（北京專用）2020版高考物理大一輪復習 專題十 恒定電流練習.docx
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專題十 恒定電流 挖命題 【考情探究】 考點 考向 5年考情 預(yù)測熱度 考題示例 學業(yè)水平 關(guān)聯(lián)考點 素養(yǎng)要素 部分電路 的基本概 念和規(guī)律 運用電流的定義式及微觀表達式的論證計算 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)、帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動、動量守恒定律 科學推理 閉合電路 歐姆定律 運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 科學論證 ★★★ 電路實驗大題選擇化 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 科學推理 分析解讀 近幾年對本專題的能力考查主要集中在實驗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題考查電路實驗大題,2015年以來本專題內(nèi)容換以實驗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驗題、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 【考點集訓】 考點一 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兩個端點時,其量程比使用a、c兩個端點時大 C.使用a、b兩個端點時,若量程為0~10V,則R1為9.5kΩ D.使用a、c兩個端點時,若量程為0~100V,則R1+R2為95kΩ 答案 C 2.某同學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量程是15V?，F(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.當開關(guān)S調(diào)到位置5、6時,多用電表測量的是電壓,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識。 (1)一段通電直導線的橫截面積為S,單位體積的帶電粒子數(shù)為n。導線中每個帶電粒子定向運動的速率為v,粒子的電荷量為q,并認為做定向運動的電荷是正電荷。 a.試推導出電流的微觀表達式I=nvSq。 b.如圖所示,電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和,在宏觀上表現(xiàn)為導線所受的安培力。按照這個思路,請你嘗試由安培力的表達式推導出洛倫茲力的表達式。 (2)經(jīng)典物理學認為金屬導體中恒定電場形成穩(wěn)恒電流。金屬導體中的自由電子在電場力的作用下,定向運動形成電流。自由電子在定向運動的過程中,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動更加劇烈。自由電子定向運動過程中,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,推導在時間t內(nèi)導線中產(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)流過導線橫截面的帶電粒子數(shù)N=nvtS 通過導線橫截面的總電荷量Q=Nq 導線中電流I=Qt 聯(lián)立以上三式可以推導出I=nvSq b.導線所受安培力大小F安=BIL 長L的導線內(nèi)總的帶電粒子數(shù)N=nSL 又I=nvSq 電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和,表現(xiàn)為導線所受的安培力,即Nf洛=F安 聯(lián)立以上三式可以推導出洛倫茲力的表達式f洛=qvB (2)方法1: 設(shè)金屬導體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導線中的電場強度E=UL 設(shè)金屬導體中單位體積中的自由電子數(shù)為n,則金屬導體中自由電子數(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=Ntτ12mv2 又I=neSv U=IR 聯(lián)立以上各式得Q=I2Rt 方法2: 設(shè)金屬導體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導體中的電場強度E=UL 設(shè)金屬導體中單位體積中的自由電子數(shù)為n,則金屬導體中自由電子數(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: ①a、b兩導線內(nèi)電場強度大小之比E1∶E2; ②a、b兩導線橫截面積之比S1∶S2。 (2)以下對直導線內(nèi)部做進一步分析:設(shè)導線單位體積內(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?，F(xiàn)將導線中電流I與導線橫截面積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:j=nev; ②從宏觀角度看,導體兩端有電壓,導體中就形成電流;從微觀角度看,若導體內(nèi)沒有電場,自由電子就不會定向移動。設(shè)導體的電阻率為ρ,導體內(nèi)場強為E,試猜想j與E的關(guān)系并推導出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題時作必要的說明) 答案 (1)①6∶1 ②1∶6 (2)①在直導線內(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=0.5m的彈簧一端固定在墻上的M點,另一端N與導電的迎風板相連,彈簧穿在光滑水平放置粗細均勻的電阻率較大的金屬桿上,彈簧是由不導電的材料制成的。迎風板面積S0=0.5m2,工作時總是正對著風吹來的方向。電路的一端與迎風板相連,另一端在M點與金屬桿相連。迎風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,某時刻由于風吹迎風板,待迎風板再次穩(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)此時風作用在迎風板上的力的大小; (2)假設(shè)風(運動的空氣)與迎風板作用后的速度變?yōu)榱?空氣的密度為1.3kg/m3,求風速的大小; (3)對于金屬導體,從宏觀上看,其電阻定義式為:R=UI。金屬導體的電阻滿足電阻定律:R=ρLS。在中學教材中,我們是從實驗中總結(jié)出電阻定律的,而“經(jīng)典金屬電子論”認為,電子定向運動是一段一段加速運動的接替,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。試利用“經(jīng)典金屬電子論”,從理論上推導金屬導體的電阻R∝LS。 答案 (1)260N (2)20m/s (3)設(shè)導體兩端的電壓為U,自由電子定向運動的平均速率為v 由牛頓運動定律和運動學規(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=2mne2t0LS 所以R∝LS 考點二 閉合電路歐姆定律 8.某同學想要描繪標有“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。實驗室提供的器材除了開關(guān)、導線外,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,額定電流1A)。圖甲是該同學實驗中的實物連線圖,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,圖甲中導線①應(yīng)該連接b處 C.為了滿足實驗數(shù)據(jù)的測量要求,圖甲中導線②應(yīng)該連接d處 D.由圖乙可知,拐點兩側(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。某同學考慮到實驗中使用的電壓和電流表的實際特點,認為本實驗是存在系統(tǒng)誤差的。關(guān)于該實驗的系統(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致該實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 D.電壓表的分流作用導致該實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 答案 D 10.小芳同學利用手邊的實驗器材設(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)若磁場為勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,軌道與滑桿單位長度的電阻均為RL,滑桿質(zhì)量為m。現(xiàn)用大小為F的水平恒力拉著滑桿從軌道最左側(cè)由靜止開始運動,當滑桿到達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)本題中滑桿在勻強磁場中自左向右運動時其運動過程可以等效成圖2所示電路:若已知滑桿到達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E=U+Ir。 圖1 圖2 答案 (1)磁感應(yīng)強度增大,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的方向為從為M→N。 (2)設(shè)滑桿到達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 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】 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.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度的增強而減小。閉合開關(guān)S后,將照射光強度增強,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,在A點有一個帶負電荷的質(zhì)點,質(zhì)點在重力和電場力的共同作用下處于靜止狀態(tài),當滑動變阻器連入電路的阻值減小時,帶電質(zhì)點的運動情況是( ) A.向上加速 B.向下加速 C.保持靜止 D.向上勻速 答案 A 4.某同學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,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.曲線與坐標軸所圍面積將增大 B.曲線與坐標軸所圍面積將減小 C.曲線與縱軸交點的位置將向上移動 D.曲線與縱軸交點的位置將向下移動 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M的線圈電阻為R。當該電動機正常工作時,電源路端電壓為U,通過電動機的電流為I,則( ) A.電動機的機械功率為IU-I2R B.電動機內(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,排氣扇電動機的線圈電阻為40Ω。當正常工作時,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 C.發(fā)熱功率計算式為P熱=(36220)240W 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、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,他們提出的實驗方案中有如下四種器材組合。為使實驗結(jié)果盡可能準確,最不可取的一組器材是 ( ) A.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,自由電子定向運動的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為( ) A.mv22eL 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下載提示(請認真閱讀)
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