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第十三章测评
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求)
1.法拉第多次对“磁生电”进行实验研究,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,如图所示,线圈A连接电池与开关,线圈B通过较长的导线闭合,并在其中一段水平直导线下方放置小磁针,开始时磁针静止。他发现,当开关合上瞬间,磁针偏转了一下。对该实验下列说法正确的是( )
A.法拉第是利用“电生磁”现象来判断感应电流的有无
B.开关断开瞬间,小磁针不偏转
C.开关闭合后,小磁针保持偏转
D.开关闭合后,软铁环中磁场消失
2.如图所示,圆环上带有大量的负电荷,当圆环沿顺时针方向转动时,a、b、c三枚小磁针都要发生转动,以下说法正确的是( )
A.a、b、c的N极都向纸里转
B.b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转
C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转
D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转
3.如图所示的磁感线分布情况,以O点为坐标原点,沿Z轴正方向,磁感应强度B大小的变化最有可能为 ( )
4.如图所示,两根相互绝缘的通电长直导线分别沿x轴和y轴放置,沿x轴方向的电流为I0。已知通电长直导线在其周围激发磁场的磁感应强度B=k,其中k为常量,I为导线中的电流,r为场中某点到导线的垂直距离。图中A点的坐标为(a,b),若A点的磁感应强度为零,则沿y轴放置的导线中电流的大小和方向分别为( )
A.I0,沿y轴正向 B.I0,沿y轴负向
C.I0,沿y轴正向 D.I0,沿y轴负向
5.(2023江苏盐城高二期末)利用智能手机中的传感器和相关软件可测量磁感应强度。如图所示,在水平放置的手机上建立三维坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面,竖直向上为z轴正方向,测得Bx=0、By=28 μT、Bz=-21 μT,手机显示屏的面积约为0.01 m2,根据测量数据可知( )
A.测量地点位于赤道位置
B.通过手机显示屏的磁通量约为2.8×10-7 Wb
C.通过手机显示屏的磁通量为3.5×10-7 Wb
D.通过手机显示屏的磁通量为2.1×10-7 Wb
6.如图所示,矩形abcd中,bc是ab的2倍。两细长直导线通有大小相等、方向相反的电流,垂直穿过矩形平面,与平面交于e、f两点,其中e、f分别为ad、bc的中点。下列说法正确的是( )
A.a点与b点的磁感应强度相同
B.a点与c点的磁感应强度相同
C.a点与d点的磁感应强度相同
D.a点与b、c、d三点的磁感应强度均不相同
7.在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直,导轨上有两条可沿导轨自由移动的导体棒ab、cd,导体棒ab、cd的运动速度分别为v1、v2,如图所示,ab棒上有电流通过,则不可能有( )
A.v1>v2 B.v1
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.下列说法正确的是( )
A.微观粒子的能量变化是跳跃式的
B.能量子与电磁波的频率成正比
C.红光的能量子比绿光大
D.电磁波波长越长,其能量子越大
9.宇宙中“破坏力”最强的天体“磁星”,危险程度不亚于黑洞,其磁感应强度相当于地球磁场的1 000万亿倍,下列有关“磁星”的磁场说法正确的是( )
A.磁场只存在于“磁星”外部,而“磁星”内部不存在磁场
B.“磁星”表面某点静止一小磁针,其N极指向该点磁场方向
C.“磁星”表面的磁场强,磁感线密集,故磁感线可能相交
D.在“磁星”表面有一个封闭多面体,穿过该封闭多面体的磁通量为零
10.如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0,方向也垂直于纸面向外。则( )
A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
三、非选择题(本题共5小题,共54分)
11.(7分)绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按如图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生。
①闭合开关S的瞬间 。
②保持开关S闭合时 。
③断开开关S的瞬间 。
④开关S闭合且将滑动变阻器R0的滑动端向左滑动时 。(以上各空均选填“有”或“无”)
12.(9分)某同学用如图所示的实验器材来探究产生感应电流的条件。
(1)图中已经用导线将部分器材连接,请补充完成图中实物间的连线。
(2)若连接好实验电路并检查无误后,闭合开关的瞬间,观察到电流计指针发生偏转,说明线圈 (选填“A”或“B”)中有了感应电流。开关闭合后,他还进行了其他两项操作,发现也产生了感应电流,请写出两项可能的操作:
① ;
② 。
13.(10分)(2023湖南郴州高二期末改编)在匀强磁场中,有一根与磁场方向垂直的通电直导线,导线长为2.5 cm,通过导线的电流为2 A,它受到的磁场力大小为5.0×10-2 N。
(1)求磁感应强度大小B。
(2)如果把导线中的电流增大到5 A,求导线受到的磁场力大小F。
(3)如图所示,如果把导线换成线圈abcd放入磁场中,线圈平面与水平方向的夹角θ=60°,面积S=0.2 m2,求:①穿过线圈的磁通量;②把线圈以cd为轴顺时针转过120°角,此过程穿过线圈磁通量的变化量。
