高中物理鲁科版选修3-1第四章第2讲习题课闭合电路的分析与计算

闭合电路的动态分析图4－2－61．在如图4－2－6所示的电路中，电源的电动势为E ，内阻为r ，平行板电容器C 的两金属板水平放置，R 1和R 2为定值电阻，P 为滑动变阻器R 的滑动触头，G 为灵敏电流表，A 为理想电流表．开关S 闭合后，C 的两板间恰好有一质量为m 、电荷量为q 的油滴处于静止状态，在P 向上移动的过程中，下列说法正确的是( )A ．A 表的示数变大B ．油滴向上加速运动C ．G 中有a →b 的电流D ．电源的输出功率一定变大答案 B解析 油滴静止时，它所受的重力等于向上的电场力F ＝qE ＝qU C d，在P 向上移动的过程中，滑动变阻器的有效电阻变大，电路的总电阻变大，由闭合电路欧姆定律，知电路的总电流I 变小，路端电压U 外变大，则选项A 错误；而电阻R 1两端的电压U 1＝IR 1变小，由U 外＝U 1＋U 并，知U 并变大，U C ＝U 并变大，油滴所受电场力变大，将向上加速运动，Q C ＝CU 并变大，电容器C 充电，电流方向由b →a ，则选项B 正确，C 错误；电源的输出功率变化不确定，选项D 错误．闭合电路中的功率图4－2－72．如图4－2－7所示，直线A 为电源的UI 图线，直线B 为电阻R 的U I 图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是()A．4 W，8 W B．2 W，4 WC．4 W，6 W D．2 W，3 W答案 C解析从题图中可知E＝3 V，图线A和图线B的交点是电源和电阻R构成闭合电路的工作点，因此P出＝UI＝4 W，P总＝EI＝6 W.含容电路分析图4－2－83．如图4－2－8所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时()A．灯泡L变暗B．光敏电阻R上的电压增大C．电压表V的读数减小D．电容器C的带电荷量增大答案CD解析光照强度增大时，R的阻值减小，闭合电路的总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律知I＝ER＋r＋R灯增大，灯泡L变亮，选项A错误；光敏电阻R上的电压U R＝E－I(r＋R灯)减小，选项B错误；电压表V的读数U＝E－Ir减小，选项C正确；电容器C 两端的电压等于灯泡两端的电压，灯泡两端的电压U L＝IR灯增大，所以电容器C的带电荷量Q＝CU L增大，选项D正确．电路故障分析图4－2－94．如图4－2－9所示，灯泡L1、L2原来都正常发光，在两灯突然熄灭后，用电压表测得c、d间电压比灯泡正常发光时的电压高，故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故障)()A．a、c间断路B．c、d间断路C．b、d间断路D．b、d间短路答案 B解析因电路中L1、L2、R及电源串联，电路中只有一处故障且两灯不亮，电路中必是断路，故D错误．电路中无电流，但c、d间电压升高，是因为c、d间断路，c、d两点分别与电源正、负极等电势．故正确答案为B.题组一闭合电路的动态分析图4－2－101．如图4－2－10所示的电路，闭合电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则()A．电流表的示数减小B．电压表的示数减小C．电阻R2两端的电压减小D．路端电压增大答案 B解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U 外↓.R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，A、C、D错误，B项正确．图4－2－112．如图4－2－11所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则()A．电灯L更亮，安培表的示数减小B．电灯L更亮，安培表的示数增大C．电灯L更暗，安培表的示数减小D．电灯L更暗，安培表的示数增大答案 A解析变阻器的滑片P向b端滑动，R1接入电路的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，安培表的示数减小，路端电压U增大，电灯两端电压增大，电灯L更亮，A 正确，B、C、D错误．图4－2－123．如图4－2－12所示，E为电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是() A．I1增大，I2不变，U增大B．I1减小，I2增大，U减小C．I1增大，I2减小，U增大D．