6、電源效率η1<η2
【答案】C
8．傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，起自動控制作用．如計算機鼠標(biāo)中有位移傳感器，電熨斗、電飯煲中有溫度傳感器，電視機、錄像機、影碟機中有光傳感器……演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)來反映物體位移的大小x.假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是( )
A. 物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化
B. 物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化
C. 物體M不動時，電路中沒有電流
D. 物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)
【答案】B
【解析】當(dāng)物體M移動時，接入電路的電阻不變，
7、電阻上的滑片的移動，改變P點左側(cè)部分的長度，根據(jù)歐姆定律，電流不變，左側(cè)電阻發(fā)生變化，則電壓表示數(shù)發(fā)生變化，而電流表A示數(shù)不變，故應(yīng)選B。
9．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?，F(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， r′=R+r
8、
B. 甲圖中的， r′=R+r
C. 乙圖中的E′=E，
D. 乙圖中的，
【答案】D
【解析】電源的電動勢等于外電路斷路時的路端電壓，則對甲圖可知 , ,選項AB錯誤；圖乙中， ; ，故選項C錯誤，D正確；故選D.
10．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)（可認為電阻為零）轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)（可認為是一個純電阻），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＝12Ω，燈泡L上標(biāo)有“6V，3W”字
9、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
【解析】當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，通過燈L的電流為,選項A正確；當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，超導(dǎo)部件處于超導(dǎo)狀態(tài)，則通過超導(dǎo)部件的電流為0.5A，通過R2的電流為零，選項B錯誤；當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時，超導(dǎo)部件處于正常狀態(tài)，此時R1＝6Ω，通過R1的電流為 ，通過R2的電流為，選項CD正確；此題選擇錯誤的選項，故選B.
10、
二、多選
11．硅光電池是一種太陽能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點．如圖所示，圖線a是該電池在某光照強度下路端電壓U和電流I變化的關(guān)系圖象(電池電動勢不變，內(nèi)阻不是定值)，圖線b是某電阻R的UI圖象．在該光照強度下將它們組成閉合回路時，下列說法中正確的是( )
A. 硅光電池的內(nèi)阻為8Ω
B. 硅光電池的總功率為0.4W
C. 硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率為0.32W
D. 若將R換成阻值更大的電阻，硅光電池的輸出功率增大
【答案】AC
【解析】A、由圖可知該電池的電源電動勢為3.6V，由可知內(nèi)電壓為1.6V，硅光電池的內(nèi)阻為，故A正確；
B、硅光電池的總功率為，故B錯誤；
11、
C、硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率為，故C正確；
D、若將R換成阻值更大的電阻，電路中電阻兩端的電壓變大，但電流變小，硅光電池的輸出功率不一定增大，故D錯誤；
故選AC。
12．如圖甲所示，電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與R=6 Ω的定值電阻、滑動變阻器RP、開關(guān)S組成串聯(lián)回路，已知滑動變阻器消耗的功率P與其接入電路的有效阻值RP的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是 ( )
A. 電源的電動勢E=V，內(nèi)阻r=4Ω
B. 圖乙中Rx=25Ω
C. 定值電阻R消耗的最大功率為0.96W
D. 調(diào)整滑動變阻器RP的阻值可以得到該電源的最大輸出功率為1W
【答案】BC
12、
【解析】當(dāng)RP=R+r=10Ω時，滑動變阻器消耗的功率最大，R=6Ω，可得內(nèi)阻r=4Ω，最大功率,解得E=4V，選項A錯誤；滑動變阻器的阻值為4Ω時消耗的功率與阻值Rx時消耗的功率相等，有4Rx=(R+r)2，解得Rx=25Ω，選項B正確；當(dāng)回路的電流最大時，定值電阻R消耗的功率最大，故最大功率為，選項C正確；當(dāng)外電路電阻與內(nèi)阻相等時，電源輸出功率最大，本題中定值電阻R的阻值已經(jīng)大于內(nèi)阻的阻值，故滑動變阻器RP的阻值為零時，電源的輸出功率最大，最大功率為，選項D錯誤；故選BC.
13．如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r，理想電壓表示數(shù)為，其變化量的絕對值分別為；流經(jīng)電源的電流為I，其變
