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1、專練9 電容器和直流電路的動態(tài)分析
(限時:45分鐘)
一、單項選擇題
1. (2013安徽19)用圖1所示的電路可以測量電阻的阻值.圖中Rx是待測電阻,R0是定值電阻,是靈敏度很高的電流表,MN是一段均勻的電阻絲.閉合開關(guān),改變滑動頭P的位置,當(dāng)通過電流表的電流為零時,測得MP=l1,PN=l2,則Rx的阻值為 ( )
圖1
A.R0 B.R0
C.R0 D.R0
答案 C
解析 設(shè)R0、Rx與三者的結(jié)點為Q,當(dāng)通過電流表的電流為零時,說明φP=φQ,則UR0=URMP,URx=URPN,IR0=IRx=I0,IRMP=IRPN=I,故I0R0=IR
2、MP,I0Rx=IRPN.兩式相除有=,所以Rx=R0=R0,正確選項為C.
2. 如圖2所示,為一小燈泡的伏安特性曲線,橫軸和縱軸分別表示電壓U和電流I.圖線上點A的坐標(biāo)為(U1,I1),過點A的切線與縱軸交點的縱坐標(biāo)為I2.小燈泡兩端電壓為U1時,電阻等于 ( )
圖2
A. B. C. D.
答案 B
解析 由于小燈泡的伏安特性曲線上,每一點的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值,對應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻,所以小燈泡兩端電壓為U1時,電阻等于,B正確.
3. 如圖3所示,甲、乙兩電路中電源完全相同,外電阻R1>R2,兩電路中分別通過相同的電荷量q的過程中
3、,下列判斷正確的是 ( )
圖3
A.電源內(nèi)部產(chǎn)生電熱較多的是甲電路
B.R1上產(chǎn)生的電熱比R2上產(chǎn)生的電熱少
C.電源做功較多的是甲電路
D.電源效率較高的是甲電路
答案 D
解析 電源內(nèi)部產(chǎn)生電熱Q=I2rt=Iqr,由于外電阻R1>R2,甲電路電流較小,電源內(nèi)部產(chǎn)生電熱較少的是甲電路,選項A錯誤.外電阻產(chǎn)生電熱Q=I2Rt=IqR=Uq,U1>U2,R1上產(chǎn)生的電熱比R2上產(chǎn)生的電熱多,選項B錯誤.兩電路中分別通過相同的電荷量q的過程中,兩電源做功相等,選項C錯誤.電源效率較高的是甲電路,選項D正確.
4. 在如圖4所示的電路中,電源的電動勢為E,內(nèi)
4、阻為r,燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r.閉合開關(guān)S,在滑動變阻器的滑片P由a向b移動的過程中,下列各物理量的變化情況正確的是 ( )
圖4
A.電流表的讀數(shù)先減小后增大
B.燈泡L變亮
C.電源輸出功率先增大后減小
D.電壓表的讀數(shù)先增大后減小
答案 D
解析 由簡化電路圖可知,滑動變阻器的右半部分與電流表A串聯(lián),再與左半部分并聯(lián),并聯(lián)部分與燈泡串聯(lián)后再與電壓表并聯(lián),電壓表測路端電壓.滑片P向左滑動,當(dāng)兩支路電阻相等,即RA+Ra=Rb時,并聯(lián)路段電阻最大,因此并聯(lián)路段的電阻先增大后減小,外電路總電阻先增大后減小,由串聯(lián)分壓可知路端電壓先增大后減
5、小,選項D正確;電流表剛開始測干路電流,隨著P由a向b移動,電流表示數(shù)逐漸變小,P滑到b端,電阻R和電流表被短路,電流表示數(shù)為零,A錯誤;外電路電阻增大時,流過燈泡的電流減小,燈泡分壓減小,燈泡變暗,選項B錯誤;外電路電阻越接近電源內(nèi)阻,電源輸出功率越大,由于燈泡電阻大于電源內(nèi)阻,因此外電路電阻總大于電源內(nèi)阻,隨著外電阻的增大,輸出功率逐漸減小,選項C錯誤.
5. 氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測,它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化.在如圖5所示電路中,不同的一氧化碳濃度對應(yīng)傳感器不同的電阻值,電壓表的示數(shù)與一氧化碳的濃度一一對應(yīng),觀察電壓表示數(shù)就能判斷一氧化碳濃度是否超標(biāo).
6、已知氧化錫傳感器的電阻的倒數(shù)與一氧化碳濃度成正比,那么,電壓表示數(shù)U與一氧化碳濃度ρ之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是 ( )
圖5
A.U越大,表示ρ越大,ρ與U成正比
B.U越大,表示ρ越小,ρ與U成反比
C.U越大,表示ρ越大,但ρ與U不成正、反比關(guān)系
D.U越大,表示ρ越小,但ρ與U不成正、反比關(guān)系
答案 C
解析 根據(jù)題意,設(shè)氧化錫傳感器的電阻為R1=,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,電壓表的示數(shù)U=,ρ越大,U越大,但U與ρ既不成正比也不成反比,選項C正確.
