2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律進(jìn)階突破含解析新人教版必修3

PAGEPAGE8第十二章進(jìn)階突破1．在如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，閉合開(kāi)關(guān)S，燈泡L正常發(fā)光．兩電表均為志向電表．在滑片P向右移動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A．電流表的示數(shù)變小 B．電源的總功率變小C．燈泡L的亮度變大 D．電壓表的示數(shù)變小【答案】D【解析】在滑片P向右移動(dòng)的過(guò)程中，電路總電阻減小，依據(jù)閉合電路的歐姆定律，電源輸出電流I變大，電流表的示數(shù)變大，電源的總功率P＝EI變大，故A、B錯(cuò)誤；由于滑動(dòng)變阻器與燈泡和電壓表都是并聯(lián)，在滑片P向右移動(dòng)的過(guò)程中，滑動(dòng)變阻器接入電路中電阻變小，依據(jù)“串反并同”可知，與其并聯(lián)的支路中電流、電壓都減小，則燈泡中電流變小，電壓表示數(shù)變小，故C錯(cuò)誤，D正確．2．如圖所示的電路中，閉合開(kāi)關(guān)S后，燈泡L1、L2不亮，用電壓表檢測(cè)電壓得到Ubc＝0，Ucd＝6V，若電路中只有一處斷路，則發(fā)生斷路的是()A．L1燈 B．L2燈C．R D．電源【答案】B【解析】Ubc＝0，由于R的分壓為零，說(shuō)明R沒(méi)有斷路，而Ucd＝6V，即L2的分壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R的分壓，運(yùn)用閉合電路中分壓的學(xué)問(wèn)可知，此時(shí)L2的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R的電阻，所以是L2斷路(可近似看成電阻無(wú)限大)，故B正確．3．在探討微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采納如圖所示的試驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)變阻器R，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0A和1.0V；重新調(diào)整R，使電動(dòng)機(jī)復(fù)原正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．則當(dāng)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)()A．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為7.5Ω B．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為2.0ΩC．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為30.0W D．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為26.0W【答案】D【解析】因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0A和1.0V，電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí)屬于純電阻元件，故電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻r＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(1.0V,1.0A)＝1.0Ω，故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V，則電動(dòng)機(jī)的總功率為P總＝U2I2＝15.0V×2.0A＝30.0W，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為P熱＝Ieq\o\al(2,2)r＝(2.0A)2×1.0Ω＝4.0W，故電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P出＝P總－P熱＝30.0W－4.0W＝26.0W，C錯(cuò)誤，D正確．4．(多選)如圖所示，理發(fā)用的電吹風(fēng)機(jī)中有電動(dòng)機(jī)和電熱絲，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，電熱絲給空氣加熱，利用熱風(fēng)將頭發(fā)吹干．