14.(12分)如图所示,固定于水平面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时,磁感应强度为B0,此时MN所在的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化 请推导出这种情况下B与t的关系式。
15.(16分)如图所示,ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,通以5 A的电流时,质量为0.36 kg的金属棒MN沿导轨做匀速运动;当金属棒中电流增大到8 A时,金属棒能获得2 m/s2的加速度。已知金属棒受到的磁场力方向水平,求匀强磁场的磁感应强度的大小。
第十三章测评
1.A 法拉第利用小磁针是否转动判断有无感应电流,开关闭合或断开的瞬间,小磁针偏转,开关闭合后,软铁环上有不变的磁场,线圈B中无感应电流,小磁针不偏转,所以选A。
2.B 由于圆环带负电荷,故当圆环沿顺时针方向转动时,等效电流的方向为逆时针,由安培定则可判断环内磁场方向垂直于纸面向外,环外磁场方向垂直于纸面向内,磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向,所以b的N极向纸外转,a、c的N极向纸里转。
3.C 磁感线的疏密表示磁感应强度B的大小,所以从题图中可以看出,从O点沿着Z轴向上的过程中,磁感应强度B先减小再增大,所以C正确,A、B、D错误。
4.A 沿x轴放置的导线在A点产生的磁场的磁感应强度大小为Bx=k,由安培定则,可知磁感应强度方向垂直于纸面向外。由题知A点的磁感应强度为零,则沿y轴放置的导线在A点产生的磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里,由安培定则知,沿y轴放置的导线中电流方向沿y轴正向,其大小满足By=k=k,解得电流的大小I=I0,A正确。
5.D 由于Bz=-21 μT,表明磁感应强度竖直方向上的分量不为零,而赤道上的地磁场方向沿水平方向,竖直方向上的分量为零,可知测量地点不是赤道位置,故A错误;根据磁通量的定义可知,通过手机显示屏的磁通量约为Φ=|Bz|S=21×10-6×0.01 Wb=2.1×10-7 Wb,故B、C错误,D正确。
6.B 设ab边长为L,大小为I的电流在距离导线为L处产生的磁感应强度大小为B1,在距离导线为L处产生的磁感应强度大小为B2,作出两导线及矩形平面的右视图,根据安培定则判断出两导线在a、b、c、d四点的磁感应强度的方向,如图所示,由图易知,a点与c点的磁感应强度大小相等、方向相同,B正确,D错误;a点与b点、d点的磁感应强度大小相等、方向不同,A、C错误。
7.D 对于匀强磁场来说,磁通量Φ=BS,根据题中条件,ab棒上有电流通过,故磁通量发生了变化,当穿过闭合电路中磁场的有效面积S发生变化时才有Φ的变化,因此应有v1≠v2,所以A、B、C都有可能,D不可能。
8.AB 由于微观粒子能量是量子化的,微观粒子的能量变化是跳跃式的,故A正确;由能量子ε=hν可知,能量子与电磁波的频率成正比,故B正确;红光的频率比绿光小,由ε=hν可知,红光的能量子比绿光小,故C错误;电磁波波长越长,其频率越小,能量子越小,故D错误。
9.BD 磁感线为闭合曲线,故而在“磁星”内部仍然存在磁场,A错误;磁感线某点处的切线方向为该点的磁场方向,而小磁针N极所指的方向就是该点的磁感线切线方向,B正确;磁场中某点不能有两个磁场方向,故磁感线不能相交,C错误;任意闭合区域的磁通量都为零,D正确。
10.AC 设L1在a、b点产生的磁感应强度分别为B1a、B1b,L2在a、b点产生的磁感应强度分别为B2a、B2b,根据安培定则可知,B1a=B1b,方向均垂直于纸面向里;B2a=B2b,B2a方向垂直于纸面向里,B2b方向垂直于纸面向外;根据题意,对a点有,B1a+B2a-B0=-。对b点有,B1b-B2b-B0=-,联立以上方程解得B1a=B1b=,B2a=B2b=,选项A、C正确。
11.解析 ①闭合开关S的瞬时,穿过线圈Ⅱ的磁通量变化,有感应电流产生;②保持开关S闭合时,穿过线圈Ⅱ的磁通量不变,没有感应电流产生;③断开开关S的瞬时,穿过线圈Ⅱ的磁通量发生变化,有感应电流产生;④开关S闭合且将滑动变阻器R0的滑动端向左滑动时,穿过线圈Ⅱ的磁通量发生变化,有感应电流产生。
答案 ①有 ②无 ③有 ④有
12.解析 (1)本实验中线圈A与电源相连,通过调节滑动变阻器使线圈A中的磁通量发生变化,从而使线圈B产生电磁感应现象,故线圈B应与电流计相连,如图所示:
(2)闭合开关的瞬间,观察到电流计指针发生偏转,说明线圈B中有了感应电流;线圈B中产生感应电流的原因是其磁通量发生变化,则可能的操作:①将滑动变阻器的滑片快速滑动;②将线圈A快速抽出。
答案 (1)见解析
(2)B 见解析
13.解析 (1)据B=得
B= T=1 T。
(2)据B=得
F=BI'L=1×5×2.5×10-2 N=0.125 N。
(3)①穿过线圈的磁通量Φ1=BScos θ=0.1 Wb。
②线圈以cd为轴顺时针转过120°角时,线圈平面与磁感线的方向垂直,初始磁感线穿进,末态穿出,设初态为正,则末态通过线圈的磁通量为Φ2=-BS=-0.2 Wb
故磁通量的变化量为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=|-0.2 Wb-0.1 Wb|=0.3 Wb。
答案 (1)1 T
(2)0.125 N
(3)①0.1 Wb ②0.3 Wb
14.解析 要使MN棒中不产生感应电流,应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化,在t=0时刻,穿过线圈平面的磁通量Φ1=B0S=B0l2
设t时刻的磁感应强度为B,此时磁通量为Φ2=Bl(l+vt)
由Φ1=Φ2,得B=。
答案 B=
15.解析 设磁感应强度为B,金属棒与轨道间的动摩擦因数为μ,金属棒的质量为m,金属棒在磁场中的有效长度L=2 m。当棒中的电流I1=5 A时,金属棒所受到的磁场力与轨道对棒的滑动摩擦力平衡,金属棒做匀速直线运动。由平衡条件可得
