2020屆高中物理 專題07 歐姆定律;電阻定律;電阻的串、并聯(lián);電功率、焦耳定律
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1、 2020屆同心圓夢專題七 物理 考試范圍:歐姆定律;電阻定律;電阻的串、并聯(lián);電功率、焦耳定律;電源的電動勢和內(nèi)阻;閉合電路的歐姆定律等知識點 一、選擇題(本題共10小題,每小題4分,共40分。在每小題給出的四個選項中,有的只有一個選項符合題目要求,有的有多個選項符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分。) 1.據(jù)報道,“神舟”八號飛船將2020年下半年發(fā)射。它是一個無人目標飛行器,為中國的空間站作對接準備,也是中國神舟系列飛船進入批量生產(chǎn)的代表。“神舟”飛船上的太陽能電池是依靠光伏效應設計的單晶硅太陽能
2、電池。在正常照射下,太陽能電池的光電轉換效率可達24%。單片單晶硅太陽能電池可產(chǎn)生0.6V的電動勢,可獲得0.1A的電流,則每秒照射到這種太陽能電池上的太陽光的能量是 ( ) A.0.24J B.0.25J C.0.26J D.0.28J 2.兩根材料相同的均勻導線A和B,其長度分別為L和2L,串聯(lián)在電路中時沿長度方向電勢的變化如下圖所示,則A和B導線的橫截面積之比為 (
3、 ) A.2∶3 B.1∶3 C.1∶2 D.3∶1 3.在右圖所示的電路中,由于某個電阻發(fā)生故障,電流表不再有讀數(shù),電壓表讀數(shù)增大,如果兩只電表都可看作理想電表,則一定是 ( ) A.R1斷路 B.R1短路 C.R2短路 D.R3短路 4.如右圖所示,電阻R1=20Ω,電動機線圈電阻R2=10Ω。當開關S斷開時,電流表的示數(shù)為0.5A;當電鍵S閉合后,電動機轉起來,電路兩端電壓不變,則下列關于電流表顯示的電流、電
4、路消耗的電功率P及電動機的熱功率正確的是 ( ) A.I=1.5A B.I<1.5A C.P>15W D.P熱=10W 5.有兩個電阻R1=1Ω、R2=3Ω,有一電源電動勢E=3.0V,內(nèi)阻r=1Ω,下列接法使電源的內(nèi)電阻消耗功率最大的是( ) A.將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端 B.將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端 C.將R1單獨接到電源兩端 D.將R2單獨接到電源兩端 6.如右圖所示,R
5、1,R2為可調(diào)電阻,R3為一般電阻,R4為熱敏電阻。當環(huán)境溫度升高時,下列說法中正確的是( ) A.電容器所帶電量減小 B.若R1的阻值減小,電容器的帶電量可能保持不變 C.若R2的阻值增大,電容器的帶電量可能保持不變 D.若R2的阻值減小,電流表的示數(shù)可能保持不變 7.在右圖所示的電路中,電源電動勢為E,內(nèi)電阻不能忽略。閉合S后,調(diào)整R的阻值,使電流表的示數(shù)增大ΔI,在這一過程中 ( ) A.通過R的電流增大,
6、增加量大于ΔI B.通過R1的電流減小,減小量一定為ΔI C.R2兩端的電壓增大,增加量為ΔIR2 D.R1兩端電壓減小,減小量小于ΔIR2 8.滑動變阻器是直流電路中的常用元件,一般用來調(diào)節(jié)電路中的電壓和電流。右圖甲所示是伏安法測電阻的電路圖,右圖乙是測電源電動勢和內(nèi)阻的電路圖,在這兩個圖中滑動變阻器都采用了限流接法。關于這兩個電路選用的滑動變阻器,下列說法正確的是 ( ) A.在兩個電路中,滑動變阻器阻值都是越大越好 B.在兩個電路中,滑動變
