高中物理滬科版1第四章探究閉合電路歐姆定律單元測試 2023版第4章章末分層突破

章末分層突破[自我校對]①eq\f(W非,q)②eq\f(E,R＋r)③U＋I(xiàn)r④E－Ir⑤＝⑥UIt⑦I2Rt⑧內(nèi)電阻關(guān)于閉合電路的動態(tài)分析問題電路中局部的變化會引起整個電路電流、電壓、電功率的變化，“牽一發(fā)而動全局”是電路問題的一個特點．電路動態(tài)分析的基本方法：1．分析電路的連接關(guān)系，各電表所測的對象，明確變阻器阻值的變化情況．2．先整體，后局部，注意內(nèi)、外電路的聯(lián)系．首先判斷外電阻R的變化情況，再根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)判斷干路電流的變化，進(jìn)而明確路端電壓的變化情況．3．由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分電路電壓及電流的變化，并且遵循“先分析串聯(lián)電路后分析并聯(lián)電路，先分析定值電阻后(間接)分析可變電阻”的原則．如圖4-1所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置．閉合電鍵S，電路達(dá)到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動．如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是()圖4-1A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值C．增大兩板間的距離D．?dāng)嚅_電鍵S【解析】為了保證帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動，就要使電容器兩板之間的場強(qiáng)E不變，電路穩(wěn)定后，和電容器相串聯(lián)的電阻對電容器兩端的電壓不產(chǎn)生影響，而增大R1的阻值將使電容器兩端的電壓增大，根據(jù)E＝eq\f(U,d)可知，E增大，故A錯誤；增大R2的阻值，電容器兩端的電壓不變，E不變，故B正確；增大兩板間的距離，E減小，故C錯誤；斷開電鍵S，電容器兩端的電壓發(fā)生改變，D錯誤．【答案】B在如圖4-2所示的電路中，兩個燈泡均發(fā)光，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向下滑動時，則()圖4-2A．A燈變亮，B燈變暗B．A燈和B燈都變亮C．電源的輸出功率減小D．電源的工作效率降低【解析】當(dāng)滑動觸頭向下滑動時，R總變大，由I總＝eq\f(E,R總)，UA＝E－I總R1知UA增大，故A燈變亮，I總＝IA＋I(xiàn)B＋I(xiàn)R2，I總減小，而IA、IR2均增加，故IB減小，B燈變暗，A正確，B錯誤．P輸＝(eq\f(E,R總＋r))2R總＝eq\f(E2,\f(R總－r2,R總)＋4r)，當(dāng)R總增加時，因R總與r大小關(guān)系未知，不能判斷P輸具體如何變化，故C錯誤，η＝eq\f(U外I,EI)×100%＝eq\f(R總,R總＋r)×100%，當(dāng)R總增加時，η增加，故D錯誤．【答案】A純電阻電路和非純電阻電路1.對于純電阻電路(如白熾燈、電爐絲等構(gòu)成的電路)，電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，W＝Q＝UIt＝eq\f(U2,R)t＝Pt.2．對于非純電阻電路(如含有電動機(jī)、電解槽等的電路)，電功大于電熱．在這種情況下，不能用I2Rt或eq\f(U2,R)t來計算電功，電功用W＝UIt來計算，電熱用Q＝I2Rt計算．如圖4-3所示，電解槽A和電爐B并聯(lián)后接到電源上，電源內(nèi)阻r＝1Ω，電爐電阻R＝19Ω，電解槽電阻r′＝Ω.當(dāng)S1閉合、S2斷開時，電爐消耗功率為684W；S1、S2都閉合時電爐消耗功率為475W(電爐電阻可看作不變)．試求：【導(dǎo)學(xué)號：29682026】圖4-3(1)電源的電動勢；(2)S1、S2都閉合時，流過電解槽的電流大??；(3)S1、S2都閉合時，電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率．【解析】(1)設(shè)S1閉合、S2斷開時電爐功率為P1，電爐中電流I＝eq\r(\f(P1,R))＝eq\r(\f(684,19))A＝6A，電源電動勢E＝I(R＋r)＝120V.(2)設(shè)S1、S2都閉合時電爐功率為P2，電爐中電流為I′＝eq\r(\f(P2,R))＝eq\r(\f(475,19))A＝5A，電源路端電壓為U＝I′R＝5×19V＝95V，流經(jīng)電源的電流為I1＝eq\f(E－U,r)＝eq\f(120－95,1)A＝25A，流過電解槽的電流為IA＝I1－I′＝20A.(3)電解槽消耗的電功率PA＝IAU＝20×95W＝1900W，電解槽內(nèi)熱損耗功率P熱＝Ieq\o\al(2,A)r′＝202×W＝200W，電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率為P化＝PA－P熱＝1700W.【答案】(1)120V(2)20A(3)1700W1．