专题04-焦耳定律、闭合电路欧姆定律(知识梳理+专题过关)(人教版2019)(解析版).docx

专题04 焦耳定律、闭合电路欧姆定律
【知识梳理】

【专题过关】
一、 电功、电热和焦耳定律
1．小红在路上看到一个现象：当电动汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为，内阻为。车灯接通电动机未起动时（即开关断开，闭合），电流表示数为；电动机启动的瞬间（即开关、均闭合），电流表示数达到。若电流表内阻不计，车灯电阻恒定，电动机启动时（　　）

A．车灯两端的电压为
B．通过车灯的电流为
C．车灯的功率为
D．车灯的功率约为
【答案】D
【详解】A．电动机启动时，车灯两端的电压为故A错误
B．车灯电阻为电动机启动时，通过车灯的电流为故B错误；
CD．电动机启动时，车灯的功率为故C错误，D正确。故选D。
2．四个相同的小灯泡按照如图所示的(a)、(b)两种方式接入电压相等的电路中，调节R1、R2使四个小灯泡都正常发光，这时可变电阻R1、R2消耗的电功率P1和P2的关系为　　

A．P1=2P2 B．P1＞2P2 C．P1＜2P2 D．P1=P2
【答案】B
【详解】灯泡规格相同且正常发光，甲图灯泡并联，电流为乙图灯泡串联，电流为
电阻的电压为消耗的功率为电阻的电压为
消耗的功率为所以有故A、CD错误，B正确；故选B。
3．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，S是用感温材料制造的开关。下列说法中正确的是（　　）

A．其中R2是供加热用的电阻丝；
B．当开关S断开时电饭锅为加热状态，S接通时为保温状态；
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2∶1；
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为（-1）∶1
【答案】AD
【详解】AB．如图所示，根据当接通开关K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态，当断开开关K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，则是供加热用的电阻丝,，接通开关K时，处于加热状态，断开开关K时，处于保温状态，故B错误A正确；
CD．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，根据可知，R2在保温状态时和加热状态时的电流值比根据可知解得故C错误D正确。故选AD。
4．电吹风如图为某人设计的电吹风电路的示意图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可以处于停机、吹热风、吹自然风三种工作状态。和分别是理想变压器原线圈和副线圈的匝数。该电吹风正常工作时各项参数如表格所示。不考虑小风扇电机的机械摩擦损耗及温度对电阻的影响。
热风时电吹风输入功率
500W
自然风时电吹风输入功率
60W
小风扇额定电压U
60V
小风扇输出机械功率
48W
（1）求小风扇工作时变压器原线圈和副线圈中的电流比；
（2）计算电热丝的电阻；
（3）求小风扇电机的效率。

【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】(1) 根据变压器的原线圈、副线圈的匝数与电压关系可知
则原线圈和副线圈中的电流之比为
(2) 电热丝的功率为根据知电热丝的电阻
(3) 小风扇电机的效率为
二、 闭合电路的功率问题
5．如图所示，A 、 B 分别为电源 E 和电阻 R 的 图线，虚线 C 过图线 A 、 B 交点的曲线 B 的切线。现将电源 E 与电阻 R 及开关，导线组成闭合电路。由图像可知（　　）

A．电源的电动势为 3V，内阻为 1Ω
B． 的阻值随电压升高而增大，此时的阻值为 1Ω
C．此时电源消耗的热功率为4W，效率约为
D．若再串联一定值电阻，电源的输出功率可能不变
【答案】ACD
【详解】AC．电源的 图像 纵截距表示电源的电动势，由图读出电源的电动势
内阻 两图线的交点表示该电源直接与电阻 相连组成闭合电路时工作状态由图读出：路端电压 ，电流 ，则电源的总功率为此时电源内部消耗的电功率为
电源的输出功率为 电源的效率为
故AC正确；
B．电阻 其大小等于 图线上的点与原点 连线的斜率，可以知道 随电压的升高而增大，此时电阻值故B错误；
D．当外电路电阻与电源内电阻相等时，电源的输出功率最大，所以串联一个定值电阻后，若外电阻与电源内阻的差值减小，电源的输出功率增大，相反减小。若串联后外电路总电阻大于电源的内阻，根据 图像知，电源的输出功率也可能不变，所以D选项是正确的。故选ACD。
6．如图所示，直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图像，曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图像，则下列说法错误的是（　　）