BI1L=μmg ①
当金属棒中的电流I2=8 A时,金属棒做加速运动,加速度大小为a,根据牛顿第二定律得BI2L-μmg=ma ②
将①代入②得B= T=0.12 T。
答案 0.12 T关注公众号：屋里学家 获取更多优质资源！
分层作业20 电路中的能量转化
A级 必备知识基础练
1.(多选)现有一台排风扇如图所示,排风扇电动机的线圈电阻为0.2 Ω,当它两端电压为110 V时,通过的电流为5 A。则这台排风扇( )
A.每分钟消耗的电能是33 000 J
B.每分钟产生的热量为300 J
C.输出功率是545 W
D.工作效率是82.5%
2.如图甲所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r,不考虑充电过程中手机待机时的耗电,则时间t内( )
A.充电宝输出的电功率为UI+I2r
B.充电宝产生的热功率为I2r
C.手机电池产生的焦耳热为t
D.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt
3.某款服务型机器人如图所示,其额定功率为48 W,额定电压为24 V,机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人( )
A.额定电流为20 A
B.充满电后最长工作时间为2 h
C.电池充满电后总电荷量为7.2×104 C
D.以额定电流工作时每分钟消耗能量为1 440 J
4.(2023陕西宝鸡中学期末)两个导体甲、乙串联接入电路后的I-U关系图线如图所示。由图线分析可知下列说法正确的是( )
A.加在导体甲两端的电压大
B.经一段时间导线甲产生的热量多
C.导体乙的电阻大
D.导体乙消耗的电功率小
5.在如图所示的电路中,电炉电阻R=20 Ω,电动机线圈的电阻r=1 Ω,电路两端电压U=10 V,电流表的示数为2.5 A。
(1)通过电动机的电流为多少
(2)通电1 min,电动机做的有用功为多少
6.电热毯是人们常用的电热式家用电器,一般具有加热和保温功能,其工作原理的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。
(1)当开关S闭合和断开时,电热毯分别处于什么状态
(2)电热毯由家庭电路供电,U=220 V,设加热时电热毯的功率为400 W,保温时电热毯的功率为40 W,则R1和R2分别为多大
B级 关键能力提升练
7.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论正确的是( )
A.P甲=P乙 B.P甲=3P乙
C.P乙=3P甲 D.P乙>3P甲
8.(多选)某电学元器件的伏安特性曲线如图所示,图中PQ为曲线上P点的切线。当通过该元器件的电流为0.4 A时,下列说法正确的是( )
A.该元器件的阻值为250 Ω
B.该元器件的阻值为125 Ω
C.该元器件消耗的电功率为20 W
D.该元器件消耗的电功率无法求解
9.当纯电阻R两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( )
A.3 V 1.8 J
B.3 V 3.6 J
C.6 V 1.8 J
D.6 V 3.6 J
10.(2023江苏盐城一中校考)空气炸锅的等效简化电路图如图所示,电源提供的电压恒为E=6 V,小风扇M的额定电压为6 V,额定功率为3 W,线圈内阻为r=1 Ω,电阻R1=R2=10 Ω,则下列说法正确的是( )
A.只闭合开关S1,小风扇正常工作时电流为6 A
B.只闭合开关S1,小风扇正常工作时发热功率为2.75 W
C.同时闭合开关S1和S2,若小风扇正常工作,则通过电阻R1的电流为0.3 A
D.同时闭合开关S1和S2,若小风扇正常工作,则电阻R1消耗的功率为3.6 W
11.利用电动机提升重物的示意图如图所示,其中D是直流电动机。P是一个质量为m的重物,它被细绳系在电动机的轴上。闭合开关S,重物P以速度v匀速上升,这时电流表和电压表的示数分别是5.0 A和100 V。已知v=0.7 m/s,m=50 kg,不计空气阻力,不计电动机内各部件间的摩擦,g取10 m/s2。求:
(1)细绳对重物做功的机械功率P机;
(2)电动机的机械效率;
(3)电动机线圈的电阻R。
12.电饭煲的电路图如图所示,S1是一个限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到103 ℃时会自动断开;S2是一个自动温控开关,当温度低于60 ℃时会自动闭合,温度高于80 ℃时会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯,它在保温状态下是不亮的,黄灯是保温状态下的指示灯。限流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯的电阻不计。
(1)根据电路分析,叙述电饭煲煮饭的全过程(包括加热和保温的过程)。
(2)简要回答,如果不闭合开关S1,电饭煲能将饭煮熟吗
(3)计算加热和保温两种状态下,电饭煲的消耗功率之比。
分层作业20 电路中的能量转化
1.ABC 2.D 3.C
4.C I-U图线中,斜率的倒数表示导体的电阻,由图可知R甲
故电流IR==0.5 A
通过电动机的电流IM=I-IR=2.5 A-0.5 A=2 A。
(2)电动机的总功率P=UIM=10×2 W=20 W
电动机的发热功率P热=r=22×1 W=4 W
故电动机的机械功率是P出=P-P热=20 W-4 W=16 W
做的有用功W=P出t=16×60 J=960 J。
答案 (1)2 A (2)960 J
6.解析 (1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,电热毯消耗的电功率P1=;当S断开时,电热毯消耗的电功率P2=,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。