7、阻器阻值都是越小越好 C.在甲圖中,滑動變阻器阻值應比待測電阻略大或相差不多 D.在乙圖中,滑動變阻器阻值不能太小,其具體阻值與待測電源的電動勢及允許通過的電流有關 9.某一熱敏電阻其阻值隨溫度的升高而減小,在一次實驗中,將該熱敏電阻與一小燈泡串聯(lián),通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如右圖所示,M為兩元件的伏安曲線的交點。則關于熱敏電阻和小燈泡的下列說法中正確的是 ( ) A.圖中圖線a是小燈泡的伏安曲
8、線,圖線b是熱敏電阻的伏安曲線 B.圖中圖線b是小燈泡的伏安曲線,圖線a是熱敏電阻的伏安曲線 C.圖線中的M點,表示該狀態(tài)小燈泡的電阻大于熱敏電阻的阻值 D.圖線中M點對應的狀態(tài),小燈泡的功率與熱敏電阻的功率相等 10.如右圖所示,電路中電源電動勢E恒定,內(nèi)阻r=2Ω,定值電阻R3=4Ω。ab段電路消耗的電功率在開關S斷開與閉合時相等,則以下說法中正確的是 ( ) A.電阻R1、R2可能分別為3Ω、9Ω B.電阻R1、R2可能分別為4Ω、6Ω C.開關S斷開時
9、電壓表的示數(shù)一定等于S閉合時的示數(shù) D.開關S斷開與閉合時,電壓表的示數(shù)變化量與電流表的示數(shù)變化量大小之比與R1、R2無關 二、非選擇題(本題共6小題,共60分。) 11.(7分)為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,某實驗小組按下圖甲所示的電路圖連好實驗電路,合上開關,電流表和電壓表的讀數(shù)正常,當將滑動變阻器的滑片由A端向B端逐漸滑動時,發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)逐漸增大,而電壓表的示數(shù)接近1.5V且?guī)缀醪蛔儯钡疆敾僚R近B端時電壓表的示數(shù)急劇變化,這種情況讀出的電壓值、電流值在U-I坐標軸上分布不均勻,出現(xiàn)上述情況的原因是
10、,改進方法是 。改進后,測出幾組電流、電壓的數(shù)值,并畫出如下圖乙所示的圖象,由圖象可知,這個電池的電動勢為E= V,內(nèi)阻r= Ω。 12.(9分)當小燈泡發(fā)光時其燈絲的電阻會隨著發(fā)光亮度的變化而發(fā)生變化。某同學為研究這一現(xiàn)象,按照自己設計的實驗電路測量小燈泡的電流I和電壓U,得到如下表所示的數(shù)據(jù)。 I(A) 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
11、1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)請你根據(jù)上表數(shù)據(jù)的特點,在虛線框中畫出實驗電路圖??捎玫钠鞑挠校弘妷罕?、電流表、滑動變阻器(變化范圍0~10Ω)、電源、小燈泡、電鍵、導線若干。 (2)在圖示坐標紙上畫出小燈泡的U-I曲線,并定性分析燈絲的電阻與燈泡發(fā)光亮度的變化關系 。 (3)如果將上面實驗中使用的小燈泡接在電動勢是1.5V,內(nèi)阻是2.0Ω的電源兩端,利用上面的U-I曲線可求出小燈泡的實際功率是 W,電源效率為 。 13
