（北京專用）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題十 恒定電流練習(xí)

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1、專題十　恒定電流 挖命題 【考情探究】 考點(diǎn) 考向 5年考情 預(yù)測熱度 考題示例 學(xué)業(yè)水平 關(guān)聯(lián)考點(diǎn) 素養(yǎng)要素 部分電路 的基本概 念和規(guī)律 運(yùn)用電流的定義式及微觀表達(dá)式的論證計算 2014北京理綜,24,20分 5 感應(yīng)電動勢、安培力、能量守恒 模型建構(gòu) ★★★ 電表的改裝 2015北京理綜,19,6分 3 電阻的串并聯(lián)、并聯(lián)電路的分流作用 科學(xué)推理 部分電路的基本概念和規(guī)律與電場、磁場、電磁感應(yīng)等知識的綜合問題 2017北京理綜,23,18分 4 核反應(yīng)、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動、動量守恒定律 科學(xué)推理 閉合電路

2、歐姆定律 運(yùn)用電動勢概念和含義的論證計算 2018北京理綜,23,18分 5 閉合電路的U-I圖像、電源的輸出功率 科學(xué)論證 ★★★ 電路實(shí)驗(yàn)大題選擇化 2016北京理綜,19,6分 3 測電源的電動勢和內(nèi)阻 科學(xué)推理 閉合電路的基本概念和規(guī)律與電場、磁場、電磁感應(yīng)等知識的綜合問題 2015北京理綜,22,16分 4 感應(yīng)電動勢、安培力、沖量 科學(xué)推理 分析解讀　　近幾年對本專題的能力考查主要集中在實(shí)驗(yàn)探究能力和推理論證能力上;對知識內(nèi)容的考查主要集中在對電動勢、電流等概念的理解和運(yùn)用閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律對電路問題的分析上;從題型上看20

3、14年之前主要在第21題考查電路實(shí)驗(yàn)大題,2015年以來本專題內(nèi)容換以實(shí)驗(yàn)選擇題和論證大題的形式出現(xiàn),并常與電磁感應(yīng)、電場、磁場的知識綜合,今后本專題在高考中以實(shí)驗(yàn)題、推理論證題與電磁感應(yīng)綜合的考查形式和方向還會繼續(xù)。 【真題典例】 破考點(diǎn) 【考點(diǎn)集訓(xùn)】 考點(diǎn)一　部分電路的基本概念和規(guī)律 1.如圖所示,雙量程電壓表由表頭G和兩個電阻串聯(lián)而成。已知該表頭的內(nèi)阻Rg=500Ω,滿偏電流Ig=1mA。下列說法正確的是(　　) A.表頭G的滿偏電壓為500V B.使用a、b兩個端點(diǎn)時,其量程比使用a、c兩個端點(diǎn)時大 C.使用a、b兩個端點(diǎn)時,若量程為0~10V,則R1為

4、9.5kΩ D.使用a、c兩個端點(diǎn)時,若量程為0~100V,則R1+R2為95kΩ 答案　C 2.某同學(xué)利用一塊表頭和三個定值電阻設(shè)計了如圖所示的電表,該電表有1、2兩個量程。關(guān)于該電表,下列說法中正確的是(　　) A.測電壓時,量程1一定小于量程2,與R1、R2和R3的阻值無關(guān) B.測電流時,量程1一定大于量程2,與R1、R2和R3的阻值無關(guān) C.測電壓時,量程1與量程2間的大小關(guān)系與R1、R2和R3的阻值有關(guān) D.測電流時,量程1與量程2間的大小關(guān)系與R1、R2和R3的阻值有關(guān) 答案　B 3.兩個電壓表V1和V2是由完全相同的兩個電流表改裝而成的,V1量程是5V,V2

5、量程是15V。現(xiàn)把V1和V2串聯(lián)起來測量15~20V電壓。下列說法中正確的是(　　) A.V1和V2的示數(shù)相同 B.V1和V2指針偏轉(zhuǎn)的角度相同 C.V1和V2示數(shù)不同,指針偏轉(zhuǎn)的角度也不同 D.V1和V2的示數(shù)與V1和V2的內(nèi)阻成反比 答案　B 4.如圖所示,是一個多量程多用電表的簡化電路圖。測電流和測電壓時各有兩個量程,還有兩個擋位用來測電阻。下列說法正確的是(　　) A.當(dāng)開關(guān)S調(diào)到位置1、2時,多用電表測量的是電流,且調(diào)到位置1時的量程比位置2的小 B.當(dāng)開關(guān)S調(diào)到位置3、4時,多用電表測量的是電阻,且A為黑表筆 C.當(dāng)開關(guān)S調(diào)到位置5、6時,多用電表測量的是電壓

