2020高中物理 第3、4章 恒定电流 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 单元测试 鲁科版选修3-1 10页

第3、4章 恒定电流 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 单元测试 ‎ ‎1.某同学设计了一个转向灯电路(如图所示)，其中L为指示灯，L1、L2分别为左右转向灯，S为单刀双掷开关，E为电源.当S置于位置1时，下列判断正确的是(　　)‎ A．L的功率小于额定功率 B．L1亮，其功率等于额定功率 C．L2亮，其功率等于额定功率 D．含L支路的总功率较另一支路的大 解析：本题考查电路分析的有关知识，为中等难度题目.由电路结构可知，当S置于位置1时，L与L2串联后再与L1并联，由灯泡的额定电压和额定功率可知，L1和L2的电阻相等.L与L2串联后的总电阻大于L1的电阻，由于电源的电动势为6V，本身有电阻，所以L1两端的电压和L与L2两端的总电压相等，且都小于6V，所以三只灯都没有正常发光，三只灯的实际功率都小于额定功率.含L支路的总电阻大 于含L1支路的电阻，由于两条支路的电压相等，所以含L支路的总功率小于另一支路的功率.‎ 答案：A ‎2.电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路.当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表和电流表的示数都增大 B．电压表和电流表的示数都减小 C．电压表的示数增大，电流表的示数减小 D．电压表的示数减小，电流表的示数增大 解析：当触头由中点移向b端时，R↑→R总↑→I总↓→U内↓→U外↑‎ ‎，故电压表的示数增大 又I总↓→UR1↓→UR2↑→I↑，故电流表的示数增大，选项A正确.‎ 答案：A ‎3.如图所示，汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表的示数为‎10A，电动机启动时电流表的示数为‎58A．若电源的电动势为12.5V，内阻为0.05Ω，电流表的内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了(　　)‎ A．35.8W　　　　　B．43.2W C．48.2W D．76.8W 解析：电动机启动前车灯的功率为：‎ P = (E - Ir)·I = (12.5 - 10×0.05)×10W = 120W 电动机启动时车灯两端的电压为：‎ U′ = (12.5 - 58×0.05)V = 9.6V 由P = 得：‎ = = 解得：P′ = 76.8W 故△P = P - P′ = 43.2W.‎ 答案：B ‎4.一个T型电路如图所示，电路中的电阻R1 = 10Ω，R2 = 120Ω，R3 = 40Ω.另有一测试电源，电动势为100V，内阻忽略不计.则(　　)‎ A．当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40Ω B．当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40Ω C．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80V D．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80V 解析：当一端短路时，可将此短路端直接用导线相连.‎ 当cd短路时，R2与R3并联后再与R1串联，则有：‎ R总 = R1＋ = 40Ω 同理，当ab短路时有：‎ R总′ = R2＋ = 128Ω 对于理想电压表，其内阻无穷大，故当电阻与电压表串联时，其分压可不计.‎ 当ab接通测试电源时，R1与R3串联，cd两端的电压等于R3的分压，即有：Ucd = = 80V 当cd接通测试电源时，R2与R3串联，ab两端的电压等于R3的分压，即有：Uab = = 25V 故选项A、C正确.‎ 答案：AC ‎5.图示为一正在测量中的多用电表表盘.‎ ‎（1）如果是用×10Ω挡测量电阻，则示数为　　　　Ω.‎ ‎（2）如果是用直流10mA挡测量电流，则示数为　　　mA．‎ ‎（3）如果是用直流5V挡测量电压，则示数为　　　　V.‎ 解析：欧姆挡在最上面的一排数据读取，读数为6×10Ω = 60Ω；电流挡测量读取中间的三排数据的最底下一排数据，读数为7.18mA；同样直流电压挡测量读取中间的三排数据的中间一排数据较好，读数为35.9×0.1V = 3.59V.‎ 答案：（1）60　（2）7.18　（3）3.59‎ ‎6.一直流电压表的量程为1V，内阻为1000Ω，现将一阻值在 ‎5000～7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程.为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源(电动势E为6～7V，内阻可忽略不计)，一阻值R2　=　2000Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线.‎ ‎（1）为达到上述目的，将题图连成一个完整的实验电路图.‎ ‎（2）连线完成以后，当S1和S2均闭合时，电压表的示数为0.90V，当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70V，由此可以计算出改装后电压表的量程为　　　　V，电源电动势为　　　　V.‎ 解析：解决本题的关键在于准确测出R1的阻值，而本题并未按常规给出电压表、电流表或电阻箱等，而是给了一定值电阻R2及与之并联的单刀开关S2，故应通过S2的通和断引起电压表示数的变化，并利用串联电路的分压关系加以分析.‎ ‎（1）电路连接如图乙所示.‎ ‎（2）由串联分压关系 = 得：‎ S1与S2闭合时，有： = S1闭合、S2断开时，有： = 联立解得：E = 6.3V，R1 = 6000Ω 电压表改装后其允许通过的最大电流不变，即有：‎ Im = = 解得：Um′ = 7V，即改装后电压表的量程为7V.‎ 答案：（1）如图乙所示　（2）7　6.3‎ ‎7.某研究性学习小组利用图甲所示的电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R - 图象，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E = 　　　V，r = 　　　Ω.‎ 甲　　　　　　　　　　乙　　‎ 解析：根据闭合电路的欧姆定律I = ，有：R = E· - r，所以图乙所示的R - 关系图线中的斜率表示E，纵截距的绝对值表示r，由图中数值可得：E = V = 3V，r = 1Ω.‎ 答案：3　1‎ ‎8.要描绘某电学元件(最大电流不超过6mA，最大电压不超过7V)的伏安特性曲线，设计电路如图甲所示.图中定值电阻R为1kΩ，用于限流；电流表的量程为10mA，内阻约为5Ω；电压表(未画出)的量程为10V，内阻约为10kΩ；电源的电动势E为12V，内阻不计.‎ ‎（1）实验时有两个滑动变阻器可供选择：‎ a.