（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)

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(jì)算2014北京理綜,24,20分5感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)、動(dòng)量守恒定律科學(xué)推理閉合電路歐姆定律運(yùn)用電動(dòng)勢概念和含義的論證計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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2014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)?！菊骖}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(gè)電阻串聯(lián)而成。已知該表頭的內(nèi)阻Rg=500,滿偏電流Ig=1mA。下列說法正確的是()A.表頭G的滿偏電壓為500VB.使用a、b兩個(gè)端點(diǎn)時(shí),其量程比使用a、c兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)大C.使用a、b兩個(gè)端點(diǎn)時(shí),若量程為010V,則R1為9.5kD.使用a、c兩個(gè)端點(diǎn)時(shí),若量程為0100V,則R1+R2為95k答案C2.某同學(xué)利用一塊表頭和三個(gè)定值電阻設(shè)計(jì)了如圖所示的電表,該電表有1、2兩個(gè)量程。關(guān)于該電表,下列說法中正確的是()A.測電壓時(shí),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(shí),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(shí),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(shí),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B3.兩個(gè)電壓表V1和V2是由完全相同的兩個(gè)電流表改裝而成的,V1量程是5V,V2量程是15V?，F(xiàn)把V1和V2串聯(lián)起來測量1520V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B4.如圖所示,是一個(gè)多量程多用電表的簡化電路圖。測電流和測電壓時(shí)各有兩個(gè)量程,還有兩個(gè)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(shí),多用電表測量的是電流,且調(diào)到位置1時(shí)的量程比位置2的小B.當(dāng)開關(guān)S調(diào)到位置3、4時(shí),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(shí),多用電表測量的是電壓,且調(diào)到位置6時(shí)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C5.導(dǎo)線中帶電粒子的定向移動(dòng)形成電流,電流可以從宏觀和微觀兩個(gè)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(gè)帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)的速率為v,粒子的電荷量為q,并認(rèn)為做定向運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)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(gè)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)體中的自由電子在電場力的作用下,定向運(yùn)動(dòng)形成電流。自由電子在定向運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)更加劇烈。自由電子定向運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)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=nvSqb.導(dǎo)線所受安培力大小F安=BIL長L的導(dǎo)線內(nèi)總的帶電粒子數(shù)N=nSL又I=nvSq電荷定向運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)間間隔為,定向移動(dòng)的速度為v,則一次碰撞的能量轉(zhuǎn)移eEv=12mv2-0一個(gè)自由電子在時(shí)間t內(nèi)與金屬離子碰撞次數(shù)為t金屬導(dǎo)體中在時(shí)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·t·12mv2又I=neSvU=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(shí)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=neSvU=IR聯(lián)立以上各式得Q=I2Rt6.兩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)律如圖所示,求:a、b兩導(dǎo)線內(nèi)電場強(qiáng)度大小之比E1E2;a、b兩導(dǎo)線橫截面積之比S1S2。(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(gè)自由電子,電子電荷量為e,自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v?，F(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。請建立微觀模型,利用電流的定義式I=qt推導(dǎo):j=nev;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(dòng)。設(shè)導(dǎo)體的電阻率為,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、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題時(shí)作必要的說明)答案(1)6116(2)在直導(dǎo)線內(nèi)任選一個(gè)橫截面S,在t時(shí)間內(nèi)以S為底,vt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=qSt,其中q=neSvt,代入上式可得:j=nev。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=lS,代入上式,可得j、E三者間滿足的關(guān)系式為:j=E。7.某課外小組設(shè)計(jì)了一種測定風(fēng)速的裝置,其原理如圖所示,一個(gè)勁度系數(shù)k=1300N/m、自然長度L0=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(shí)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(dòng),且與金屬桿接觸良好,不計(jì)摩擦。定值電阻R=1.0,電源的電動(dòng)勢E=12V,內(nèi)阻r=0.5。閉合開關(guān),沒有風(fēng)吹時(shí),彈簧處于自然長度,電壓表的示數(shù)U1=3.0V,某時(shí)刻由于風(fēng)吹迎風(fēng)板,待迎風(fēng)板再次穩(wěn)定時(shí),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(shí)風(fēng)作用在迎風(fēng)板上的力的大小;(2)假設(shè)風(fēng)(運(yùn)動(dòng)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=LS。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(dòng)是一段一段加速運(yùn)動(dòng)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(shí)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RLS。答案(1)260N(2)20m/s(3)設(shè)導(dǎo)體兩端的電壓為U,自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v由牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)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RLS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(03V,內(nèi)阻約3k)、電流表(00.6A,內(nèi)阻約0.1)、滑動(dòng)變阻器R(010,額定電流1A)、滑動(dòng)變阻器R'(0100,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(dòng)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C9.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(dòng)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)于該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差,下列分析正確的是()A.滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值越大,系統(tǒng)誤差越小B.滑動(dòng)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D10.