2020-2021学年鲁科版物理选修3-1对点练习：4.2-闭合电路的动态分析.docx

闭合电路的动态分析

图4－2－6
1．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，R1和R2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为抱负电流表．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．电源的输出功率肯定变大
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＝，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R1两端的电压U1＝IR1变小，由U外＝U1＋U并，知U并变大，UC＝U并变大，油滴所受电场力变大，将向上加速运动，QC＝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4－2－7
2．如图4－2－7所示，直线A为电源的UI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 W
C．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4－2－8
3．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，依据闭合电路欧姆定律知I＝增大，灯泡L变亮，选项A错误；光敏电阻R上的电压UR＝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UL＝IR灯增大，所以电容器C的带电荷量Q＝CUL增大，选项D正确．
电路故障分析

图4－2－9
4．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，故障的缘由可能是(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间电压上升，是由于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4－2－10
1．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4－2－11
2．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，假如变阻器的滑片向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4－2－12
3．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状况是(　　)
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
(2022·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的变化状况是(　　)

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，依据闭合电路欧姆定律可知，干路电流I＝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的沟通电源上，电路如图4－2－14所示，若工作一段时间后L2灯丝烧断，则(　　)

图4－2－14
A．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、并联电路的学问知，若L2灯丝烧断，电路的电阻值变大，电流变小，除X2两端电压变大外，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E1＞E2，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P1和P2及电池的效率η1和η2的大小，则有(　　)

A．P1＞P2，η1＞η2 B．P1＞P2，η1＜η2
C．P1＜P2，η1＞η2 D．P1＜P2，η1＜η2
答案　B
解析　由于PR相等，则电流I相等．由I＝＝；因E1＞E2则r1＞r2，所以P1＞P2，而η＝＝，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R1、R2分别接在同一电源上，结果R2上消耗的功率P2比R1上消耗的功率P1大，则(　　)
A．电源内阻肯定大于4 Ω
B．两电阻串联后接此电源，外电路总功率肯定大于只接R2时的功率
C．两电阻并联后接此电源，外电路总功率肯定小于只接R1时的功率
D．只接R1时电源消耗的功率肯定大于只接R2时消耗的功率
答案　ACD

解析　依据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示．
由于R2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大．所以有R1<R2<R3且r>R1＝4 Ω.A选项正确、D选项正确．R1与R2的并联电阻肯定小于R1的电阻．由电源的输出功率曲线可知外电路总功率肯定小于只接R1时的功率，C正确．若R1与R2串联，其电阻大于R2的电阻．外电路的消耗的总功率不肯定大于只接R2时的功率，B错误．

图4－2－15
8．如图4－2－15所示，直线OAC为某始终流电源的总功率P随电流I变化的图线，曲线OBC表示同始终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 W 　　B．6 W
C．2 W 　　D．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＝＝1 Ω.图像上AB线段表示的功率为PAB＝P总－I2r＝(1×3－12×1) W＝2 W．故正确选项为C.
9.

图4－2－16
(2022·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＝＝，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4－2－17
10．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转变，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，这种状况与B选项效果相同，故D错．

图4－2－18
11．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上电荷量削减
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4－2－19
12．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.调整R1、R2，关于F的大小推断正确的是(　　)
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4－2－20
13．如图4－2－20所示为始终流电路，电源内阻不能忽视，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．电压表的示数始终增大
B．电流表的示数始终增大
C．电阻R0消耗的功率始终增大
D．电源的输出功率始终增大
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；内电压始终减小，外电压始终增大，R0两端电压始终减小，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始终减小，D项错误．

图4－2－21
14．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UL.
当S闭合时，E1＝UL＋I1(R1＋r＋R2)，
当S断开时，E2＝UL＋I2(R1＋r＋R2′)，
又由于E1＝E2＝E，I1＝2I2＝2IL(IL为额定电流)，得IL(R1＋r＋2R2－R2′)＝0，但IL≠0，所以R1＋r＋2R2＝R2′，
即R2′＝20 Ω＋2 Ω＋2×14 Ω＝50 Ω.