電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為R1，與電阻為R2的電熱絲串聯(lián)后接到輸出電壓為U的電源上，電路中電流為I，則()A．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為eq\f(U2,R1)B．電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U－IR2C．電吹風(fēng)機(jī)的發(fā)熱功率為I2(R1＋R2)D．電吹風(fēng)機(jī)消耗的電功率為I2(R1＋R2)【答案】BC【解析】電動(dòng)機(jī)的輸入功率為(U－IR2)I，電動(dòng)機(jī)的輸出功率為UI－I2(R1＋R2)，故A錯(cuò)誤；含電動(dòng)機(jī)電路是非純電阻電路，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U－IR2，故B正確；電吹風(fēng)機(jī)中發(fā)熱的功率要用I2R來(lái)計(jì)算，所以總的發(fā)熱功率為I2(R1＋R2)，電吹風(fēng)機(jī)消耗的功率P＝IU要大于發(fā)熱功率，故C正確，D錯(cuò)誤．5．(多選)如圖所示，E表示電源電動(dòng)勢(shì)、I表示電路中的電流、U表示電源的路端電壓、P表示電源的輸出功率，當(dāng)外電阻R改變時(shí)，下列圖像中可能正確的是()【答案】CD【解析】電源的電動(dòng)勢(shì)與外電路的電阻無(wú)關(guān)，A錯(cuò)誤；由閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)可知I－R圖像不是直線，B錯(cuò)誤；U＝IR＝eq\f(ER,R＋r)＝eq\f(E,1＋\f(r,R))，則隨R增加，U增大，當(dāng)R→∞時(shí)U→E，C正確；P＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,R＋\f(r2,R)＋2r)，因當(dāng)r＝R時(shí)，P最大，可知圖像D正確．6．(多選)如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不計(jì)，三個(gè)小燈泡完全相同且外電路改變時(shí)每個(gè)燈泡兩端的電壓都不會(huì)超過(guò)其額定電壓，起先時(shí)只有S1閉合，當(dāng)S2也閉合后，下列說(shuō)法中正確的是()A．燈泡L1變亮B．燈泡L2變亮C．電容器C的電荷量增加D．閉合S2瞬間流過(guò)電流表的電流方向自右向左【答案】AD【解析】依據(jù)電路可知，S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)，L1、L2串聯(lián)，則兩燈一樣亮，因L3與電容器串聯(lián)后接到電源兩端，則L3不亮，電容器兩端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)E；當(dāng)S2也閉合后，電路總阻值變小，流過(guò)L1的電流變大，L1兩端電壓變大，L2兩端電壓變小，則燈L1變亮，L2變暗；因電容器此時(shí)與燈L1并聯(lián)，則電容器兩端電壓變小，電容器上的電荷量變少，電容器對(duì)外放電，又知電容器左極板與電源正極相連，帶正電，則閉合S2瞬間流過(guò)電流表的電流方向自右向左，綜上所述，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，A、D正確．7．(多選)圖示電路中，電表均為志向電表，假如滑動(dòng)變阻器的滑片漸漸向左滑動(dòng)一段，四個(gè)電表的讀數(shù)分別用U1、U2、I1、I2表示，四個(gè)電表讀數(shù)的改變量肯定值分別用ΔU1、ΔU2、ΔI1、ΔI2表示，下列說(shuō)法正確的是()A．U1增大，U2減小 B．I1、I2都增大C．eq\f(U2,I1)減小，eq\f(U2,I2)不變 D．eq\f(ΔU2,ΔI2)＝R3，eq\f(ΔU2,ΔI1)＝r＋R1【答案】ACD【解析】由電路圖可知，R2與RP串聯(lián)后再與R3并聯(lián)、然后它們與R1串聯(lián)，電壓表V2測(cè)并聯(lián)部分兩端的電壓，電壓表V1測(cè)R2兩端的電壓，電流表A1測(cè)干路電流，電流表A2測(cè)R3支路的電流．當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P向左端移動(dòng)時(shí)，接入電路中的電阻變小，并聯(lián)部分的總電阻變小，電路的總電阻變小，由I1＝eq\f(E,R并＋R1＋r)，可知電路中的總電流增大，即電流表A1的讀數(shù)增大，即I1增大；由U2＝E－I1(R1＋r)，可知電壓表V2的示數(shù)U2變小，而電流表A2的示數(shù)I2＝eq\f(U2,R3)，可知I2變小，干路電流等于各支路電流之和，有U1＝(I1－I2)R2，可得R2的電壓U1增大，故A正確，B錯(cuò)誤；因U2＝E－I1(R1＋r)，體現(xiàn)全電路的歐姆定律，則有eq\f(U2,I1)＝R并，漸漸減小，eq\f(ΔU2,ΔI1)＝R1＋r保持不變；因U2＝I2R3，滿意部分電路的歐姆定律，有eq\f(ΔU2,ΔI2)＝eq\f(U2,I2)＝R3不變，故C、D正確．