高考物理一轮复习专题训练：恒定电流

专题十 恒定电流,高考物理一轮总复习专题训练：,1如图所示,其中电流表A的量程为0.6 A,表盘均匀划分为30个小 格,每一小格表示0.02 A;R1的阻值等于电流表内阻的 ;R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用 电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是 ( ) A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04 A B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 A C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 A D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A,考点一 部分电路的基本概念和规律,考点专题训练,答案 C 设电流表的内阻为RA,则R1= RA,R2=2RA,将接线柱1、2接入电路时,流过接线柱1的 电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06 A;将接线柱1、3接入电路时, 流过接线柱1的电流I1'=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06 A。选项A、 B、D错误,C正确。,2若导线MN的质量m=8.0 g、长度L=0.10 m,感应电流I=1.0 A,假设 一个原子贡献1个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表 中列出一些你可能会用到的数据)。,解析 导线MN中含有的原子数为N= NA 因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线MN中的自由电子数也是N。 导线MN单位体积内的自由电子数n= 其中,S为导线MN的横截面积。 因为电流I=nveSe 所以ve= = = 解得ve=7.8×10-6 m/s,答案 7.8×10-6 m/s,3阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示 电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电 荷量为Q2。Q1与Q2的比值为 ( ) A. B. C. D.,答案 C 当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器C两端的电压U= E,所带的电荷量Q1= CU= CE;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电容器C两端的电压U'= E,所带的电荷量Q2= CE。所以 = ,C项正确。,图1,图2,方法技巧 化简电路时会熟练应用电势排列法,才能又准又快地画出等效电路。,评析 本题为恒定电路中含容电路问题,考查考生化简电路的能力及对串并联电路相关问题 的计算能力。属于中等难度的题。,1. 如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器R0的滑动 端向下滑动的过程中 ( ) A.电压表与电流表的示数都减小 B.电压表与电流表的示数都增大 C.电压表的示数增大,电流表的示数减小 D.电压表的示数减小,电流表的示数增大,考点二 闭合电路欧姆定律,答案 A 在变阻器R0的滑动端向下滑动过程中,其连入电路的有效电阻减小,则R总减小,由I= 可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由U1=IR1 可知 增大,由U外= +U并可知U并减小,由I2= 可知电流表示数变小,故A正确。,2如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电。改 变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。 (1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图,并说 明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义。 (2)a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输 出功率; b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。 (3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路 电势降落之和。,解析 (1)U-I图像如图所示。图像与纵轴交点的纵坐标值为电源电动势,与横轴交点的横坐标 值为短路电流。 (2)a.如图所示。 b.电源输出的电功率 P=I2R= R= 当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为 Pmax=,答案 见解析,(3)电动势定义式 E= 根据能量守恒定律,在题图所示电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产 生的电热,即 W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq 得E=Ir+IR=U内+U外,试题评析 闭合电路及U-I图像 (1)本题考查闭合电路中路端电压U随干路电流I变化的关系图线,电源的输出功率及其最大值, 以及最大值的产生条件。考查内容为教材的基本知识。此题作为一道高考中分值不小的计 算题,提示考生要注重基本知识的学习。 (2)电动势是电源的最基本特征量,在学习中学生不仅仅要掌握其定义式,更要深刻理解其内 含,并能灵活应用。,1在物理学中,常常用比值定义物理量,用来表示研究对象的某种性 质。下列关系式中,不属于比值定义的是 ( ) A.电场强度E= B.电流I= C.电容C= D.密度=,考点一 部分电路的基本概念和规律,高考模拟·基础题组,高考模拟,答案 B 比值法所定义的物理量,与表达式中的分子、分母无正、反比关系,只等于分子和 分母的比值,而比值是恒定不变的,选项A、C、D都符合比值定义的特点,而B选项中电阻R是 不变量,电流与电压成正比关系,故电流不属于比值定义的物理量,因此选项B符合题意。,解题关键 掌握比值定义物理量的特点,能正解分析题中的物理量与表达式中的分子、分母 是否存在比例关系是解本题的关键。