(2)S闭合时,由P1=得R1= Ω=121 Ω
S断开时,由P2=
得R2=-R1= Ω=1 089 Ω。
答案 (1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态
(2)121 Ω 1 089 Ω
7.B
8.BC 由题图可知,当电流为0.4 A时,电压为50 V,则由欧姆定律可知,该元器件的阻值为R= Ω=125 Ω,B正确,A错误;由P=UI可知,该元器件消耗的电功率为20 W,C正确,D错误。
9.D 设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t。由W1=U1q1和W1=t,可得U1=3 V,=0.1 s/Ω。再由W2=U2q2和W2=t,可求出U2=6 V,W2=3.6 J,D正确。
10.D 由题图可看出当只闭合S1时,电阻R1与R2串联,再与小风扇M并联,则小风扇M的电压刚好为额定电压,则PM=IME,解得IM=0.5 A,小风扇M正常工作时发热功率为PM热=r=0.25 W,A、B错误;由题图可看出同时闭合开关S1和S2,电阻R2被短路,则R1与小风扇M并联,通过电阻R1的电流为E=I1R1,解得I1=0.6 A,电阻R1消耗的功率为P1=R1,解得P1=3.6 W,C错误,D正确。
11.解析 (1)由于重物P以速度v匀速上升,则细绳对重物的拉力等于重物所受重力,细绳对重物做功的机械功率P机=mgv=50×10×0.7 W=350 W。
(2)电动机的总功率为
P电=UI=100×5.0 W=500 W
故电动机的机械效率为η=×100%=70%。
(3)根据能量守恒定律得P电=P机+P热
P热=I2R
联立解得R=6 Ω。
答案 (1)350 W (2)70% (3)6 Ω
12.解析 (1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时把手动开关S1闭合,这时黄灯短路红灯亮,电饭煲处于加热状态。
加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合,待电饭煲中水烧干后,温度升高到103 ℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。
由于电饭煲散热,待温度下降至60 ℃时,S2自动闭合,电饭煲重新处于加热状态,待温度上升到80 ℃时,又自动断开,电饭煲再次处于保温状态。
(2)不能,因为如果不闭合S1,则只能将食物加热至80 ℃。
(3)设电饭煲处于加热状态时,功率为P1,P1=W=1 064.8 W
设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2,则
P2= W=88.7 W
所以P1∶P2=12∶1。
答案 见解析关注公众号：屋里学家 获取更多优质资源！
分层作业21 闭合电路的欧姆定律
A级 必备知识基础练
1.某手机电池的铭牌如图所示,第一行标有“3.8 V 3 000 mA·h(11.4 W·h)”。对该铭牌参数的分析,下列说法正确的是( )
A.铭牌中的W·h是能量的单位
B.铭牌中的mA·h是功率的单位
C.该电池放电时输出的总能量约为11.4 J
D.该电池放电时输出的总电荷量约为1.08×105 C
2.下列关于电动势E的说法正确的是( )
A.电动势E的单位与电势、电势差的单位都是伏特,故三者本质上一样
B.电动势E的大小与非静电力做的功W的大小成正比,与被移动电荷量q的大小成反比
C.电动势E跟电源的体积无关,外电路变化时,E也变化
D.电动势E是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领的物理量
3.两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像如图所示,则下列说法正确的是( )
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
4.(多选)某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示,下列结论正确的是( )
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电源的短路电流为3 A
D.电流为0.4 A时的外电阻是13 Ω
5.(2023河北廊坊高二期末)在所图所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电流表内阻不计,定值电阻R的阻值为1 Ω,滑动变阻器的最大阻值R1=4 Ω,在滑动变阻器的滑动端移动过程中,理想电压表的示数变化范围是( )
A.1~3 V B.3~5 V
C.0~6 V D.保持6 V不变
6.为了充分利用旧电池,某同学使用一节新电池搭配一节旧电池共同为手电筒供电。已知新旧电池的电动势均为1.5 V,新电池内阻为1 Ω,旧电池内阻为8 Ω,手电筒采用的灯泡参数为“3 V 1.5 W”。
(1)新、旧电池的输出功率分别为多少
(2)结合计算结果思考,新旧电池能否搭配使用呢
7.如图所示,电源的电动势E=10 V,内电阻r=1 Ω,定值电阻R1=5 Ω,R2=10 Ω,电动机的线圈电阻R3=0.5 Ω。当开关S闭合,电动机转动稳定后,电压表示数U1=2 V,不计电动机除线圈电阻外其他损耗,求:
(1)R2两端的电压U2;
(2)电动机的机械效率η。
B级 关键能力提升练
8.(2023重庆沙坪坝高二期末)在如图所示的电路中,R1=R2=R3=R0,电源内阻r=。当开关S与1接通时,R2的电功率为P2,当开关S与2接通时,R2的电功率为P2'。则P2'与P2的比值为( )
A. B. C. D.
9.有两个阻值相同都为R的电阻,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是( )
A.R B. C.4R D.