8．(多選)如圖甲所示，電源E＝12V，內(nèi)阻不計(jì)，燈泡L的額定電壓為9V，其伏安特性曲線如圖乙所示，滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為10Ω．則()A．燈泡L的阻值隨電流的增大而減小B．燈泡L的額定功率為13.5WC．燈泡L消耗電功率的最小值是2WD．滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值應(yīng)至少為6Ω【答案】BC【解析】由I－U圖像可知，圖像的斜率為燈泡的電阻的倒數(shù)，所以燈泡的電阻隨電流的增大而增大，故A錯(cuò)誤；由圖像可知，當(dāng)燈泡的電壓U＝9V時(shí)，電流I＝1.5A，所以燈泡的額定功率為P＝UI＝9×1.5W＝13.5W，故B正確；當(dāng)R＝10Ω時(shí)，電流最小，燈泡消耗的電功率最小，如圖所示，可得此時(shí)燈泡的電流I′＝1.0A，電壓U′＝2V，所以燈泡的功率P′＝U′I′＝2×1W＝2W，故C正確；因燈泡的額定電流為I＝1.5A，正常工作時(shí)的電阻RL＝eq\f(U,I)＝eq\f(9,1.5)Ω＝6Ω，依據(jù)閉合電路歐姆定律有I＝eq\f(E,R＋RL)，可得R＝eq\f(E,I)－RL＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12,1.5)－6)))Ω＝2Ω，即滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻至少為2Ω，故D錯(cuò)誤．9．如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨電流改變的U-I圖線，曲線Ⅲ是一個(gè)小燈泡的U-I圖線，假如把該小燈泡分別與電源1、電源2單獨(dú)連接，則下列說(shuō)法正確的是()A．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻相等B．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是1∶2C．電源1與電源2的內(nèi)阻之比是7∶11D．由于小燈泡L的U－I圖線是一條曲線，所以燈泡發(fā)光過(guò)程中歐姆定律不適用【答案】B【解析】依據(jù)圖像交點(diǎn)知與電源1相接時(shí)電阻R1＝eq\f(3,5)Ω，與電源2相連接時(shí)R2＝eq\f(5,6)Ω，在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻不相等，故A錯(cuò)誤；小燈泡U－I圖線與電源U－I圖線的交點(diǎn)即為燈泡與電源連接時(shí)的工作狀態(tài)，則連接電源1時(shí)，U1＝3V，I1＝5A，故P1＝U1I1＝15W，連接電源2時(shí)，U2＝5V，I2＝6A，故P2＝U2I2＝30W，所以小燈泡消耗的功率之比為：P1∶P2＝1∶2，故B正確；U－I圖像的斜率的肯定值表示電源內(nèi)電阻，依據(jù)電源U－I圖線，r1＝eq\f(10,7)Ω，r2＝eq\f(10,11)Ω，則r1∶r2＝11∶7，故C錯(cuò)誤；歐姆定律適用于純電阻，燈泡是純電阻用電器，適用歐姆定律，故D錯(cuò)誤．10．如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝8V，內(nèi)阻r＝5Ω，電燈A的電阻為10Ω，電燈B的電阻為6Ω，滑動(dòng)變阻器的總電阻為6Ω．閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)滑動(dòng)觸頭P由a端向b端滑動(dòng)的過(guò)程中(不考慮電燈電阻的改變)，下列說(shuō)法正確的是()A．電流表的示數(shù)先減小后增大B．電壓表的示數(shù)先增大后減小C．電燈A的亮度不斷增大D．