6. 在如圖6所示的電路中,電源的負(fù)極接地,其電動勢為E、內(nèi)電阻為r,R1、R2為定值電阻,R3為滑動變
7、阻器,C為電容器,、為理想電流表和理想電壓表.在滑動變阻器滑動頭P自a端向b端滑動的過程中,下列說法中正確的是 ( )
圖6
A.a(chǎn)點的電勢降低 B.電壓表示數(shù)變小
C.電流表示數(shù)變小 D.電容器C所帶電荷量增多
答案 A
解析 在滑動變阻器滑動頭P自a端向b端滑動的過程中,外電路電阻減小,電源輸出電流變大,路端電壓減小,R1兩端電壓升高,故a點的電勢降低,電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變大;因R2與R3并聯(lián),R2兩端電壓降低,故電容器C兩端電壓降低,電容器C所帶電荷量減少,選項A正確,B、C、D錯誤.
7. 如圖7所示,兩極板間距為d的平行板電容器與一電
8、源相連,距上極板d處有一質(zhì)量為m、帶電量為q的小球自由釋放,穿過上極板的小孔后,恰好能到達(dá)下極板,若將下極板向上平移,小球仍從同一位置釋放,則下列說法正確的是 ( )
圖7
A.仍能到達(dá)下極板,且速度恰好為0
B.仍能到達(dá)下極板,且速度大于0
C.不能到達(dá)下極板,距離上極板最大距離為
D.不能到達(dá)下極板,距離上極板最大距離為
答案 C
解析 由動能定理,開始有2mgd-qEd=0,下極板平移后,設(shè)小球在平行板電容器中下降高度為x,則有mg(d+x)-qE′x=0,又U=Ed=E′d,聯(lián)立解得x=d,選項C正確,選項A、B、D錯誤.
8. A、B兩塊正對的金屬板豎直
9、放置,在金屬板A的內(nèi)側(cè)表面系一絕緣細(xì)線,細(xì)線下端系一帶電小球.兩塊金屬板接在如圖8所示的電路中,R1為光敏電阻,R2為滑動變阻器,R3為定值電阻,當(dāng)R2的滑動觸頭P在中間時閉合開關(guān)S,此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為I和U,帶電小球靜止且絕緣細(xì)線與金屬板A的夾角為θ.已知電源電動勢E和內(nèi)阻r一定,光敏電阻隨光照的增強(qiáng)電阻變小,以下說法正確的是 ( )
圖8
A.保持光照強(qiáng)度不變,將R2的滑動觸頭P向b端滑動,則R3消耗的功率變大
B.保持滑動觸頭P不動,讓光敏電阻周圍光線變暗,則小球重新平衡后θ變小
C.滑動觸頭向a端滑動,用更強(qiáng)的光照射R1,則電壓表示數(shù)變小
D.保持滑
10、動觸頭不動,用更強(qiáng)的光照射R1,則U的變化量的絕對值與I的變化量的絕對值的比值變小
答案 C
解析 R2的滑動觸頭P的滑動對全電路無影響,保持光照強(qiáng)度不變,R3中電流不變,則R3消耗的功率不變,選項A錯誤.讓光敏電阻周圍光線變暗,光敏電阻阻值變大,兩金屬板之間的電壓增大,小球所受電場力變大,則小球重新平衡后θ變大,選項B錯誤.用更強(qiáng)的光照射R1,光敏電阻阻值變小,電源輸出電流變大,路端電壓變小,則電壓表示數(shù)變小,選項C正確.用更強(qiáng)的光照射R1,則U的變化量的絕對值與I的變化量的絕對值的比值等于電源內(nèi)阻,不發(fā)生變化,選項D錯誤.
二、多項選擇題
9. 某同學(xué)將一直流電源的總功率PE、輸出
11、功率PR和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr隨電流I變化的圖線畫在了同一坐標(biāo)上,如圖9中的a、b、c所示,以下判斷正確的是 ( )
圖9
A.直線a表示電源的總功率PE—I圖線
B.曲線c表示電源的輸出功率PR—I圖線
C.電源的電動勢E=3 V,內(nèi)電阻r=1 Ω
D.電源的最大輸出功率Pm=2 W
答案 AD
解析 電源的總功率PE=EI,直線a表示電源的總功率PE—I圖線,選項A正確.電源的輸出功率PR=UI=(E-Ir)I=EI-I2r,曲線b表示電源的輸出功率PR—I圖線,曲線c表示電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr-I圖線,選項B錯誤.由直線a的斜率可得電源的電動勢E=4 V.選項C
12、錯誤.當(dāng)I=1 A時,電源的最大輸出功率Pm=2 W,選項D正確.
