高中物理 第2章 直流电路章末检测 教科版选修31

第2章直流电路章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分)1．某同学研究重庆南开图书馆新的借阅系统发现，使用饭卡(IC卡)刷卡登记时，所借阅的书还得在消磁系统上消磁(否则出门时会报警)，这样才能成功借阅自己喜欢的书籍，这种逻辑关系属于( )A．“非”门 B．“或”门C．“与”门 D．“与非”门答案 C解析由题意可知，只有两种情况同时满足时，才能完成借书过程，故逻辑关系为“与”的关系．2．两个小灯泡，分别标有“1 A 4 W”和“2 A 1 W”的字样，则它们均正常发光时的电阻阻值之比为( )A．2∶1 B．16∶1C．4∶1 D．1∶16答案 B解析由P＝I2R知R＝PI2，所以R1∶R2＝16∶1.3．两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为( )A．Q A∶Q B＝1∶2 B．Q A∶Q B＝2∶1C．Q A∶Q B＝1∶1 D．Q A∶Q B＝4∶1答案 B4．如图1所示，用甲、乙、丙三个电动势E相同而内电阻r不同的电源，分别给定值电阻R 供电．已知甲、乙、丙三个电源内阻的大小关系为：r甲＞r乙＞r丙，则将R先后接在这三个电源上时的情况相比，下列说法中正确的是( )图1 A．接在甲电源上时，电源的输出电流最大B．接在丙电源上时，电源的输出电流最小C．接在乙电源上时，电阻R消耗的电功率最大D．接在丙电源上时，电阻R消耗的电功率最大答案 D解析由题，三个电源的电动势E相等，而内阻r甲＞r乙＞r丙，根据闭合电路欧姆定律I＝ER＋r 得知，接在丙电源上时，电源的输出电流最大．故A、B错误；由公式P＝I2R分析得知，接在丙电源上时，电阻R获得的电功率最大．故C错误，D正确．5．如图2所示，R4是由半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，电流表是安放在值班室的显示器，电源两极之间接一个报警器，当R4所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是( )图2A．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变小答案 A解析当R4处出现火情时，R4↓→R总↓→I总↑→U外↓→U并↓→I R3↓→I↑，故A项正确．6．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．在测量电源电动势和内阻的实验中得到的实验图线如图3所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为( )图3A ．75%、25%B ．33.3%、66.7%C ．50%、50%D ．66.7%、33.3% 答案 D解析 电源的效率η＝IUIE ×100%＝U E×100%.a 点对应的路端电压U 为4个格，而电动势E 为6个格，因此ηa ≈66.7%；b 点对应的路端电压为2个格，因此ηb ≈33.3%，故D 正确． 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分)7．如图4所示，在一幢居民楼里有各种不同的用电器，如电灯、电视机、洗衣机、微波炉、抽油烟机等．停电时，用多用电表测得A 、B 间的电阻为R ；供电后，设各家用电器全都同时使用时，测得A 、B 间电压为U ，进线电流为I ；经过一段时间t ，从总电能表中测得这段时间内消耗的电能为W ，则下列表达式用来计算该幢楼居民用电的总功率，其中正确的是( )图4A ．P ＝I 2R B ．P ＝U 2RC ．P ＝IUD ．P ＝W t答案 CD解析 电路消耗的电功率的计算公式P ＝IU 、P ＝W t是普遍适用的，A 、B 两选项只适用于纯电阻电路，而电视机、洗衣机、微波炉和抽油烟机都不是纯电阻用电器，所以A 、B 错误，C 、D 正确．8．某学生做研究串联电路电压特点的实验时，接成如图5所示的电路，接通S 后，他将多用电表电压挡的红、黑表笔并联在A 、C 两点间时，电压表读数为U ；当并联在A 、B 两点间时，电压表读数也为U ；当并联在B 、C 两点间时，电压表读数为零，故障的原因可能是( )图5A ．AB 段断路 B ．BC 段断路C ．AB 段短路D ．