闭合回路的欧姆定律-全国高中物理竞赛题（必修三）原卷版+解析

闭合回路的欧姆定律

一、多选题

1.在如图所示电路中，闭合开关s,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，三个理想电表

的示数都发生了变化，电表的示数分别用/、5、3表示，电表的示数变化量分别用A/、AU/、

A%表示，下列判断正确的是（）

A./增大，U/增大B./减小，S增大

C.牛不变，牛增大D.学不变，学增大

2.如图，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的触头从左端滑到另一端的过程中，两电

压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示.已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没

有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是（）

A.电路中电源电动势为3.6V

B.变阻器向右滑动时，V?读数逐渐减小

C.此过程中，电动机的输出功率最大值为0.9W

D.变阻器的最大阻值为30Q

3.如图所示，在滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中，理想电压表、电流表的示数将发生变

化，电压表力、V2示数变化量的绝对值分别为△U/、△S,已知电阻R大于电源内阻广，则

()

A.电流表A的示数减小B.电压表匕的示数增大

C.电压表上的示数增大D.△Ui大于△U2

4.如图（〃）电路，当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的示数随电流的

变化情况如图S）U-/图像中的AC.BC两直线所示，不考虑电表对电路的影响.下面说法华

误的是（）

A.电源电动势为E=9VB.电源内阻r=lQ

C.定值电阻吊尸3QD.变阻器消耗的最大功率为7W

5.如图⑷电路，当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的示数随电流的

变化情况如图图像中的AC.BC两直线所示，不考虑电表对电路的影响.下面说法错*

送的是（）

A.电源电动势为E=9VB.电源内阻r=lQ

C.定值电阻R尸3。D.变阻器消耗的最大功率为7W

6.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点°如图所示.图线〃是该电池在某光照

射强度下路端电压u和电流/的美系图（电池电动势不变，内阻不是常量），图线》是某电阻

的U-I图像，倾斜虚线是过4、〃交点的切线。在某光照强度下将它们组成闭合回路时，下

列相关叙述正确的是（）

A.此时硅光电池的内阻为12.5C

B.此时硅光电池的总功率为0.72W

C.此时硅光电池的输出效率约为56%

D.若把内阻为IOC的直流电动机接到该电池上，电动机的输出功率为0.4W

7.物理思想方法是高中物理学科核心素养的重要内容，等效替代法在处理许多问题时可以带

来很大方便。电源的两个重要参数分别是电动势E和内阻厂，我们已经知道电源电动势数值

上等于电源的开路电压，如图甲所示，如果我们在电源两端M、N之间接上一个理想电压表,

则理想电压表测得的数值就是电动势大小；如果在电源两端M、N之间接上一个理想电流表,

则理想电流表测得的就是短路电流；而理想电压表与理想电流表读数之比为电源内阻。现有

一个电动势为E、内阻为一的电源和一阻值为R的定值电阻，将它们串联或并联组成的系统

视为一个新的等效电源，如图乙和丙中虚线框所示。设虚线框内电路的等效电源的电动势为£,

等效内电阻为='，试根据以上信息，判断下列说法中正确的是（)