12、.(10分)2020年廣州亞運盛會堪稱是LED綠色照明技術、節(jié)能照明產(chǎn)品得到全面應用的照明科技博覽會。無論是海心沙、廣州塔、廣州中軸線城市景觀照明等重點工程項目,還是亞運城、大學城等數(shù)十個場館和設施,處處都閃耀著國產(chǎn)LED綠色照明、節(jié)能照明產(chǎn)品的光芒。某實驗小組要精確測定額定電壓為3V的LED燈正常工作時的電阻,已知該燈正常工作時電阻大約500Ω左右,電學符號與小燈泡電學符號相同。 實驗室提供的器材有: 電流表A1(量程為0~50mA,內(nèi)阻RA1約為3Ω) 電流表A2(量程為0~3mA,內(nèi)阻RA2=15Ω) 定值電阻R1=697Ω 定值電阻R2=1985Ω 滑動變阻器R(0~20Ω
13、)一只 電壓表V(量程為0~12V,內(nèi)阻RV=1kΩ) 蓄電池E(電動勢為12V,內(nèi)阻很小) 電鍵S一只 (1)在下邊方框中畫出應采用的電路圖 (2)寫出測量LED燈正常工作時的電阻表達式Rx = ,當表達式中的 (填字母)達到 ,記下另一電表的讀數(shù)帶入表達式,其結果為正常工作時電阻。 14.(9分)如下圖所示電路,已知R3=4Ω,閉合電鍵,安培表讀數(shù)為0.75A,伏特表讀數(shù)為2V,經(jīng)過一段時間,一個電阻被燒壞(斷路),使安培表讀數(shù)變?yōu)?.8A,伏特表讀數(shù)變?yōu)?.2V,問: (1)哪個電阻發(fā)生斷路故障? (2)R1的阻
14、值是多少? (3)能否求出電源電動勢E和內(nèi)阻r?如果能,求出結果;如果不能,說明理由。 15.(12分)如下圖所示的電路中,定值電阻R0=10Ω,R為電阻箱,S2為單刀雙擲開關。閉合S1,將S2切換到a,調(diào)節(jié)電阻箱,當其阻值為R1=9Ω時,電壓傳感器測得的數(shù)據(jù)為U1=0.8V,然后保持電阻箱阻值不變,將S2切換到b,電壓傳感器示數(shù)為U2=0.2V。(電壓傳感器可看作理想電表) (1)計算電阻Rx的阻值。 (2)若電阻Rx=2.0Ω,將S2切換到a,多次調(diào)節(jié)電阻箱,讀出多組電阻箱阻值R和記錄對應的電壓傳感器數(shù)據(jù)U
15、,對測得的數(shù)據(jù)進行處理,繪出如下圖所示的-圖線。求電源電動勢E和內(nèi)阻r。 16.(13分)一只電流表頭,其內(nèi)電阻Rg=299.7Ω。當給表頭并聯(lián)上一個阻值為0.3Ω的電阻后,此電流表量程為I=1A。 (1)求電流表頭的滿偏電流; (2)若把此電流表頭改裝為一量程為U=3V的電壓表,需給其串聯(lián)一個多大的電阻? (3)若用這只電流表頭和一節(jié)干電池(E=1.5V,r=0.3Ω)組裝成歐姆表,現(xiàn)有變阻器R1=1kΩ,R2=1.5kΩ,應選用哪一個作調(diào)零電阻?為什么? (4)當用這只組裝好的歐姆表測某電阻時,歐姆表指針正好指在刻度中央,求被測電阻的阻值是
16、多少? 2020屆同心圓夢專題卷物理專題七答案與解析 1.【命題立意】本題是一道與實際聯(lián)系密切的習題,考查審題能力以及對電源做功、功率、效率等概念的理解。 【思路點撥】從能量守恒的角度,先計算出電源的功率,再根據(jù)效率,算出其轉化的太陽能的功率。 【答案】B【解析】根據(jù)W=UIt可得,每秒太陽能電池產(chǎn)生的能量為W=0.6×0.1×1J=0.06J,設太陽每秒照射的能量為Q,則由能量守恒定律得Q×24%=W,所以Q=0.25J,故選項B正確。 2.【命題立意】考查串聯(lián)的知識及電阻定律,并對讀圖能力具有一定的要求。 【思路點撥】由圖象可知,兩段導線的長度分別為1m和2m,