BC 段短路 答案 AD解析 由题意可得U AB ＝U AC ＝U ，说明由A 、B 分别至电源的线路均已接通．若BC 段完好，则AB 段断路；若BC 段短路，则AB 段可能断路，也可能完好．又由题述得U BC ＝0，因而可能AB段断路，或BC 段短路，也有可能出现两者同时发生的情况．分析时考虑要全面，要把故障的可能原因全部找出来，不要漏掉正确选项．9．如图6所示，已知电源电动势E ＝12 V ，内阻r ＝1 Ω，定值电阻R ＝2 Ω，通过小灯泡的电流为1 A ，已知小灯泡的电阻为3 Ω，小型直流电动机线圈的电阻为1 Ω，则( )图6A ．电动机两端的电压为1 VB ．电动机两端的电压为6 VC ．电动机的输入功率为6 WD ．电动机的输出功率为5 W 答案 BCD解析 电动机两端的电压U M ＝E －I (R ＋R L ＋r )＝12 V －1×(2＋3＋1)V ＝6 V ，故选项A 错误，选项B 正确；电动机的输入功率P ＝U M I ＝6×1 W ＝6 W ，P 出＝P －I 2r ＝6 W －1 W ＝5 W ，故选项C 、D 正确．10．如图7所示，电源的电动势E ＝2 V ，内阻r ＝2 Ω，两个定值电阻均为8 Ω，平行板电容器的电容C ＝3×10－6F ，则( )图7A ．开关断开时两极板间的电压为43VB ．开关断开时电容器所带电荷量为4×10－6C C ．开关接通时两极板间的电压为43VD ．开关接通时电容器所带电荷量为4×10－6C 答案 CD解析 电容器两极板间的电压等于R 2两端的电压，开关S 断开时，电路中的总电流为I ＝E R 2＋r＝28＋2A ＝0.2 A ，电容器的两极板间的电压为U ＝IR 2＝0.2×8 V ＝1.6 V ，此时电容器所带电荷量为Q ＝CU ＝3×10－6×1.6 C ＝4.8×10－6C ，故选项A 、B 错误；开关接通时两定值电阻并联，电容器两极板间的电压等于路端电压，电路中的总电流I ′＝ER 外＋r ＝24＋2 A ＝13A ，电容器的两极板间的电压U ′＝I ′R 外＝13×4 V ＝43 V ，此时电容器所带的电荷量Q ′＝CU ′＝3×10－6×43 C ＝4×10－6C ，故选项C 、D 正确．三、实验题(本题共2小题，共15分)11．(6分)某直流电动机M 转动时的U －I 图像如图8甲所示，该同学利用图乙的实验电路研究电动机的转动情况，电路中使用恒压电源(无内阻)，R 1＝15 Ω，R 2是滑动变阻器，电流表A 是理想电流表，实验操作步骤如下：图8(1)闭合开关S 2前，调节滑动变阻器，使其滑动触头应在________端．(选填“左”或“右”) (2)先闭合开关S 1，开关S 2保持断开，此时电流表的示数为0.6 A ，则恒压电源的输出电压为________ V.(3)再闭合开关S 2，然后缓慢调节滑动变阻器使电动机恰好转动起来，此时电流表的示数为1.8 A ，直流电动机M 实际消耗的电功率为__________ W ，滑动变阻器接入电路中的阻值为__________．(计算结果均保留两位有效数字) 答案 (1)左 (2)9 (3)3.8 4.8 Ω解析 (1)闭合开关S 2前，调节滑动变阻器使其接入电路中的阻值最大，则滑动触头应在左端．(2)恒压电源的输出电压U ＝I 1R 1＝0.6×15 V ＝9 V.(3)通过直流电动机M 的电流I 2＝I －I 1＝1.8 A －0.6 A ＝1.2 A ，根据题图甲可知此时直流电动机M 的电压为U M ＝3.2 V ，U 2＝U －U M ＝9 V －3.2 V ＝5.8 V ，则直流电动机M 实际消耗的电功率为P ＝U M I 2＝3.2×1.2 W ≈3.8 W ，滑动变阻器接入电路中的阻值为R ＝U 2I 2＝5.81.2Ω≈4.8Ω.12．(9分)某同学要测量一电压表的内阻，所备器材如下： A ．待测电压表V(量程3 V ，内阻未知) B ．定值电阻R 0(阻值2 k Ω)C ．电池组E (电动势略小于3 V ，内阻忽略不计)D ．多用电表E ．开关S 1、S 2，导线若干(1)该同学想利用多用电表粗测电压表的内阻，请将以下主要操作步骤补充完整： Ⅰ.对多用电表进行机械调零Ⅱ.将选择开关拨到“×1 k ”的欧姆挡上 Ⅲ.将红黑表笔短接，进行欧姆调零Ⅳ.将图9甲中多用电表和电压表连接，其中红表笔应接电压表的________极(选填“正”或“负”)．Ⅴ.正确连接后，发现指针偏转较大，换用“×100”的欧姆挡，应先________，再次测量，多用电表刻度盘上的指针位置如图乙所示，测量结果是________．