A.乙图中的£=£,r=R+r

B.乙图中的石'=1一石，r'=R+r

R+r

C.丙图中的£=以「=券

R+r

D.丙图中的£=一急

8.如图所示，直线〃、抛物线〃和。分别为某一直流电源外接纯电阻电路中的总功率”、外

电路功率心、电源内阻发热功率£随路端电压U变化的图线，但具体对应关系未知，根据图

A.4-U图像对应图线明曰图知电源电动势为3V,内阻为1C

B.4-U图像对应图线匕，外电路电阻为1.5Q时，输出功率有最大值为2.25W

C.E-U图像对应图线〃，由图知电源电动势为9V,内阻为3Q

D.几U图像对应图线。，日图知外电路最大功率为2.25W

二、实验题

9.如图甲所示为简易多用电表内部电路图。已知灵敏电流计G的内阻&=80。、满偏电流

/g=10mA,多用表内部电池电动势E=4.5V、内阻『2Q。已知选择开关Q拨到挡位1时测量

的电流量程/=90mA。

⑴使用时，尸孔应该插入(选填“红表笔”或“黑表笔》

⑵若选择开关Q接在3位置时，测量的物理量是________o

⑶根据已知条件可求得电阻R】=

(4)如图乙所示为灵敏电流计G的刻度盘，其中A、B、C、。、E、产分别对应灵敏电流计刻

度0、2、4、6、8、10。在某次测量时，将选择开关Q拨到挡位1正确接入电路中时，指针

指在D位置，则此时被测量电路中的电流为mAo

⑸某同学将选择开关Q拨到挡位2,在进行欧姆调零的步骤时灵敏电流计G的指针应该指在

图乙中的位置。（选填“人”汩"“。“‘以唯”或旺”）

⑹该同学正确进行第（5）步操作后，在两表笔之间接入待测电阻，灵敏电流计G的指针指

到图乙中B刻度位置，则此时待测电阻的大小为Q。

10.某物理兴趣小组设计了如图甲所示的欧姆表电路，通过控制开关S和调节电阻箱，可使

欧姆表具有“X1”和“X10,，两种倍率。所用器材如下：

A.干电池：电动势EM.5V,内阻尸0.5。

B.电流表G：满偏电流/g=lmA,内阻R『150Q

C.定值电阻:R=1200Q

D.电阻箱&和&：最大阻值均为999.9C

E.电阻箱值：最大阻值为9999Q

F.开关一个，红、黑表笔各1支，导线若干

⑴该实验小组按图甲正确连接好电路。当开关S断开时，将红、黑表笔短接，调节电阻箱

Rk—Q,使电流表达到满偏，此时闭合电路的总电阻叫做欧姆表的内阻R内，则R内

=。，欧姆表的倍率是一（选填“Xi”、“xio”）

⑵闭合电键S：

第一步：调节电阻箱型和R,当/?2=。且R3=。时，再将红、黑表

笔短接，电流表再次满偏。

第二步：在红、黑表笔间接入电阻箱心，调节处，当电流表指针指向如图乙所示的位置时,

对应的欧姆表的刻度值为C。

11.如图所示为一简易欧姆表电路图，有XI和X10两个倍率挡.

（1）使用时，红表笔应插入孔（填A或B；,如果选用xlO挡，选择开关应拨向

（填a或b）,凡，&的定量关系为；

（2）若该欧姆表内电池使用已久（电动势减小，内阻增大），而短接调零时仍能实现指针指

到零欧姆刻度处（指针指电流满刻度）.用该欧姆表测出的电阻值尺，与被测电阻的真实

值&相比，R：氏（填〉〈或二）.

12.某兴趣小组查阅资料得知，在0~100'C范围内，金属钳电阻的电阻值与温度有如卜关系:

6=%（1+西）其中凡为伯电阻在（TC时的电阻，，为摄氏温度，。为一正的常数，称为伯电阻的

温度系数。该兴趣小组想利用这一原理制作一个简易的温度传感器。

（1）他们首先通过图甲所示的电路来对凡进行测量，按图甲所示电路图连接好电路后，在

的条件下闭合开关S,调节电阻箱队,使得灵敏电流计G的示数为零，则凡=

（用凡,4和Rp表示）；

（2）采用图乙所示的电路测量钳电阻的温度系数，其中凡=为且远大于R，、不。将钻电阻置

于温度为，的环境中，调节凡二%，测得干路电流为％,则图乙中8。两点间的电压为t/=

（用4、/、，和。表示）；若已测得用=100.0。，保持/°=4.000mA和Rp=K）不变，

多次改变温度，，测量8。两点间对应的电压U,将测得的数据标在图丙所示的UT图上，由

此可得（保留两位有效数字）；

⑶若实验中没有保证飞、&远大于%%,将导致温度系数。的测量值___________（选填“偏

（4）该兴趣小组用另一标准销电阻制作成图丁所示的简易温度传感器，该标准钻电阻的

4=10.0Q,温度系数.=3.91*10-3℃7。已知图中电源电动势E=1.5V,毫安表量程为100mA。

先在0℃的条件下闭合开关S,调节滑动变阻器R使得毫安表满偏；而后保持变阻器R的滑片

位置不动，并将销电阻置于待测温度的环境中，这时亳安表示数为80.0mA,由此可知待测温

度为℃（保留两位有效数字）。

13.某实验小组的同学欲描绘一个标有“6V,3W”字样的灯泡L的伏安特性曲线，实验室提

供的器材如下：

A.电压表V（量程为3V,内阻为3kC）；

B.电流表A（量程为0.6A,内阻为2£1）；

C.滑动变阻器与（阻值范围为0~10C,额定电流为2A）；

D.滑动变阻器％（阻值范围为0~1心，额定电流为0.5A）；

E.定值电阻段（阻值为2k。）；

F.定值电阻％（阻值为4kC）；

G.电源（电动势为E=7V,内阻不计）；

H.开关S、导线若干。

（1）实验小组的同学设计了如图甲所示的电路，为了调节方便，测量准确，滑动变阻器应选

用（填“C”或"D”）；闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于（填

“4”或*”）端。

4//A

%

0—

JI《~

甲

（2）如图甲所示的电路中，电压表V的量程过小，应选用定值电阻____________（填“E”或

“F”）与其串联进行改装。

（3）调节滑动变阻器，记录电流表A与电压表V（改装后）的示数，通过实验数据描绘出

灯泡L的伏安特性曲线如图乙所示。由图乙可知，随着灯泡L两端的电压增大，其电阻

（填“增大”“减小"或'不变"）。

（4）另取两个相同的上述灯泡L,连接成如图丙所示的电路，已知电源的电动势为E'=5V、

内阻为y=g,定值电阻的阻值为4=4C,则电路中一个灯泡L消耗的电功率约为

W（保留2位有效数字）。

三、解答题

14.节能环保的“风光互补路灯”获得广泛应用，图1是利用自然资源实现“自给自足''的风光

互补的路灯，图2是其中一个路灯的结构示意图，它在有阳光时可通过太阳能电池板发电,

有风时可通过风力发电：

（1）北京市某日路灯的开灯时间为19:00到次日6:00,若路灯的功率为4=40W,求一盏

灯在这段时间内消耗的电能E电；

（2）风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S,运动的空气与受风面作用后速度

变为零，若风力发电机将风能转化为电能的效率为"，空气平均密度为。，当风速为u且风向

与风力发电机受风面垂直时.求该风力发电机的电功率P：

（3）太阳能电池的核心部分是P型和N型半导体的交界区域——PN结，如图3所示，取P

型和N型半导体的交界为坐标原点，PN结左右端到原点的距离分别为小、..无光照时，

PN结内会形成一定的电压，对应的电场称为内建电场方向由N区指向产区；有光照时，

原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由电子，就产生了电子一空穴对，空穴带正电且电

荷量等于元电荷e;不计自由电子的初速度，在内建电场作用下，电子被驱向N区，空穴被

驱向P区，于是N区带负电，尸区带正电，图3所示的元件就构成了直流电源.某太阳能电

池在有光持续照射时，若外电路断开时，其PN结的内建电场场强/的大小分布如图4所示，

已知八八分利4；若该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为〃，求此太

阳能电池的电动势E和内电阻一。

图i

15.如图所示,电源电动势E=12V,r=lQ,电容器的电容。=350回，定值电阻灯泡

电阻g=6Q,电动机的额定电压UM=6V,线圈电阻时=1Q。开关S闭合，电路稳定后，电

动机正常工作，求；

（1）电动机输出的机械功率；

（2）若电动机被卡住后，电源的总功率；

（3）电动机被卡住后，需要断开开关检查故障。求开关S断开后，流过电动机的电荷量。

16.如图所示，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d=40cm。电源电动势E=24V,

内电阻/•=1Q,电阻A=15。。闭合开关S,待电路稳定后，在两板之间形成匀强电场。一个

带电荷量为q=+lxl（）-2c、质量为加=2x1（）2kg的粒子p由A板上方高〃=10cm处的O点

自由下落,从A板卜的4孔进入电场并打在B板卜的N点处.（空气阻力忽略不计,取g=10m/s2）

(1)求粒子月进入电场时的速度大小；

(2)若当粒子P进入电场时，另一个与尸相同的粒子。恰好从两板正中央。'点水平飞入。

要使粒子。与尸恰好同时打在左处，滑动变阻器接入电路的阻值应为多大？(粒子间的作用

力忽略不计)

17.宏观和微观是研究问题的不同角度，二者结合，可以使我们对问题的认识更深刻。由某

种金属材料制成的圆柱形导体，将其两端与电源连接，会在导体内部形成匀强电场，金属中

的自由电子会在电场力作用下发生定向移动形成电流。已知电子质量为电荷量为e,该

金属单位体积的自由电子数为小

(1)若电源电动势为£且内阻不计。

。求电源从正极每搬运一个自由电子到达负极过程中非静电力所做的功卬树

b.从能量转化与守恒的角度推导：导体两端的电压。等于电源的电动势E；

(2)经典电磁理论认为；当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场

的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用，导体内自由电子定向移动的速率增加，而运动

过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速，可认为自由电子定向移动的平均速率不随

时间变化。金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电

子定向移动的速度全部消失，碰撞时间不计。某种金属中单位体积内的自由电子数量为〃，

自由电子的质量为机，带电荷量为现取由该种金属制成的长为L横截面积为S的圆柱形

金属导体，在其两端加上恒定电压U,自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均

值为Zo,如图所示。

。.请建立适当的模型，求金属导体中自由电子定向移动的平均速率3;