10.如圖10為測量某電源電動勢和內(nèi)阻時得到的U-I圖線,用此電源與三個阻值均為3 Ω的電阻組成如下四個電路.則外電路功率相等的是 ( )
圖10
A.圖a和圖d B.圖b和圖c
C.圖a和圖b D.圖c和圖d
答案 AB
解析 根據(jù)電源的U-I圖線可得電源的電動勢為4 V,內(nèi)阻為3 Ω,外電路消耗的功率P=,當(dāng)外電阻為1 Ω和9 Ω時,外電路消耗的功率相等,A正確;當(dāng)外電阻為4.5 Ω和2 Ω時,外電路消耗的功率相等,B正確,C、D錯誤.
11.已知磁敏電阻在沒有磁場時
13、電阻很小,有磁場時電阻變大,并且磁場越強(qiáng)阻值越大.為探測磁場的有無,利用磁敏電阻作為傳感器設(shè)計了如圖11所示電路,電源的電動勢E和內(nèi)阻r不變,在沒有磁場時調(diào)節(jié)變阻器R使電燈L正常發(fā)光,若探測裝置從無磁場區(qū)進(jìn)入強(qiáng)磁場區(qū).則 ( )
圖11
A.電燈L變暗 B.電燈L變亮
C.電流表的示數(shù)增大 D.電流表的示數(shù)減小
答案 BD
解析 若探測裝置從無磁場區(qū)進(jìn)入強(qiáng)磁場區(qū).磁敏電阻阻值增大,電源輸出電流減小,路端電壓增大,電流表的示數(shù)減小,電燈L變亮,選項B、D正確.
12.電源、開關(guān)S、S′、定值電阻R1、光敏電阻R2和電容器連接成如圖12所示電
14、路,電容器的兩平行板水平放置.當(dāng)開關(guān)S、S′閉合,并且無光照射光敏電阻R2時,一帶電液滴恰好靜止在電容器兩板間的M點.當(dāng)用強(qiáng)光照射光敏電阻R2時,光敏電阻的阻值變小,則 ( )
圖12
A.液滴向下運動
B.液滴向上運動
C.R2兩端的電勢差是否升高無法分析
D.當(dāng)光照強(qiáng)度不變時斷開S′,把電容器的上極板向上移一小段距離,則上極板的電勢比A點的電勢高
答案 BD
解析 當(dāng)用強(qiáng)光照射光敏電阻R2時,光敏電阻的阻值變小,R2兩端的電勢差降低,R1兩端的電勢差升高,電容器極板之間電壓升高,液滴向上運動,選項B正確,A、C錯誤.當(dāng)光照強(qiáng)度不變時斷開S
15、′,電容器帶電量不變,把電容器的上極板向上移一小段距離,則上極板的電勢比A點的電勢高,選項D正確.
13.如圖13所示電路中,定值電阻R大于電源內(nèi)阻r,當(dāng)滑動變阻器滑動端向右滑動后,理想電流表A1、A2、A3的示數(shù)變化量的絕對值分別為ΔI1、ΔI2、ΔI3,理想電壓表示數(shù)變化量的絕對值為ΔU,下列說法中正確的是 ( )
圖13
A.電流表A2的示數(shù)一定變小
B.電壓表V的示數(shù)一定增大
C.ΔI3一定大于ΔI2
D.ΔU與ΔI1比值一定小于電源內(nèi)阻r
答案 BD
解析 當(dāng)滑動變阻器滑動端向右滑動后,滑動變阻器連入電路的電阻變大,外電路總電阻變大,路端電壓變大,
16、電壓表V的示數(shù)一定增大,電流表A3的示數(shù)一定變小,電流表A2的示數(shù)一定變大,選項A錯誤,B正確.ΔI3不一定大于ΔI2,選項C錯誤.ΔI1一定大于ΔI3,ΔU與ΔI3比值等于電源內(nèi)阻,ΔU與ΔI1比值一定小于電源內(nèi)阻r,選項D正確.
【解題方法技巧6】 極限分析法
當(dāng)題干中所涉及的物理量隨條件做單調(diào)變化時,或者解為集合的題目,可以將某些起決定性作用的物理量的數(shù)值推向極值(如設(shè)定動摩擦因數(shù)趨近于零、一個量與另一個量的關(guān)系是“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”、斜面的傾角趨近于零和90、物體的質(zhì)量趨近于零或無窮大等),通過簡單計算、推理及合理性判斷,并與一些顯而易見的結(jié)果、結(jié)論和熟悉的物理現(xiàn)象進(jìn)行對比可得出結(jié)論.
比如第6題,我們可以把滑動變阻器的滑片P向b滑動的過程采用極限分析法,即移到b端,這樣滑動變阻器被短路,再分析問題就會顯得非常簡單和直接.同樣第12題中,可把光敏電阻的阻值變化為零,分析問題也會更簡單.