A．电源电动势约为
B．电源的内阻约为
C．电流为时，外电路的电阻约为
D．输出功率为时，输出电压约为
【答案】BD
【详解】A．根据闭合电路的欧姆定律，电压的输出电压对照图象，当时，可得
故不符题意；
B．图象斜率的绝对值表示内电阻，故故B符合题意；
C．电流为时，对照图象，电压为，故外电路电阻故C不符题意；
D．输出功率为时，对照图象，电流为，再对照图象，输出电压为，故D符合题意；
故选BD。
7．在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（设E、r是定值）向变化的外电阻供电时，关于电源的输出功率P随外电阻R变化的规律如图所示。则下列判断错误的是（　　）

A．当R＝r时，电源有最大的输出功率
B．当R＝r时，电源的效率η＝50%
C．电源的功率P′随外电阻R的增大而增大
D．电源的效率η随外电阻R的增大而增大
【答案】C
【详解】AB．由图可知，当R＝r时，电源有最大的输出功率，此时电源的效率
故AB正确
C．电源的功率为所以P′随外电阻R的增大而减小，故C错误；
D．电源的效率为所以η随外电阻R的增大而增大， 故D正确。本题选错误的，故选C。
8．如图所示，电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻、滑动变阻器R串联，已知=r，滑动变阻器的最大阻值是3r，当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，下列说法中正确的是（　　）

A．电源的输出功率先变小后变大 B．电源的输出功率先变大后变小
C．滑动变阻器消耗的功率先增大后减小 D．定值电阻上消耗的功率一直变大
【答案】CD
【详解】AB．由于外电阻一定大于内电阻，当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，滑动变阻器总电阻减小；因电源的内电阻小于外电阻，随着R的减小，电源的内外电阻差值减小，所以电源的输出功率一直增大，故AB错误；
C．将R0等效到内电阻中去，内电阻变为2r，滑动变阻器消耗的功率可看成电源的输出功率，随着外电阻的减小，外电阻先接近内电阻然后再小于内电阻，故输出功率先增大后减小，当内外电阻相等时输出功率最大，故C正确；
D．因外电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，总电流变大，根据P=I2R0可知，因R0不变，定值电阻R0上消耗的功率变大，故D正确。故选CD。
三、 闭合电路的动态分析问题
9．火警报警器的电路示意图如图所示。其中，RT为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器。当传感器RT所在处出现火情时，通过显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（　　）

A．I变大，U变小 B．I变大，U变大
C．I变小，U变小 D．I变小，U变大
【答案】C
【详解】当传感器所在处出现火情时，温度升高，的电阻减小，则电路中的总电阻减小，根据闭合回路的欧姆定律可知，电路中的总电流变大，路端电压变小，则报警器两端的电压U减小，根据可知，电阻两端的电压增大，根据分压原理可知，电阻两端的电压变小，则流过的电流减小，即电流表读数变小。故选C。
10．如图甲，为南充某地新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制，电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙，为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。现增加光照强度，灯泡电阻不变，则下列判断不正确的是（　　）

A．A、B灯都变暗 B．电源的总功率变大
C．电源的输出功率一定变小 D．电源的效率变小
【答案】C
【详解】A．光照强度增大，光敏电阻阻值减小，电路总电阻减小，故电路总电流增大，消耗在内阻上的电压增大，路端电压减小，A灯变暗，由于R0两端的电压增大，B灯两端的电压减小，B灯变暗，故A正确；
BC．电源电动势不变，电路总电流增大，电源的总功率P=EI变大，但是不知道电源内阻与外电路的电阻的关系，则无法判断输出功率的变化，故B正确，C错误；
D．电源的效率为路端电压减小，电源的效率变小，故D正确；此题选择不正确的选项，故选C。
11．如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，灯泡A、B的阻值始终相同且不变，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（　　）

A．电压表示数U与电流表示数I的比值不变
B．电流表的示数先减小后增大
C．电源的输出功率一直增大
D．电源的效率先增大后减小
【答案】BD
【详解】A．电压表示数U与电流表示数I的比值表示灯泡A、B与滑动变阻器连接的总电阻，由于滑片的移动，这部分电路的总电阻是变化的，故A错误；
B．由并联电路的总电阻可知，当滑动变阻器滑片处于中点时，两个并联支路的电阻相等，并联后的总电阻最大，可知滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，外电路的电阻先增大后减小，故电流表的示数先减小后增大，故B正确；
C．电源的输出功率当时电源的输出功率最大，由于外电路的电阻先增大后减小，所以电源的输出功率不会一直增大，故C错误；
D．电源的效率由于外电路的电阻先增大后减小，所以电源的效率先增大后减小，故D正确。故选BD。
12．如图所示的电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。下列比值正确的是（　　）