小芳同學(xué)利用手邊的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)了如圖所示的電路,電阻R的阻值以及電源的電動(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)勢和內(nèi)阻D.若接b,利用該圖像可得到電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻答案D11.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(dòng)。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(shí)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(dòng),當(dāng)滑桿到達(dá)軌道中間位置時(shí)電壓表的讀數(shù)是U,求此過程中整個(gè)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(dòng)時(shí)其運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)的速度為v,則滑桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=BLv電壓表的示數(shù)為:U=23E=23BLv解得:v=3U2BL克服安培力所做的功等于電路中產(chǎn)生的熱,由動(dòng)能定理得:FL-Q=12mv2則整個(gè)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(shí)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(dòng)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(dòng)變阻器R的滑片P向上移動(dòng)時(shí),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.電阻R0的電功率變大D.電源的總功率變小答案CD2.如圖所示的電路中,電源電動(dòng)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(jì)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(gè)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(dòng)變阻器連入電路的阻值減小時(shí),帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況是()A.向上加速B.向下加速C.保持靜止D.向上勻速答案A4.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(jì)算機(jī),屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t曲線如圖2所示。他進(jìn)一步研究滑動(dòng)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(dòng)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)的位置將向上移動(dòng)D.曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將向下移動(dòng)答案D方法3非純電阻電路的計(jì)算方法5.如圖所示,電源內(nèi)阻為r,直流電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻為R。當(dāng)該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),電源路端電壓為U,通過電動(dòng)機(jī)的電流為I,則()A.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為IU-I2RB.電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)熱功率為IUC.電源電動(dòng)勢為I(R+r)D.電源的輸出功率為IU+I2R答案A6.現(xiàn)有規(guī)格為“220V,36W”的排氣扇,如圖所示,排氣扇電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為40。當(dāng)正常工作時(shí),排氣扇的()A.通電電流計(jì)算式為I=22040AB.輸出功率計(jì)算式為P出=(36-220240)WC.發(fā)熱功率計(jì)算式為P熱=(36220)2×40WD.電功率大于36W答案C7.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(shí)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=U2RB.W=I2RtC.P=WtD.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(dòng)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.一個(gè)電流表、一個(gè)電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器B.一個(gè)電壓表和多個(gè)定值電阻C.一個(gè)電流表和一個(gè)電阻箱D.兩個(gè)電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器答案D2.(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(gè)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(shí),每一小格表示0.04AB.將接線柱1、2接入電路時(shí),每一小格表示0.02AC.將接線柱1、3接入電路時(shí),每一小格表示0.06AD.將接線柱1、3接入電路時(shí),每一小格表示0.01A答案CB組提升題組1.(2017上海單科,9,4分)將四個(gè)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(gè)電阻是()A.a和bB.b和dC.a和cD.c和d答案A2.(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,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(shí),棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為()A.mv22eLB.mv2SneC.nevD.evSL答案C3.(2018海南單科,10,5分)(多選)如圖,三個(gè)電阻R1、R2、R3的阻值均為R,電源的內(nèi)阻r<R,c為滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)。閉合開關(guān)后,將滑動(dòng)變阻器的滑片由c點(diǎn)向a端滑動(dòng),下列說法正確的是()A.R2消耗的功率變小B.R3消耗的功率變大C.電源輸出的功率變大D.電源內(nèi)阻消耗的功率變大答案CD4.(2018北京理綜,23,18分)如圖1所示,用電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電源,向滑動(dòng)變阻器R供電。改變變阻器R的阻值,路端電壓U與電流I均隨之變化。(1)以U為縱坐標(biāo),I為橫坐標(biāo),在圖2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?jiān)趫D2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(shí)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(dòng)勢定義式,并結(jié)合能量守恒定律證明:電源電動(dòng)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(dòng)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(shí),電源輸出的電功率最大,為Pmax=E24r(3)電動(dòng)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(dòng),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(shí)間內(nèi)從A板逸出的電子數(shù)為N,電子逸出時(shí)的最大動(dòng)能為Ekm。元電荷為e。(1)求A板和B板之間的最大電勢差Um,以及將a、b短接時(shí)回路中的電流I短。(2)圖示裝置可看做直流電源,求其電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r。(3)在a和b之間連接一個(gè)外電阻時(shí),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(shí)間內(nèi)到達(dá)B板的電子,在從A板運(yùn)動(dòng)到B板的過程中損失的動(dòng)能之和設(shè)為Ek。請推導(dǎo)證明:P=Ek。(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)EkmeNe(2)EkmeEkmNe2(3)外電阻兩端的電壓為U,則電源兩端的電壓也是U。由動(dòng)能定理,一個(gè)電子經(jīng)電源內(nèi)部電場后損失的動(dòng)能Eke=eU設(shè)單位時(shí)間內(nèi)有N'個(gè)電子到達(dá)B板,則損失的動(dòng)能之和Ek=N'Eke=N'eU根據(jù)電流的定義,此時(shí)電源內(nèi)部的電流I=N'e此時(shí)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=EkC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(shí),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(shí),通過R的電流不變B.