I1减小，I2不变，U减小答案 B解析滑动触点由a向b移动时，R2阻值减小，所以总电阻减小，电路中总电流增大，则内电压增大，路端电压减小，故U减小；总电流增大，R3两端电压也增大，所以并联电压减小，故I1减小，I2增大．4.图4－2－13(2012·广州调研)如图4－2－13所示的电路中，电源的内阻r≠0，R1和R2是两个定值电阻．当滑动变阻器R的滑片向a移动时，电路中的电流I1、I2的变化情况是()A．I1不变B．I1变小C．I2变大D．I2变小答案BC解析当滑动变阻器R的滑片向a移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，整个回路的总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流I＝ER外＋r变大，路端电压U＝E－Ir 变小，I1变小，A错误，B正确；又I＝I1＋I2，所以I2变大，C正确，D错误．5．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24 V，220 W)和10个相同的指示灯X1～X10(220 V，2 W)，将其连接在220 V的交流电源上，电路如图4－2－14所示，若工作一段时间后L2灯丝烧断，则()图4－2－14A．X1的功率减小，L1的功率增大B．X1的功率增大，L1的功率增大C．X2的功率增大，其他指示灯的功率减小D．X2的功率减小，其他指示灯的功率增大答案 C解析由串、并联电路的知识知，若L2灯丝烧断，电路的电阻值变大，电流变小，除X 2两端电压变大外，其他电压变小，故选C.题组二 对闭合电路功率的理解6．两个电池1和2的电动势E 1＞E 2，它们分别向同一电阻R 供电，电阻R 消耗的电功率相同．比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P 1和P 2及电池的效率η1和η2的大小，则有( )A ．P 1＞P 2，η1＞η2B ．P 1＞P 2，η1＜η2C ．P 1＜P 2，η1＞η2D ．P 1＜P 2，η1＜η2答案 B解析 因为P R 相等，则电流I 相等．由I ＝E 1R ＋r 1＝E 2R ＋r 2；因E 1＞E 2则r 1＞r 2，所以P 1＞P 2，而η＝P 出P 总＝I 2R EI，所以η与E 成反比，故η1＜η2，故选B. 7．将阻值为4 Ω和10 Ω的两个电阻R 1、R 2分别接在同一电源上，结果R 2上消耗的功率P 2比R 1上消耗的功率P 1大，则( )A ．电源内阻一定大于4 ΩB ．两电阻串联后接此电源，外电路总功率一定大于只接R 2时的功率C ．两电阻并联后接此电源，外电路总功率一定小于只接R 1时的功率D ．只接R 1时电源消耗的功率一定大于只接R 2时消耗的功率答案 ACD解析 根据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示．因为R 2消耗的功率P 2比R 1消耗的功率P 1大．所以有R 1<R 2<R 3且r >R 1＝4 Ω.A 选项正确、D 选项正确．R 1与R 2的并联电阻一定小于R 1的电阻．由电源的输出功率曲线可知外电路总功率一定小于只接R 1时的功率，C 正确．若R 1与R 2串联，其电阻大于R 2的电阻．外电路的消耗的总功率不一定大于只接R 2时的功率，B 错误．图4－2－158．如图4－2－15所示，直线OAC 为某一直流电源的总功率P 随电流I 变化的图线，曲线OBC 表示同一直流电源内部的热功率P 随电流I 变化的图线．若A 、B 点的横坐标均为1 A ，那么AB 线段表示的功率为( )A ．1 WB ．6 WC ．2 WD ．2.5 W答案 C解析 由题图不难看出，在C 点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E ＝3 V ，短路电流为I ＝3 A ，所以电源的内阻为r ＝E I＝1 Ω.图像上AB 线段表示的功率为P AB ＝P 总－I 2r ＝(1×3－12×1) W ＝2 W ．故正确选项为C. 9.图4－2－16(2012·河南三市调研)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，如图4－2－16所示，直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图线，直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图线．直线C 为一个电阻R 两端的电压与电流关系的图线，将这个电阻R 分别接到a 、b 两电源上，那么( )A ．R 接到电源a 上，电源的效率较低B ．R 接到电源b 上，电源的输出功率较大C ．