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- 2021-05-31 发布
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习题课(三) 闭合电路欧姆定律的应用
「基础达标练」
1.如图所示,灯泡L1、L2原来都正常发光,在两灯突然熄灭后,用电压表测得c、d间电压比灯泡正常发光时的电压高,故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故障)( )
A.a、c间断路 B.c、d间断路
C.b、d间断路 D.b、d间短路
解析:选B 因电路中L1、L2、R及电源串联,电路中只有一处故障且两灯不亮,电路中必是断路,故D错误;电路中无电流,但c、d间电压升高,是因为c、d间断路,c、d两点分别与电源正、负极等电势.故正确答案为B.
2.如图所示的电路中,闭合开关后,电压表有示数、电流表指针几乎不动.关于电路故障分析正确的是( )
A.灯泡L1短路 B.灯泡L1断路
C.灯泡L2短路 D.灯泡L2断路
解析:选D 如果灯泡L1短路,电路电阻较小,电流表指针偏转角度应较大,此选项不符合题意;如果灯泡L1断路,整个电路断路,电压表、电流表指针都不会偏转,此选项不符合题意;如果灯泡L2短路,电路电阻较小,电流表指针偏转角度应较大,电压表相当于与导线并联无示数,此选项不符合题意;如果灯泡L2断路,电压表测量电源电压,指针会明显偏转,电路电流特别小,指针几乎不动,此选项符合题意.
3.(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.开关闭合后,灯泡L能正常发光.当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是( )
A.灯泡L将变暗
B.灯泡L将变亮
7
C.电容器C的电荷量将减小
D.电容器C的电荷量将增大
解析:选AD 由于R增大,电流I=减小,灯泡L将变暗,故A正确,B错误;路端电压U=E-Ir增大,则电容器电荷量Q=CU增大,故C错误,D正确.
4.(多选)如图,a表示某电源路端电压随电流变化的图线,b表示外电阻两端电压随电流变化的图线,下列判断正确的是( )
A.阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率
B.阴影部分的面积表示电源的输出功率
C.当α=β时,电源的输出功率最大
D.当α=β时,电源的效率最高
解析:选BC 阴影部分表示P=UI,代表外电阻消耗的功率或电源的输出功率,A错误,B正确;当α=β时说明外电阻的阻值R与电源内阻r相等,此时电源的输出功率最大,C正确;效率为η==50%,D错误.
5.如图所示,直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线,曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线.若A、B点的横坐标均为1 A,那么AB线段表示的功率为( )
A.1 W B.6 W
C.2 W D.2.5 W
解析:选C 由题图知,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=3 V,短路电流为I=3 A,所以电源的内阻为r==1 Ω.图象上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×3-12×1)W=2 W.
6.如图所示的电路中,电源电动势E=8 V,内阻r=2 Ω,电阻R2=6 Ω,电容为1 μF的平行板电容器水平放置且下极板接地.当滑动变阻器R1的滑片处于b端时,有一带电油滴位于板间正中央P点且恰好处于静止状态.下列说法正确的是( )
A.此时P点电势为6 V
B.电容器上极板所带电荷量为6×10-6 C
C.若仅将电容器上极板缓慢上移少许,则P点电势不变
D.若仅将滑片从b端向a端缓慢移动少许,则油滴将向下移动
7
解析:选B 由闭合电路的欧姆定律可知:路端电压U=E=6 V,那么,电容器两极的电势差为6 V,又有下端接地,故电势为零,那么,P点电势为U=3 V,故A错误;电容器上极板所带电荷量Q=CU=1×10-6×6 C=6×10-6 C,故B正确;移动电容器上极板,电容器两端电势差不变,又有两极板间距离增大,故电场强度减小,又有P点到下级板的距离不变,故电势差减小,那么,P点电势减小,故C错误;滑片从b端向a端移动,那么外电路电阻增大,所以,路端电压增大,故两极板电势差增大,极板间场强增大,那么,油滴受到的电场力增大;油滴受重力和电场力作用,故由开始时油滴静止可知:电场力方向向上,那么,移动滑片后油滴合外力向上,故油滴向上运动,故D错误.
7.(多选)如图所示的电路中,电键K1、K2、K3、K4均闭合,在平行板电容器C的极板间悬浮着一带电油滴P,下列判断正确的是( )
A.若断开K1,则P将继续悬浮不动
B.若断开K2,则P将向下加速运动
C.若断开K3,则P将向下加速运动
D.若断开K4,则P将继续悬浮不动
解析:选ACD 断开K1,电容器两板间的电压不变,场强不变,油滴所受的电场力不变,油滴仍处于平衡状态,故P悬浮不动,故A正确;断开K2,电容器两板间的电压增大,稳定时,其电压等于电源的电动势,板间场强增大,油滴所受的电场力增大,油滴将向上运动,故B错误;断开K3,电容器通过电阻放电,板间场强逐渐减小,油滴所受的电场力减小,油滴将向下加速运动,故C正确;断开K4,电容器的电量不变,板间场强不变,油滴仍处于静止状态,故D正确,故选ACD.
8.电路如图甲所示.若电阻未知,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UI图线分别如图乙所示,求:
(1)电源的电动势和内阻;
7
(2)电源的路端电压;
(3)电源的输出功率.
解析:(1)由题图乙所示UI图线知,电源电动势E=4 V,短路电流I短=4 A,故内阻r==1 Ω.
(2)由题图甲、乙知,电源与电阻串联时,电流I=1 A,此时对应路端电压U=3 V.