6、,且調(diào)到位置6時的量程比位置5的大 D.多用電表各擋位所對應(yīng)的表盤刻度都是均勻的。 答案　C 5.導(dǎo)線中帶電粒子的定向移動形成電流,電流可以從宏觀和微觀兩個角度來認(rèn)識。 (1)一段通電直導(dǎo)線的橫截面積為S,單位體積的帶電粒子數(shù)為n。導(dǎo)線中每個帶電粒子定向運(yùn)動的速率為v,粒子的電荷量為q,并認(rèn)為做定向運(yùn)動的電荷是正電荷。 a.試推導(dǎo)出電流的微觀表達(dá)式I=nvSq。 b.如圖所示,電荷定向運(yùn)動時所受洛倫茲力的矢量和,在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力。按照這個思路,請你嘗試由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。 (2)經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為金屬導(dǎo)體中恒定電場形成穩(wěn)恒電流。金屬導(dǎo)體中的自由電

7、子在電場力的作用下,定向運(yùn)動形成電流。自由電子在定向運(yùn)動的過程中,不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞。碰撞后自由電子定向運(yùn)動的速度變?yōu)榱?將能量轉(zhuǎn)移給金屬離子,使得金屬離子的熱運(yùn)動更加劇烈。自由電子定向運(yùn)動過程中,頻繁地與金屬離子碰撞產(chǎn)生了焦耳熱。 某金屬直導(dǎo)線電阻為R,通過的電流為I。請從宏觀和微觀相聯(lián)系的角度,推導(dǎo)在時間t內(nèi)導(dǎo)線中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2Rt(需要的物理量可自設(shè))。 答案　(1)a.在時間t內(nèi)流過導(dǎo)線橫截面的帶電粒子數(shù)N=nvtS 通過導(dǎo)線橫截面的總電荷量Q=Nq 導(dǎo)線中電流I=Qt 聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出I=nvSq b.導(dǎo)線所受安培力大小F安=BIL 長L的導(dǎo)線內(nèi)總的

8、帶電粒子數(shù)N=nSL 又I=nvSq 電荷定向運(yùn)動時所受洛倫茲力的矢量和,表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力,即Nf洛=F安 聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式f洛=qvB (2)方法1: 設(shè)金屬導(dǎo)體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導(dǎo)線中的電場強(qiáng)度E=UL 設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n,則金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)N=nSL 設(shè)自由電子所帶電荷量為e,連續(xù)兩次碰撞時間間隔為τ,定向移動的速度為v,則一次碰撞的能量轉(zhuǎn)移eEvτ=12mv2-0 一個自由電子在時間t內(nèi)與金屬離子碰撞次數(shù)為tτ 金屬導(dǎo)體中在時間t內(nèi)全部自由電子與金屬離子碰撞,產(chǎn)生的焦耳熱Q=N·tτ·12mv2

9、又I=neSv U=IR 聯(lián)立以上各式得Q=I2Rt 方法2: 設(shè)金屬導(dǎo)體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導(dǎo)體中的電場強(qiáng)度E=UL 設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n,則金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)N=nSL 在純電阻電路中,電流做的功等于焦耳熱,即W=Q 電流做的功等于電功率乘時間,即W=Pt 電功率等于電場力對長為L的導(dǎo)線中所有帶電粒子做功功率的總和,即P=NFv 自由電子所受電場力F=Ee 又I=neSv U=IR 聯(lián)立以上各式得Q=I2Rt 6.兩根材料相同的均勻直導(dǎo)線a和b串聯(lián)在電路上,a長為l0,b長為2l0。 (1)若沿長度方向的電勢隨位置的變化規(guī)

10、律如圖所示,求: ①a、b兩導(dǎo)線內(nèi)電場強(qiáng)度大小之比E1∶E2; ②a、b兩導(dǎo)線橫截面積之比S1∶S2。 (2)以下對直導(dǎo)線內(nèi)部做進(jìn)一步分析:設(shè)導(dǎo)線單位體積內(nèi)有n個自由電子,電子電荷量為e,自由電子定向移動的平均速率為v。現(xiàn)將導(dǎo)線中電流I與導(dǎo)線橫截面積S的比值定義為電流密度,其大小用j表示。 ①請建立微觀模型,利用電流的定義式I=qt推導(dǎo):j=nev; ②從宏觀角度看,導(dǎo)體兩端有電壓,導(dǎo)體中就形成電流;從微觀角度看,若導(dǎo)體內(nèi)沒有電場,自由電子就不會定向移動。設(shè)導(dǎo)體的電阻率為ρ,導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)為E,試猜想j與E的關(guān)系并推導(dǎo)出j、ρ、E三者間滿足的關(guān)系式。(解題過程中需要用到的物理量要在解

