一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分)
1.(2013·江门模拟)在已接电源的闭合电路中,关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是 ( )
A.如果外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随之增大
B.如果外电压减小,内电阻不变,内电压也就不变,电源电动势也随外电压减小
C.如果外电压不变,则内电压减小时,电源电动势也随内电压减小
D.如果外电压增大,则内电压减小,电源电动势始终为二者之和,保持恒定
2.(2013·南宁模拟)一台直流电动机电枢线圈的电阻是R,其额定电压是U,额定功率是P。那么,正常工作的电流 ( )
A.等于,且大于 B.等于,且小于
C.等于,也等于 D.不等于,但等于
3.有a、b、c、d四个电阻,它们的U -I关系如图所示,其中电阻最小的是 ( )
A.a B.b C.c D.d
4.(2013·福州模拟)一电池外电路断开时的路端电压为3V,接上8Ω的负载电阻后路端电压降为2.4V,则可以判定电池的电动势E和内电阻r为 ( )
A.E=2.4V,r=1Ω B.E=3V,r=2Ω
C.E=2.4V,r=2Ω D.E=3V,r=1Ω
5.(2013·百色模拟)甲、乙两根保险丝均为同种材料制成,直径分别是d1=0.5mm和d2=1mm,熔断电流分别为2.0A和6.0 A,把以上两根保险丝各取等长一段并联后再接入电路中,允许通过的最大电流是 ( )
A.6.0 A B.7.5 A
C.10.0 A D.8.0 A
6.(2013·厦门模拟)在如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑动触头在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的滑动触头向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
7.(2013·北海模拟)如图所示,将一根粗细均匀的电阻丝弯成一个闭合的圆环,接入电路中,电路与圆环的O点固定连接,P为与圆环良好接触的滑动头。闭合开关S,在滑动头P缓慢地由m点经n点移到q点的过程中,电容器C所带的电荷量将 ( )
A.由小变大 B.由大变小
C.先变小后变大 D.先变大后变小
8.如图所示,电源电动势为6V,当开关S接通时,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分电压是Uad=0,Ucd=6V,Uab=6V,由此可判定 ( )
A.L1和L2的灯丝都断了 B.L1的灯丝断了
C.L2的灯丝断了 D.变阻器R断路
9.(2013·济南模拟)如图所示的电路,a、b、c为三个相同的灯泡,其电阻大于电源内阻,当滑动变阻器R的滑片P向上移动时,下列判断中正确的是 ( )
A.b灯中电流变化值小于c灯中电流变化值
B.a、b两灯变亮,c灯变暗
C.电源输出功率增大
D.电源的供电效率增大
10.如图所示的电路中,电源电动势E=3V,内电阻r=1Ω,定值电阻R1=3Ω,R2=2Ω,电容器的电容C=100μF,则下列说法正确的是 ( )
A.闭合开关S,电路稳定后电容器两端的电压为1.5V
B.闭合开关S,电路稳定后电容器所带电荷量为3.0×10-4C
C.闭合开关S,电路稳定后电容器极板a所带电荷量为3×10-4C
D.先闭合开关S,电路稳定后断开开关S,通过电阻R1的电荷量为3.0×10-4C
二、计算题(本大题共2小题,共30分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
11.(2013·济南模拟)(14分)如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=
100Ω,R2阻值未知,R3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线如图乙所示,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:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻R2的阻值;
(3)滑动变阻器的最大阻值。
12.(能力挑战题)(16分)一辆有三十多个座位的客车的动力装置的一套电池能反复充电1200多次;每次充电仅需三至五个小时,蓄电量可让客车一次性跑500km,客车时速最高可达180km。如果客车总质量为9×103kg,当它在某城市快速公交路面上以v=90km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=150A,电压U=300V。在此行驶状态下(取g=10m/s2),求:
(1)驱动电机的输入功率P电;
(2)若驱动电机能够将输入功率的80%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机,求汽车所受阻力的大小;
(3)如果当它在某城市快速公交路面上以v=90km/h的速度匀速行驶一段时间后关闭电源(设汽车所受阻力不变),客车滑行的时间是多少?