〃.请根据电流的定义，推导金属导体中的电流的微观表达式;：

。.电阻的定义式为R=电阻定律冗=「!是由实验得出的。事实上，不同途径认识的物理量

之间存在着深刻的本质联系。请从电阻的定义式出发，推导金属导体电阻率的微观表达式，

并分析影响电阻率夕的因素。

18.如图所示，光滑绝缘斜面高度〃=0.45m,斜面底端与光滑绝缘水平轨道圆弧连接，水平

轨道边缘紧靠平行板中心轴线。平行板和三个电阻构成如图所示电路，平行板板长为L=（）.9m,

板间距离d=0.6m,凡=3Q,/?2=3d凡=6dr=IC,可以看为质点的带电小球，电量夕=-0.01C,

质量〃?=O.O3kg,从斜面顶端静止下滑。

（1）若Si、S2均断开，小球刚好沿平行板中心轴线做直线运动，求电源电动势艮

（2）若,断开，S2闭合，求电容器两端的电势差。

（3）若$断开，S2闭合，求小球离开平行板右边缘时，速度偏向角的正切值lan。。

一、多选题

1.在如图所示电路中，闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头户向下滑动E寸，

三个理想电表的示数都发生了变化，电表的示数分别用/、U/、U2表示，电表的

示数变化量分别用A/、AU/、AU2表示，下列判断正确的是（）

A./增大,S增大B./减小，S增大

C.牛不变,牛增大D.当不变，净增大

【答案】BC

【详解】AB.当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时上增大，电路的外电阻电

£

阻R处增大，由/总知总电流减小，由路端电压u=E-/4可知路端电压U

增大，设通过小的电流为小由于以阻值不变，由4=5■可以判断出/3增大，

由/总=///可知/减小㈤与&串联且Q与此串联的电压为路端电压，u=q+%,

由a=/K知U/减小，所以U2增大，A错误，B正确；

CD.要注意对于定值电阻，是线性元件，有

R"与

1M

由电路图可知

瞑以好

/A/

故与，告不变化，对于电阻&有

R告

由于&增大，故牛都增大，将以等效为电源的内电阻，则等效内电阻为

根据闭合电路的欧姆定律可知

A/

因为告不变化，所以告不变，故C正确，D错误。

A//V

故选BCo

2.如图，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的触头从左端滑到另一端的过

程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示.已知电流表读数在

0.2A以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断正确

A.电路中电源电动势为3.6V

B.变阻器向右滑动时，V?读数逐渐减小

C.此过程中，电动机的输出功率最大值为0.9W

D.变阻器的最大阻值为30。

【答案】AD

【详解】B.变阻器向右滑动时，接入电路的总电阻增大，路端电压升高，V2

的示数增大，回路电流强度减小，因此弯曲的图像为匕一/,直线图像为上一/

图像，B错误；

A.在W-/图像中，斜率的绝对值表示内电阻，因此内电阻大小为

3.4-3.0

C=2C

0.3-0.1

当回路电流为0.1A时，路端电压为3.4V,此时内电压

O="=2x0.1V=0.2V

因此电路中电源电动势

E=几+U外=0.2V+3.4V=3.6V

A正确;

C.电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动，因此电机内阻

也

A/0.2-0.1

当滑动变阻器调到零时，电动机输出功率最大，此时

P/、=(7,/=3.0x0.3W=0.9W

电机产热的功率

%=().32x4W=O.36W

因此电动机的输出功率最大值

代=P人-=0.9W-0.36W=0.54W

C错误;

D.电流最小时，变阻器接入电路电阻最大，此时

心丝*二止j二30C

I0.1

D正确。

故选ADo

3.如图所示，在滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中，理想电压表、电流表的

示数将发生变化，电压表0、W示数变化量的绝对值分别为△U/、△U2,已知

电阻R大于电源内阻，，则（)

R

殳E

A.电流表A的示数减小B.电压表匕的示数增大

C.电压表上的示数增大D.△U/大于△U2

【答案】BD

【详解】ABC.滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中，滑动变阻器的阻值减小,

由串反并同规律，与滑动变阻器串联关系的电流表A和电压表Vi的示数都增大,

A错误，B正确；与滑动变阻器并联关系的V2的示数减小，C错误;

D.因为

也

=R

吟.