11、題時作必要的說明) 答案　(1)①6∶1　②1∶6　(2)①在直導(dǎo)線內(nèi)任選一個橫截面S,在Δt時間內(nèi)以S為底,vΔt為高的柱體內(nèi)的自由電子都將從此截面通過,由電流及電流密度的定義知:j=IS=ΔqSΔt,其中Δq=neSvΔt,代入上式可得:j=nev。 ②猜想:j與E成正比。 設(shè)橫截面積為S,長為l的導(dǎo)線兩端電壓為U,則E=Ul 電流密度的定義式為j=IS,將I=UR代入,得j=USR=ElSR 導(dǎo)線的電阻R=ρlS,代入上式,可得j、ρ、E三者間滿足的關(guān)系式為:j=Eρ。 7.某課外小組設(shè)計了一種測定風(fēng)速的裝置,其原理如圖所示,一個勁度系數(shù)k=1300N/m、自然長度L0=

12、0.5m的彈簧一端固定在墻上的M點(diǎn),另一端N與導(dǎo)電的迎風(fēng)板相連,彈簧穿在光滑水平放置粗細(xì)均勻的電阻率較大的金屬桿上,彈簧是由不導(dǎo)電的材料制成的。迎風(fēng)板面積S0=0.5m2,工作時總是正對著風(fēng)吹來的方向。電路的一端與迎風(fēng)板相連,另一端在M點(diǎn)與金屬桿相連。迎風(fēng)板可在金屬桿上滑動,且與金屬桿接觸良好,不計摩擦。定值電阻R=1.0Ω,電源的電動勢E=12V,內(nèi)阻r=0.5Ω。閉合開關(guān),沒有風(fēng)吹時,彈簧處于自然長度,電壓表的示數(shù)U1=3.0V,某時刻由于風(fēng)吹迎風(fēng)板,待迎風(fēng)板再次穩(wěn)定時,電壓表的示數(shù)變?yōu)閁2=2.0V(電壓表可看做理想電表),試分析求解: (1)此時風(fēng)作用在迎風(fēng)板上的力的大小; (

13、2)假設(shè)風(fēng)(運(yùn)動的空氣)與迎風(fēng)板作用后的速度變?yōu)榱?空氣的密度為1.3kg/m3,求風(fēng)速的大小; (3)對于金屬導(dǎo)體,從宏觀上看,其電阻定義式為:R=UI。金屬導(dǎo)體的電阻滿足電阻定律:R=ρLS。在中學(xué)教材中,我們是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出電阻定律的,而“經(jīng)典金屬電子論”認(rèn)為,電子定向運(yùn)動是一段一段加速運(yùn)動的接替,各段加速都是從定向速度為零開始。設(shè)有一段通電金屬導(dǎo)體,其長為L,橫截面積為S,自由電子電荷量為e、質(zhì)量為m,單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,自由電子兩次碰撞之間的時間為t0。試?yán)谩敖?jīng)典金屬電子論”,從理論上推導(dǎo)金屬導(dǎo)體的電阻R∝LS。 答案　(1)260N　(2)20m/s (3)設(shè)導(dǎo)體兩端

14、的電壓為U,自由電子定向運(yùn)動的平均速率為v 由牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)律得:v=vm2=at02=eE2mt0 從微觀上看,電流I=neSv 綜上,由電阻的定義式得R=UI=ELneSv=ELneSat02=ELneSeE2mt0=2mne2t0·LS 所以R∝LS 考點(diǎn)二　閉合電路歐姆定律 8.某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“2.5V,0.3A”字樣的小燈泡的伏安特性曲線,要求測量數(shù)據(jù)盡量精確,繪制曲線完整。實(shí)驗(yàn)室提供的器材除了開關(guān)、導(dǎo)線外,還有電壓表(0~3V,內(nèi)阻約3kΩ)、電流表(0~0.6A,內(nèi)阻約0.1Ω)、滑動變阻器R(0~10Ω,額定電流1A)、滑動變阻器R'(0~100Ω,

15、額定電流1A)。圖甲是該同學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)物連線圖,圖乙是測得數(shù)據(jù)后繪出的小燈泡的伏安特性曲線。下列選項(xiàng)中說法正確的是(　　) 圖甲 圖乙 A.圖甲中的滑動變阻器選擇R'調(diào)節(jié)效果較好 B.為了減小電表內(nèi)阻帶來的誤差,圖甲中導(dǎo)線①應(yīng)該連接b處 C.為了滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量要求,圖甲中導(dǎo)線②應(yīng)該連接d處 D.由圖乙可知,拐點(diǎn)兩側(cè)區(qū)域小燈泡阻值分別恒定,但兩定值不等 答案　C 9.采用如圖所示電路,通過改變外電路電阻R,測出多組U、I的數(shù)據(jù),作出U-I圖像,利用圖像可以求解出電源的電動勢和內(nèi)電阻的值。某同學(xué)考慮到實(shí)驗(yàn)中使用的電壓和電流表的實(shí)際特點(diǎn),認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)是存在系統(tǒng)誤差的。關(guān)于該