電爐為純電阻用電器，其消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱．2．電解槽為非純電阻用電器，其消耗的電能轉(zhuǎn)化為電熱和化學(xué)能兩部分．含電容器電路的分析與計算在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時，電路里有充、放電電流．一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的、不漏電的情況)的元件，在電容器處電路可看作是斷路，簡化電路時可去掉它．簡化后若要求電容器所帶電荷量時，可接在相應(yīng)的位置上．分析和計算含有電容器的直流電路時，需注意以下幾點：(1)電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降低，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓．(2)當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等．(3)電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充、放電．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電．如圖4-4所示，E＝10V，r＝1Ω，R1＝R3＝5Ω，R2＝4Ω，C＝100μF.當(dāng)S斷開時，電容器中帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．求：圖4-4(1)S閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向；(2)S閉合后流過R3的總電荷量.【導(dǎo)學(xué)號：29682027】【解析】開始帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，必有qE＝mg且qE豎直向上．S閉合后，qE＝mg的平衡關(guān)系被打破．S斷開，帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)電容器兩極板間距離為d，有UC＝eq\f(R2,R1＋R2＋r)E＝4V，eq\f(qUC,d)＝mg.S閉合后，UC′＝eq\f(R2,R2＋r)E＝8V設(shè)帶電粒子加速度為a，則eq\f(qUC′,d)－mg＝ma，解得a＝g，方向豎直向上．(2)S閉合后，流過R3的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以ΔQ＝C(UC′－UC)＝4×10－4C.【答案】(1)g方向豎直向上(2)4×10－4C1．用如圖4-5所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻．實驗器材：待測電源(電動勢約3V，內(nèi)阻約2Ω)，保護(hù)電阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω)，滑動變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導(dǎo)線若干．圖4-5實驗主要步驟：(ⅰ)將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；(ⅱ)逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；(ⅲ)以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作U-I圖線(U、I都用國際單位)；(ⅳ)求出U-I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a.回答下列問題：(1)電壓表最好選用________；電流表最好選用________．A．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約15kΩ)B．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)C．電流表(0～200mA，內(nèi)阻約2Ω)D．電流表(0～30mA，內(nèi)阻約2Ω)(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大．兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是________．A．兩導(dǎo)線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱B．兩導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱C．一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱D．一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱(3)選用k、a、R1和R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達(dá)式，E＝________，r＝________，代入數(shù)值可得E和r的測量值．