图9(2)为了更精确测量此电压表的内阻，该同学设计了如图丙所示的实验电路图，请在图丁上用笔画线代替导线进行实物连接．该同学首先闭合S 1，读电压表示数U 1；再闭合S 2，读电压表示数U 2，则电压表内阻R V ＝________(用U 1、U 2、R 0表示)． 答案 (1)Ⅳ.负 Ⅴ.欧姆调零 3 000 Ω (2)见解析图U 1U 2－U 1R 0解析 (1)根据多用电表的工作原理可知，红表笔与电源的负极相连，黑表笔与电源的正极相连，所以为保证电压表指针正向偏转，应将多用电表的红表笔接电压表的负极；当改变不同倍率的欧姆挡后，由于欧姆表内阻发生了变化，因此在测量之前必须进行欧姆调零这项操作；多用电表刻度盘上的指针位置如题图乙所示，测量结果是3 000 Ω.(2)如图所示，只闭合S 1时，电压表与电阻串联，当S 1和S 2都闭合时，电压表测电源的电动势(因电源内阻忽略不计)，因串联电路中总电压等于各分电压之和，U 2＝U 1R V(R 0＋R V )，则电压表内阻R V ＝U 1U 2－U 1R 0.四、计算题(本题共3小题，共45分)13．(15分)如图10甲所示的电路中，R 1、R 2均为定值电阻，且R 1＝100 Ω，R 2阻值未知，R 3为一滑动变阻器．当其滑片P 从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图像如图乙所示，其中A 、B 两点是滑片P 在变阻器的两个不同端点得到的．求：图10(1)电源的电动势和内阻； (2)定值电阻R 2的阻值； (3)滑动变阻器的最大阻值．答案 (1)20 V 20 Ω (2)5 Ω (3)300 Ω解析 (1)将题图乙中AB 线延长，交U 轴于20 V 处，交I 轴于1.0 A 处，所以电源的电动势为E ＝20 V ，内阻r ＝EI 短＝20 Ω. (2)当P 滑到R 3的右端时，电路参数对应题图乙中的B 点，即U 2＝4 V 、I 2＝0.8 A ，得R 2＝U 2I 2＝5 Ω.(3)当P 滑到R 3的左端时，电路参数对应题图乙中的A 点，即U 外＝16 V ，I 总＝0.2 A ，所以R 外＝U 外I 总＝80 Ω.因为R 外＝R 1R 3R 1＋R 3＋R 2，所以滑动变阻器的最大阻值为R 3＝300 Ω.14．(15分)如图11所示的电路中，电源的电动势E ＝12 V ，内阻未知，R 1＝8 Ω，R 2＝1.5 Ω，L 为规格“3 V 3 W ”的灯泡，开关S 断开时，灯泡恰好正常发光．(不考虑温度对灯泡电阻的影响)试求：图11(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻； (2)电源的内阻；(3)开关S 闭合时，灯泡实际消耗的功率． 答案 (1)1 A 3 Ω (2)1 Ω (3)0.48 W解析 (1)灯泡的额定电流I 0＝P 0U 0＝33A ＝1 A灯丝电阻R L ＝U 20P 0＝323Ω＝3 Ω(2)断开S 时，灯L 正常发光，即I 1＝I 0，根据闭合电路欧姆定律E ＝I 0(R 1＋R L ＋r )得r ＝E I 0－(R 1＋R L )＝[121－(8＋3)] Ω＝1 Ω(3)闭合S 时，设外电路总电阻为R 外R 外＝R L ·R 2R L ＋R 2＋R 1＝9 Ω干路电流为I 总＝ER 外＋r＝1.2 A灯泡两端的电压U L ＝I 总·R L ·R 2R L ＋R 2＝1.2 V 灯泡实际消耗的功率P ＝U 2LR L＝0.48 W15．(15分)一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V 电压后，消耗的功率为66 W ．求： (1)电风扇正常工作时通过风扇电动机的电流；(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率和内能的功率以及电动机的效率． 答案 (1)0.3 A (2)64.2 W 1.8 W 97.3% 解析 (1)由P 入＝IU 得I ＝P 入U ＝66220A ＝0.3 A (2)电风扇正常工作时转化为内能的功率P 内＝I 2r ＝0.32×20 W ＝1.8 W电风扇正常工作时转化为机械能的功率P 机＝P 入－P 内＝66 W －1.8 W ＝64.2 W电风扇正常工作时电动机的效率η＝P 机P 入×100%＝64.266×100%≈97.3%。