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答案解析
1.【解析】选D。电源的电动势是个定值,由闭合电路欧姆定律知:E=U+Ur=U+Ir,内电压和外电压之和等于电源电动势是不变的,故D正确,A、B、C错误。
2.【解析】选B。电动机正常工作时P=UI,则I=,但由于此时电能一部分转化为电动机的机械能,电路不再是纯电阻电路,此时电流要小于由欧姆定律得出的电流值,B正确。
3.【解析】选D。在U -I图像中,图线的斜率k==R,故斜率越小,电阻越小,因而d的电阻最小,故选D。
4.【解析】选B。电池外电路断开时的路端电压等于电源电动势,所以E=3V;当电源接上8Ω的负载电阻后,由U=IR得I=0.3A,再由闭合电路欧姆定律E=I(R+r)可得r=2Ω,故B正确。
5.【解析】选B。甲、乙保险丝等长,由电阻定律R=ρ可知R=,所以R1∶R2=
4∶1,把R1、R2并联接入电路,由分流关系知==,因熔断电流I2=6A,故I1只能是1.5A,总电流I=I1+I2=7.5A。若I1=2A,则I2=8A>6 A,保险丝会熔断,故B正确。
6.【解析】选B。当R2的滑动触头由a滑向b时,R2阻值减小,电路总电阻减小,则总电流I增大;根据闭合电路欧姆定律知路端电压U=E-Ir,所以电压表示数U减小;R1两端电压U1=U-U3,而U3=IR3,U3增大,所以U1减小,则I1减小,而I=I1+I2,所以I2增大,故B正确。
7.【解析】选C。在题图所示位置时并联电阻最大,从m点移到图示位置过程中圆环总电阻增大,从图示位置到q位置过程中圆环总电阻减小,则电阻R两端的电压先减小后增大,即电容器上的电压先减小后增大,由C=,可知电容器C所带的电荷量先减小后增大,C正确,A、B、D错误。
8.【解析】选C。由Uab=6V,可知电源完好;灯泡都不亮,说明电路中出现断路故障,且在外电路a、b之间;由Ucd=6V可知,灯泡L1和变阻器R是导通的,断路故障应出现在c、d之间,故L2断路,C正确,A、B、D错误。
【总结提升】电路故障的特点和分析方法
1.故障特点
(1)断路特点:电路中发生断路,表示为电源电压不为零而电流为零,若外电路中无用电器的任意两点间电压不为零,则这两点间有断点,而这两点与电源连接部分无断点。
(2)短路特点:若外电路中发生短路,表现为有电流通过电路而电压为零。
2.故障分析方法
(1)仪器检测法:
①断路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联;若电压表指针偏转,则该段电路中有断点。
②短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联;若电压
表示数为零,则该电路被短路;若电压表示数不为零,则该电路没有被短路或不
完全被短路。
(2)假设法:
已知电路发生某种故障,寻求故障发生在何处时,可将整个电路划分为若干部分,然后假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正向推理,推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路。若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路。用此方法,直到找出发生故障的全部可能为止。
【变式备选】在如图所示的电路中,电源的电动势E和内阻r恒定,闭合开关S后灯泡能够发光,经过一段时间后灯泡突然变亮,若电路中仅有一处故障,则出现这种现象的原因可能是 ( )
A.电阻R1短路 B.电阻R2断路
C.电阻R2短路 D.电容器C断路
【解析】选A、B。若R1短路,则R总变小,I总变大,通过灯泡L的电流变大,灯泡变亮,A正确;若R2断路,R总变大,I总变小,U内=I总r变小,U外变大,U1=I总R1变小,因UL=U外-U1,所以UL变大,灯泡变亮,故B正确;若R2短路,电流不经过灯泡,灯泡不亮,C错误;若电容器断路,总电阻不受影响,故灯泡亮度不变,D错误。
9.【解析】选B、C。当滑片向上移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,并联
部分的总电阻变小,所以外电路总电阻变小,总电流变大,a灯变亮;总电流变大,
电源内阻消耗电压增大,路端电压变小,通过c灯的电流变小,c灯变暗;总电流变大,通过c灯的电流变小,所以通过b灯的电流变大,b灯变亮,易得b灯中电流变化值大于c灯中电流变化值,所以A错B对;电源的输出功率P=,其中
R′为外电路电阻,r为电源内阻,由于R′>r,滑片上移时,R′减小,P增大,故C正确。电源的供电效率根据η=×100%即可判断,故D错。
10.【解题指南】解答本题应把握以下两个关键点:
(1)弄清开关S闭合前、后电容器上的电压。
(2)理解电容器上的电荷量与其中一个极板上所带电荷量的关系。
【解析】选A。闭合开关S,电路稳定后电流I==0.5A,电容器两端的电压为U=IR1=1.5V,选项A正确;电路稳定后电容器带电荷量为Q=CU=100×10-6×1.5C
=1.5×10-4C,选项B、C错误;先闭合开关S,电路稳定后断开开关S,电容器C通过电阻R1放电,通过电阻R1的电荷量为1.5×10-4C,选项D错误。
11.【解析】(1)题图乙中AB延长线交U轴于20V处,交I轴于1.0A处,所以电源的电动势为
E=20V (2分)
内阻r==20Ω。 (2分)
(2)当P滑到R3的右端时,电路参数对应题图乙中的B点,即U2=4V、I2=0.8A,
(1分)
得R2==5Ω。 (2分)
(3)当P滑到R3的左端时,由题图乙知此时U外=16V,I总=0.2A, (2分)
所以R外==80Ω。 (2分)
因为R外=+R2, (2分)
所以滑动变阻器的最大阻值为R3=300Ω。 (1分)
答案：(1)20V 20Ω (2)5Ω (3)300Ω
12.【解析】(1)驱动电机的输入功率
P电=IU=150×300W=4.5×104W (3分)
(2)在匀速行驶时P机=0.8P电=Fv=Ffv (4分)
Ff==1440N (2分)
(3)汽车所受阻力不变,可认为做匀减速运动,根据牛顿第二定律:
a==m/s2=0.16 m/s2 (3分)
又因为v=at (2分)
所以t=≈156s (2分)
答案：(1)4.5×104W (2)1 440 N (3)156 s
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