,2两个电压表V1和V2是由完全相同的两个电流表改装而成的,V1量 程是5 V,V2量程是15 V。现把V1和V2串联起来测量15 V20 V电压。下列说法中正确的是 ( ) A.V1和V2的示数相同 B.V1和V2指针偏转的角度相同 C.V1和V2示数不同,指针偏转的角度也不同 D.V1和V2的示数与V1和V2的内阻成反比,答案 B 由于V1和V2是由完全相同的两个电流表改装而成的,当它们串联起来测电压的时 候,通过它们的电流大小相等,故指针偏转的角度相同,示数与内阻成正比,并不相同。,解题关键 熟悉电表改装的原理,知道串联电路的特点。,3为了确定一个标有“3.8 V,0.3 A”的小灯泡的电阻,小明和小华两位 同学分别采用了不同的方法:小明同学用多用电表的欧姆挡测量,测量结果R1=2 ;小华同学由 R= 计算可得其阻值R213 。小明同学的操作过程无误,但R1和R2存在明显差异。对此,下 列说法正确的是 ( ) A.小明同学的方法错误,因为测量时没有电流通过小灯泡 B.小华同学的方法错误,因为小灯泡的电阻不能用R= 来计算 C.两位同学的方法都正确,因为多用电表的欧姆挡的精确度不够 D.两位同学的方法都正确,因为小灯泡的工作状态不同,答案 D 小灯泡灯丝电阻在不同电压下不同,因而测得阻值不同。则D正确。,易错警示 多用电表使用欧姆挡时,表内部电池处于工作状态,因而A错。虽然小灯泡阻值不 是定值但仍满足R= 。,4移动电源(俗称充电宝)解决了众多移动设备的“缺电之苦”,受到越 来越多人的青睐。 目前市场上大多数充电宝的核心部件是锂离子电池(电动势3.7 V)及其充 放电保护电路、充放电管理电路、升压电路等。其中的升压电路可以将锂离子电池的输出 电压提升到手机、平板电脑等移动设备所要求的输入电压(5 V)。 由于锂离子电池的材料特性,在电池短路、过高或过低温度、过度充电或放电等情况下都有 可能引起电池漏液、起火或爆炸。为安全起见,中国民航总局做出了相关规定,如图1所示。 民航总局关于携带充电宝出行的相关规定 为了给智能手机充电,小明购买了一款移动电源,其铭牌如图2所示。给手机充电时该移动电 源的效率按80%计算。,根据以上材料判断下列说法正确的是 ( ) A.这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8 000 mAh B.这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37 Wh C.乘飞机出行时,这款移动电源可以托运 D.Wh与mAh均为能量单位,答案 B 由表格可知电池容量为10 000 mAh,mAh是电量的单位,则A、D错。E能=UIt=3.7 V ×10 Ah=37 Wh,B正确。由图1知,所有充电宝都不可托运,C错。,考查点 电能的计算、阅读获取信息能力。,思路分析 由Q=It可知mAh是电量的单位。,5现有规格为“220 V,36 W”的排气扇,如图所示,排气扇电动机的线圈 电阻为40 。当正常工作时,排气扇的 ( ) A.通电电流计算式为I= A B.输出功率计算式为P出=(36- ) W C.发热功率计算式为P热=( )2×40 W D.电功率大于36 W,答案 C 由于排气扇为非纯电阻电器,不满足R= ,根据公式P=UI知,该排气扇正常工作时 的电流I= = A,A错误。发热功率P热=( )2×40 W,输出功率P出=P总-P热=36-( )2×40W, B错误,C正确。因为排气扇正常工作,电功率等于36 W,D错误。,6如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有 负电荷,单位体积内的电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动 而形成的等效电流大小为 ( ) A.vq B. C.qvS D.,答案 C 电流的定义式I= ,即单位时间通过导体横截面的电荷量,由题意知整段导体总电 荷量Q=qLS,L为导体长度,t= ,所以等效电流大小I= =qvS,C项正确。,7两根材料相同的均匀直导线a和b串联在电路上,a长为l0,b长为2l0。 (1)若沿长度方向的电势随位置的变化规律如图所示,求: a、b两导线内电场强度大小之比E1E2; a、b两导线横截面积之比S1S2。 (2)以下对直导线内部做进一步分析:设导线单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e,自由 电子定向移动的平均速率为v。现将导线中电流I与导线横截面积S的比值定义为电流密度,其 大小用j表示。 请建立微观模型,利用电流的定义式I= 推导:j=nev;,从宏观角度看,导体两端有电压,导体中就形成电流;从微观角度看,若导体内没有电场,自由 电子就不会定向移动。设导体的电阻率为,导体内场强为E,试猜想j与E的关系并推导出j、 、E三者间满足的关系式。 (解题过程中需要用到的物理量要在解题时作必要的说明),解析 (1)根据U1=1-2,由图像知:1=8 V,2=2 V,代入可得U1=6 V,同理U2=2 V 根据E= ,由已知d1=l0,d2=2l0,代入可得:E1E2=61 因为两导线串联,所以电流I1 =I2,由欧姆定律I= ,电阻定律R= ,将U1=6 V,U2=2 V,长度分 别为l0和2l0代入,可得:S1S2=16 (2)在直导线内任选一个横截面S,在t时间内以S为底,vt为高的柱体内的自由电子都将从 此截面通过,由电流及电流密度的定义知:j= = ,其中q=neSvt,代入上式可得:j=nev。 猜想:j与E成正比。 设横截面积为S,长为l的导线两端电压为U,则E= ; 电流密度的定义式为j= ,将I= 代入,得j= = ; 导线的电阻R= ,代入上式,可得j、E三者间满足的关系式为:j= 。,答案 (1)61 16 (2)见解析,解题关键 (1)会看图像,熟记串联电路分压规律和电阻率知识。(2)建立物理模型。,8导线中带电粒子的定向移动形成电流,电流可以从宏观和微观两个 角度来认识。 (1)一段通电直导线的横截面积为S,单位体积的带电粒子数为n。导线中每个带电粒子定向运 动的速率为v,粒子的电荷量为q,并认为做定向运动的电荷是正电荷。 a.试推导出电流的微观表达式I=nvSq。 b.如图所示,电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力。按 照这个思路,请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。,(2)经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的 作用下,定向运动形成电流。自由电子在定向运动的过程中,不断地与金属离子发生碰撞。