若R增大,則充電時(shí)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BCD2.(2016江蘇單科,8,4分)(多選)如圖所示的電路中,電源電動(dòng)勢為12V,內(nèi)阻為2,四個(gè)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10VB.電源的總功率為10WC.a、b間電壓的大小為5VD.a、b間用導(dǎo)線連接后,電路的總電流為1A答案AC3.(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。閉合開關(guān),改變滑動(dòng)頭P的位置,當(dāng)通過電流表的電流為零時(shí),測得MP=l1,PN=l2,則Rx的阻值為()A.l1l2R0B.l1l1+l2R0C.l2l1R0D.l2l1+l2R0答案C4.(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(jì)。閉合開關(guān),電壓表示數(shù)為U,電流表示數(shù)為I;在滑動(dòng)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(shí)間:60分鐘分值:100分一、選擇題(每小題6分,共60分)1.(2018朝陽二模,19)為了確定一個(gè)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=2;小華同學(xué)由R=UI計(jì)算可得其阻值R213。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(cuò)誤,因?yàn)闇y量時(shí)沒有電流通過小燈泡B.小華同學(xué)的方法錯(cuò)誤,因?yàn)樾襞莸碾娮璨荒苡肦=UI來計(jì)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D2.(2019屆清華附中高三11月月考,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A3.(2018通州期末,9)如圖所示,甲圖是由一個(gè)靈敏電流計(jì)G和一個(gè)電阻箱R改裝成的電流表,乙圖是由同樣的一個(gè)靈敏電流計(jì)G和一個(gè)電阻箱R改裝成的電壓表。當(dāng)使電阻箱R的電阻增大時(shí),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B4.(2019屆人大附中高三12月月考,18)在“測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)作出了兩個(gè)電路的路端電壓U與電流I的關(guān)系圖線,如圖所示。兩個(gè)電源的電動(dòng)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(gè)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(shí)相等答案A5.(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D6.(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(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)時(shí),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C7.(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(dòng)勢為12V,內(nèi)阻為1,電動(dòng)機(jī)線圈電阻為0.5。開關(guān)閉合,電動(dòng)機(jī)正常工作,電壓表示數(shù)為10V。則()A.電源兩端的電壓為12VB.電源的輸出功率為24WC.電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為80WD.電動(dòng)機(jī)所做機(jī)械功的功率為18W答案D8.(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(shí),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(gè)純電阻),以此來限制故障電流。超導(dǎo)部件正常態(tài)電阻R1=6,臨界電流IC=0.6A,限流電阻R2=12,燈泡L上標(biāo)有“6V,3W”字樣,電源電動(dòng)勢E=6V,內(nèi)阻忽略不計(jì),則下列判斷不正確的是()A.當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí),通過燈泡L的電流為0.5AB.當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí),通過R2的電流為0.5AC.當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時(shí),通過R1的電流為1AD.當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時(shí),通過R2的電流為0.5A答案B9.(2018西城二模,20)電動(dòng)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(dòng)汽車儲能部件是由多個(gè)蓄電池串聯(lián)疊置組成的電池組,如圖所示。某品牌電動(dòng)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(shí)平均電壓/只電池容量/只100只交流220V420V,20A3.3V120AhA.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(shí)的功率為4.4kWD.該電池組充滿電所儲存的能量為1.4×108J答案D10.(2017海淀二模,20)電源的兩個(gè)重要參數(shù)分別是電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r。對一個(gè)電路有兩種特殊情況:當(dāng)外電路斷開時(shí),電源兩端的電壓等于電源電動(dòng)勢;當(dāng)外電路短路時(shí),短路電流等于電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的比值?，F(xiàn)有一個(gè)電動(dòng)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(gè)新的等效電源,這兩種連接方式構(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(dòng)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+rB.甲圖中的E'=RR+rE,r'=R+rC.乙圖中的E'=E,r'=RrR+rD.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(shí),水流減少的勢能有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(jià),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(jià)1擋最高用電量計(jì)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P。a.求輸電電壓的最小值U;b.在輸電功率一定時(shí),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=13kWP1P2=2×106kW13kW=6×106(戶)(3)a.輸電線路損失熱功率P=I2R輸電功率P=IU可得U=PPRb.減少功率損耗的方法有:提高輸電電壓;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(jì)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(jì)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(shí),若單位時(shí)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(jì)電子所受的重力和電子之間的相互作用。甲乙(1)求單位時(shí)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(dòng)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(shí)運(yùn)動(dòng)方向改變很小,可認(rèn)為垂直打到工件上時(shí)的速度與從N中射出時(shí)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(shí)對工件的作用力大小;并說明為增大這個(gè)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+x的空間內(nèi)(x足夠小)電子數(shù)為N,求Nx與x的關(guān)系式。答案(1)在單位時(shí)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P,則Ue=12mv2P=n'·12mv2解得:P=IU(3)a.在t時(shí)間內(nèi)到達(dá)工件處的電子數(shù)為n2=(n-n')t在t時(shí)間內(nèi),有n2個(gè)電子與工件作用時(shí)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(dòng)量定理得-Ft=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(dòng)能定理有Udex=12mvx2設(shè)電子通過x的時(shí)間為t,因x足夠小,則有t=xvx又因?yàn)閚=Nt=Nvxx所以Nx=nvx=ndm2Uex25