1、单元素养评价(四)(第4章)(60分钟60分)一、选择题(本题共9小题,每小题3分,共27分)1.下列关于电源的说法,正确的是()A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大B.电动势就是电源两端的电压C.电源的电动势与外电路有关,外电路电阻越大,电动势就越大D.电动势越大的电源,将其他形式的能转化为电势能的本领越大【解析】选D。电源向外提供的电能除与电动势有关之外,还与输出的电流、通电时间有关,故选项A错误;只有当外电路断路时,电动势才等于电源两端的电压,故选项B错误;电源的电动势由电源自身的性质决定,与有无外电路无关,故选项C错误;电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量,故选
2、项D正确。2.小亮家台灯的插头插在如图所示的插座上,插座上有一个开关和一个指示灯L1(相当于电阻很大的灯泡)。若插座开关和台灯开关分别用S1、S2表示,小亮断开或闭合S1、S2时,记录现象如表。则符合事实的电路图是()开关状态插座指示灯(L1)台灯(L2)闭合S1,断开S2亮不亮闭合S2,断开S1不亮不亮S1和S2都闭合亮亮【解析】选C。插座的开关是控制整个电路的。台灯的开关只控制台灯,插座中的指示灯与台灯应该是并联关系,因为关掉台灯,插座指示灯不受影响。关掉插座开关S1,所有灯都不亮,则C正确,A、B、D错误。3.以下是欧姆表原理的电路示意图,正确的是()【解析】选C。由于要保证电流在表头中
3、由红进黑出,故红表笔应接电源的负极,黑表笔接电源的正极;并且在测量电阻时要进行欧姆调零;故应串接滑动变阻器,故C正确,A、B、D错误。【加固训练】如图所示是用量程为03 mA的电流表改装为欧姆表的电路,其中表内电池的电动势为1.5 V,那么,在电流表的2 mA刻度处所对应的电阻刻度是()A.250 B.500 C.750 D.1 000 【解析】选A。由题意,欧姆表短接时,通过电流表的电流为满偏电流,则欧姆表的内阻为:Rg= =500 ,接入待测电阻后:Rx=-Rg=250 ,则待测电阻的阻值为250 。故B、C、D错误,A正确。4.如图所示,一只玩具电动机用一节干电池供电,闭合开关S后,发现
4、电动机转速较慢,经检测,电动机性能完好;用电压表测a与b间电压,只有0.6 V;断开开关S,测得a与b间电压接近1.5 V,电动机转速较慢的原因是()A.开关S接触不良B.电动机接线接触不良C.电动机两端接线短路D.电池过旧,内阻过大【解析】选D。根据题意知,闭合开关用电压表测a与b间电压,路端电压为0.6 V,断开开关S,a与b间电压为电源的电动势1.5 V,根据U=E-Ir可知,当r比较大时,内阻所占电压较大,此时路端电压较小,故D正确,A、B、C错误。5.(2019江苏高考)如图所示的电路中,电阻R=2 ,断开S后,电压表的读数为3 V;闭合S后,电压表的读数为2 V,则电源的内阻r为(
5、)A.1 B.2 C.3 D.4 【解析】选A。根据闭合电路欧姆定律U外=E-Ir和I=,结合I=可得E=3 V,r=1 ,故选项A正确,B、C、D错误。【加固训练】如图所示电路中,固定电阻R=14 ,电源的内阻r=1 。当开关S闭合时,电流表的示数为0.1 A,则电源电动势()A.E=15 VB.E=1.5 VC.E=1.0 VD.E=0.1 V【解析】选B。开关S闭合时,根据闭合电路的欧姆定律有:E=I(R+r)=0.1(14+1) V=1.5 V;故B正确,A、C、D错误。6.如图所示,直线a为某电源的路端电压随干路电流强度的变化图线,直线b为某一电阻R两端的电压随电流变化的图线,把该电
6、源和该电阻组成闭合电路,电源的输出功率和电源的内电阻分别为()A.4 W,0.5 B.6 W,1 C.4 W,1 D.2 W,0.5 【解析】选A。由闭合电路欧姆定律得:U=E-Ir,当I=0时U=E,则由电源的U-I图像纵轴截距读出电源的电动势E=3 V,图像的斜率的绝对值等于电源的内阻大小,即有r= =0.5 。电源的U-I图像与电阻U-I图像的交点表示该电阻接在该电源上的工作状态,读出此时的路端电压为U=2 V,电流为I=2 A,则电源的输出功率为P=UI=4 W。故选A。【加固训练】如图甲所示的电路中定值电阻R=60 ,电源电动势E=100 V,内阻r=10 。图乙中曲线为灯泡L的伏安
7、特性曲线,直线为电源的路端电压与干路电流的关系图线,以下说法正确的是()A.S断开时电源的效率为60%B.S闭合后电源的总功率会变小C.S闭合后灯泡的亮度增强D.S断开时小灯泡消耗的功率为240 W【解析】选D。S断开时,图乙交点数值为灯泡实际工作的电压和电流,I=6 A,U=40 V,实际功率P=UI=240 W,电源总功率P总=EI=600 W,所以电源的效率=100%=40%,故A错误,D正确;闭合S后,电路外电阻减小,I=,干路电流增大,总功率增大,故B错误;闭合S后,干路电流增大,U内=Ir增大,路端电压减小,灯泡亮度减弱,故C错误。【总结提升】利用U-I图像的解题技巧(1)电源的U
8、-I图像的纵轴截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。(2)电阻U-I图像,纵坐标与横坐标比值为此时对应的电阻。(3)电源的U-I图像与电阻U-I图像的交点表示该电阻接在该电源上的工作状态,交点坐标对应此时路端电压和电流,两者的乘积为电源的输出功率。7.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的亮度变化情况是()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【解析】选C。图中滑动变阻器与灯L1串联后与灯L2并