A．不变， 不变 B．变大，变大
C．变小，不变 D．变小，变小
【答案】AC
【详解】A．根据欧姆定律得知故当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，不变，不变，A正确；
BC．因滑片向上移动，故R2的接入电阻减小，因故变小，而则不变，B错误，C正确；
D．因故比值减小，而故比值保持不变，D错误。故选AC。
四、 闭合电路的含容电路问题
12．如图所示的电路中，电源的电动势和内阻一定，、为平行板电容器的两块正对金属板，为光敏电阻，电阻随光强的增大而减小。当的滑动触头在端时，闭合开关，此时电流表和电压表的示数分别为和。以下说法正确的是（　　）

A．若仅将的滑动触头向端移动，则不变，增大
B．若仅增大、板间距离，则电容器所带电荷量减少
C．若仅用更强的光照射，则增大，增大，电容器所带电荷量增加
D．若仅用更强的光照射，则变化量的绝对值与变化量的绝对值的比值不变
【答案】BD
【详解】A．若仅将R2的滑动触头P向b端移动，R2所在支路有电容器，是被断路的，则I、U均保持不变；故A错误；
B．根据因电容器两端电压U不变，若仅增大A、B板间距离，则电容器所带电荷量减少；故B正确；
C．若仅用更强的光照射R1，电阻随光照强度的增大而减小，根据“串反并同”法可知，I增大，U应当减小；电容器两端的电压减小，电荷量减小；故C错误。
D．根据全电路的欧姆定律有则外电路电压变化量的绝对值等于内电压变化量绝对值，即
故有即U的变化量的绝对值与I的变化量的绝对值表示电源的内电阻，是不变的；故D正确。故选BD。
13．如图所示，电源内阻r和灯泡L的电阻RL均恒定不变，D为理想二极管，R1、R2为定值电阻，电表均为理想电表。闭合S且电路稳定后，有一带电油滴在平行板电容器中处于静止状态。现将滑动变阻器滑片向上滑动，电表V1、V2和A示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2和ΔI，则下列说法正确的是（　　）

A．灯泡变亮，电流表示数增大 B．油滴将向下运动
C． D．
【答案】AC
【详解】A．滑片向上滑动，其接入电路的阻值减小，电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知回路中电流变大，灯泡L1变亮；电源内电压增大，外电压减小，即V1的示数减小，而L1的电压变大，所以并联部分R1两端的电压及电流都减小，电流表示数增大，A正确；
B．并联部分R1两端的电压减小，所以V2的示数及电容器板间电压变小，应放电，但二极管的单向导电性使电荷不能放出，由于Q不变，则由；得可知E不变，油滴静止不动，B错误；
C．根据闭合电路欧姆定律可知可知电流表串联在支路上，则有故，C正确；
D．将灯泡L电阻R1看作电源内阻一部分，可知，D错误。故选AC。

15．如图所示，a、b两端电压恒为10V，定值电阻R1=4、R2=12、R3=12，电容器的电容C=30。闭合开关S，电路稳定后，下列说法正确的是（ ）

A．电路的总电阻为10
B．通过R3的电流为1A
C．电容器两端的电压为6V
D．电容器所带的电荷量为1.8×10-5C
【答案】AC
【详解】A．电路的总电阻为故A正确；
BC．电路的总电流为电容器两端的电压为电容器与R3并联，则通过R3的电流为故B错误，C正确；
D．电容器所带的电荷量为故D错误。故选AC。
16．如图所示，电源电动势E=42V，内阻r=2Ω，电阻R1=12Ω，R2=R4=4Ω，R3=8Ω，C为平行板电容器，其电容C=3.0pF。
（1）开关S处于断开状态时，电容器的带电量是多少？
（2）当将开关S闭合后，求流过R4的电量为多少？并写出通过R4的电流方向。

【答案】（1）；（2），向左
【详解】（1）S断开时，电阻R3两端电压为由解得
（2）S闭合后，外电阻为端电压为电阻R3两端电压为
则流过R4的电量为：流过R4的电量为方向向左。
五、 闭合电路的故障分析问题
17．如图所示电路，当闭合开关S时灯泡不亮，为了检查电路的故障，现通过多用电表的电压档进行检测，测得：UBC=0、UCD=0，UDE、UAE均不为零，则电路故障原因可能是（　　）