A/

R>r

解得△4>△4,D正确。

故选BDo

4.如图（。）电路，当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的

示数随电流的变化情况如图S）U-/图像中的AC.BC两直线所示，不考虑电表对

电路的影响.下面说法错•误•的是（）

A.电源电动势为E=9VB.电源内阻〃=1。

C.定值电阻Ro=3QD.变阻器消耗的最大功率为7W

【答案】AD

【详解】C.电压表Vi的示数随电流表示数的变化图象应为BC；电压表V2的

示数随电流表示数的变化图象应为AC；定值电阻为

%牛感=3C

故C正确；

AB.当/==0.5A时，有

时4嚏依

R=R外-R(f=12Q

根据闭合电路的欧姆定律

E=7.5+0.5r；E=6+2r

可得

E=8V,尸IQ

故A错误，B正确；

D.当R=Ro+尸4c时，变阻器消耗的电功率最大，变阻器两端的电压为

UR=-F=4V

变阻器消耗的最大功率为

心=生=土=4W

RR4

故D错误。

故选ADo

5.如图（。）电路，当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的

示数随电流的变化情况如图S）U-/图像中的AC.BC两直线所示，不考虑电表对

电路的影响.下面说法错•误•的是（）

A.电源电动势为E=9VB.电源内阻/*=1。

C.定值电阻R尸3cD.变阻器消耗的最大功率为7W

【答案】AD

【详解】C.电压表Vi的示数随电流表示数的变化图象应为3C；电压表V2的

示数随电流表示数的变化图象应为AC；定值电阻为

%牛感=3C

故C正确;

AB.当/=0.5A时，有

R=R外-Ro=\2Q

根据闭合电路的欧姆定律

E=7.5+0.5r；E=6+2r

可得

E=8V,尸1。

故A错误，B正确；

D.当什尸4Q时，变阻器消耗的电功率最大，变阻器两端的电压为

2

变阻器消耗的最大功率为

4=%=土=4W

R4

故D错误。

故选ADo

6.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线。是该

电池在某光照射强度下路端电压U和电流/的关系图（电池电动势不变，内殂不

是常量），图线〃是某电阻的U-I图像，倾斜虚线是过。、人交点的切线。在某

光照强度下将它们组成闭合回路时，下列相关叙述正确的是（）

A.此时硅光电池的内阻为12.5C

B.此时硅光电池的总功率为0.72W

C.此时硅光电池的输出效率约为56%

D.若把内阻为10Q的直流电动机接到该电池上，电动机的输出功率为0.4W

【答案】BC

【详解】A.由闭合电路欧姆定律得

U=E-Ir

当/=（）时，E=U,由图线。与纵轴的交点可得电动势为E=3.6V,根据两图线交

点处的状态可知，电阻R两端的电压为2.0V,电流为0.2A,则内阻

3.6-2.0

Q=8.0C

0.2

故A错误；

B.此时硅光电池的总功率为

P.=/E=0.72W

故B正确；

C.此时硅光电池的输出功率

P.=/（/=2.0x0.2W=0,4W

此时硅光电池的输出效率为

昆x100%=必"x100%=55.6%

%0.72W

故C正确；

D.若把内阻为10C的直流电动机接到该电池上，电动机为非纯电阻电路，故电

动机的输出功率小于0.4W,故D错误；

故选BCo

7.物理思想方法是高中物理学科核心素养的重要内容，等效替代法在处理许多

问题时可以带来很大方便。电源的两个重要参数分别是电动势上和内阻〃我们

已经知道电源电动势数值上等于电源的开路电压，如图甲所示，如果我们在电源

两端M、N之间接上一个理想电压表，则理想电压表测得的数值就是电动势大小;

如果在电源两端M、N之间接上一个理想电流表，则理想电流表测得的就是短路

电流；而理想电压表与理想电流表读数之比为电源内阻。现有一个电动势为从

内阻为广的电源和一阻值为R的定值电阻，将它们串联或并联组成的系统视为一

个新的等效电源，如图乙和丙中虚线框所示。设虚线框内电路的等效电源的电动

势为等效内电阻为试根据以上信息，判断下列说法中正确的是（）

甲乙丙

A.乙图中的£*=£,r=R+r

B.乙图中的£=*心r'=R+r

R+r

C.丙图中的£=6，r=—

K+

D.丙图中的石，二信£,Rr

R+r

【答案】AD

【详解】AB.对于图乙，当M、N间断开时，电路中无电流，此时M、N两端

电压力等效电源的电动势，即

E三E-Ox(R+r)=E

当M、N间短路时，矩路电流为

则等效电源内阻为

E'