R 接到电源a 上，电源的输出功率较大，电源效率较高D ．R 接到电源b 上，电源的输出功率较小，电源效率较高答案 C解析 电源的效率η＝UI EI ＝U E，由题中图像可知A 与C 交点处电压大于B 与C 交点处电压，则R接在电源a上效率较高；电源输出功率P＝UI，由题中图像易得R接在电源a上输出功率较大，A、B、D错误，C正确．题组三含容电路分析图4－2－1710．如图4－2－17所示，C为两极板水平放置的平行板电容器，闭合开关S，当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时，悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态．要使尘埃P向下加速运动，下列方法中可行的是()A．把R2的滑片向左移动B．把R2的滑片向右移动C．把R1的滑片向左移动D．把开关S断开答案 A解析若尘埃P处于静止状态，则重力与电场力平衡．若尘埃向下加速运动，则电场力减小，电容器两极板间的电压减小，故向左移动R2的滑片可以实现这种变化．故A正确、B错．由于稳定时R1支路无电流，故无论如何移动R1，电容器两极板间的电压都不会改变，故尘埃仍平衡，故C错．断开开关S，电容器两极板间电压增大，这种情况与B选项效果相同，故D错．图4－2－1811．在如图4－2－18所示的电路中，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，闭合电键S，将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()A．灯泡L变亮B．电源的输出功率变小C．电容器C上电荷量减少D．电流表读数变小，电压表读数变大答案BD解析将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，R的阻值变大，电路中电流变小，灯泡变暗，A错误；路端电压变大，电阻R两端电压变大，电容器C两端电压变大，电容器C上电荷量增加，C错误，D正确；当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，则外电路电阻比r大得越多，输出功率越小，B正确．图4－2－1912．如图4－2－19所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是() A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小答案 B解析当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力，当电路稳定后，R1中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R0两端电压，当R2不变，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D两项错．若保持R1不变，缓慢增大R2，R0两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场减弱，小球受电场力减小，F变小．故A项错，B项正确．题组四综合应用图4－2－2013．如图4－2－20所示为一直流电路，电源内阻不能忽略，但R0大于电源内阻，滑动变阻器的最大阻值小于R，当滑动变阻器滑片P从滑动变阻器的最右端滑向最左端的过程中，下列说法正确的是()A．电压表的示数一直增大B．电流表的示数一直增大C．电阻R0消耗的功率一直增大D．电源的输出功率一直增大答案 A解析滑动变阻器的最大阻值小于电阻R，在滑片P向左滑动的过程中，电路中的总电阻增大，总电流减小，电流表的示数减小，B项错误；电阻R0消耗的功率减小，C项错误；内电压一直减小，外电压一直增大，R0两端电压一直减小，电压表示数增大，A项正确；由于电源的内阻小于R0，因此在滑动变阻器滑动过程中电源的输出功率一直减小，D项错误．图4－2－2114．如图4－2－21所示的电路中，已知电源电动势E＝36 V，内阻r＝2 Ω，R1＝20 Ω，每盏灯的额定功率都是2 W，额定电压也相同．当S闭合，R2调到14 Ω时，两灯都正常发光；当S断开，要使L2仍正常发光，则R2应调到何值？答案50 Ω解析设所求阻值为R2′，当灯L1和L2都正常发光时，加在灯两端电压为额定电压U L.当S闭合时，E1＝U L＋I1(R1＋r＋R2)，当S断开时，E2＝U L＋I2(R1＋r＋R2′)，又因为E1＝E2＝E，I1＝2I2＝2I L(I L为额定电流)，得I L(R1＋r＋2R2－R2′)＝0，但I L≠0，所以R1＋r＋2R2＝R2′，即R2′＝20 Ω＋2 Ω＋2×14 Ω＝50 Ω.11。