1、闭合电路的欧姆定律 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.在新冠肺炎疫情出现后,全国上下纷纷参与到了这场没有硝烟的战争中。某厂家生产的医用监护仪紧急发往疫情地区医院,其配套的电池如图所示。某同学根据电池上的标示,所做的判断错误的是()A.该电池放电时能输出的总电荷量为1 800 CB.该电池的电动势为3.6 VC.若电池以10 mA的电流工作,可用50 hD.若两块电池串联使用,电动势仍为3.6 V【解析】选D。由电池铭牌可知,该电池的电动势为3.6 V,故B项正确;由q=500 mAh得,q=50010-3 A3 600 s=1 800 C,故A项正确;由q=I
2、t得t= s=1.8105 s=50 h,故C项正确;两块电池串联使用时,E总=2E=7.2 V,故D项错误。2.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,图线b是某纯电阻电器的U-I图像。则在该光照强度下,把该电池和该电器组成一个电路时,电池的()A.内阻为12.5 B.输出功率为12.5 WC.内耗功率为0.22 WD.效率为50%【解析】选C。由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,E=U,由a与纵轴的交点读出电动势为E=3.6 V。根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=2.5 V,电流
3、为I=0.2 A。将它们组成闭合回路时路端电压为U=2.5 V,电流为I=0.2 A,则电池的内阻为r= =5.5 ,故A不正确;电池的输出功率为:P出=UI=2.50.2 W=0.5 W,故B错误;硅光电池的总功率为:P总=EI=3.60.2 W=0.72 W。内耗功率为P内= P总 -P出=0.22 W,故C正确;电池的输出效率为:=100%=100%69.4%,故D错误。3.国家航天局消息,“嫦娥四号”着陆器于2019年7月26日19时12分成功完成唤醒设置,进入第8月昼工作期。“嫦娥四号”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,在正常照
4、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,则每秒照射到单片单晶硅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。太阳能电池每秒产生的电能为W=EIt=0.6 V0.1 A1 s=0.06 J;则照到太阳能电池上的光能为W光= J=0.26 J,故选C。4.如图所示的电路中,把R由2 改变为6 时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为()A.4 B.8 C.6 D.2 【解析】选D。设电源的内阻为r,则根据闭合电路欧姆定律,得I1=,I2=。联立两式得2(R1
5、+r)=R2+r,代入数据解得r=2 ,故D项正确。5.在如图所示电路中,电源的电动势E=9.0 V,内阻可忽略不计;AB为滑动变阻器,其最大电阻R=30 ;L为一小灯泡,其额定电压U=6.0 V,额定功率P=1.8 W;S为开关,开始时滑动变阻器的触头位于B端,现在接通开关S,然后将触头缓慢地向A端滑动,当到达某一位置C时,小灯泡恰好正常发光。则C、B之间的电阻应为()A.10 B.20 C.15 D.5 【解析】选B。小灯泡恰好正常发光,说明此时通过小灯泡的电流为额定电流I额= A=0.3 A,两端电压为额定电压U额=6.0 V,而小灯泡和电源、滑动变阻器的AC部分串联,则通过电阻AC的电
6、流与通过小灯泡的电流相等,故RAC= =10 ,所以RCB=R-RAC=20 ,故B项正确。6.如图所示,A为电源的U-I图线,B为电阻R的U-I图线,用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和效率分别是()A.4 W,B.2 W,C.4 W,D.2 W,【解析】选C。从题图可知E=3 V,图线A和图线B的交点是电源和电阻R构成闭合电路的工作点,因此P出=UI=4 W,P总=EI=6 W。电源的效率=,故C项正确。【加固训练】1.如图所示为测电源电动势和内电阻时,依据测量数据作出的路端电压与电流的关系图线,图中DC平行于横坐标轴,DE平行于纵坐标轴,由图可知,以下说法错误的是()A.比值表
7、示外电路电阻B.比值表示电源内电阻C.比值表示电源电动势D.矩形OCDE的面积表示电源的输出功率【解析】选C。由图像可知,D点对应的路端电压大小可以用DE表示,电路电流可以用OE表示,外电路电阻R=,故A项正确;AC段表示电源内电压,CD表示电路电流,电源内阻r=,故B项正确;电源的电动势E=U内+U外=AC+CO=AO,故C项错误;电源的输出功率P=U外I=COOE=SOCDE,故D项正确。2.如图为测量某电源电动势和内阻时得到的U-I图线(U为路端电压,I为电路总电流)。用此电源与三个阻值均为3 的电阻连接成电路,测得路端电压为4.8 V。则该电路可能为()【解析】选B。由U-I曲线可以得
8、出,电源电动势为6 V,内阻r=0.5 。当路端电压为4.8 V时,电源内阻上的电压为1.2 V,电路总电流为2.4 A,可得外电路总电阻为2 。A项,3个3 的电阻并联后阻值为1 ,故A项错误;B项,2个3 电阻串联得到电阻为6 ,再与3 电阻并联所得电阻为2 ,故B项正确;C项,3个3 电阻串联所得电阻为9 ,故C项错误;D项,2个3 电阻并联得到电阻为1.5 ,再与3 电阻串联后得到电阻为4.5 ,故D项错误。二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7. (12分)如图所示的电路中,R1=9 ,R2=30 ,S闭合时,理想电压表V的示数为