16、實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差,下列分析正確的是(　　) A.滑動變阻器接入電路的阻值越大,系統(tǒng)誤差越小 B.滑動變阻器接入電路的阻值大小對系統(tǒng)誤差沒有影響 C.電流表的分壓作用導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 D.電壓表的分流作用導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 答案　D 10.小芳同學(xué)利用手邊的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計了如圖所示的電路,電阻R的阻值以及電源的電動勢和內(nèi)阻均未知,電壓表另一端的接線位置待定。通過改變滑動變阻器接入電路的阻值獲得多組數(shù)據(jù),并描繪出U-I關(guān)系圖像(U、I分別為電壓表和電流表的示數(shù))。不計電表對電路的影響。下列說法正確的是(　　) A.若接a,利用該圖像可得到電阻R的阻值 B.若接b,利用

17、該圖像可得到電阻R的阻值 C.若接a,利用該圖像可得到電源的電動勢和內(nèi)阻 D.若接b,利用該圖像可得到電源的電動勢和內(nèi)阻 答案　D 11.如圖1所示,在水平面上有兩條長度均為2L、間距為L的平行長直軌道,處于豎直向下的磁場中,橫置于軌道上、長為L的滑桿在軌道上從左向右水平運(yùn)動。軌道與滑桿間無摩擦且接觸良好,軌道兩側(cè)分別連接理想電壓表和電流表。 (1)在所研究的回路MNCD中,若磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間是均勻增大的,說明電流流經(jīng)滑桿MN的方向。 (2)若磁場為勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,軌道與滑桿單位長度的電阻均為RL,滑桿質(zhì)量為m?，F(xiàn)用大小為F的水平恒力拉著滑桿從軌道最左側(cè)由靜止開始運(yùn)動

18、,當(dāng)滑桿到達(dá)軌道中間位置時電壓表的讀數(shù)是U,求此過程中整個回路上產(chǎn)生了多少熱量? (3)本題中滑桿在勻強(qiáng)磁場中自左向右運(yùn)動時其運(yùn)動過程可以等效成圖2所示電路:若已知滑桿到達(dá)中間位置時其兩端電壓為U,流過滑桿的電流為I,滑桿電阻為r,從電動勢的定義及能量轉(zhuǎn)化與守恒角度推導(dǎo)E=U+Ir。 　　　　　圖1　　　　　　　　　　　　　　圖2 答案　(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,穿過回路MNCD的磁通量增加,根據(jù)楞次定律知電流流經(jīng)滑桿MN的方向?yàn)閺臑镸→N。 (2)設(shè)滑桿到達(dá)軌道中間位置時的速度為v,則滑桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E=BLv 電壓表的示數(shù)為:U=23E=23BLv 解得:v=3U2BL

19、 克服安培力所做的功等于電路中產(chǎn)生的熱,由動能定理得: FL-Q=12mv2 則整個回路上產(chǎn)生的熱量為: Q=FL-9mU28B2L2 (3)設(shè)外電路電阻為R,則時間t內(nèi),非靜電力做的功轉(zhuǎn)化為內(nèi)、外電路內(nèi)能之和,即:W非=I2Rt+I2rt 又q=It,U=IR 則得:W非q=UItq+I2rtq 即:E=U+Ir 煉技法 【方法集訓(xùn)】 方法1　動態(tài)直流電路的分析方法 1.(多選)如圖所示的電路中,閉合開關(guān)S,當(dāng)滑動變阻器R的滑片P向上移動時,下列說法中正確的是　　(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.電流表示數(shù)變大 B.電壓表示數(shù)變小 C.

20、電阻R0的電功率變大 D.電源的總功率變小 答案　CD 2.如圖所示的電路中,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,L為小燈泡(其燈絲電阻可以視為不變),R1和R2為定值電阻,R3為光敏電阻,其阻值的大小隨照射光強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小。閉合開關(guān)S后,將照射光強(qiáng)度增強(qiáng),則(　　) A.R1兩端的電壓將增大 B.R2兩端的電壓將增大 C.路端電壓將增大 D.燈泡L將變暗 答案　A 方法2　含容電路的分析與計算方法 3.如圖所示的電路中,A是電容器兩極板之間的一點(diǎn),在A點(diǎn)有一個帶負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)在重力和電場力的共同作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)滑動變阻器連入電路的阻值減小時,帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況是(　　

21、) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.向上加速 B.向下加速 C.保持靜止 D.向上勻速 答案　A 4.某同學(xué)利用電流傳感器研究電容器的放電過程,他按圖1所示連接電路。先使開關(guān)S接1,電容器很快充電完畢。然后將開關(guān)擲向2,電容器通過R放電,傳感器將電流信息傳入計算機(jī),屏幕上顯示出電流隨時間變化的I-t曲線如圖2所示。他進(jìn)一步研究滑動變阻器的阻值變化對曲線的影響,斷開S,先將滑片P向右移動一段距離,再重復(fù)以上操作,又得到一條I-t曲線。關(guān)于這條曲線,下列判斷正確的是(　　) A.曲線與坐標(biāo)軸所圍面積將增大 B.曲線與坐標(biāo)軸所圍面積將減小 C.曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將