10.在如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线,曲线Ⅱ为某一小灯泡L的伏安特性曲线,曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为(1.5,0.75),该点的切线与横轴的交点坐标为(1.0,0),用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路,由图像可知( )
A.电源的电动势为2.0 V
B.电源的内阻为0.5 Ω
C.小灯泡L接入电源时的电阻为1.5 Ω
D.小灯泡L实际消耗的电功率为1.125 W
11.(多选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻电路)的路端电压与通过它们的电流 I 的关系图线,下列说法正确的是( )
A.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
D.电流都是I0时,两电源的内电压相等
12.如图所示的电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,R1=4 Ω,R2=6 Ω,R3=3 Ω。
(1)若在C、D间连一个理想电压表,其读数是多少
(2)若在C、D间连一个理想电流表,其读数是多少
13.在如图甲所示电路中,R1=20 Ω,在滑动变阻器滑片P从右端滑到左端过程中,路端电压和干路电流变化如图乙所示,图线上A、B两点对应滑片P在滑动变阻器两端时的状态。求:
(1)电源的电动势及内阻;
(2)定值电阻R3的阻值;
(3)滑动变阻器R2的最大阻值。
分层作业21 闭合电路的欧姆定律
1.A 2.D 3.A 4.ACD
5.B 根据题意,由电路图可知,电压表测量的是路端电压,由路端电压与负载电阻的关系可知,负载电阻最大,即R1=4 Ω时,路端电压最大,由闭合回路欧姆定律可得Um=E-·r=5 V,负载电阻最小,即R1=0时,路端电压最小,由闭合回路欧姆定律可得Umin=E-·r=3 V,即理想电压表的示数变化范围是3 V≤U≤5 V,故选B。
6.解析 (1)由题意可知,灯泡内阻R==6 Ω
由闭合电路欧姆定律知,电路中的电流I==0.2 A
新电池的输出功率P1=EI-I2r1=0.26 W
旧电池的输出功率P2=EI-I2r2=-0.02 W。
(2)新旧电池搭配使用时,旧电池的输出功率为负值,不向外输出反而消耗能量,充当用电器,故新旧电池不能搭配使用。
答案 (1)0.26 W -0.02 W (2)不能
7.解析 (1)根据闭合电路欧姆定律得E=U2+(I1+I2)r
根据欧姆定律可得通过R2电流I2=
通过R1的电流I1=
解得U2=8 V,I1=1.2 A。
(2)电动机的输入功率P=U1I1=2×1.2 W=2.4 W
电动机的发热功率P热=R3=1.22×0.5 W=0.72 W
电动机的输出功率P出=P-P热=2.4 W-0.72 W=1.68 W
电动机的效率η=×100%=×100%=70%。
答案 (1)8 V (2)70%
8.C 当开关S与1接通时,P2=R0=,当开关S与2接通时P2'=R0=,得P2'∶P2=,故选C。
9.C 由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=,两电阻并联时I=,解得r=4R,C正确。
10.D 根据题意,由闭合回路欧姆定律有U=E-Ir,代入题中数据有0.75 V=E-1.5 A·r,0=E-2.0 A·r,解得E=3.0 V,r=1.5 Ω,故A、B错误;根据题意可知,当用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路时,灯泡L两端的电压为0.75 V,流过灯泡的电流为1.5 A,由欧姆定律可得,小灯泡L接入电源时的电阻为RL==0.5 Ω,小灯泡L实际消耗的电功率为P=UI=1.125 W,故C错误,D正确。
11.AC 图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小,由图线可知,甲与U轴交点的坐标值比乙的大,表明甲的电动势大于乙的电动势,A正确;图线的斜率的绝对值表示电源内阻的大小(电动势与短路电流的比值),图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值,表明甲的内阻大于乙的内阻,B错误;甲、乙两图线的交点坐标为(I0,U0),外电路是纯电阻电路说明两电源的外电阻相等,C正确;电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积,即U内=Ir,因为甲的内阻比乙的内阻大,所以当电流都为I0时,甲电源的内电压较大,D错误。
12.解析 (1)若在C、D间连一个理想电压表,根据闭合电路欧姆定律,有I1= A=1 A
理想电压表读数为UV=I1R2=6 V。
(2)若在C、D间连一个理想电流表,这时电阻R2与R3并联,
并联电阻大小R23= Ω=2 Ω
根据闭合电路欧姆定律,有
I2= A=1.5 A
U3=E-I2(r+R1)=3 V
理想电流表读数为I==1 A。
答案 (1)6 V (2)1 A
13.解析 (1)由电源的U-I图像可知电源电动势为12 V,图线斜率的绝对值即电源内阻r,
得r=Ω=4 Ω。
(2)设R1、R3并联后的总电阻为R,则R=
当滑动变阻器接入电路的阻值为零时,根据闭合电路的欧姆定律得=IB,解得R=4 Ω,R3=5 Ω。
(3)当电路中电流最小时,R2接入电路中的阻值最大,根据闭合电路的欧姆定律得IA=,解得R2的最大阻值为16 Ω。
答案 (1)12 V 4 Ω (2)5 Ω (3)16 Ω关注公众号：屋里学家 获取更多优质资源！
分层作业22 闭合电路欧姆定律的应用
A级 必备知识基础练
1.将三个阻值均为R的定值电阻分别与电动势相同且内阻分别为r1、r2、r3的电源A、B、C连接,电阻之间的关系为R=r1>r2>r3,则下列说法正确的是( )