9、联,再与灯L3串联,灯L3的电流等于干路电流, 将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律得知:干路电流I减小,路端电压增大,则灯L3两端电压变小,故L3灯变暗,而L2灯两端电压增大,所以L2灯电流增大,故L2灯变亮,流过L1灯的电流减小,故L1灯变暗,故C正确,A、B、D错误。8.如图为某同学找到的一块太阳能电池板。这块电池板经过足够长时间的光照后进行测量发现,不接入负载时两极间电压为0.6 V,短路时电流为0.3 mA,则()A.此电池板的电动势为6 VB.此电池板的内阻为2 000 C.接入电路后,不论负载电阻多大通过的电流恒
10、为0.3 mAD.接入电路后,不论负载电阻多大两极间电压恒为0.6 V【解析】选B。当电池板不接负载时所测量电压为电源的电动势,则E=0.6 V,则可知电池板的内阻为:r= =2 000 ,故A错误,B正确;接入电路后,根据闭合电路欧姆定律可知,通过电流小于0.3 mA,故C错误;接入电路后,两极间的电压为路端电压,小于电动势,故D错误。9.如表为某种型号的扫地机器人产品的铭牌,已知当扫地机器人剩余电池容量为总容量的20%时,机器人将停止扫地,寻觅充电基座自动回去充电。如果该机器人扫地时一直处于额定工作状态,则()额定工作电压12 V额定功率40 W电池容量2 400 mAhA.扫地时电流为2
11、 400 mAB.扫地时电流为3.33 AC.扫地时机器人电阻为3.6 D.机器人可以连续扫地60 min【解析】选B。扫地机器人的额定电压为12 V、额定功率为40 W,则其扫地时电流为I= A=3.33 A,故A错误,B正确;考虑到扫地机器人工作时一部分能量转化为机械能,所以机器人的电阻RUB(1分)UAB=E=6 V(2分)(2)K闭合时,R1、R2串联,电路中有电流,此时AB等势。电容器C1两端的电压为R1两端的电压,电容器C2两端的电压为R2两端的电压UC1=UR1,UC2=UR2电路中电流I=1.5 A(1分)UC2=UR2=IR2=1.5 V(2分)UC1=UR1=IR1=3 V
12、(2分)在K断开的瞬间,电容器两端的电压小于电源两端电压,所以电源继续给电容器充电直到达到稳定。K断开后,流过电阻的总电量即为新充入的电量,则:对C1,Q1=C1U1=13 C=3 C(1分)对C2,Q2=C2U2=24.5 C=9 C(1分)答案:(1)A点电势高UAB=6 V(2)3 C9 C【加固训练】如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 ,电阻R1=2 ,R2=3 ,R3=7.5 ,电容器的电容C=4 F。开关S原来断开,现在合上开关S到电路稳定,试问这一过程中通过电流表的电量是多少?【解析】S断开,C相当于断路,R3中无电流,C两端电压即R2两端电压,电容器的电压U2=E=6
13、V=3 V;电容器的带电量Q=CU2=4 F3 V=1.210-5 C,且a板带正电,b板带负电。S闭合,R1与R2串联后再与R3并联,C两端电压即R1两端电压,由电路分析可知外电路总电阻为R外= =3 电容器的电压U1=R外=1.8 V电容器的带电量Q=CU1=7.210-6 C。且a板带负电,b板带正电。据此通过电流表的电量Q=Q+Q=1.210-5 C+7.210-6 C=1.9210-5 C。答案:1.9210-5 C13.(12分)如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 ,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过
14、的电流变化图像如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求:(1)电源的电动势和内阻。(2)定值电阻R2的阻值。(3)滑动变阻器的最大阻值。【解析】(1)将乙图中AB线段延长,交U轴于20 V处,交I轴于1.0 A处,所以电源的电动势为E=20 V,内阻r=20 。(3分)(2)当P滑到R3的右端时,电路参数对应乙图中的B点,即U2=4 V、I2=0.8 A,得R2=5 。(3分)(3)当P滑到R3的左端时,由乙图知此时U外=16 V,I总=0.2 A,所以R外=80 。(3分)因为R外=+R2,所以滑动变阻器的最大阻值为:R3=300 。(3分)答案:(1)20 V20
15、 (2)5 (3)300 (30分钟40分)14.(5分)(多选)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,平行板电容器C的两金属板水平放置。G为灵敏电流计。开关S闭合后,两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态。则在滑动变阻器R的触头P向上移动的过程中,下列判断正确的是()A.灵敏电流计G中有ba的电流B.油滴向上加速运动C.电容器极板所带电荷量将减小D.通过电阻R2的电流将减小【解析】选A、B。油滴原来处于平衡状态,重力和静电力平衡;电容器与电阻R、电阻R2相并联后与R1串联,滑片P向上移动,电阻R变大,电路总电阻变大,总电流变小,R2和R并联,根据“串反并同”,则通过电阻R2的电流