A．滑动变阻器断路 B．灯泡L断路
C．开关S损坏 D．电阻R断路
【答案】A
【详解】闭合开关灯泡不亮，说明有断路，因UBC=0则与之串联的电路有断路UCD=0则与之串联的电路有断路则与之串联的电路无断路，即D到负极，E到正极无断路则E到正极无断路，则应为DE有断路，即滑动变阻器断路，故A正确，BCD错误。故选A。
18．如图，电池、开关和灯泡组成串联电路．当闭合开关时，发现灯泡不发光。在不能拆开电路的前提下，现使用一多用电表对故障电路进行检测：选择直流电压挡，闭合开关S，红、黑表笔分别接在接线柱E、F上，电压表示数为；断开开关S，选择欧姆挡，红、黑表笔分别同时接E、F，指针不偏转。则下列判断可能正确的是　　）

A．灯泡短路 B．灯泡断路 C．导线断开 D．导线断开
【答案】B
【详解】“闭合开关S，红、黑表笔分别接在接线柱E、F上，电压表示数为”说明从电源正极到接线柱E是没有断路，从电源负极到接线柱F没有断路；“断开开关S，选择欧姆挡，红、黑表笔分别同时接E、F，指针不偏转”说明接线柱E、接线柱F之间也就是小灯泡电阻无穷大，是断路，如果灯泡短路，指针应该有明显地偏转。故B正确，ACD错误；故选B。
19．某学生在研究串联电路电压特点时，接成如图所示电路，接通 K后，他将高内阻的电压表并联在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，则出现此种情况的原因可能是（R1、R2阻值相差不大）（　　）

A．AB段断路 B．AC段断路 C．AC段短路 D．AB段短路
【答案】A
【详解】B．如果AC段断路，R1无电流通过，当电压表并联在A、B两点间时，电压表读数一定为零，与题意不符，B错误；
C．如果AC段短路，当电压表并联在A、C两点间时，电压表读数一定为零，与题意不符，C错误；
D．如果AB段短路，当电压表并联在A、B两点间时，电压表读数一定为零，与题意不符，D错误；
A．如果AB段断路，R2无电流通过，当电压表并联在B、C两点间时，电压表读数为零，电压表并联在A、C两点间时，电压表通过开关接在电源两端读数为U；当电压表并联在A、B两点间时，电压表通过R2和开关接在电源两端读数也为U，符合题意，A正确。故选A。
20．如图所示电路中，电源内阻不能忽略，电表均为理想电表。闭合开关后，电路处于稳定状态，下列说法正确的是（　　）

A．电流表的示数突然变大，可能因为电容器被击穿
B．灯泡突然变亮，可能因为电阻R发生了短路
C．灯泡突然变亮，可能因为电阻R发生了断路
D．电压表的示数突然变小，可能因为灯泡的灯丝烧断
【答案】A
【详解】A．电容器被击穿短路可使得电路总电阻变小，总电流变大，故A正确；
B．若电阻R发生短路，则电路左侧三元件并联部分分压为零，会导致灯泡熄灭，B错误；
C．若电阻R发生断路，会使得并联三元件总电阻变大，电路总电流变小，灯泡分压变小，故而亮度变小，C错误；
D．若灯泡的灯丝烧断，则电压表的示数将变为电源电动势，故而示数增大，D错误。故选A。
六、 电池电动势和内阻的测量
21．如图所示，请按该电路图选择合适的器材连接好后用来测量电源电动势和内阻。

（1）根据实验测得的几组I、U数据做出图像如图所示，由图像可确定：该电源的电动势为___________V，电源的内电阻为___________（结果保留到小数点后两位）。
（2）若在实验中发现电压表坏了，于是不再使用电压表，而是选用电阻箱替换了滑动变阻器，重新连接电路进行实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R以及对应的电流表的示数I，则该同学以R为横坐标，以___________为纵坐标得到的函数图线是一条直线。这种方案测得的电动势的值与真实值相比，___________选填“”“”““ ）。
【答案】     1.40     0.57          =
【详解】（1）[1][2]由图示电源图像可知，图像与纵轴交点坐标值为1.40，则电源电动势1.40V。
电源内阻
（3）[3][4]电压表不能用，则变阻器换为电阻箱，由闭合电路欧姆定律得
得到为纵坐标得到的函数图线是一条直线，则要以为纵轴，以为横轴作图求解,可知图线得斜率解得电源电动势可知测得的电动势的值等于真实值的电动势值。
22．用如图甲所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻。蓄电池的电动势约为2V，内电阻很小。除蓄电池、开关、导线外可供使用的实验器材还有：
A．电压表V（量程3V）
B．电流表A1（量程0.6A）
C．电流表A2（量程3A）
D．定值电阻R0（阻值4Ω，额定功率4W）
E.滑动变阻器R（阻值范围0~20Ω，额定电流1A）

