人教版高中物理选修31第二章第7节Word格式文档下载.docx
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5.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA.若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.10VB.0.20VC.0.30VD.0.40V
答案 D
解析 由已知条件得:
E=800mV.
又因I短=
,所以r=
=
Ω=20Ω.
所以U=IR=
R=
×
20mV=400mV
=0.40V,选项D正确.
【概念规律练】
知识点一 闭合电路欧姆定律
1.如图1所示,当开关S断开时,电压表示数为3V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8V,则外电阻R与电源内阻r之比为( )
图1
A.5∶3B.3∶5
C.2∶3D.3∶2
解析 S断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即:
E=3V.S闭合时,U外=1.8V,所以U内=E-U外=1.2V.因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2.
2.如图2所示,电源电动势E=30V,内阻r=1Ω,灯泡上标有“6V 12W”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.
图2
答案 36W
解析 因灯泡正常发光,所以I=
A=2A
U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.
知识点二 路端电压与负载的关系
3.若E表示电动势,U表示外电压,U′表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内电阻,I表示电流,则下列各式中正确的是( )
A.U′=IRB.U′=E-U
C.U=E+IrD.U=
E
答案 BD
4.如图3所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线,则( )
图3
A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等
B.电流都是I1时,两电源内电压相等
C.电路A的电动势大于电路B的电动势
D.A中电源的内阻大于B中电源的内阻
答案 ACD
解析 在路端电压与总电流的关系图线(U—I)中,图线在U轴上的截距表示电动势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见EA>
EB,rA>
rB.图中两直线的交点坐标为(I1、U1),由R=
可知,路端电压都为U1时,它们的外电阻相等.由U′=Ir可知,电流都是I1时,因r不相等,故两电源内电压不相等.所以选项A、C、D正确.
【方法技巧练】
一、闭合电路动态问题的分析方法
5.如图4所示的电路中,在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中,两表的示数情况为( )
图4
A.电压表示数增大,电流表示数减小
B.电压表示数减小,电流表示数增大
C.两电表示数都增大
D.两电表示数都减小
答案 A
6.在如图5所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表○A的读数为I,电压表○V的读数为U,当R5的滑动触点向图中a端移动时( )
图5
A.I变大,U变小B.I变大,U变大
C.I变小,U变大D.I变小,U变小
解析 本题考查闭合电路的动态分析.当R5的滑动触点向图中a端移动时,R5接入电路的电阻变小,外电路的总电阻就变小,总电流变大,路端电压变小即电压表○V的读数U变小;
由于总电流变大,使得R1、R3两端电压都变大,而路端电压又变小,因此,R2和R4串联两端电压变小,则电流表○A的读数I变小,故选D.
方法总结 闭合电路的动态分析是一类非常典型的题目类型,解决这类问题的关键是抓住电源的E、r不变,思路是外电路电阻变化,引起全电路中电流的变化,根据闭合电路欧姆定律公式I=
,以及E=U外+U内=IR+Ir进行正确推理,从而判定路端电压U外和内电压U内的变化.然后再应用串、并联电路的特点判断外电路的电流或某个电阻的变化情况,即应用“部分——整体——部分”这样的顺序分析.
二、闭合电路功率问题的分析
7.如图6所示,直线A为电源的路端电压U与电流I关系的图象,直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图象.用该电源与电阻R组成闭合电路,电源的输出功率和效率分别为( )
图6
A.4W,33%B.2W,33%
C.2W,67%D.4W,67%
8.如图7所示的电路中,电池的电动势E=5V,内电阻r=10Ω,固定电阻R=90Ω,R0是可变电阻.在R0由0增加到400Ω的过程中,求:
图7
(1)可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率;
(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和.
答案
(1)R0=100Ω时,Pm=
W
(2)0.01W
解析
(1)可变电阻R0上消耗的热功率
P1=I2R0=(
)2R0=
由上式可得:
当R0=100Ω时,P1有最大值Pm=
W=
W.
(2)r和R上消耗的热功率之和P2=I2(R+r)=
100
由上式可知,R0最大时,P2最小,即当R0=400Ω时,P2有最小值P2min=
100W=0.01W.
方法总结 电源的输出功率P与外电阻R的关系P出=UI=I2R=(
)2R=
由上式可知:
当R=r时,P出有最大值,且最大值Pm=
根据电源的输出功率与外电阻的关系可知,二者关系如图所示.