A.电源A的内阻消耗功率最大
B.电源C的内阻消耗功率最大
C.电源A的输出功率最大
D.电源C的输出功率最小
2.如图所示,电源电动势为E、内阻为r,电流表、电压表均为理想电表,当开关闭合后,三个小灯泡均能正常发光,当滑动变阻器滑片P向右移动时,关于灯泡的亮暗和电表示数变化情况,下列说法正确的是(小灯泡不会烧坏) ( )
A.L1变亮,L2变暗,L3变暗
B.L1变暗,L2变暗,L3变亮
C.电流表A的示数变大,电压表V的示数变小
D.电流表A的示数变小,电压表V的示数变小
3.如图所示的U-I图像中,Ⅰ是电源的路端电压随电流变化的图线,Ⅱ是某电阻两端的电压随电流变化的图线,该电源向该电阻供电时,电阻消耗的功率和电源的效率分别为( )
A.4 W和33.3%
B.2 W和66.7%
C.2 W和33.3%
D.4 W和66.7%
4.小华设计了如图所示的输液提示器,在护士站能够观察到药液量的变化。当袋中药液量减少时( )
A.电压表示数减小,灯泡变暗
B.电压表示数减小,灯泡变亮
C.电压表示数增大,灯泡变暗
D.电压表示数增大,灯泡变亮
5.小明在一根细橡胶管中灌满食盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱。他将此盐水柱接到电源两端,电源电动势和内阻恒定。握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍,若忽略温度对电阻率的影响,则此盐水柱( )
A.通过的电流增大
B.两端的电压增大
C.阻值增大为原来的1.2倍
D.电功率增大为原来的1.44倍
6.如图所示的电路中,直流电源电动势为4 V、内阻为1 Ω,电阻R1、R2、R3的阻值均为4 Ω,电容器的电容为30 μF,电流表的内阻不计。闭合开关,电路稳定后,求:
(1)电流表的读数。
(2)电容器所带的电荷量。
(3)断开开关后,通过R2的电荷量。
B级 关键能力提升练
7.如图甲所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示。则下列说法正确的是( )
A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 W
B.图乙中R1=6 Ω,R2=12 Ω
C.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大
D.调整滑动变阻器的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A
8.(多选)(2023安徽宣城高二期末)在如图所示的电路中,电源电动势为E、内阻为r,R1、R2、R3均是定值电阻,R是滑动变阻器,图中各电表均为理想电表。闭合开关S,当R的滑片P向下滑动时,下列判断正确的是( )
A.R1消耗的功率变小
B.R2消耗的功率变小
C.电压表V1的示数变小,V2的示数变小
D.电流表A1的示数变大,A2的示数变小,A3的示数变大
9.某同学组装完成的简易多用电表的电路图如图甲所示。图中电池的电动势为E,R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻,表头G的满偏电流为100 μA,内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,分别为直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆挡“×100”挡。
甲
乙
(1)图甲中的A端与 (选填“红”或“黑”)色表笔相连接。
(2)关于R6的使用,下列说法正确的是 。
A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1+R2= Ω,R4= Ω。(结果均保留3位有效数字)
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。
若此时B端是与“1”相连的,则读数为 ;
若此时B端是与“3”相连的,则读数为 ;
若此时B端是与“5”相连的,则读数为 。
10.如图所示的电路中,R1=3 Ω,R2=6 Ω,R3=1.5 Ω,C=20 μF。当开关S断开时,电源所释放的总功率为2 W;当开关S闭合时,电源所释放的总功率为4 W,求:
(1)电源的电动势和内电阻;
(2)闭合S时,电源的输出功率;
(3)S断开和闭合时,电容器所带的电荷量各是多少。
11.如图所示,R1=R3=2R2=2R4,开关S闭合时,间距为d平行板电容器C的正中间有一质量为m、带电荷量为q的小球恰好处于静止状态;现将开关S断开,小球将向电容器某一个极板运动,不计电源内阻,求:
(1)电源的电动势大小;
(2)小球第一次与极板碰撞前瞬间的速度大小。
12.(2023北京十一中校考)无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机,它具有体积小、造价低、使用方便等优点,随着民用无人机的快速发展,广告、影视、婚礼视频记录等应用场景越来越多地出现无人机的身影,我国新研究生产的一款航拍器无人机如图所示。该款无人机内置电动势E=15.2 V、容量A=4 500 mA·h的电池,其内电阻忽略不计。若该款无人机正常工作时电池输出稳定的电流为I=4.5 A,飞行时电动机工作效率η=80%,其他设施正常工作时的电功率为P1=8.4 W。
(1)充满一次电,求该款无人机理论上正常工作的最长时间t。
(2)求电动机1 s内输出的机械能E机。
(3)已知该款无人机的总质量为m=2.0 kg,假设无人机飞行时所受到空气阻力恒为Ff=4 N,g取10 m/s2,求该款无人机竖直上升飞行时的最大速度vmax。
分层作业22 闭合电路欧姆定律的应用
1.A 2.B 3.D 4.B
5.B 根据电阻定律R=ρ可知,长度变为原来的1.2倍,横截面积变为原来的,所以电阻变为原来的1.44倍;根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,E=I(R+r)可知总电阻增大,干路电流I减小,路端电压即盐水柱两端电压U增大,故A、C错误,B正确;电功率P=I2R,电流变化倍数无法计算,所以电功率变化倍数无法计算,故D错误。