22、向上移動 D.曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將向下移動 答案　D 方法3　非純電阻電路的計算方法 5.如圖所示,電源內(nèi)阻為r,直流電動機(jī)M的線圈電阻為R。當(dāng)該電動機(jī)正常工作時,電源路端電壓為U,通過電動機(jī)的電流為I,則(　　) A.電動機(jī)的機(jī)械功率為IU-I2R B.電動機(jī)內(nèi)部發(fā)熱功率為IU C.電源電動勢為I(R+r) D.電源的輸出功率為IU+I2R 答案　A 6.現(xiàn)有規(guī)格為“220V,36W”的排氣扇,如圖所示,排氣扇電動機(jī)的線圈電阻為40Ω。當(dāng)正常工作時,排氣扇的(　　) A.通電電流計算式為I=22040A B.輸出功率計算式為P出=(36-220240)W

23、C.發(fā)熱功率計算式為P熱=(36220)2×40W D.電功率大于36W 答案　C 7.小芳家正在使用的電器有電燈、洗衣機(jī)、電冰箱,小芳從家里的總電能表中測得在時間t內(nèi)消耗的電能為W。設(shè)小芳家的供電電壓為U,總電流為I,上述電器的總電阻為R,總功率為P。下列關(guān)系式正確的是(　　) A.P=U2R B.W=I2Rt C.P=Wt D.I=UR 答案　C 過專題 【五年高考】 A組　基礎(chǔ)題組 1.(2016北京理綜,19,6分)某興趣小組探究用不同方法測定干電池的電動勢和內(nèi)阻,他們提出的實(shí)驗(yàn)方案中有如下四種器材組合。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能準(zhǔn)確,最不可取的一組器材是　(　　) A.

24、一個電流表、一個電壓表和一個滑動變阻器 B.一個電壓表和多個定值電阻 C.一個電流表和一個電阻箱 D.兩個電流表和一個滑動變阻器 答案　D 2.(2015北京理綜,19,6分)如圖所示,其中電流表A的量程為0.6A,表盤均勻劃分為30個小格,每一小格表示0.02A;R1的阻值等于電流表內(nèi)阻的12;R2的阻值等于電流表內(nèi)阻的2倍。若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值,則下列分析正確的是(　　) A.將接線柱1、2接入電路時,每一小格表示0.04A B.將接線柱1、2接入電路時,每一小格表示0.02A C.將接線柱1、3接入電路時,每一小格表示0.06A D.將接線

25、柱1、3接入電路時,每一小格表示0.01A 答案　C B組　提升題組 1.(2017上海單科,9,4分)將四個定值電阻a、b、c、d分別接入電路,測得相應(yīng)的電流、電壓值如圖所示。其中阻值最接近的兩個電阻是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.a和b B.b和d C.a和c D.c和d 答案　A 2.(2015安徽理綜,17,6分)一根長為L、橫截面積為S的金屬棒,其材料的電阻率為ρ,棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n,電子的質(zhì)量為m,電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時,棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向運(yùn)動的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為(　　) A.m

26、v22eL B.mv2Sne C.ρnev D.ρevSL 答案　C 3.(2018海南單科,10,5分)(多選)如圖,三個電阻R1、R2、R3的阻值均為R,電源的內(nèi)阻r

27、中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖,并說明U-I圖像與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義。 (2)a.請在圖2畫好的U-I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn),畫出帶網(wǎng)格的圖形,以其面積表示此時電源的輸出功率; b.請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。 (3)請寫出電源電動勢定義式,并結(jié)合能量守恒定律證明:電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和。 答案　(1)U-I圖像如圖所示。圖像與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為電源電動勢,與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值為短路電流。 (2)a.如圖所示。 　　b.電源輸出的電功率 P=I2R=ER+r2R=E2R+2r+r2R 當(dāng)外電路電阻R=r時,電源輸出

28、的電功率最大,為 Pmax=E24r (3)電動勢定義式 E=Wq 根據(jù)能量守恒定律,在題圖所示電路中,非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的電熱,即 W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq 得E=Ir+IR=U內(nèi)+U外 5.(2015北京理綜,24,20分)真空中放置的平行金屬板可以用作光電轉(zhuǎn)換裝置,如圖所示。光照前兩板都不帶電。以光照射A板,則板中的電子可能吸收光的能量而逸出。假設(shè)所有逸出的電子都垂直于A板向B板運(yùn)動,忽略電子之間的相互作用。保持光照條件不變。a和b為接線柱。 已知單位時間內(nèi)從A板逸出的電子數(shù)為N,電子逸出時的最大動能為Ekm。元電荷為e。