1.在闭合电路中,下列叙述正确的是( )
A.闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比
B.当外电路断开时,路端电压等于零
C.当外电路短路时,电路中的电流无穷大
D.当外电阻增大时,路端电压也增大
答案 AD
2.在已接电源的闭合电路里,关于电源的电动势、内电压、外电压的关系下列说法正确的是( )
A.若外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随之增大
B.若外电压减小,内电阻不变,内电压也就不变,电源电动势必然减小
C.若外电压不变,则内电压减小,电源电动势也会随内电压减小
D.若外电压增大,则内电压减小,电源的电动势始终等于二者之和
3.如图8所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U—I图象,则下列说法中正确的是( )
图8
A.电动势E1=E2,短路电流I1>
I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>
r2
C.电动势E1>
E2,内阻r1<
D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大
解析 由图象可知两电源的U—I图线交纵轴于一点,则说明两电源的电动势相同;
交横轴于两不同的点,很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流,则A项正确.又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值,即电源2的内阻大于电源1的内阻,则可知B、C项错误.由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量,可知D项正确.
4.如图9所示是一实验电路图.在滑动触头由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是( )
图9
A.路端电压变小
B.电流表的示数变大
C.电源内阻消耗的功率变小
D.电路的总电阻变大
解析 滑动触头由a端滑向b端的过程中,R1值减小,因此总电阻变小,D错误;
干路电流变大,路端电压变小,A正确;
内阻消耗的功率变大,C错误;
定值电阻R3两端的电压变小,电流表示数变小,B错误.
5.在如图10所示电路中,当变阻器的滑动头P由a向b端移动时( )
图10
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电压表示数变大,电流表示数变大
D.电压表示数变小,电流表示数变小
答案 B
6.如图11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1A,那么AB线段表示的功率为( )
图11
A.1WB.6W
C.2WD.2.5W
解析 由图象中不难看出,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=
=1Ω.图象上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×
3-12×
1)W=2W.故正确选项为C.
7.如图12所示的电路中,灯泡A、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( )
图12
A.R1短路
B.R2断路
C.R3断路
D.R1、R2同时短路
8.如图13所示,用电池对电容器充电,电路a、b之间接有一灵敏电流表,两极板之间有一个电荷q处于静止状态.现将两极板的间距变大,则( )
图13
A.电荷将向上加速运动
B.电荷将向下加速运动
C.电流表中将有从a到b的电流
D.电流表中将有从b到a的电流
9.如图14所示,电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接.只合上开关S1,三个灯泡都能正常工作.如果再合上S2,则下列表述正确的是( )
图14
A.电源输出功率减小
B.L1上消耗的功率增大
C.通过R1上的电流增大
D.通过R3上的电流增大
解析 合上S2之前,R3与L3串联后与L1、L2并联,最后与R1串联.合上S2之后,在并联电路部分又增加了一个并联的支路,电路的总阻值减小,电路的总电流也即流过R1的电流增大,C正确.因电源的内阻不计,则电源的输出功率P=IE增大,A错误.通过R1中的电流增大时R1两端电压升高,则并联电路部分的两端电压降低,L1消耗的功率降低,通过R3与L3的电流减小,B、D均错误.
10.如图15所示,电源电动势E=10V,内阻r=0.2Ω,标有“8V 16W”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( )
图15
A.16WB.440W
C.80WD.400W
解析 电路的总电流I=
A=10A,
则电源的输出功率为P=IU额=10×
8W=80W
11.如图16所示的电路中,当开关S接a点时,标有“5V 2.5W”的小灯泡L正常发光,当开关S接b点时,通过电阻R的电流为1A,这时电阻R两端的电压为4V.求:
图16
(1)电阻R的值;
(2)电源的电动势和内阻.
答案
(1)4Ω
(2)6V 2Ω
解析
(1)电阻R的值为R=
Ω=4Ω.
(2)当开关接a时,有E=U1+I1r,
又U1=5V,
I1=
A=0.5A.
当开关接b时,有E=U2+I2r,
又U2=4V,I2=1A,
联立解得E=6V,r=2Ω.
12.如图17所示电路中,E=10V,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF,电池内阻不计,求:
图17
(1)闭合开关S,稳定后通过R1的电流;
(2)然后将开关S断开,这以后流过R1的总电荷量.
答案
(1)1A
(2)1.2×
10-4C
解析
(1)闭合S时:
A=1A
(2)设S闭合与断开时C的电荷量分别为Q1、Q2,则:
Q1=CIR2 Q2=CE
所以,断开S后,流过R1的电荷量为:
ΔQ=Q2-Q1=30×
10-6×
(10-6)C=1.2×
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