高中物理鲁科版选修31第四章第2讲习题课闭合电路的分析与计算.docx
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高中物理鲁科版选修31第四章第2讲习题课闭合电路的分析与计算
闭合电路的动态分析
图4-2-6
1.在如图4-2-6所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,平行板电容器C的两金属板水平放置,R1和R2为定值电阻,P为滑动变阻器R的滑动触头,G为灵敏电流表,A为理想电流表.开关S闭合后,C的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,在P向上移动的过程中,下列说法正确的是( )
A.A表的示数变大
B.油滴向上加速运动
C.G中有a→b的电流
D.电源的输出功率一定变大
答案 B
解析 油滴静止时,它所受的重力等于向上的电场力F=qE=
,在P向上移动的过程中,滑动变阻器的有效电阻变大,电路的总电阻变大,由闭合电路欧姆定律,知电路的总电流I变小,路端电压U外变大,则选项A错误;而电阻R1两端的电压U1=IR1变小,由U外=U1+U并,知U并变大,UC=U并变大,油滴所受电场力变大,将向上加速运动,QC=CU并变大,电容器C充电,电流方向由b→a,则选项B正确,C错误;电源的输出功率变化不确定,选项D错误.
闭合电路中的功率
图4-2-7
2.如图4-2-7所示,直线A为电源的UI图线,直线B为电阻R的UI图线,用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和电路的总功率分别是( )
A.4W,8WB.2W,4W
C.4W,6WD.2W,3W
答案 C
解析 从题图中可知E=3V,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=4W,P总=EI=6W.
含容电路分析
图4-2-8
3.如图4-2-8所示,R是光敏电阻,当它受到的光照强度增大时( )
A.灯泡L变暗
B.光敏电阻R上的电压增大
C.电压表V的读数减小
D.电容器C的带电荷量增大
答案 CD
解析 光照强度增大时,R的阻值减小,闭合电路的总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律知I=
增大,灯泡L变亮,选项A错误;光敏电阻R上的电压UR=E-
I(r+R灯)减小,选项B错误;电压表V的读数U=E-Ir减小,选项C正确;电容器C两端的电压等于灯泡两端的电压,灯泡两端的电压UL=IR灯增大,所以电容器C的带电荷量Q=CUL增大,选项D正确.
电路故障分析
图4-2-9
4.如图4-2-9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
答案 B
解析 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.
题组一 闭合电路的动态分析
图4-2-10
1.如图4-2-10所示的电路,闭合电键S,待电路中的电流稳定后,减小R的阻值.则( )
A.电流表的示数减小
B.电压表的示数减小
C.电阻R2两端的电压减小
D.路端电压增大
答案 B
解析 题图中的电路结构是R1与R先并联,再与R2串联,故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓.R2两端电压U2=I干R2,U2增大,所以R与R1的并联电压减小,
读数减小,A、C、D错误,B项正确.
图4-2-11
2.如图4-2-11所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光,如果变阻器的滑片向b端滑动,则( )
A.电灯L更亮,安培表的示数减小
B.电灯L更亮,安培表的示数增大
C.电灯L更暗,安培表的示数减小
D.电灯L更暗,安培表的示数增大
答案 A
解析 变阻器的滑片P向b端滑动,R1接入电路的有效电阻增大,外电阻R外增大,干路电流I减小,安培表的示数减小,路端电压U增大,电灯两端电压增大,电灯L更亮,A正确,B、C、D错误.
图4-2-12
3.如图4-2-12所示,E为电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器.当R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动,则三个电表示数的变化情况是( )
A.I1增大,I2不变,U增大
B.I1减小,I2增大,U减小
C.I1增大,I2减小,U增大
D.I1减小,I2不变,U减小
答案 B
解析 滑动触点由a向b移动时,R2阻值减小,所以总电阻减小,电路中总电流增大,则内电压增大,路端电压减小,故U减小;总电流增大,R3两端电压也增大,所以并联电压减小,故I1减小,I2增大.
4.
图4-2-13
(2012·广州调研)如图4-2-13所示的电路中,电源的内阻r≠0,R1和R2是两个定值电阻.当滑动变阻器R的滑片向a移动时,电路中的电流I1、I2的变化情况是( )
A.I1不变B.I1变小C.I2变大D.I2变小
答案 BC
解析 当滑动变阻器R的滑片向a移动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,整个回路的总电阻变小,根据闭合电路欧姆定律可知,干路电流I=
变大,路端电压U=E-Ir变小,I1变小,A错误,B正确;又I=I1+I2,所以I2变大,C正确,D错误.
5.某实物投影机有10个相同的强光灯L1~L10(24V,220W)和10个相同的指示灯X1~X10(220V,2W),将其连接在220V的交流电源上,电路如图4-2-14所示,若工作一段时间后L2灯丝烧断,则( )
图4-2-14
A.X1的功率减小,L1的功率增大
B.X1的功率增大,L1的功率增大
C.X2的功率增大,其他指示灯的功率减小
D.X2的功率减小,其他指示灯的功率增大
答案 C
解析 由串、并联电路的知识知,若L2灯丝烧断,电路的电阻值变大,电流变小,除X2两端电压变大外,其他电压变小,故选C.
题组二 对闭合电路功率的理解
6.两个电池1和2的电动势E1>E2,它们分别向同一电阻R供电,电阻R消耗的电功率相同.比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P1和P2及电池的效率η1和η2的大小,则有( )
A.P1>P2,η1>η2B.P1>P2,η1<η2
C.P1<P2,η1>η2D.P1<P2,η1<η2
答案 B
解析 因为PR相等,则电流I相等.由I=
=
;因E1>E2则r1>r2,所以P1>P2,而η=
=
,所以η与E成反比,故η1<η2,故选B.