17、所分擔的電壓分別為6V和4V,由電壓之比可知電阻之比,再根據(jù)電阻定律計算其橫截面積之比。 【答案】B【解析】由圖象可知,兩導線電壓分別為UA=6V,UB=4V;由于它們串聯(lián),則3RB=2RA;由電阻定律可知, ,得 ,選項B正確。 3.【命題立意】考查電阻的串并聯(lián)知識以及對故障的判斷能力。 【思路點撥】抓住電流表不再有讀數(shù),電壓表讀數(shù)增大這個關鍵點,對各種情況逐一判斷。 【答案】B【解析】如果R1斷路,則電路中總電阻增大,總電流減小,電壓表示數(shù)應減小,所以選項A錯誤;如果R1短路,則電流表不再有讀數(shù),總電阻減小,總電流增大,R2兩端的電壓增大,所以選項B正確;如果R2短路,則電壓表不再
18、有讀數(shù),選項C錯誤;R3短路時,電壓表和電流表的讀數(shù)都增大,選項D錯誤。 4.【命題立意】考查歐姆定律、焦耳定律、非純電阻電路的功率問題。 【思路點撥】對于非純電阻電路,歐姆定律不再適用,但在本題中可以判斷電流范圍。要注意非純電阻電路中熱功率、總功率的關系。 【答案】B【解析】S斷開時,電流表示數(shù)為0.5A,則U=I1R1=10V;S閉合時,因電動機為非純電阻元件,故I2< =1A,故A錯、B對。這時電路總功率P=UI總=U(I1+I2)<10×(1+0.5)W,即P<15W,故C錯誤。熱功率P熱=I22R2<10W,選項D錯誤。 5.【命題立意】考查全電路歐姆定律、焦耳定律。 【思
19、路點撥】本題首先要排除一些干擾數(shù)據(jù),要認識到干路電流越大,電源的內(nèi)電阻消耗功率越大。 【答案】B【解析】當整個電路的電阻最小時,電路中干路電流最大,電源的內(nèi)電阻消耗功率最大,當兩電阻并聯(lián)時,總電阻最小,因此B選項正確。 6.【命題立意】本題以熱敏電阻為載體,考查含電容電路的動態(tài)分析,運用數(shù)學知識解決物理問題。 【思路點撥】解決本題的關鍵是根據(jù)電阻的變化,進而分析電容器兩端的電壓的變化。 【答案】D【解析】當環(huán)境溫度升高時R4的電阻減小,整個回路電阻減小,干路電流增大,安培表示數(shù)增大,并聯(lián)電路電壓增大即電容器兩端電壓增大,所以電容器電量也增大,A答案錯誤;若R1的阻值減小,對電路無影響,
20、B答案錯誤;由閉合電路的歐姆定律知 ,故電容器兩端的電壓 ,隨R4的電阻減小,R2的阻值增大,電容器兩端的電壓增大,故電容器的帶電量增大,C答案錯誤;若R2的阻值減小,整個回路電阻減小,干路電流增大,則R4和內(nèi)阻分壓增大,并聯(lián)電路電壓可能與溫度升高前相等,安培表示數(shù)可能不變,D答案正確。 7.【命題立意】考查閉合電路的歐姆定律以及電路分析。 【思路點撥】要注意電源的內(nèi)電阻不能忽略,電流表示數(shù)增大ΔI,則R2和內(nèi)電路的總電壓將增大,并聯(lián)支路的電壓減小,由此可對各選項作出判斷。 【答案】AC【解析】"調(diào)整R的阻值,使電流表的示數(shù)增大ΔI",那一定是R變小了。R2和內(nèi)電路的總電壓將增大,并聯(lián)支
21、路的電壓減小,因此通過R1的電流減小,通過R的電流增大,兩個支路的總電流增加量為ΔI,所以選項A正確B錯誤;R2阻值不變,兩端的電壓增大,故電壓增加量為ΔIR2,選項C正確;并聯(lián)支路電壓的減小量等于ΔI(R2+r),由此可知選項D錯誤。 8.【命題立意】考查滑動變阻器的使用。 【思路點撥】本題是滑動變阻器的限流接法,所選用的滑動變阻器的阻值與具體電路有關,應結合實際進行分析。 【答案】CD【解析】對于限流接法中選用的滑動變阻器的阻值,既不是阻值越大越好,也不是阻值越小越好,要具體問題具體分析。在伏安法測電阻電路中,滑動變阻器阻值應比待測電阻略大或相差不多,選項C正確;在測電源的電動勢和內(nèi)