6.解析 (1)由于R1、R2被短路,接入电路的有效电阻仅有R3,则I= A=0.8 A。
(2)电容器两端电压与R3两端电压相同,故电容器所带电荷量Q=C·IR3=30×10-6×0.8×4 C=9.6×10-5 C。
(3)断开开关,R1和R2并联,与R3、电容器构成放电回路,因为并联电路中R1、R2电阻相同,故通过R2的电荷量为总电荷量的一半,即Q2= C=4.8×10-5 C。
答案 (1)0.8 A (2)9.6×10-5 C (3)4.8×10-5 C
7.B 把定值电阻等效到电源内部,结合题图乙可知,当RP=R1=R+r=6 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率P2==1.5 W,A错误;滑动变阻器接入电路的阻值为3 Ω、R2时消耗的功率相等,有×3 Ω=R2,解得R2=12 Ω,B正确;当回路中电流最大时,即RP=0时定值电阻R消耗的功率最大,C错误;当RP=0时,电路中电流最大,最大值为Im= A=1 A,则调整滑动变阻器的阻值,不可能使电源的输出电流达到2 A,D错误。
8.BD 滑片P向下滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,则电路总电阻减小,干路电流I1变大,即流过R1的电流变大,电流表A1的示数变大,由于PR1=R1可知R1消耗的功率变大,故A错误;电阻R2两端的电压为UR2=E-I1(R1+r),当I1变大时,可知UR2变小,即V2的示数变小,则流过R2的电流I2变小,A2的示数变小,R2消耗的功率变小;流过R3的电流为I3=I1-I2,可知I3变大,即A3的示数变大,故B、D正确;电压表V1的示数为UV1=I1R1+I3R3,由于I1、I3增大,所以电压表V1的示数变大,故C错误。
9.解析 (1)A端与欧姆表内电源正极相连,根据“红进黑出”,可知A端与黑色表笔相连。
(2)R6是可变电阻,它的作用就是欧姆表调零,也就是使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置,故选B。
(3)换挡开关接2时,是量程为0~1 mA的电流表,有R1+R2= Ω= Ω=53.3 Ω,换挡开关接4时,是量程为0~1 V的电压表,这时表头与R1、R2并联组成新表头,新表头的内阻r==48 Ω,新表头的量程是1 mA,有R4=-r= Ω-48 Ω=952 Ω。
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端与“1”相连,则多用电表是量程为0~2.5 mA的电流表,则读数为1.45 mA;
若此时B端与“3”相连,多用电表是欧姆挡“×100”挡,则读数为1.1×103 Ω;
若此时B端与“5”相连,多用电表是量程为0~5 V的电压表,则读数为2.90 V。
答案 (1)黑 (2)B (3)53.3 952 (4)1.45 mA 1.10×103 Ω 2.90 V
10.解析 (1)S断开时外电路R2、R3串联
E=I1(R2+R3)+I1r
P1=EI1
S闭合时外电路R1、R2并联后与R3串联
R外'=R3+
代入数据R外'= Ω=3.5 Ω
对闭合电路E=I2R外'+I2r
P2=EI2
联立解得。
(2)闭合S时,电源的输出功率
P=R外'=12×3.5 W=3.5 W。
(3)S断开时
Q1=CUR2=20×10-6×0.5×6 C=6×10-5 C
S闭合,电容器两端的电势差为零,则Q2=0。
答案 (1)4 V 0.5 Ω
(2)3.5 W
(3)6×10-5 C 0
11.解析 (1)开关S闭合时,R1、R3并联与R4串联,(R2中没有电流通过)UC=U4=E
对带电小球有mg=
解得E=。
(2)开关S断开后,R1、R4串联,则UC'=
小球向下运动与下极板相碰前瞬间,由动能定理得mg·-q·mv2
解得v=。
答案 (1) (2)
12.解析 (1)由题可得理论上正常工作的最长时间t= h=1 h。
(2)电动机工作的有效功率P2=(IE-P1)η,电动机1 s内输出的机械能E机=P2t=48 J。
(3)当加速度a=0时速度最大,由平衡条件得F=Ff+mg
由P2=Fv=(Ff+mg)vmax,解得vmax=2 m/s。
答案 (1)1 h (2)48 J (3)2 m/s关注公众号：屋里学家 获取更多优质资源！
分层作业23 实验:电池电动势和内阻的测量
A级 必备知识基础练
1.用电压表、电流表加上一个可以改变阻值的电阻就可以测定一节普通干电池的电动势(约为1.5 V)和内阻,实验电路如图甲所示。
(1)请在实物图乙中,用实线代替导线将器件按原理图连接完整。
(2)一位同学在实验中记录的数据如下表所示,另备坐标纸一张(如图丙)。试根据表中数据在坐标纸上以U为纵轴、I为横轴,选择适当的标度建立坐标系,并画出U-I图线。
电流I/ A 0.12 0.20 0.31 0.40 0.50 0.58
电压U/ V 1.39 1.33 1.25 1.18 1.10 1.04
丙
(3)根据图线读出该电池的电动势为E= V。根据图线求出该电池的内阻为r= Ω(保留2位有效数字)。
2.物理兴趣小组的同学在测两节干电池串联时的电动势和内阻时所用器材如下:
A.两节干电池串联:电动势约为3 V,内阻约为1 Ω;
B.电压表V:量程0~3 V,内阻为几千欧;
C.电流表A:量程0~100 mA,内阻为4.5 Ω;
D.标准电阻R0:0.5 Ω;
E.滑动变阻器R:0~20 Ω;
F.开关、导线若干。
(1)该小组同学设计了如图甲所示的电路图,请依据电路图用笔画线在图乙中将实物图连接完整。
甲
乙
丙
(2)实验中,该小组闭合开关,调节滑动变阻器,多次测量得出多组电压表示数U和电流表示数I,通过描点画出电源的U-I图像如图丙所示,则该电源的电动势E= V、内阻r= Ω。(结果均保留两位小数)
