高中物理新教材同步必修第三册 第12章 培优综合练(四)同步讲义

培优综合练(四)一、选择题1．(2019·江苏卷)如图1所示的电路中，电阻R＝2Ω.断开S后，电压表的读数为3V；闭合S后，电压表的读数为2V，则电源的内阻r为()图1A．1ΩB．2ΩC．3ΩD．4Ω答案A解析当断开S时，电压表的读数等于电源的电动势，即E＝3V；当闭合S时，有U＝IR，又由闭合电路欧姆定律可知，I＝eq\f(E,R＋r)，联立解得r＝1Ω，故A正确，B、C、D错误．2.如图2所示，电源电动势为E，内阻为r，闭合开关，在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于静止状态，当滑动变阻器R0的滑片向左移动时，带电粒子将()图2A．向上运动B．向下运动C．静止不动D．不能确定运动状态的变化答案B解析当滑片向左移动时，R0接入电路的电阻值变大，则R总变大，总电流变小，R两端的电压变小，电容器中的电场强度变小，所以粒子将向下运动，故B正确．3．(多选)(2018·上海中学期中)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，在相同的时间内，下列说法正确的是()A．电炉放出的热量与电动机放出的热量相等B．电炉两端电压小于电动机两端电压C．电炉两端电压等于电动机两端电压D．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率答案ABD解析电动机的线圈电阻与电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，根据Q＝I2Rt可知，电炉放出的热量与电动机放出的热量相等，选项A正确；电炉两端电压小于电动机两端电压，选项B正确，C错误；电动机消耗的功率等于内阻上消耗的功率I2R和输出功率之和，而电炉消耗的功率等于I2R，故电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，选项D正确．4．(多选)在如图3所示的伏安特性曲线中，图线甲、乙分别为电源和某电阻两端电压随电流的变化规律，已知两图线与I轴的夹角分别为α、β.则下列说法正确的是()图3A．两图线交点的横、纵坐标的乘积为电源的输出功率B．两图线交点的横、纵坐标的乘积为电源消耗的总功率C．当α＝β时电源的效率为80%D．当α＝β时电源的效率为50%答案AD解析根据闭合电路的欧姆定律和U－I图像特点可知，两图线交点的横、纵坐标的乘积表示负载电阻消耗的功率，即电源的输出功率，故A正确，B错误；当满足α＝β时，电源内阻等于负载电阻，电源的效率为50%，故C错误，D正确．5．(多选)如图4所示，四个电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑动触头P向左端移动时，下列说法正确的是()图4A．电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大B．电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小C．电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大D．电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小答案BC解析当滑动变阻器的滑动触头P向左端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律可知，干路上的电流减小，电源内阻及R1分得的电压减小，电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小，选项A错误，B正确；由于电压表V1的读数增大，由欧姆定律可得通过R3的电流增大，则电流表A2的读数增大，由IR1＝IR3＋IR2可知通过R2的电流减小，则电压表V2的读数减小，选项C正确，D错误．6．(2018·东营市胜利第一中学期中)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系上，如图5中的a、b、c所示，根据图线知()图5A．反映Pr变化的图线是bB．电源电动势为8VC．电源内阻为1ΩD．当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Ω答案D解析电源发热功率Pr＝I2r，故图线是关于I的二次函数，所以反映Pr变化的图线是c，A错误；根据公式PE＝EI可得PE是关于电流的一次增函数，所以图线a是描述电源的总功率随电流变化的图线，图线的斜率k＝E＝4V，B错误；从c图线中可得r＝eq\f(8,22)Ω＝2Ω，C错误；当电流为0.5A时，根据闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，代入解得R＝6Ω，D正确．7．(2018·海安高级中学期末)如图6为A、B两灯泡的I－U图像，把它们串联接在220V的恒压电源上．根据图像，计算A、B两灯泡的实际功率分别约为()图6A．5W、17W B．22W、48.4WC．48.4W、22W D．50W、170W答案A解析由两灯泡串联接在220V的恒压电源上，可知两灯泡中的电流相等，且总电压为220V，则由题图可知，电流约为0.1A，A灯泡的电压为50V，B灯泡的电压约为170V，则由P＝UI可知，A灯泡的功率为5W，B灯泡的功率为17W，选项A正确．