【解析】(1)由于待測電源的電動勢為3V，故電壓表應(yīng)選0～3V量程，而該電路中電壓表分流越小，實驗誤差越小，故選大內(nèi)阻的電壓表，故電壓表選A.回路中電流的最大值Imax＝eq\f(E,R1＋R2＋r＋rA)≈158mA，故電流表選C.(2)當(dāng)電壓表示數(shù)變大時，說明外電路電阻變大，即滑片從左向右滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻變大，對于A、B兩選項，在滑片移動的過程中回路電阻不變，選項C中滑片向右移動時回路電阻變大，選項D中，滑片向右移動時回路電阻變小，故選項C正確．(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律，得E＝U＋I(xiàn)(R2＋r)，即U＝E－I(R2＋r)，所以k＝R2＋r，所以r＝k－R2，橫截距為U＝0時，I＝a，即0＝E－ak，所以E＝ak.【答案】(1)AC(2)C(3)akk－R22．下列說法正確的是()A．電流通過導(dǎo)體的熱功率與電流大小成正比B．力對物體所做的功與力的作用時間成正比C．電容器所帶電荷量與兩極間的電勢差成正比D．彈性限度內(nèi)，彈簧的勁度系數(shù)與彈簧伸長量成正比【解析】在導(dǎo)體電阻一定的條件下，由P＝I2R知熱功率與電流的二次方成正比，選項A錯誤．根據(jù)功的公式可知其大小與力的作用時間無關(guān)，選項B錯誤．由電容的定義式可得Q＝CU，即電荷量與兩極間的電勢差成正比，選項C正確．彈簧的勁度系數(shù)只跟彈簧本身有關(guān)，與彈簧伸長量無關(guān)，選項D錯誤．【答案】C3．如圖4-6甲所示的電路中，恒流源可為電路提供恒定電流I0，R為定值電阻，電流表、電壓表均可視為理想電表．某同學(xué)利用該電路研究滑動變阻器RL消耗的電功率．改變RL的阻值，記錄多組電流、電壓的數(shù)值，得到如圖乙所示的U-I關(guān)系圖線．甲乙圖4-6回答下列問題：(1)滑動觸頭向下移動時，電壓表示數(shù)________(填“增大”或“減小”)．(2)I0＝______________A.(3)RL消耗的最大功率為________W(保留一位有效數(shù)字)．【解析】(1)滑動觸頭向下移動，RL變小，RL與R并聯(lián)后的總電阻R總變小，由于電路連接恒流源，根據(jù)U＝IR總可得電壓表示數(shù)減?。?2)若滑動觸頭滑至最下端，RL＝0，定值電阻R被短路，電流表示數(shù)即為干路電流，由U-I圖像，當(dāng)U＝0時，I0＝I＝A.(3)由U-I圖像得解析式U＝－20I＋20，根據(jù)P＝UI得：P＝－20I2＋20I，則當(dāng)I＝A時，P有最大值，Pmax＝5W.【答案】(1)減小(2)、、均正確)(3)54．用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動勢約V，內(nèi)電阻約1Ω)的電動勢和內(nèi)電阻，除待測電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用：A．電流表：量程A，內(nèi)電阻約1ΩB．電流表：量程3A，內(nèi)電阻約ΩC．電壓表：量程3V，內(nèi)電阻約30kΩD．電壓表：量程6V，內(nèi)電阻約60kΩE．滑動變阻器：0～1000Ω，額定電流AF．滑動變阻器：0～20Ω，額定電流2A(1)為了使測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________(均填儀器的字母代號)．(2)圖4-7為正確選擇儀器后，連好的部分電路．為了使測量誤差盡可能小，還需在電路中用導(dǎo)線將________和________相連、________和________相連、________和________相連．(均填儀器上接線柱的字母代號)．圖4-7(3)實驗時發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動變阻器，重新連接電路，仍能完成實驗．實驗中讀出幾組電阻箱的阻值R和對應(yīng)電壓表的示數(shù)U.用圖像法處理采集到的數(shù)據(jù)，為在直角坐標(biāo)系中得到的函數(shù)圖像是一條直線，則可以________為縱坐標(biāo)，以________為橫坐標(biāo)．【解析】(1)為了使測量更準(zhǔn)確，電流表選量程為A的電流表A，電池組的電動勢約，故電壓表選D，為了便于調(diào)節(jié)滑動變阻器應(yīng)選F.(2)為了使測量誤差盡可能小，測量電源電動勢和內(nèi)電阻的原理圖如圖(1)所示，因此將a、d相連，c、g相連，f、h相連．圖(1)圖(2)(3)用電阻箱和電壓表測量電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗原理圖如圖(2)所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律，得E＝U＋eq\f(U,R)r，所以eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(r,E)·eq\f(1,R)eq\b\lc\(\rc