阻值0～200Ω，额定电流‎0.3A b.阻值0～20Ω，额定电流‎0.5A 本实验应选用的滑动变阻器是　　　　.(填“a”或“b”)‎ ‎（2）正确接线后，测得数据如下表：‎ ‎　‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ U/V ‎0.00‎ ‎3.00‎ ‎6.00‎ ‎6.16‎ ‎6.28‎ ‎6.32‎ ‎6.36‎ ‎6.38‎ ‎6.39‎ ‎6.40‎ I/mA ‎0.00‎ ‎0.00‎ ‎0.00‎ ‎0.06‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ ‎4.00‎ ‎5.50‎ ‎　　①根据以上数据，电压表是并联在M与　　　　之间的.(填“O”或“P”)‎ ‎②根据以上数据，在图乙中画出该元件的伏安特性曲线.‎ ‎（3）在图丙中画出待测元件两端的电压UMO随M、N间电压UMN变化的示意图.(无需数值)‎ 丙 解析：（1）本实验中的滑动变阻器采用分压式接法，而采用此接法的滑动变阻器要求在满足安全的情况下，阻值越小越好.滑动变阻器b尽管总阻值小，但不满足做实验的安全原则(由于 = A = ‎0.6A > I额 = ‎0.5A).故应选用的滑动变阻器是a.‎ ‎（2）①由表中数据可知，当待测元件两端加上U4 = 6.16V、U10 = 6.40V的电压时，其电阻分别为：‎ R4 = = Ω = 1.03×105Ω R10 = = Ω = 1.16×103Ω 由于待测元件的电阻远大于电流表的内阻，故在将电流表、电压表接入电路时采用电流表内接法，即将电压表并联在M与P之间.‎ 答案：（1）a　（2）①P　②如图丁所示 ‎（3）如图戊所示 ‎　　　丁　　　　　　　　　　　　　‎ ‎9.某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表，待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等.‎ ‎（1）若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图甲所示的实物图上连线.‎ 甲　　　　　　　　　　　　　　乙　　‎ ‎（2）实验的主要步骤：‎ ‎①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；‎ ‎②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，　　　　，　　　　，断开开关；‎ ‎③重复第②步操作若干次，测得多组数据.‎ ‎（3）‎ 实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图乙所示的R　-　t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R　-　t关系式：R　=　　　　＋　　　t(Ω)(保留三位有效数字).‎ 答案：（1）如图丙所示 ‎（2）记录电压表的电压值　温度计数值 ‎（3）100　0.400‎ 丙 ‎10.某研究性学习小组设计了图甲所示的电路，用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系.图中E为直流电源，S为开关，S1为单刀双掷开关，为电压表，为多量程电流表，R为滑动变阻器，Rx为待测稀盐水溶液液柱.‎ ‎（1）实验时，闭合S之前将R的滑片P置于　　　　　　(填“C”或“D”)端；当用电流表外接法测量Rx的阻值时，S1应置于位置　　　　　　(填“‎1”‎或“‎2”‎).‎ 乙 ‎（2）在一定条件下，用电流表内外接法得到Rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如图乙所示(不计由于通电导致的化学变化).实验中Rx的通电面积为‎20cm2，长度为‎20cm，用内接法测得Rx的阻值是3500Ω，则其电阻率为　　　Ω·m ‎，由图中对应曲线　　　　(填“1”或“2”)可得此时溶液浓度约为　　　　%(结果保留2位有效数字).‎ 解析：（1）为了安全，应使待测电路接通时分得的电压最小，故在闭合S之前应将R的滑片P置于D端；当用电流表外接法测Rx的阻值时，S1应置于位置1.‎ ‎（2）由R = 得ρ = ，代入数据得ρ = 35Ω·m，当溶液的浓度低时，液体的电阻很大，此时应选用电流表内接法；当溶液的浓度趋近于零时，其电阻应趋近于无穷大，故y轴应为曲线的渐近线，即图中对应曲线应为曲线1，由图可知此时溶液的浓度为0.013%.‎ 答案：（1）D　1　（2）35　1　0.011～0.014之间均对 ‎11.风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源.风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图所示.‎ ‎（1）利用总电阻R = 10Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能，输送功率P0 = 300kW，输电电压U = 10kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值.‎ ‎（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积.设空气密度为ρ，气流速度为υ，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm.在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施.‎ ‎（3）已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比.某风力发电机在风速υ1 = ‎9m/s时能够输出电功率P1 = 540kW.我国某地区风速不低于υ2 = ‎6m/s的时间每年约为5000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时.‎ 解析：（1）导线上损失的功率为：‎ P = I2R = ()2R = ()2×10W = 9kW 损失的功率与输送功率的比值 = = 0.03.‎ ‎（2）风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大.单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρυS，其中S = πr2‎ 风能的最大功率可表示为：‎ P风 = (ρυS)υ2 = ρυπr2υ2 = πρr2υ3‎ 采取措施合理即可，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等.‎ ‎（3）根据题意，风力发电机的输出功率为：‎ P2 = ()3·P1 = ()3×540kW = 160kW 最小年发电量约为：‎ W = P2t = 160×5000kW·h = 8×105kW·h.‎ 答案：（1）0.03　（2）πρr2υ3　（3）8×105kW·h ‎