(3)由题图乙知R=3 Ω,故P出=I2R=3 W.
答案:(1)4 V 1 Ω (2)3 V (3)3 W
「能力提升练」
1.(多选)如图所示,UI图线上,a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态,b点α=β,则下列说法中正确的是( )
A.在b点时,电源的总功率最大
B.在b点时,电源的输出功率最大
C.从a到b时,β角增大,电源的总功率变小,输出功率减小
D.从b到c时,β角增大,电源的效率变大,输出功率减小
解析:选BD 分析图象可知,在b点时,α=β,定值电阻R和电源的内电阻r相等,此时电源的输出功率最大,而电源总功率P=EI,将随I的增大而增大,A选项错误,B选项正确;从a到b时,β角增大,电源的输出功率逐渐变大,C选项错误;从b到c时,β角增大,电源的输出功率逐渐变小,外电阻逐渐增大,电源的效率η=×100%=×100%,逐渐增大,D选项正确.
2.(多选)M、N是一对水平放置的平行板电容器,将它与一电动势为E,内阻为r的电源组成如图所示的电路,R是并联在电容器上的滑动变阻器,G是灵敏电流计,在电容器的两极板间有一带电的油滴处于悬浮状态,如图所示,现保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片向上滑动,则( )
A.在滑片滑动时,灵敏电流计中有从b向a的电流
B.在滑片滑动时,灵敏电流计中有从a向b的电流
C.带电油滴将向上运动
D.带电油滴将向下运动
解析:选BC 电容器两极板间的电压U=E,当将滑动变阻器的滑片向上滑动时,R增大,U增大,电容器的电荷量增加,处于充电状态,灵敏电流计中有电流,由于电容器上板带正电,则灵敏电流计中有从a向b的电流,故A错误,B正确;U增大,由E=分析得知,板间场强增大,则带电油滴将向上运动,故C正确,D错误.
7
3.如图所示的电路中,灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的,现在突然灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是 ( )
A.R3断路 B.R2断路
C.R1短路 D.R1、R2同时短路
解析:选B 由电路图可知,通过灯泡A的电流等于通过灯泡B的电流与通过R2的电流之和.灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,说明通过灯泡B的电流变大,而通过灯泡A的电流变小,因此通过R1的电流变小,所以选B项;R3断路或R1短路都会使两灯泡都比原来变亮;R1、R2同时短路会使灯泡A比原来变亮,灯泡B熄灭.
4.(多选)在如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电容器的电容为C,电压表、电流表均为理想电表,R0为定值电阻,闭合电键S,调节电阻箱的阻值,使其接入电路的阻值增大ΔR,结果电容器的电量增加了ΔQ,电压表示数的增加了ΔU,电流表示数减小了ΔI,则下列关系正确的是( )
A.ΔU= B.ΔR=
C.ΔI< D.ΔQ=ΔIC(R0+r)
解析:选ACD 闭合开关S,增大可变电阻R的阻值后,电路中电流减小,由欧姆定律分析得知,电阻R0两端的电压减小,R两端的电压增大,而它们的总电压即路端电压增大,所以电阻R0两端的电压减小量小于ΔU,即ΔI<.电容器两极板间的电压等于R两端的电压,可知电容器板间电压增大,带电量增大,增大量为ΔQ=CΔU,即ΔU=,故A、C正确;根据闭合电路欧姆定律得:U=E-I(R0+r),由数学知识得知,=R0+r≠ΔR,故B不正确;根据以上分析知ΔQ=CΔU=ΔIC(R0+r),故D正确.
5.如图所示电路中,电源电动势E=9 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=6 Ω,R2=10 Ω,R3=6 Ω,电容器的电容C=10 μF.
7
(1)保持开关S1、S2闭合,求电容器所带的电荷量;
(2)保持开关S1闭合,将开关S2断开,求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量.
解析:(1)保持开关S1、S2闭合,则电容器两端的电压UC=UR1=R1=×6 V=3 V.
电容器所带的电荷量为Q=CUC=10×10-6×3 C=3×10-5C.
(2)保持开关S1闭合,将开关S2断开后,电路稳定时电容器两端的电压等于电源电动势,此时电容器上的电荷量Q′=CE=10×10-6×9 C=9×10-5 C,而流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量QR2=ΔQ=Q′-Q=9×10-5-3×10-5C=6×10-5C.
答案:(1)3×10-5C (2)6×10-5C
6.如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω, R2的阻值未知,R3是一个滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图乙所示,其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器两个不同端点时分别得到的.求:
(1)电源的电动势和内电阻;
(2)定值电阻R2的阻值;
(3)滑动变阻器R3的最大值.
解析:(1)由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir
将图象中A、B两点的电压和电流代入可得
E=16+0.2r,E=4+0.8r
联立解得E=20 V,r=20 Ω.
(2)当R3的滑片自左向右滑时,R3阻值变小,使电路总电阻变小,而总电流变大.由此可知,图线上的A、B两点是滑片分别位于最左端和最右端时所得到的.当滑片位于最右端时,R3=0,R1被短路,外电路总电阻即为R2,故由B点的U、I值可求出R2.
R2== Ω=5 Ω.
(3)当滑片在最左端时,其阻值最大,并对应着图线上的A点,故由A点的U、I值可求出此时外电路总电阻,再根据串、并联电路的规律可求出R3的最大值.
R总== Ω=80 Ω,又R总=+R2
代入数值解得滑动变阻器的最大值R3=300 Ω.
7
答案:(1)20 V 20 Ω (2)5 Ω (3)300 Ω
7
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