(3)由于电表内阻的影响,该电源的电动势测量值 真实值,内电阻的测量值 真实值。(以上两空均选填“大于”“等于”或“小于”)
3.用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有:
电流表A1(量程0~30 mA);
电流表A2(量程0~100 mA);
电压表V(量程0~6 V);
滑动变阻器R1(阻值0~5 Ω);
滑动变阻器R2(阻值0~300 Ω);
开关S一个,导线若干条。
某同学的实验过程如下:
①设计如图所示的电路图,正确连接电路。
②将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。以U为纵轴,I为横轴,得到U-I图线。
③断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。重复②中的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。
回答下列问题:
(1)电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。
(2)用I0、U0和r表示待测电阻的表达式Rx= ,代入数值可得Rx。
(3)若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围 ,电压表示数变化范围 。(均选填“相同”或“不同”)
B级 关键能力提升练
4.某同学利用下列实验器材测量电源的电动势和内阻。
A.待测电源;
B.电阻箱R(最大阻值为30 Ω);
C.小量程电流表G(内阻不计);
D.定值电阻R0(阻值为3 000 Ω);
E.开关、导线若干。
该同学设计的实验电路图如图甲所示
甲
乙
(1)该实验可以近似认为通过电源内部的电流等于流过电阻箱的电流,则电阻箱的阻值R、小量程电流表的示数I、电源的电动势E、内阻r和定值电阻R0之间的关系为E= 。
(2)多次改变电阻箱的阻值R,读出对应电流表的示数I,作出图像如图乙所示,则电源的电动势E= V、内阻r= Ω。(结果均保留3位有效数字)
5.(2023广东揭阳校考)某实验小组设计了如图甲所示的电路,用于测量某金属丝的电阻率与电源电动势和内阻。其中电流表A1(量程0~100 mA,内阻r1=5 Ω)、电流表A2(量程0~0.6 A,内阻r2=1.33 Ω)、电阻箱R(阻值范围0~99.9 Ω)、定值电阻R0。
(1)图甲中虚线框内可视为一个量程为0~3 V的电压表,则R0= Ω。
(2)实验操作步骤如下:
①利用螺旋测微器测量金属丝直径如图乙所示,则金属丝直径D= mm;
②将该金属丝正确接入图甲电路中,测得接入电路的金属丝长度l=70.00 cm;
③合上开关,调节电阻箱,记录下电阻箱阻值R和对应的电流表A1示数I1、电流表A2示数I2,并根据测量数据,作出如图丙所示的I1-I2图像,则该金属丝的电阻率ρ= Ω·m(结果保留2位有效数字)。
丙
丁
(3)实验小组为得到电源电动势和内阻,由测量数据绘出如图丁所示图线,则图中纵坐标对应物理量是 。
A. B.I1+I2 C. D.I1-I2
分层作业23 实验:电池电动势和内阻的测量
1.解析 (1)根据实验电路图连接实物电路,实物电路如图1所示。
图1
(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后作出电源的U-I图像如图2所示。
图2
(3)由电源的U-I图像可知,图线的纵轴截距为1.48 V,则电源电动势E=1.48 V,电源内阻为r==0.77 Ω。
答案 (1)见解析
(2)见解析
(3)1.48(1.46~1.50均可) 0.77(0.75~0.80均可)
2.解析 (1)根据电路图,实物连接如图所示。
(2)根据闭合电路欧姆定律E=U+(I+)r
整理得U=E-I
电源的U-I图像在U轴上的截距为电动势,由图可得E=2.95 V
由U-I图像的斜率得 Ω
解得r=0.95 Ω。
(3)如果考虑电表内阻的影响,根据闭合电路欧姆定律
E=U+(I+)r
整理得U=E-I
设电源的U-I图像在U轴上的截距为a
真实的电动势E'=·a
所以电源的电动势测量值小于真实值;
设电源的U-I图像在U轴上的斜率为k,内阻的测量值为r=
真实的内阻r'=
所以电源的内阻测量值小于真实值。
答案 (1)见解析 (2)2.95(2.93~2.97) 0.95(0.93~0.97) (3)小于 小于
3.解析 (1)由电路图可以看出,滑动变阻器采用限流式接法,故滑动变阻器应选R2;根据题意,电池内阻和待测电阻阻值均为数十欧,又知电池的电动势约为6 V,由欧姆定律可知电路电流为数十毫安,电流表A1量程太小,故电流表选用A2。
(2)将Rx改接在B、C之间后,由闭合电路欧姆定律有E=U+I(Rx+r),即U=E-I(Rx+r),可知=Rx+r,则Rx=-r。
(3)滑动变阻器接入电路的阻值变化相同时,电流表示数变化范围相同,电压表测的是不同电阻两端的电压,所以示数变化范围不同。
答案 (1)A2 R2 (2)-r (3)相同 不同
4.解析 (1)根据电路图,由闭合电路欧姆定律得E=IR0+r。(2)根据E=IR0+r,得,结合题图乙,图线的斜率k= A/Ω,纵轴截距的大小b==0.75 Ω-1,解得E=3.00 V,r=1.33 Ω。
答案 (1)IR0+r (2)3.00 1.33
5.解析 (1)将一个电流表改装成电压表需要串联一个电阻,故U=Ig(R0+r1)
得R0=-r1=25 Ω。
(2) ①螺旋测微器读数为主尺数+对准的格数×0.01 mm,并且必须保留到0.001 mm,所以读数为1.500 mm。
③根据欧姆定律可知U1=I1(R0+r1),U2=I2(R金+r2),又U1=U2,整理得I1=·I2,根据图丙可知图像的斜率为k=,又R金=ρ,S=,则ρ==5.1×10-6 Ω·m。
(3)根据闭合电路欧姆定律可知E=(I2+I1)[r+R+],
得+,选项A正确。
答案 (1)25 (2)①1.500 ③5.1×10-6(4.5×10-6~5.5×10-6均可) (3)A