29、 (1)求A板和B板之間的最大電勢差Um,以及將a、b短接時回路中的電流I短。 (2)圖示裝置可看做直流電源,求其電動勢E和內(nèi)阻r。 (3)在a和b之間連接一個外電阻時,該電阻兩端的電壓為U。外電阻上消耗的電功率設(shè)為P;單位時間內(nèi)到達(dá)B板的電子,在從A板運(yùn)動到B板的過程中損失的動能之和設(shè)為ΔEk。請推導(dǎo)證明:P=ΔEk。 　　(注意:解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量,要在解題中做必要的說明) 答案　(1)Ekme　Ne　(2)Ekme　EkmNe2 (3)外電阻兩端的電壓為U,則電源兩端的電壓也是U。 由動能定理,一個電子經(jīng)電源內(nèi)部電場后損失的動能 ΔEke=eU

30、 設(shè)單位時間內(nèi)有N'個電子到達(dá)B板,則損失的動能之和 ΔEk=N'ΔEke=N'eU 根據(jù)電流的定義,此時電源內(nèi)部的電流 I=N'e 此時流過外電阻的電流也是I=N'e,外電阻上消耗的電功率 P=IU=N'eU 所以P=ΔEk C組　教師專用題組 1.(2018江蘇單科,8,4分)(多選)如圖所示,電源E對電容器C充電,當(dāng)C兩端電壓達(dá)到80V時,閃光燈瞬間導(dǎo)通并發(fā)光,C放電。放電后,閃光燈斷開并熄滅,電源再次對C充電。這樣不斷地充電和放電,閃光燈就周期性地發(fā)光。該電路(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.充電時,通過R的電流不變 B.若R增大,則充電

31、時間變長 C.若C增大,則閃光燈閃光一次通過的電荷量增大 D.若E減小為85V,閃光燈閃光一次通過的電荷量不變 答案　BCD 2.(2016江蘇單科,8,4分)(多選)如圖所示的電路中,電源電動勢為12V,內(nèi)阻為2Ω,四個電阻的阻值已在圖中標(biāo)出。閉合開關(guān)S,下列說法正確的有(　　) A.路端電壓為10V B.電源的總功率為10W C.a、b間電壓的大小為5V D.a、b間用導(dǎo)線連接后,電路的總電流為1A 答案　AC 3.(2013安徽理綜,19,6分)用圖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

32、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(　　) A.l1l2R0 B.l1l1+l2R0 C.l2l1R0 D.l2l1+l2R0 答案　C 4.(2016上海單科,18,4分)(多選)如圖所示電路中,電源內(nèi)阻忽略不計。閉合開關(guān),電壓表示數(shù)為U,電流表示數(shù)為I;在滑動變阻器R1的滑片P由a端滑到b端的過程中(　　) A.U先變大后變小 B.I先變小后變大 C.U與I比值先變大后變小 D.U變化量與I變化量比值等于R3 答案　BC 【三年模擬】 時間:60分鐘　分值:100分 一、選擇題(每小題6分,共60

33、分) 1.(2018朝陽二模,19)為了確定一個標(biāo)有“3.8V,0.3A”的小燈泡燈絲的電阻,小明和小華兩位同學(xué)分別采用了不同的方法:小明同學(xué)用多用電表的歐姆擋測量,測量結(jié)果R1=2Ω;小華同學(xué)由R=UI計算可得其阻值R2≈13Ω。小明同學(xué)的操作過程無誤,但R1和R2存在明顯差異。對此,下列說法正確的是(　　) A.小明同學(xué)的方法錯誤,因?yàn)闇y量時沒有電流通過小燈泡 B.小華同學(xué)的方法錯誤,因?yàn)樾襞莸碾娮璨荒苡肦=UI來計算 C.兩位同學(xué)的方法都正確,因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋的精確度不夠 D.兩位同學(xué)的方法都正確,因?yàn)樾襞莸墓ぷ鳡顟B(tài)不同 答案　D 2.(2019屆清華附中高三11月

34、月考,10)如圖所示的電路圖中,C2=2C1,R2=2R1,下列說法正確的是(　　) A.開關(guān)處于斷開狀態(tài),電容器C2的電荷量大于C1的電荷量 B.開關(guān)處于斷開狀態(tài),電容器C1的電荷量大于C2的電荷量 C.開關(guān)處于接通狀態(tài),電容器C2的電荷量大于C1的電荷量 D.開關(guān)處于接通狀態(tài),電容器C1的電荷量大于C2的電荷量 答案　A 3.(2018通州期末,9)如圖所示,甲圖是由一個靈敏電流計G和一個電阻箱R改裝成的電流表,乙圖是由同樣的一個靈敏電流計G和一個電阻箱R改裝成的電壓表。當(dāng)使電阻箱R的電阻增大時,下列說法正確的是(　　) A.電流表的內(nèi)阻減小,量程增大 B.電流表的