13、化量的絕對值為，在滑動變阻器的觸片從右端滑到左端的過程中（燈泡電阻不變化）
A. 小燈泡L3變暗，L1、L2變亮 B.
C. 增大 D. 不變
【答案】ABD
【解析】A、當(dāng)滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端時，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，則變亮。
變阻器的電阻減小，并聯(lián)部分的電阻減小，則并聯(lián)部分的電壓減小，則變暗?？傠娏髟龃?，而的電流減小，則的電流增大，則變亮，故A正確；
B、由上分析可知，電壓表的示數(shù)減小，電壓表的示數(shù)增大，由于路端電壓減小，即
14、兩電壓表示數(shù)之和減小，所以，故B正確；
C、由得： ，不變，故C錯誤；
D、根據(jù)歐姆定律得： ，不變，D正確。
14．兩位同學(xué)在實驗室利用如圖a所示的電路測定定值電阻R0，電源的電動勢E和內(nèi)阻r，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動觸頭P向某一方向移動時，一個同學(xué)記錄了
A. 滑動變阻器的滑動頭P滑到了最右端
B. 電源的輸出功率最大
C. 定值電阻R上消耗的功率為0.5W
D. 電源的效率達到最大值
【答案】BC
【解析】由題意可知圖象1表示電源的路端電壓隨電流的變化關(guān)系；圖象2表示電阻兩端的電壓隨電流的變化關(guān)系；交點處說明兩圖象表示的電流相等，并且電壓相等，故說明此時滑動變阻器短路
15、，即滑片滑到了最左端，故A錯誤；當(dāng)電路中外電阻等于內(nèi)電阻時，電源輸出功率最大，但本題R0＞r，改變滑動變阻器時無法達到電路中內(nèi)、外電阻相等，此時當(dāng)外電阻越接近內(nèi)電阻時，電源輸出功率最大，故B正確；由圖可知，此時電源的路端電壓為1.0V，電流為0.5A，定值電阻上消耗的電功P=UI=0.5W，故C正確；電源的效率，由此可知電流越小功率越大，可見滑動變阻器的滑動頭P滑到最右端時效率最大，故D錯誤。故選BC.
15．如圖所示，一電荷量q=+3×10-5C的小球，用絕緣細線懸掛于豎直放置足夠大的平行金屬板中的O點，開關(guān)S合上后，小球靜止時細線與豎直方向的夾角θ=37°．已知兩板間距d=0.1m，電源
16、電動勢E=15V，內(nèi)阻r=0.5Ω，電阻R1=3Ω，R2=R3=R4=8Ω，．取g=10m/s2，已知sin37°=0. 6，cos37°=0.8．則以下說法正確的是( )
A. 電源的輸出功率為14W
B. 兩板間的電場強度的大小為140V/m
C. 帶電小球的質(zhì)量5.6毫克
D. 若增加R1的大小，會有瞬時電流從左向右流過R4
【答案】BD
【解析】與并聯(lián)后的電阻值，由閉合電路歐姆定律得，電源的輸出功率，A錯誤；兩板間的電壓，兩板間的電場強度，B正確；小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，所受電場力為F，又，由平衡條件得：水平方向，豎直方向，所以， C錯誤；若增加的大小，路端電壓增大，
17、即電容器兩端電壓增大，電容器充電，故會有瞬時電流從左向右流過，D正確．
三、實驗
16．電流表G的滿偏電流Ig＝100 mA，內(nèi)阻Rg未知，某同學(xué)欲將其改裝為量程較大的電流表，并用改裝好的電流表測量一未知電阻Rx的阻值．
（1）如圖甲所示，該同學(xué)首先將一阻值為R＝20 Ω的電阻并聯(lián)在電流表G的兩端進行電流表改裝，然后通以I＝0.3 A的電流，發(fā)現(xiàn)電流表G的指針正好指在50 mA刻度處，由此可得到電流表G的內(nèi)阻為Rg＝________ Ω，改裝后的電流表量程為________ A.
（2）該同學(xué)將改裝后的電流表接入如圖乙所示的電路測量未知電阻Rx的阻值，已知電源的電動勢E＝4.5
18、V，閉合開關(guān)K后，電壓表的讀數(shù)為3.60 V，而改裝后的電流表的讀數(shù)如圖丙所示，則Rx＝________ Ω.
（3）由此測得的未知電阻Rx的阻值與其真實值相比______(選填“偏大”、“偏小”或“相等”)．
【答案】 100 0.6 30 偏小
【解析】（1）電流表的內(nèi)阻：；當(dāng)電流是0.3A時，通過電流表的電流為50mA，可知電流表的量程為0.6A；
（2）電流表的讀數(shù)為20mA，可知此時通過電阻的電流為0.12A，待測電阻的阻值為.
（3）由于電壓表的分流作用，使得電阻上的電流的測量值偏大，電阻的測量值偏小.
