲分析知道,当R=0时,R0消耗的功率最大,为P=()2R0=()2×3 W=10.9 W。(2)当r=R+R0时,即R=4.5 时,电源的输出功率最大,最大值P=()2(R0+R)=()2×(3+4.5) W=13.3 W。(3)把定值电阻R0和电源作为一个等效电源,其电动势E=20 V,内阻r1=r+R0=10.5 ,则当R=r1=10.5 时,R消耗的功率最大,此时Pmax= W=9.5 W。答案:(1)0 10.9 W(2)4.5 13.3 W(3)10.5 9.5 W- 9 -