7.将阻值为4Ω和10Ω的两个电阻R1、R2分别接在同一电源上,结果R2上消耗的功率P2比R1上消耗的功率P1大,则( )
A.电源内阻一定大于4Ω
B.两电阻串联后接此电源,外电路总功率一定大于只接R2时的功率
C.两电阻并联后接此电源,外电路总功率一定小于只接R1时的功率
D.只接R1时电源消耗的功率一定大于只接R2时消耗的功率
答案 ACD
解析 根据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示.
因为R2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大.所以有R1
图4-2-15
8.如图4-2-15所示,直线OAC为某一直流电源的总功率P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P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( )
A.1W B.6W
C.2W D.2.5W
答案 C
解析 由题图不难看出,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.图像上AB线段表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×3-12×1)W=2W.故正确选项为C.
9.
图4-2-16
(2012·河南三市调研)电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比,如图4-2-16所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线,直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线.直线C为一个电阻R两端的电压与电流关系的图线,将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么( )
A.R接到电源a上,电源的效率较低
B.R接到电源b上,电源的输出功率较大
C.R接到电源a上,电源的输出功率较大,电源效率较高
D.R接到电源b上,电源的输出功率较小,电源效率较高
答案 C
解析 电源的效率η=
=
,由题中图像可知A与C交点处电压大于B与C交点处电压,则R接在电源a上效率较高;电源输出功率P=UI,由题中图像易得R接在电源a上输出功率较大,A、B、D错误,C正确.
题组三 含容电路分析
图4-2-17
10.如图4-2-17所示,C为两极板水平放置的平行板电容器,闭合开关S,当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时,悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态.要使尘埃P向下加速运动,下列方法中可行的是( )
A.把R2的滑片向左移动
B.把R2的滑片向右移动
C.把R1的滑片向左移动
D.把开关S断开
答案 A
解析 若尘埃P处于静止状态,则重力与电场力平衡.若尘埃向下加速运动,则电场力减小,电容器两极板间的电压减小,故向左移动R2的滑片可以实现这种变化.故A正确、B错.由于稳定时R1支路无电流,故无论如何移动R1,电容器两极板间的电压都不会改变,故尘埃仍平衡,故C错.断开开关S,电容器两极板间电压增大,这种情况与B选项效果相同,故D错.
图4-2-18
11.在如图4-2-18所示的电路中,灯泡L的电阻大于电源的内阻r,闭合电键S,将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后,下列结论正确的是( )
A.灯泡L变亮
B.电源的输出功率变小
C.电容器C上电荷量减少
D.电流表读数变小,电压表读数变大
答案 BD
解析 将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后,R的阻值变大,电路中电流变小,灯泡变暗,A错误;路端电压变大,电阻R两端电压变大,电容器C两端电压变大,电容器C上电荷量增加,C错误,D正确;当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大,灯泡L的电阻大于电源的内阻r,则外电路电阻比r大得越多,输出功率越小,B正确.
图4-2-19
12.如图4-2-19所示,M、N是平行板电容器的两个极板,R0为定值电阻,R1、R2为可调电阻,用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部.闭合开关S,小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2,关于F的大小判断正确的是( )
A.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大
B.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变小
C.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大
D.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变小
答案 B
解析 当电路接通后,对小球受力分析:
小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用,其中重力为恒力,当电路稳定后,R1中没有电流,两端等电势,因此电容器两极板电压等于R0两端电压,当R2不变,R1变化时,电容器两极板电压不变,板间电场强度不变,小球所受电场力不变,F不变,C、D两项错.若保持R1不变,缓慢增大R2,R0两端电压减小,电容器两端电压减小,内部电场减弱,小球受电场力减小,F变小.故A项错,B项正确.
题组四 综合应用
图4-2-20
13.如图4-2-20所示为一直流电路,电源内阻不能忽略,但R0大于电源内阻,滑动变阻器的最大阻值小于R,当滑动变阻器滑片P从滑动变阻器的最右端滑向最左端的过程中,下列说法正确的是( )
A.电压表的示数一直增大
B.电流表的示数一直增大
C.电阻R0消耗的功率一直增大
D.电源的输出功率一直增大
答案 A
解析 滑动变阻器的最大阻值小于电阻R,在滑片P向左滑动的过程中,电路中的总电阻增大,总电流减小,电流表的示数减小,B项错误;电阻R0消耗的功率减小,C项错误;内电压一直减小,外电压一直增大,R0两端电压一直减小,电压表示数增大,A项正确;由于电源的内阻小于R0,因此在滑动变阻器滑动过程中电源的输出功率一直减小,D项错误.
图4-2-21
14.如图4-2-21所示的电路中,已知电源电动势E=36V,内阻r=2Ω,R1=20Ω,每盏灯的额定功率都是2W,额定电压也相同.当S闭合,R2调到14Ω时,两灯都正常发光;当S断开,要使L2仍正常发光,则R2应调到何值?
答案 50Ω
解析 设所求阻值为R2′,当灯L1和L2都正常发光时,加在灯两端电压为额定电压UL.
当S闭合时,E1=UL+I1(R1+r+R2),
当S断开时,E2=UL+I2(R1+r+R2′),
又因为E1=E2=E,I1=2I2=2IL(IL为额定电流),得IL(R1+r+2R2-R2′)=0,但IL≠0,所以R1+r+2R2=R2′,
即R2′=20Ω+2Ω+2×14Ω=50Ω.
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