35、內(nèi)阻增大,量程減小 C.電壓表的內(nèi)阻增大,量程減小 D.電壓表的內(nèi)阻減小,量程增大 答案　B 4.(2019屆人大附中高三12月月考,18)在“測電源電動勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)作出了兩個電路的路端電壓U與電流I的關(guān)系圖線,如圖所示。兩個電源的電動勢分別為E1、E2,內(nèi)阻分別為r1、r2。如果外電路分別接入相同的電阻R,則兩個電路的(　　) A.效率不可能相等 B.總功率不可能相等 C.輸出功率不可能相等 D.路端電壓和電流不可能同時相等 答案　A 5.(2017通州期末,7)利用伏安法測電阻一般采用如圖甲、乙所示的兩種接法,這兩種接法都會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。下列說法中

36、正確的是(　　) A.圖甲中Rx的測量值偏小,是由于電流表的分壓作用 B.圖甲中Rx的測量值偏大,是由于電壓表的分流作用 C.圖乙中Rx的測量值偏小,是由于電壓表的分流作用 D.圖乙中Rx的測量值偏大,是由于電流表的分壓作用 答案　D 6.(2019屆人大附中高三12月月考,14)如圖所示,閉合開關(guān)S后,A燈與B燈均發(fā)光,當(dāng)滑動變阻器的滑片P向左滑動時,以下說法中正確的是(　　) A.A燈變暗 B.B燈變亮 C.電源的輸出功率可能減小 D.電源的總功率可能增大 答案　C 7.(2018西城期末,9)在如圖所示的電路中,電壓表、電流表均為理想電表。電源電動勢為12

37、V,內(nèi)阻為1Ω,電動機(jī)線圈電阻為0.5Ω。開關(guān)閉合,電動機(jī)正常工作,電壓表示數(shù)為10V。則　(　　) A.電源兩端的電壓為12V B.電源的輸出功率為24W C.電動機(jī)消耗的電功率為80W D.電動機(jī)所做機(jī)械功的功率為18W 答案　D 8.(2017豐臺二模,20)如圖所示是某電路的示意圖,虛線框內(nèi)是超導(dǎo)限流器。超導(dǎo)限流器是一種短路故障電流限制裝置,它由超導(dǎo)部件和限流電阻并聯(lián)組成。當(dāng)通過超導(dǎo)部件的電流大于其臨界電流IC時,超導(dǎo)部件由超導(dǎo)態(tài)(可認(rèn)為電阻為零)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)(可認(rèn)為是一個純電阻),以此來限制故障電流。超導(dǎo)部件正常態(tài)電阻R1=6Ω,臨界電流IC=0.6A,限流電阻R2=

38、12Ω,燈泡L上標(biāo)有“6V,3W”字樣,電源電動勢E=6V,內(nèi)阻忽略不計,則下列判斷不正確的是(　　) A.當(dāng)燈泡正常發(fā)光時,通過燈泡L的電流為0.5A B.當(dāng)燈泡正常發(fā)光時,通過R2的電流為0.5A C.當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時,通過R1的電流為1A D.當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時,通過R2的電流為0.5A 答案　B 9.(2018西城二模,20)電動汽車由于節(jié)能環(huán)保的重要優(yōu)勢,越來越被大家認(rèn)可。電動汽車儲能部件是由多個蓄電池串聯(lián)疊置組成的電池組,如圖所示。某品牌電動小轎車蓄電池的數(shù)據(jù)如表所示。下列說法正確的是(　　) 電池只數(shù) 輸入電壓 充電參數(shù) 放電時平均電壓/只 電

39、池容量/只 100只 交流220V 420V,20A 3.3V 120Ah A.將電池組的兩極直接接在交流電上進(jìn)行充電 B.電池容量的單位Ah就是能量單位 C.該電池組充電時的功率為4.4kW D.該電池組充滿電所儲存的能量為1.4×108J 答案　D 10.(2017海淀二模,20)電源的兩個重要參數(shù)分別是電動勢E和內(nèi)電阻r。對一個電路有兩種特殊情況:當(dāng)外電路斷開時,電源兩端的電壓等于電源電動勢;當(dāng)外電路短路時,短路電流等于電動勢和內(nèi)電阻的比值?，F(xiàn)有一個電動勢為E、內(nèi)電阻為r的電源和一阻值為R的定值電阻,將它們串聯(lián)或并聯(lián)組成的系統(tǒng)視為一個新的等效電源,這兩種連接

40、方式構(gòu)成的等效電源分別如圖甲和乙中虛線框所示。設(shè)新的等效電源的電動勢為E',內(nèi)電阻為r'。試根據(jù)以上信息,判斷下列說法中正確的是(　　) A.甲圖中的E'=rR+rE,r'=R+r B.甲圖中的E'=RR+rE,r'=R+r C.乙圖中的E'=E,r'=RrR+r D.乙圖中的E'=RR+rE,r'=RrR+r 答案　D 二、非選擇題(共40分) 11.(2018房山二模,23)(20分)三峽水電站是我國最大的水力發(fā)電站,平均水位落差約100m,水的流量約1.35×104m3/s。船只通航需要約3500m3/s的流量,其余流量全部用來發(fā)電。水流沖擊水輪機(jī)發(fā)電時,水流減少的勢能