r=y=/?+r

故A正确，B错误；

CD.对丁图丙，当何、N间断开时，止匕时M、N两端电压为等效电源的电动势,

即

当M、N间短路时，R被短路，短路电流为

r

则等效电源内阻为

,£Rr

r=—=-------

I9R+r

故C错误，D正确。

故选ADo

8.如图所示，直线〃、抛物线。和。分别为某一直流电源外接纯电阻电路中的总

功率心、外电路功率凡、电源内阻发热功率E随路端电压U变化的图线，但具体

对应关系未知，根据图像可判断（）

A.4-U图像对应图线a,由图知电源电动势为3V,内阻为1。

B.图像对应图线0，外电路电阻为1.5。时，输出功率有最大值为2.25W

C.E-U图像对应图线力，由图知电源电动势为9V,内阻为3c

D.4图像对应图线。，由图知外电路最大功率为2.25W

【答案】AD

【详解】AC.电路中的总功率

kE/=E.j々+互

rrr

可知岸-u图象对应图线①由数学知识得知，图象，的斜率大小为

E9

冈=|一|=[A=3A

/,3

当U=0时，^=—=9W

r

联立解得

E=3V,r=lQ

由于电源内阻的发热功率为

一（*

r

由数学知识可知，E-U图象的对应图线江故C错误，A正确；

BD.根据功率分配关系可得

4=4+4

则有

P

2

pR=p,-pr=--y^-^

由数学知识可知，兄-U图象的对应图线c；

当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，即当外电路电阻为R*1Q时，输出

功率最大，最大输出功率为

E232

—=—W=2.25W

4r4x1

故B错误，D正确

故选ADo

二、实验题

9.如图中所示为简易多用电表内部电路图。已知灵敏电流计G的内阻&=80。、

满偏电流/卡10mA,多用表内部电池电动势£=4.5V、内阻尸2Q。已知选择开关

Q拨到挡位1时测量的电流量程/=90mAo

(1)使用时，P孔应该插入(选填“红表笔”或“黑表笔”)。

⑵若选择开关Q接在3位置时，测量的物理量是o

(3)根据已知条件可求得电阻R尸Q；

(4)如图乙所示为灵敏电流计G的刻度盘，其中A、8、C、D、E、户分别对应灵

敏电流计刻度0、2、4、6、8、10。在某次测量时，将选择开关。拨到挡位1正

确接入电路中时，指针指在D位置，则此时被测量电路中的电流为mAo

(5)某同学将选择开关Q拨到挡位2,在进行欧姆调零的步骤时灵敏电流计G的

指针应该指在图乙中的位置o(选填

(6)该同学正确进行第(5)步操作后，在两表笔之间接入待测电阻，灵敏电流计

G的指针指到图乙中B刻度位置，则此时待测电阻的大小为Qo

【答案】黑表笔电压1()54.0F200

【详解】(1)口］使用时，尸孔应该插入黑表笔，因为电流总是从红表笔流入电表，

从黑表笔流出电表；

(2)［2］若选择开关Q接在3位置时，测量的物理量是电压，因为串联R2后构成电

压表；

(3)［3］根据已知条件可求得电阻

1R

K=」上=10C

If

⑷⑷选择开关Q拨到挡位1时测量的电流量程/二90mA,指针指在D位置，则

此时被测量电路中的电流为

90

I=——x30mA=54.0mA

50

(5)[5]某同学将选择开关。拨到挡位2,是欧姆表，在进行欧姆调零的步骤时,

灵敏电流计G的指针应该指0欧姆，在图乙中的F位置。

⑹⑹选择开关Q拨到挡位1时测量的电流量程/=90mA,在进行欧姆调零的满

偏电流是9()mA,根据欧姆定律得

P

90mA=—

E=4.5V

解得

R内=50Q

灵敏电流计G的指针指到图乙中B刻度位置时

410=上_

509+R*

解得待测电阻的大小为

/?,=200c

10.某物理兴趣小组设计了如图甲所示的欧姆表耳路，通过控制开关S和调节电

阻箱，可使欧姆表具有“xl”和“xlO,，两种倍率。所用器材如下:

A.干电池：电动势后1.5V,内阻尸0.5Q

B.电流表G：满偏电流/g=lmA,内阻心=150Q

C.定值电阻：Q=120f)Q

D.电阻箱&和Rs：最大阻值均为999.90

E.电阻箱处：最大阻值为9999c

F.开关一个，红、黑表笔各1支，导线若干

⑴该实验小组按图甲正确连接好电路。当开关S断开时，将红、黑表笔短接,

调节电阻箱m二Q,使电流表达到满偏，此时闭合电路的总电阻叫做欧姆表的

内阻k内，则A行Q,欧姆表的倍率是一(选填“Xi，，、“xio”)

(2)闭合电键S：

第一步：调节电阻箱及和当&=Q且R产C时,再

将红、黑表笔短接，电流表再次满偏。

第二步：在红、黑表笔间接入电阻箱处，调节R,当电流表指针指向如图乙所

示的位置时，对应的欧姆表的刻度值为Q。

【答案】149.51500xl()14.515()10()

【详解】由闭合电路欧姆定律

/=

8凡+&+，+%

解得

R2=I49.5Q

⑵欧姆表的内阻

&=«+6+4+「=150()。

⑶表盘的中值电阻为1500Q,根据电路结构，闭合电键前，欧姆表的内阻大，

大内阻对应大倍率，此时欧姆表的倍率是'10”；

(2)[4][5][6]闭合电键S,欧姆表的内阻变小，变为倍率“xl”，调节电阻箱及和

R3,使电流表满偏时欧姆表内阻为150。

电路总电流为

/=—A=0.01A

150

/,(R,+R]

/，=150Q

解得益=14.5C

电流表指针指向如图乙所示的位置时的读数为0.6mA,此时小的电流为

0.6x(150+1200)

/,=------------------------mA=5.4mA

150

总电流是6mA

R,=15,n-150Q=l()0Q

6x10-3

11.如图所示为一简易欧姆表电路图，有XI和X10两个倍率挡.

