高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.7 闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律基本问题

电已经成为我们生活、生产不可缺少的部分。我们在生活中经常使用各式各样的电器,它们为我们的生活提供了便利。具有节能环保的意识,安全、合理地用电,才能使我们拥有更美好的生活。

充电宝是手机、平板电脑及时充电的一种重要工具。可将充电宝视为跟蓄电池和电池一样的可移动直流电源,其电动势约为$5\;\rm V$,内阻较小。小$A$同学想要测定它的电动势和内阻。他剥开充电宝连接线的外绝缘层,里面有四根导线,红导线为充电宝的正极,黑导线为充电宝的负极,其余两根导线空置不用,另有滑动变阻器$R$用于改变电路中的电流,定值电阻$R_{0}=3\ \rm \Omega$,两只数字多用电表$\rm A$$\rm B$,两表均为理想电表,并与开关$\rm S$连成如图甲所示电路;

①图中测量电流的电表是                 ,测量电压的电表是                 ;(均选填字母“$\rm A$”或“$\rm B$”)

②电路中接入$R_{0}$的主要作用是                 

③小$A$同学记录$8$组数据并在图乙中的坐标纸上画出该充电宝的$U-I$图线。由图线可知该充电宝的电动势$E=$                 $\;\rm V$,内阻$r=$                 $\;\rm \Omega$;(结果均保留到小数点后两位)

④机场规定“严禁携带额定能量超过$160\;\rm W·h$的充电宝搭乘飞机”;已知该充电宝的电池容量为$50000\;\rm mA·h$,根据③中测得的数据,估算知该充电宝                 带上飞机;(选填“能”或“不能”)

[["$\\rm B$","$\\rm A$","避免使充电宝的放电电流过大","$5.07$/$5.06$","$0.11$","不能"]]

电流表与电路要串联,故电流表为$\rm B$

电压表与电路要并联,故电压表为$\rm A$

避免使充电宝的放电电流过大

补全图乙

结合闭合电路欧姆定律$E=Ir+U$,变形得$U=E − Ir$

结合图像,图像纵截距表示电动势大小$E=5.07\;\rm V$$E=5.08\;\rm V$

以上分析可知,图像斜率绝对值表示内阻大小$r=\dfrac{(5.05-4.89)\;\rm V}{1.6\;\rm A} \approx 0.11\;\rm \Omega$

依题$q=It$,所以$50000\;\rm mA·h=180000\;\rm C$

故能量为$W=qU=180000\;\rm C \times 5.06\;\rm V=910800\;\rm J \gt 160\;\rm W ⋅ h=576000\;\rm J$

故不能带上飞机;

$A$同学放学回家后,打开电灯,接入电热水壶,两者均正常工作,接着启动微波炉加热食品时,发现微波炉不工作,电热水壶突然停止工作,但是电灯仍然正常发光,如图所示。他对故障作了下列四种判断,其中正确$(\qquad)$

["

零线上$ab$间断路

","

零线上$bc$间断路

","

微波炉所在支路$be$间短路

","

电热水壶所在支路$cd$间短路

"]
[["A"]]

家庭电路中各用电器之间的连接方式是并联。用电器之间可以单独工作、互不影响,电灯仍正常工作,说明与电灯相连的火线、零线均正常,因微波炉不工作,电热水壶突然停止工作,电灯仍正常发光,所以故障应为断路,若零线上$ab$ 间发生了断路,则电灯能正常发光,微波炉和电热水壶不工作; 若微波炉所在支路$be$ 间短路或电热水壶所在支路$cd$ 间短路,则电灯不能发光;若零线上$bc$间断路,则微波炉能工作。

故选:$\rm A$

家中厨房、浴室等用电功率较大,需单独铺设供电线路。表格中为三种材料相同、横截面积不同的铜导线与安全电流的对照表。

序号横截面积$S/\rm mm^{2}$安全电流$I/\rm A$
$1$$2.5$$28$
$2$$4$$35$
$3$$6$$48$

①长度相同、横截面积为$2.5\;\rm mm^{2}$$6\;\rm mm^{2}$的两根铜导线阻值之比为                 

②如果厨房里的大功率用电器有烤箱一台(额定功率为$3000\;\rm W$)、电水壶一个(额定功率为$1910\;\rm W$)和电饭煲两个(额定功率分别为$900\;\rm W$$350\;\rm W$)。长度相同的铜导线,横截面积越大,价格越高;市电电压为$220\;\rm V$。综合考虑安全和经济性因素,判断从配电箱进入厨房的支路电线可能是表格中的哪一根铜导线,并说明理由                 

[["

$12:5$$2$号线,理由见解析。

"]]

根据$R= \rho\dfrac{l}{S}$,因为长度相同,故$\dfrac{R_{1}}{R_{2}}=\dfrac{6}{2.5}= \dfrac{12}{5}$

若同时使用厨房的各个电器,其总功率$P=(3000+1910+900+350)\;\rm W=6160\;\rm W$

厨房总支流$I=\dfrac{P}{U}=\dfrac{6160}{220}\;\rm A=28\;\rm A$

对照表格考虑一定的余量,进入厨房支路的导线应选$2$号线,即横截面为$4\;\rm mm^{2}$

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