電源的最大輸出功率為3.2W【答案】AD【解析】當(dāng)滑動(dòng)觸頭P由a端向b端滑動(dòng)的過(guò)程中，該并聯(lián)電路的總電阻為R總，則eq\f(1,R總)＝eq\f(1,R＋RA)＋eq\f(1,RB＋6－R)，其中R是和燈A串聯(lián)部分滑動(dòng)變阻器的阻值，所以R總＝eq\f(R＋1012－R,22)，由數(shù)學(xué)學(xué)問(wèn)ab≤eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a＋b,2)))2當(dāng)且僅當(dāng)a＝b等號(hào)成立，知當(dāng)R＝1Ω時(shí)，該電路的總電阻最大為5.5Ω，所以滑動(dòng)觸頭P由a端向b端滑動(dòng)的過(guò)程中，R由0→6Ω，R總由5.45Ω→5.5Ω→4.36Ω，可見(jiàn)電流先減小后增大，故A正確；當(dāng)R總＝r＝5Ω時(shí)，電源有最大輸出功率，為Pmax＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(8V,5＋5Ω)))2×5Ω＝3.2W，D正確；電壓表的示數(shù)為B的分壓，其值UB＝eq\f(RB,RB＋6－R)×eq\f(R總,R總＋r)×E＝eq\f(48,22－R＋10＋\f(110,R＋10))，當(dāng)R由0→6時(shí)是個(gè)增函數(shù)，分壓始終增大，故B錯(cuò)誤；同理，燈A支路的電流I＝eq\f(ER總,R總＋r)×eq\f(1,10＋R)＝eq\f(8,22－12－R＋\f(110,12－R))，當(dāng)R由0→6時(shí)是個(gè)減函數(shù)，電流減小，功率減小，變暗，故C錯(cuò)誤．11．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示電路，測(cè)量定值電阻的阻值、電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，運(yùn)用的器材有：待測(cè)定值電阻R1(約幾歐)、待測(cè)電源E、電流表A、電阻箱R2(0～999.9Ω)、開(kāi)關(guān)兩個(gè)及導(dǎo)線若干．(1)請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線在圖中完成實(shí)物電路的連接．(2)測(cè)量R1的阻值時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S1前，調(diào)整R2至(填“最大值”或“最小值”)，然后閉合開(kāi)關(guān)S1和S2，調(diào)整R2使電流表示數(shù)為I，此時(shí)R2的值為7.8Ω；再斷開(kāi)S2，將R2調(diào)到5.8Ω時(shí)，電流表示數(shù)也為I，則R1的值為Ω．(3)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S1、斷開(kāi)S2，調(diào)整R2，得到R2和對(duì)應(yīng)電流I的多組數(shù)據(jù)，作出eq\f(1,I)－R2圖像如圖所示，則電源電動(dòng)勢(shì)E＝V，內(nèi)阻r＝(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)，若電流表A內(nèi)阻不行忽視，則r的測(cè)量值(填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值．【答案】(1)見(jiàn)解析圖(2)最大值2.0(3)6.01.0大于【解析】(1)按原理圖接線，如圖所示．(2)為了愛(ài)護(hù)用電器，所以應(yīng)使電阻箱的最大阻值接入電路，即在閉合開(kāi)關(guān)前調(diào)整R2至最大值；由閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E,7.8＋r)＝eq\f(E,5.8＋r＋R1)，解得R1＝2.0Ω．(3)由閉合電路歐姆定律得E＝I(R1＋R2＋r)整理得eq\f(1,I)＝eq\f(2＋r,E)＋eq\f(1,E)R2由圖像可知eq\f(1,E)＝eq\f(1.5－0.5,6)，eq\f(2＋r,E)＝eq\f(1,2)解得E＝6.0V，r＝1.0Ω若電流表A內(nèi)阻不行忽視，由閉合電路歐姆定律得E＝I(R1＋R＋r＋RA)整理得eq\f(1,I)＝eq\f(2＋r＋RA,E)＋eq\f(1,E)R即內(nèi)阻的測(cè)量值為r＋RA>r，即大于真實(shí)值．12．如圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝110V，電阻R1＝21Ω，電動(dòng)機(jī)繞組的電阻R0＝0.5Ω，開(kāi)關(guān)S1始終閉合．當(dāng)開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)時(shí)，電阻R1的電功率是525W；當(dāng)開(kāi)關(guān)S2閉合時(shí)，電阻R1的電功率是336W，求：(1)電源的內(nèi)電阻；(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)S2閉合時(shí)流過(guò)電源的電流和電動(dòng)機(jī)的輸出功率．【答