22、阻電路中,現(xiàn)根據(jù)待測電源的電動勢和允許通過的最大電流算出對應的最小阻值,則滑動變阻器阻值應是這個值的五至十倍,選項D正確。需要注意的是,阻值并不是越大越好,因為阻值太大時,調(diào)節(jié)滑動變阻器電流變化不明顯或者電流表不能讀數(shù)也是沒有意義的。 9.【命題立意】考查電阻的伏安曲線,以及圖線上各點物理意義。 【思路點撥】"面積"表示功率,橫縱坐標之比為電阻值。本題易出錯的地方是對圖線的理解,有的同學誤以為對于I-U圖線,某狀態(tài)的電阻是該點切線斜率的倒數(shù),這一點需要注意。 【答案】BD【解析】小燈泡的燈絲是一個純電阻,其燈絲溫度會隨著通電電流而增大,阻值也隨著增大,所以圖中b是小燈泡的伏安曲線;同理可
23、知,熱敏電阻的的溫度隨著通電電流增大,其阻值會逐漸減小,圖線a是熱敏電阻的伏安曲線,選項B正確;兩圖線的交點M,表示此狀態(tài)兩元件不僅電流相同,電壓也相同,所以此時兩者阻值相同,功率也相同,選項C錯誤D正確。 10.【命題立意】考查閉合電路的歐姆定律、電源的輸出功率等知識點。 【思路點撥】本題的關鍵是ab段電路消耗的電功率在開關S斷開與閉合時相等,如果將電源與R3視為等效電源,則ab電路就是外電路,聯(lián)系電源的輸出功率即可找到解題思路。 【答案】AD【解析】取R=R3+r=6Ω,有Pab= 。當S斷開前后如果有Rab·Rab′=R2=36Ω時,Pab=Pab′,顯然A正確,B錯誤。又由
24、 知,Rab變大時,Uab變大,C不正確。當Rab變化時,Uab-I圖象如上圖所示。圖象的斜率k= =R3+r=6Ω,選項D正確。 11.【命題立意】考查測電池電動勢和內(nèi)阻實驗的原理、儀器的使用、實驗故障的處理方法。 【思路點撥】本題以測電池的電動勢和內(nèi)阻為背景,考查的是滑動變阻器的使用?;瑒幼冏杵鞯淖柚颠m當時才便于調(diào)節(jié)。由圖象讀出電源的電動勢和內(nèi)阻是最基本的能力,但要注意縱坐標不是從零開始。 【答案】變阻器的阻值太大(2分)換用阻值較小的變阻器(2分)1.44V~1.48V(1分)2.2Ω~2.4Ω(2分) 【解析】滑動變阻器阻值太大,滑片向B端移動時,因開始電流值較小,電壓表示數(shù)變
25、化不明顯,要改進這種現(xiàn)象,可以換用阻值較小的滑動變阻器。由乙圖可知,E=1.48V,r= =1.48-1.00.2Ω=2.4Ω。 12.【命題立意】本題考查描繪小燈泡的伏安特征曲線以及設計電路、描繪圖象、利用圖象的解題能力。 【思路點撥】描繪圖象應采用擬合法描點連線,電阻大小取決于U-I圖象的斜率,求實際功率可作出實際電路的U-I圖象,尋找兩圖象的交點即可。 【答案】(1)如下圖a所示(3分) (2)如下圖b所示 燈絲電阻隨發(fā)光亮度增加而變大(2分) (3)0.28 53%(每空2分) 圖a
26、 圖b 【解析】(1)由表格數(shù)據(jù)可知,燈泡電阻約為2Ω~4Ω,遠小于電壓表內(nèi)阻,應采用電流表外接法;由表格中的第一組數(shù)據(jù)可知,要取到0.12A的電流,滑動變阻器需用分壓式接法。 (2)做小燈泡的U-I曲線時要先描點,用平滑的曲線將盡量多的點連在曲線上,連不上的盡量分布在曲線兩側;由描繪出的圖象觀察可得,U-I圖象的斜率越來越大,故燈絲電阻隨發(fā)光亮度增加而變大。 (3)小燈泡和電源串聯(lián)的電路如上圖所示,作出U=E-Ir的圖線如圖中傾斜直線,根據(jù)兩圖線交點的物理意義可知,此時電源和燈泡的電流為0.35A,燈泡工作電壓為0.80V,因此小燈泡的實際功率為