41、有20%轉(zhuǎn)化為電能。 (1)按照以上數(shù)據(jù)估算,三峽水電站的發(fā)電功率最大是多大; (2)本市現(xiàn)行階梯電價,每戶每月1擋用電量最高為240kW·h。如果按照本市現(xiàn)行階梯電價1擋最高用電量計算,三峽電站可以滿足多少戶家庭生活用電; (3)把抽水蓄能電站產(chǎn)生的電能輸送到北京城區(qū)。已知輸電功率為P,輸電線路的總阻值為R,要使輸電線路上損耗的功率小于ΔP。 a.求輸電電壓的最小值U; b.在輸電功率一定時,請?zhí)岢鰞煞N減少輸電過程中功率損耗的方法。 答案　(1)P1=(1.35×104-3500)×10×100×20%W=2×106kW (2)每戶用電平均功率:P2=24030×24kW=13

42、kW P1P2=2×106kW13kW=6×106(戶) (3)a.輸電線路損失熱功率ΔP=I2R 輸電功率P=IU 可得U=PΔPR b.減少功率損耗的方法有: ①提高輸電電壓; ②增大導(dǎo)線橫截面積,減小電阻。 12.(2018海淀二模,24)(20分)用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束照射可使一些物質(zhì)產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng),其中電子束焊接是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的一種電子束加工技術(shù)。電子束加工的特點(diǎn)是功率大,能在瞬間將能量傳給工件,而且電子束的能量和位置可以用電磁場精確和迅速地調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制。 圖甲是電子束加工工件的示意圖,電子槍產(chǎn)生熱電子后被高壓電源加速,經(jīng)聚焦系統(tǒng)會

43、聚成很細(xì)的電子束,打在工件上產(chǎn)生高壓力和強(qiáng)能量,對工件進(jìn)行加工。圖乙是電子加速系統(tǒng),K是與金屬板M距離很近的燈絲,電源E1給K加熱可以產(chǎn)生初速度不計的熱電子,N為金屬網(wǎng),M、N接在輸出電壓恒為U的高壓電源E2上,M、N之間的電場近似為勻強(qiáng)電場。系統(tǒng)放置在真空環(huán)境中,通過控制系統(tǒng)排走工件上的多余電子,保證N與工件之間無電壓。正常工作時,若單位時間內(nèi)從K發(fā)出的電子數(shù)為n,經(jīng)M、N之間的電場加速后大多數(shù)電子從金屬網(wǎng)N的小孔射出,少部分電子打到金屬網(wǎng)絲上被吸收,從而形成回路電流,電流表的示數(shù)穩(wěn)定為I。已知電子的質(zhì)量為m、帶電荷量為e,不計電子所受的重力和電子之間的相互作用。 甲 乙 (1

44、)求單位時間內(nèi)被金屬網(wǎng)N吸收的電子數(shù)n'; (2)若金屬網(wǎng)N吸收電子的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,試證明其發(fā)熱功率P=IU; (3)a.電子在聚焦時運(yùn)動方向改變很小,可認(rèn)為垂直打到工件上時的速度與從N中射出時的速度相同,并假設(shè)電子打在工件上被工件全部吸收不反彈。求電子束打到工件表面時對工件的作用力大小;并說明為增大這個作用力,可采取的合理可行的措施(至少說出兩種方法); b.已知M、N兩板間的距離為d,設(shè)在兩板之間與M相距x到x+Δx的空間內(nèi)(Δx足夠小)電子數(shù)為ΔN,求ΔNΔx與x的關(guān)系式。 答案　(1)在單位時間內(nèi)被金屬網(wǎng)N吸收的電子數(shù)為 n'=Ie (2)設(shè)在金屬網(wǎng)N上產(chǎn)生的熱功率為

45、P,則 Ue=12mv2 P=n'·12mv2 解得:P=IU (3)a.在Δt時間內(nèi)到達(dá)工件處的電子數(shù)為 n2=(n-n')Δt 在Δt時間內(nèi),有n2個電子與工件作用時速度由v減為0,設(shè)電子受到工件的持續(xù)作用力大小為F,由動量定理得 -FΔt=0-n2mv 解得:F=n-Ie2meU 由牛頓第三定律知,電子對工件的作用力大小為 F'=F=n-Ie2meU 增大電源E1輻射電子的功率;增大高壓電源E2的輸出電壓U;使金屬網(wǎng)絲變細(xì)且空格適當(dāng)變大些,從而減少金屬網(wǎng)N吸收的電子等均可增大F'。 b.設(shè)距M板x處電子速度為vx,由動能定理有 Udex=12mvx2 設(shè)電子通過Δx的時間為Δt,因Δx足夠小,則有 Δt=Δxvx 又因?yàn)閚=ΔNΔt=ΔNvxΔx 所以ΔNΔx=nvx=ndm2Uex 25