16、将增大,故D错误;根据Q=CU,电容器所带电荷量增大,上极板带正电,电容器充电,灵敏电流计G中有ba的电流,电容器两端电压增大,电场强度增大,电场力增大,所以油滴向上加速运动,故A、B正确,C错误。15.(5分)(多选)如图所示的电路中,由于某一电阻发生断路或短路,使A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是()A.R1短路B.R2断路C.R3断路D.R4短路【解析】选B、C。若R1短路,外电路总电阻减小,电流变大,A灯变亮,故A错误;若R2断路,B灯泡分得的电压变大,变亮;外电阻总电阻变大,电流减小,A灯变暗,故B正确;R3断路,B灯泡分得的电压变大,变亮;外电阻总电阻变大,电流减小,A灯变暗,故C正
17、确;R4短路,外电路总电阻减小,电流变大,A灯变亮,故D错误。16.(5分)(多选)两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据,另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据。并根据数据描绘了如图乙所示的两条U-I图线。则图像中两图线的交点表示的物理意义是()A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端B.电源的输出功率最大C.定值电阻R0上消耗的功率为0.5 WD.电源的效率达到最大值【解析】选B、C。由题图可得,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 ,在交点位置有R+R0
18、=2 ,R0=2 ,则R=0,滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端,故A错误;当电路中外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,由于R0r,因此R越小,电源的输出功率越大,故B正确;P0=U2I=0.5 W,故C正确;电源的效率=,电流越小,电源的效率越大,可见滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时电源的效率最大,故D错误。【加固训练】(多选)如图中电源的电动势为6 V,内阻为1 ,R1为2 ,R2全阻值为3 ,下列说法错误的是()A.当R2为1 时,R1消耗的功率最大B.通过改变R2的阻值,路端电压的最大值为5 V,最小值为3 VC.R2的阻值越小,R1消耗的功率越大D.当R2的阻值为3 时,R2
19、消耗的功率最大【解析】选A、B。R1是定值电阻,由P=I2R知,当R2=0时,电路中电流最大时,R1功率最大,故A错误;路端电压随外电阻增大而增大,则当R2=3 时,路端电压最大,最大值为Umax=E=6 V=5 V,当R2=0时,路端电压最小,最小值为Umin=E=6 V=4 V,故B错误;R1是定值电阻,由P=I2R知,R2的阻值越小,电路中电流越大,R1消耗的功率越大,故C正确;当R2的阻值为3 时,R2=R1+r,R2消耗的功率最大,故D正确。17.(12分)(2020天津等级考)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。电压表(量程03 V,内阻约为3 k
20、)电流表(量程00.6 A,内阻约为1 )滑动变阻器(0 20 ,额定电流1 A)待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 )开关、导线若干(1)该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是。(2)改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的(选填“a”或“b”)端。(3)实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动
21、势为V,内阻为。(结果均保留两位有效数字)【解析】(1)由于待测电池组阻值较小,应采用电流表外接法(相对电源),而图示为电流表内接法,故图中导线5连接不当;(2)在实验开始前,为了保护电路,应将滑动变阻器的滑片P调节到阻值最大处,故滑片应置于滑动变阻器的a端;(3)根据闭合电路欧姆定律E=U+I(R0+r)可知,当I=0时,U=E=2.9 V,图像斜率k=-(R0+r)=-=-5.8,则r=0.80 。答案:(1)5(2)a(3)2.90.8018.(13分)如图所示,一电荷量q=310-4C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
22、的夹角 =37。已知两板相距d=0.1 m,电源电动势E=12 V,内阻r=2 ,电阻R1=4 ,R2=R3=R4=12 。g取 10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8。求:(1)流过电源的电流。(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=6 (2分)由闭合电路欧姆定律得IA= A=1 A。(2分)(2)电容器两板间的电压UC=IA(R1+R23)=110 V=10 V(2分)电容器两板间的电场强度E1= N/C=100 N/C。(2分)(3)小球处于静止状态,所受电场力为F,由平衡条件得F=mgtan(2分)又有F=qE1,所以m=代入数据解得m=410-3 kg。(3分)答案:(1)1 A(2)100 N/C(3)410-3 kg