9、11.4 V,理想电流表A的示数为0.2 A,S断开时,理想电流表A的示数为0.3 A,求:(1)电阻R3的值;(2)电源电动势E和内阻r的值。【解析】(1)S闭合时,R2两端电压:U2=I2R2=6 V;所以,R1两端电压为:U1=U-U2=5.4 V;流过R1的电流:I1=0.6 A流过电阻R3的电流I3=I1-I2=0.6 A-0.2 A=0.4 A所以电阻R3的阻值R3= =15 (2)由闭合电路欧姆定律,当S闭合时E=U+I1r当S断开时E=I(R1+R2+r)代入数据,联立解得E=12 V,r=1 。答案:(1)15 (2)12 V1 8. (12分)如图所示的电路中,电源电动势E
10、=10 V,内阻r=0.5 ,电动机的电阻R0=1.0 ,定值电阻R1=1.5 。电动机正常工作时,理想电压表的示数U1=3.0 V。求:(1)电源总功率;(2)电源的输出功率;(3)电动机消耗的电功率,以及将电能转化为机械能的功率。【解析】(1)已知电压表的示数U1=3.0 V和定值电阻R1=1.5 ,根据欧姆定律可求出电路中的电流I=2.0 A电源的总功率P总=EI=20 W。(2)电源的输出功率P出=EI-I2r=18 W。(3)根据闭合电路欧姆定律,电动机两端的电压U2=E-U1-Ir=6 V电动机消耗的电功率P电=U2I=12 W电动机将电能转化为机械能的功率,就是电动机的输出功率P
11、机=U2I-I2R0=8 W。答案:(1)20 W(2)18 W(3)12 W8 W (15分钟40分)9. (6分)(多选)如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L标有“2 V0.4 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 时,小灯泡L正常发光,现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作。则()A.电源内阻为1 B.电动机的内阻为4 C.电动机正常工作电压为1 VD.电源效率约为93.3%【解析】选A、D。 小灯泡的额定电流为I= A=0.2 A,电阻为RL= =10 。当接1时,由闭合电路欧姆定律:E=I(RL+R+r),代入数据解得r=1 ,故A项正确;当接2时灯泡正常发光,流过的电
12、流为I=0.2 A,电源内阻分得的电压为U内=Ir=0.21 V=0.2 V,故电动机分得的电压为U动=E-UL-U内=3 V-2 V-0.2 V=0.8 V,故C项错误;电动机对外功率未知,不能求出电动机的电阻,故B项错误;电源的效率=100%=100%=93.3%,故D项正确。10. (6分)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系上,如图中的a、b、c所示,根据图线可知()A.反映Pr变化的图线是bB.电源电动势为8 VC.电源内阻为1 D.当电流为0.5 A时,外电路的电阻为6 【解析】选D。电源内部的发热功率Pr=I2r,
13、Pr-I图像是抛物线,而且是增函数,则反映Pr变化的图线是c,故A项错误;直流电源的总功率PE=EI,所以图像为a且斜率等于电动势E,则有E=4 V,故B项错误;图中I=2 A时,电源内部的发热功率Pr与电源的总功率相等,则有Pr=I2r,得到r=2 ,故C项错误;当电流为0.5 A时,根据闭合电路欧姆定律得:I=,代入数据解得R=6 ,故D项正确。11. (6分)(多选)某直流电源与电阻R构成闭合电路,电阻R两端的电压为U,通过它的电流为I,如图所示。图线上,a、b、c各点均表示该电路中某一个确定的工作状态,在b点=,则下列说法中正确的是()A.在b点时,电源内阻消耗的功率最大B.在b点时,
14、电源有最大输出功率C.从a到b时,角增大,电源的输电效率与输出功率均增大D.从b到c时,角增大,电源的总功率将减小【解析】选B、C、D。根据Pr=I2r知,电流最大时,电源内阻消耗的功率最大,b点电流不是最大,内阻上消耗的功率不是最大,故A错误;在b点时,因为=,所以直线Ob的斜率大小与直线ac的斜率大小相等,所以此时外电阻和电源的内电阻的大小相等,此时电源的输出功率最大,故B正确;从ab时角变大,电流变小,电源的总功率变小,由P出=I2R=()2R=,可知ab时外电阻越来越接近内电阻,(R-r)2越来越小,输出功率增大,电源的输电效率=100%=100%,外电阻增大,输电效率增大,故C正确;
15、bc,角增大,外电阻增大,电流减小,电源的总功率P总=IE减小,故D正确。故选B、C、D。12.(22分)如图所示,甲图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如乙图中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U-I图像中的哪一条直线?(2)定值电阻R0、滑动变阻器的总电阻R分别为多少?(3)求出电源的电动势和内阻。【解析】(1)电流增大,路端电压减小,定值电阻R0分压增大,V1指示电阻R0两端电压,示数变化如AC直线所示,V2指示路端电压,示数变化如BC直线所示。(2)根据欧姆定律,由题图
16、乙可知,R0= =3 。当电流取最小值I0=0.5 A时,滑动变阻器的阻值最大,此时滑动变阻器两端电压UR=UB-UA=(7.5-1.5) V=6 V,总电阻R= =12 。(3)根据闭合电路欧姆定律,路端电压与电流的关系是U=E-Ir,所以BC直线斜率的绝对值表示电源内阻,即r=|= =1 ,电动势E=UB+I0r=(7.5+0.51) V=8 V。答案:(1)见解析(2)3 12 (3)8 V1 【加固训练】1.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
17、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=,所以a=,b=,故D项正确。2.如图,电路中三个电阻R1、R2和R3的阻值分别为R、2R和4R。当电键S1断开、S2闭合时,电源输出功率为P0;当S1闭合、S2断开时,电源输出功率也为P0。求:(1)电源电动势。(2)当S1、S2都断开时,电源的总功率。【解析】(1)当电键S1断开、S2闭合时,电路中电流I1=,P0=R=。当S1闭合、S2断开时,电路中电流I2=,P0=4R=。联立解得:r=2R,E=3。(2)当S1、S2都断开时,电路中电流I3=,电源的总功率为P=EI3= P0。答案:(1)3(2)P0