（1）使用时，红表笔应插入孔（填A或B）,如果选用xlO挡，选择

开关应拨向（填a或b）,R，&的定量关系为；

（2）若该欧姆表内电池使用已久（电动势减小，内阻增大），而短接调零时仍能

实现指针指到零欧姆刻度处（指针指电流满刻度）.用该欧姆表测出的电阻值

尺，与被测电阻的真实值此相比，R：R,（填＞v或二）.

【答案】Abg=9&R；》6

【详解】试题分析，根据倍率的变化，可知欧姆表内阻发生变化，根据电流的变

化可知接入部分；根据闭合电路的欧姆定律分析实验误差.

（1）当多用电表红表笔与电源的负极相边，黑表笔与电源的正极相连，故红表

笔应插入A孔；如果选用xl挡，此时多用电表内阻为此时干路电流较大,

开关接a.欧姆调零时，5=［4+空组］；如果选用xlO挡，此时多用电表内

仆IK\

EIR

阻变为io%,此时干路电流较小，开关接b.欧姆调零时，而=（4+广1）；

二式联立可得与=9凡

EE

（2）设电流表满偏电流Ig,欧姆调零时：4=瓦，则品=厂当电动势变小、内

阻变大时，欧姆得重新调零，由于满偏电流Ig不变，R内变小，用欧姆表测电阻

/二E4_:

时：（+Rx凡+凡］+%.由此可知当R内变小时，I变小，指针跟原来

的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了.

12.某兴趣小组查阅资料得知，在。〜100C范围内，金属伯电阻的电阻值与温度

有如下关系：4=%（1+3）其中凡为钳电阻在0C时的电阻，，为摄氏温度，a为

一正的常数，称为伯电阻的温度系数。该兴趣小组想利用这一原理制作一个简易

的温度传感器。

（1）他们首先通过图甲所示的电路来对此进行测量，按图甲所示电路图连接好

电路后，在0℃的条件下闭合开关S,调节电阻箱不，使得灵敏电流计G的示数

为零,则%二（用凡,4和Rp表示）;

（2）采用图乙所示的电路测量钳电阻的温度系数，其中飞=凡且远大于凡、Rp。

将销电阻置于温度为，的环境中，调节4=4,测得干路电流为则图乙中

两点间的电压为。=（用/。、和。表示）；若已测得凡=1（）（）.（4,

保持/°=4.000mA和4不变，多次改变温度3测量8。两点间对应的电压U,

将测得的数据标在图丙所示的UT图上，由此可得。=℃-,（保留两

位有效数字）;

甲

（3）若实验中没有保证与、%远大于％小，将导致温度系数”的测量值

T

（4）该兴趣小组用另•标准钳电阻制作成图丁所示的简易温度传感器，该标准

钳电阻的9=1。。。，温度系数a=3.91xlO-3ocT。己知图中电源电动势£=1.5V,

毫安表量程为100mA。先在0℃的条件下闭合开关S,调节滑动变阻器R使得毫

安表满偏；而后保持变阻器R的滑片位置不动，尹将钳电阻置于待测温度的环境

中，这时毫安表示数为80.0mA,由此可知待测温度为℃（保留两位

有效数字）。

【答案】黜/禹打0.0038偏小96

【详解】（1）［1］灵敏电流计G的示数为零，则灵敏电流计G两端电势相等，根

据串并联规律有

&&

瓦一瓦

可得

R.&R

p

"R2

（2）［2］由于K=坛且远大于此、%且Rp=R°,则通过用的电流等于通过&的电流，

为;4，则有

=510•凡1（1+打）

%=，氐

则5。两点间的电压为

UBD=U=U8C-UDC=^LRm

［3］根据//）=；/小卬可知，U与，成正比，UT图的斜率为

则将用一条倾斜的直线将图丙补充完整，如下图所示

U/mV

。n_____________________________//℃

0102030405060708090100

根据上图求得U—f图的斜率为

20”100℃

带入数据解得

。比0.0038℃7

（3）［4］若实验中没有保证凡、凡远大于凡、人,则通过凡的电流小于通过凡的电

流，则

UBC<5+口)，U认一〉310,&

则有

UBD=U<Qf0RQcct

故导致温度系数。的'测量值偏小。

（4）［5］在0C的条件下闭合开关S,调节滑动变阻器R使得毫安表满偏时，此时

设该电路中除了（以外的所有部分的总电阻为人,则根据闭合电路欧姆定律有

Ejg+RJ

带入数据解得

R,=5Q

则将销电阻置于待测温度的环境中时;根据闭合出路欧姆定律有

£=/（《+4）

其中/=80.0mA,带入数据解得

/?,=13.750

根据

K=RC+ca)

