（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 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 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(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(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(xùn)】 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

4、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(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?，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(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,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,我們是從實驗中總結(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。實驗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(dǎo)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(dǎo)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(xué)考慮到實驗中使用的電壓和電流表的實際特點,認(rèn)為本實驗是存在系統(tǒng)誤差的。關(guān)于該

16、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(dǎo)致該實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 D.電壓表的分流作用導(dǎo)致該實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 答案　D 10.小芳同學(xué)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

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。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(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的方向為從為M→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,在A點有一個帶負(fù)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?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.曲線與縱軸交點的位置將

22、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(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,他們提出的實驗方案中有如下四種器材組合。為使實驗結(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,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。圖像與縱軸交點的縱坐標(biāo)值為電源電動勢,與橫軸交點的橫坐標(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,因為測量時沒有電流通過小燈泡 B.小華同學(xué)的方法錯誤,因為小燈泡的電阻不能用R=UI來計算 C.兩位同學(xué)的方法都正確,因為多用電表的歐姆擋的精確度不夠 D.兩位同學(xué)的方法都正確,因為小燈泡的工作狀態(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”的實驗中,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。現(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 又因為n=ΔNΔt=ΔNvxΔx 所以ΔNΔx=nvx=ndm2Uex 25