8．(多选)(2018·海南卷)如图7，三个电阻R1、R2、R3的阻值均为R，电源的内阻r<R，c为滑动变阻器的中点．闭合开关后，将滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动，下列说法正确的是()图7A．R2消耗的功率变小B．R3消耗的功率变大C．电源输出的功率变大D．电源内阻消耗的功率变大答案CD解析把等效电路画出，如下设Rca＝Rx，Rcb＝R滑－Rx，则R外＝R＋eq\f(R＋RxR＋R滑－Rx,R＋R＋R滑)当Rx＝eq\f(R滑,2)时，R外有最大值，当滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动时，Rca减小，Rcb增大，易得R外减小，R总＝R外＋r减小，I1＝eq\f(E,R总)增大，故电源内阻消耗的功率Pr＝I12r增大，故D正确；UR3＋Rcb＝UR2＋Rca＝E－I1(r＋R1)减小，I3＝eq\f(UR3＋Rcb,R3＋Rcb)减小，故PR3＝I32R3减小，故B错误；而I2＝I1－I3增大，故PR2＝I22R2增大，故A错误；根据电源输出功率与R外的关系图可知，当R外>r时，R外减小，电源输出功率增大，故C正确．二、非选择题9.(2017·天津卷)某探究性学习小组利用如图8所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电Ω的电阻．图8(1)按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是______导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开．图9(2)排除故障后，该小组顺利完成实验．通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图像如图9.由I1－I2图像得到电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.答案(1)aa′bb′(2)1.41(1.36～1.44均可)0.5(0.4～0.6均可)解析(1)用电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在a、b′间后有示数，说明电路被接通，即a、b′间有断路故障，再测量a、a′间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到a、a′间，则一定是aa′导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，电路故障一定是bb′导线断开．(2)根据闭合电路的欧姆定律得E＝I1(R1＋r1)＋(I1＋I2)(R0＋r)，I1≪I2，上式可简化为E＝I1(R1＋r1)＋I2(R0＋r)，读出两点坐标：(60mA,0.12mA)和(260mA,0.05mA)，代入方程解得：电动势E＝1.41V，内阻r＝0.5Ω.10．(2018·菏泽市高二上期末)要测量一电源的电动势E(小于3V)和内阻r(约1Ω)，现有下列器材：理想电压表(3V和15V两个量程)、电阻箱R(0～999.9Ω)、定值电阻R0＝3Ω、开关和导线．某同学根据所给器材设计如下的实验电路：图10(1)电路中定值电阻R0的作用是____________．(2)请根据图10甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电路．(3)该同学调节电阻箱阻值R，读出对应的电压表示数U，得到两组数据：R1＝2Ω时，U1＝2.37V，R2＝4Ω时，U2＝2.51V．由这两组数据可求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝______Ω.(结果保留三位有效数字)答案(1)保护电源，防止短路(2)如图所示(3)2.941.21解析(1)若无R0存在，当R调节到0时，外电路短路，有烧坏电源的危险，故R0的作用是保护电源，防止短路；(2)如图所示，注意电压表量程选择，开关置于干路；(3)根据闭合电路欧姆定律，得当电阻箱读数为R1＝2Ω时E＝U1＋eq\f(U1,R1＋R0)r当电阻箱读数为R2＝4Ω时E＝U2＋eq\f(U2,R2＋R0)r联立以上两式得E≈2.94V，r≈1.21Ω.11.(2018·武钢三中期末)如图11所示的电路中，直流发电机的电动势E＝250V，内阻r＝0.5Ω，R1＝R2＝1Ω.电热器组中装有50只完全相同的电热器，每只电热器的额定电压为200V，额定功率为1000W，其他电阻不计，也不计电热器电阻随温度的变化．问：图11(1)当接通几只电热器时，实际使用的电热器都能正常工作？(2)当接通几只电热器时，被接通电热器的总消耗功率最大？(3)当被接通电热器的总功率最大时，电阻R1、R2和内阻r上消耗的功率分别为多少？答案(1)4(2)16(3)R1、R2上消耗的功率均为2500W内阻r上消耗的功率为1250W解析(1)设当接通n只电热器时，实际使用的电热器都能正常工作，有I(r＋R1＋R2)＝E－UI＝neq\f(P,U)解得n≈4(2)设当接通n′只电热