27、P=UI=0.28W。電源效率為 ×100%= ×100%=53%。 13.【命題立意】本題以新科技為背景,考查儀器選擇、電路設計、數(shù)據(jù)分析、結論推導。 【思路點撥】設計電路主要從兩個方向考慮(1)測量電路;(2)供電電路;燈泡正常工作時,兩端電壓為3V要結合這一條件,回歸具體電路分析。 【答案】(1)如下圖(4分) (2) I2 1.5mA (每空2分) 【解析】(1)滑動變阻器比待測電阻阻值小很多,故供電電路采用分壓式;可估算LED燈正常工作時的電流為: ,故電流表A1不能用來測其電流,要精確測定其電阻就要排除電壓表與電流表內(nèi)阻的分流與分壓,所以不能用電
28、壓表V測其電壓與電流表A2測其電流的比值求電阻。由于電流表A2內(nèi)阻已知,與定值電阻串聯(lián)可當做量程為0~6V的電壓表與燈泡并聯(lián)測電壓;電壓表V內(nèi)阻已知,可當電流表在干路中測電流與電流表A2示數(shù)的差值即為通過燈泡的真實電流。電路圖如上圖所示。 (2)由于燈泡的額定電壓為3V,所以當I2(R2+RA2)=3V,燈泡達到額定電壓,此時電流的值為:I2=1.5mA。 14.【命題立意】考查電路的串并聯(lián)、閉合電路的歐姆定律等知識點。 【思路點撥】由電流表、電壓表讀數(shù)的變化可以判斷出是R2被燒斷路了,于是電路結構也變得簡單了,由電表讀數(shù)求出R1的阻值,再進一步分析電源的電動勢和內(nèi)阻是否可求。 【答案
29、】(1)R2斷路(2)4Ω(3)4V 不能求出內(nèi)阻 【解析】(1)伏特表和安培表有示數(shù)且增大,說明外電阻增大,故只能是R2被燒斷路了(2分) (2) (2分) (3)因為UR3=I1R1-UR2=0.75×4V-2V=1V(1分) 所以 (1分) 據(jù)閉合電路的歐姆定律有: E=3.2+0.8(R4+r) (1分) E=3+(0.25+0.75)(R4+r) (1分) 聯(lián)立解得:R4+r=1Ω(1分),E=4V(1分) 故只能求出電源電動勢E而不能求出內(nèi)阻r。 15.【命題立意】本題考查電路的基本規(guī)律以及處理圖象的能力。 【思路點撥】在保持電阻箱阻值不變,將S2由a切換到
30、b,電路中的電流不變。對于閉合電路的歐姆定律的表達式可以有多種表示形式,每種表示形式都對應不同的圖象,要仔細體會圖象的意義。 【答案】(1)3Ω (2)2V 1.0Ω 【解析】(1)將S2切換到a或切換到b,電流不變,故 (2分) 解得:Rx=3Ω (2分) (2)利用圖線的截距求E,將S2切換到a時,據(jù)閉合電路的歐姆定律: (2分) 整理得 (2分) 由數(shù)學知識可得: 解得,E=2V (2分) 解得,r=3Ω。(2分) 16.【命題立意】本題考查歐姆表原理、電流表、電壓表的改裝、部分電路的歐姆定律、閉合電路的歐姆定律等知識點。 【思路點撥】此題前兩問要清楚
31、電流表、電壓表的改裝原理,表頭與一個小電阻并聯(lián)可改裝為大量程的電流表,與一個大電阻串聯(lián)可改裝為大量程的電壓表,具體電阻為多少,要根據(jù)串并聯(lián)關系計算。后兩問要清楚歐姆表的原理和注意歐姆表的一個結論:中值電阻等于歐姆表頭內(nèi)阻。 【答案】(1)1mA (2)2700.3Ω (3)R2 (4)1.5kΩ 【解析】(1)設表頭滿偏電流為Ig,則并聯(lián)電阻電流為(I-Ig) 由Ig×299.7=(I-Ig)×0.3,得Ig=1mA(4分) (2)需串聯(lián)的電阻 Ω=2700.3Ω (3分) (3)由 得,R=1200Ω 故應選R2作為調(diào)零電阻(3分) (4)中值電阻等于歐姆表頭內(nèi)阻 由 得,中值電阻R中=r+Rg+R= =1.5kΩ 所以被測電阻的阻值是1.5kΩ。(3分)
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