可得待测温度为

旦-113.51

t=风一=一-℃«96℃

a3.91x107

13.某实验小组的同学欲描绘一个标有“6V,3W”字样的灯泡L的伏安特性曲线,

实验室提供的器材如下:

A.电压表V（量程为3V,内阻为3kC）；

B.电流表A（量程为0.6A,内阻为2Q）；

C.滑动变阻器与（阻值范围为0~10Q,额定电流为2A）；

D.滑动变阻器&（阻值范围为O~lkC,额定电流为。.5A）；

E.定值电阻&（阻值为2kQ）；

F.定值电阻凡（阻值为4kQ）；

G.电源（电动势为E=7V,内阻不计）;

H.开关S、导线若干。

（1）实验小组的同学设计了如图甲所示的电路，为了调节方便，测量准确，滑

动变阻器应选用（填“C”或"D”）；闭合开关S前，滑动变阻器的滑

片应置于（填“4”或*”）端。

（2）如图甲所示的电路中，电压表V的量程过小，应选用定值电阻

（填或"F”）与其串联进行改装。

（3）调节滑动变阻器，记录电流表A与电压表V（改装后）的示数，通过实验

数据描绘出灯泡L的伏安特性曲线如图乙所示。由图乙可知，随着灯泡L两端

的电压增大，其电阻（填“增大”“减小”或“不变”）。

（4）另取两个相同的上述灯泡L,连接成如图丙所示的电路，已知电源的电动

势为E'=5V、内阻为，=IQ,定值电阻的阻值为R°=4Q,则电路中一个灯泡L

消耗的电功率约为w（保留2位有效数字）。

【答案】CaF增大0.57##0.58##0.59##0.6（）##（）.61##0.62##0.63

【详解】（1）［1］滑动变阻器分压式接法的电路中，滑动变阻器应选用最大阻值

小于待测电阻阻值的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高，实验误差小,

故选用C；

⑵为保护电表，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片置于。端，使电流表和

电压表的示数均为零；

（2）［3］若选用定值电阻R.3,则改装后的电压表的量程为

4管（R\+RJ=5V

小于灯泡L的额定电压，不满足实验要求：同理，若选用定值电阻”,则改装

后的电压表的量程为

满足实验要求，故定值电阻应选用F；

（3）［4］根据欧姆定律可知，/-U图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,

故随着灯泡L两端的电压增大，其电阻增大；

（4）［5］设并联部分电路（即灯泡L）两端的电压为U,流过一个灯泡L的电流

为/,由闭合电路欧姆定律有

U=E'-2/（&+r'）

代入数据得

在图乙中画出此图线如答图3所示

f//A

答图3

此图线与伏安特性曲线的交点坐标即为此时通过灯泡L的电流和灯泡L两端的

电压，则一个灯泡L消耗的电功率约为

P=2.OxO.3W=O.6OW

三、解答题

14.节能环保的“风光互补路灯”获得广泛应用，图1是利用自然资源实现“自给

自足”的风光互补的路灯，图2是其中一个路灯的结构示意图，它在有阳光时可

通过太阳能电池板发电，有风时可通过风力发电：

（1）北京市某日路灯的开灯时间为19:00到次日6:00,若路灯的功率为〃=

40W,求一盏灯在这段时间内消耗的电能品；

（2）风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S,运动的空气与受风

面作用后速度变为零，若风力发电机将风能转化为电能的效率为〃，空气平均密

度为夕，当风速为u且风向与风力发电机受风面垂直时，求该风力发电机的电功

率P；

（3）太阳能电池的核心部分是P型和N型半导体的交界区域——PN结，如图

3所示，取P型和N型半导体的交界为坐标原点，PN结左右端到原点的距离分

别为八八XN.无光照时，PN结内会形成一定的电压,对应的电场称为内建电场J,

方向由N区指向P区；有光照时，原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由

电子，就产生了电子一空穴对，空穴带正电且电荷量等于元电荷e；不计自由

电子的初速度，在内建电场作用下，电子被驱向N区，空穴被驱向P区，于是

N区带负电，P