(1)电流表应选______；（填器材前的字母符号）
(2)根据实验数据作出U—I图像（如图乙所示），则蓄电池的电动势E=______，
内阻r=______Ω。
(3)用图甲电路来测定干电池的电动势和内阻，则E测_E真，r测______r真（填“＞”、“=”或“＜”）
【答案】     B     2.10     0.2     ＜     ＜
【详解】(1)[1]由于该实验中允许通过电池的电流的最大值比较小，所以电流表量程选择0.6A；
(2)[2][3]图像与纵坐标的交点为电源电动势E=2.10V图线的斜率表示电源内阻r与R0之和

(3)[4][5]由图甲所示可知，相对于电源来说，实验采用电流表外接法，当外电路短路时，电流的测量值等于真实值，除此之外，由于电压表的分流作用，电流的测量值小于真实值，电源的U-I图像如图所示，

由图像可知，电源电动势的测量值小于真实值，电源内阻的测量值小于真实值。
23．如图甲所示，将一根铜棒和一根锌棒插入一只苹果内，就成了一个简单的“水果电池”。小明同学做了两个这样的水果电池，并依次进行以下实验：

（1）用多用电表的直流电压（）挡粗测其中一个水果电池的电动势，指针位置如图乙所，其示数为_________V；
（2）用如图丙所示的电路测量该电池组（两个水果电池串联）的电动势和内阻，已知定值电阻，两只电流表规格相同，量程均为，内阻均为）。若身边有两种规格的滑动变阻器：、，实验中应该选用的滑动变阻器是_______（填“A”或“B”）；

（3）根据上述实验中两只电流表读数的多组数据，在图中描点并作出图像，如图丁所示，可求得该电池组的电动势与内阻分别为________V、________（内阻的计算结果保留两位有效数字）。
【答案】          B         
【详解】（1）[1]读数约为。
（2）[2]因为水果电池的内阻较大，为了实验中数据变化较为明显，减小实验误差，故选B。
（3）[3][4]由闭合回路欧姆定律可得 期中R为电流表的电阻，由图可知
，解得 ，因为图中的数据读取有误差，所以内阻的取值范围可为，电动势的取值范围可为。
24．某研究小组收集了两个电学元件：电阻R0（约为）和手机中的锂电池（电动势E标称值为3.7V，允许最大放电电流为100mA）。实验室备有如下器材：

A．电压表V（量程3V，电阻RV约为4.0kΩ）
B．电流表A1（量程100mA，电阻约为5Ω）
C．电流表A2（量程2mA，电阻约为5Ω）
D．滑动变阻器R1（，额定电流1A）
E．电阻箱
F．开关S一只、导线若干
（1）研究小组用伏安法测定电阻的阻值，为了测量更准确，图中的电流表A应选___________（选填“A1”或“A2”）。

（2）答题卡中测量R0阻值的电路实物示意图的连线不完整，请补充完整______。
（3）为测量锂电池的电动势E和内阻r，小红设计了如图甲所示的电路图。根据测量数据作出图象，如图乙所示，若该图线的斜率为k，纵轴截距为b，则该锂电池的电动势内阻r=___________。（用k、b表示）
【答案】     A2         
【详解】（1）[1]电压表量程是3V，通过待测电阻的最大电流为
因此电流表应选电流表A2（量程2mA，电阻RA2约为50Ω）；
（2）[2]变阻器采用限流接法时待测电阻电压与电流变化范围较小，不能测多组实验数据，为测多组实验数据，减小实验误差，故滑动变阻器应采用分压接法；故电流表应该采用内接法，补充的实物电路图如图所示

（3）[3]由图乙所示电路可知则有因此图象的纵轴截距
电动势图象的斜率则电源内阻