17．市場上銷售的銅質(zhì)電線電纜產(chǎn)品中，部分存在導(dǎo)體電阻不
19、合格問題，質(zhì)檢部門檢驗發(fā)現(xiàn)一個是銅材質(zhì)量不合格，使用了再生銅或含雜質(zhì)很多的銅；再一個就是銅材質(zhì)量可能合格，但橫截面積較小。某興趣小組想應(yīng)用所學(xué)的知識來檢測實驗室中一捆銅電線的電阻率是否合格。小組成員經(jīng)查閱，純銅的電阻率為?，F(xiàn)取橫截面積約為1 mm2、長度為100m（真實長度）的銅電線，進行實驗測量其電阻率，實驗室現(xiàn)有的器材如下：
A．電源（電動勢約為5V，內(nèi)阻不計）；
B．待測長度為100m的銅電線，橫截面積約1 mm2；
C．電壓表V1（量程為3V，內(nèi)阻約為0．5 kΩ）；
D．電壓表V2（量程為5V，內(nèi)阻約為3 kΩ）；
E．電阻箱R（阻值范圍0~999．9Ω）；
F．定值電阻
20、
G．開關(guān)、導(dǎo)線若干。
（1）小組成員先用螺旋測微器測量該銅電線的直徑d，如圖甲所示，則_________mm。
（2）小組設(shè)計的測量電路如圖乙所示，則P是___________，N是____________，（填器材名稱及對應(yīng)符號）通過實驗作出的圖象如圖丙所示。
（3）圖乙電路測得銅電線的電阻測量值比真實值___________（選填“偏大”、“不變”或“偏小”），原因是_______________________________。
（4）這捆銅電線的電阻率______________（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；從銅電線自身角度，你認為電阻率大的可能原因是__________
21、____。
【答案】 1.125 電壓表V2（ 電壓表V1 偏大 電壓表V1的分流 可能是再生銅或含過多雜質(zhì)的次銅
【解析】（1）銅電線的直徑；
（2）P測量的電壓大于N測量的電壓，故P是電壓表V2，N是電壓表V2；
（3）偏大，由于沒考慮電壓表V1的分流，使測得的銅電線的電阻偏大。
（4）分析電路可知，通過銅電線的電流，整理得，根據(jù)題圖丙可知斜率，，
故電阻率達不到要求，使用的有可能是再生銅或含過多雜質(zhì)的次銅．
四、解答
18．如圖所示，線段A為某電源的U－I圖線，線段B為某電阻R的U－I圖線，由上述電源和電阻組成閉合電路時，求：
（1）電源的輸出功率
22、P出是多大？
（2）電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少？
（3）電源的效率η是多大？
【答案】（1）4W，（2）2W，（3）66.7%
19．在如圖所示的電路中，電源電動勢E＝6.0V，內(nèi)阻r＝2Ω，定值電阻R1＝R2＝10Ω，R3＝30Ω，R4＝35Ω，電容器的電容C＝100μF，電容器原來不帶電．求:
(1)閉合開關(guān)S 后，電路穩(wěn)定時，流過R3 的電流大小I3；
(2)閉合開關(guān)S 后，直至電路穩(wěn)定過程中流過R4的總電荷量Q。
【答案】(1)(2)
【解析】試題分析：（1）閉合開關(guān)S后電路穩(wěn)定時，外電阻…①
總電流…②
路端電壓U外=IR外=0．6×8=4．8V
23、 …③
流過R3的電流為…④
（2）閉合開關(guān)S后，電路穩(wěn)定時，
加在電阻R3的電壓U3=I3R3=3．6V …⑤
電容充電完畢所帶的電荷量Q=CU3=3．6×10-4C …⑥
閉合開關(guān)S直至電路穩(wěn)定流過R4的總電荷量Q=3．6×10-4C ⑦
20．某同學(xué)設(shè)計了一種測定風(fēng)力的裝置，其原理如圖所示，迎風(fēng)板與一輕彈簧的一端N相接，穿在光滑的金屬桿上．彈簧是絕緣材料制成的，其勁度系數(shù)k = 1300 N/m，自然長度L0= 0. 5 m，均勻金屬桿用電阻率較大的合金制成，迎風(fēng)板面積為S=0.5 m2，工作時總是正對著風(fēng)吹來的方向．電路中左端導(dǎo)線與金屬桿M端相連，右端導(dǎo)線接在N點并可隨迎風(fēng)
24、板在金屬桿上滑動，且與金屬桿接觸良好．限流電阻的阻值R=1Ω，電源電動勢E=12 V，內(nèi)阻r=0.5Ω．合上開關(guān)，沒有風(fēng)吹時，彈簧處于原長，電壓表的示數(shù)U1=3.0 V；如果某時刻由于風(fēng)吹使迎風(fēng)板向左壓縮彈簧，電壓表的示數(shù)變?yōu)閁2=2.0V，求：
（1）金屬桿單位長度的電阻；
（2）此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力；
（3）若風(fēng)（運動的空氣）與迎風(fēng)板作用后速度變?yōu)榱?，已知裝置所在處的空氣密度為1. 3 kg/m3，求風(fēng)速為多大？
【答案】（1） （2）260 N （3）20m/s
【解析】（1）無風(fēng)時，金屬桿電阻，則有：
解得：
故單位長度電阻：
（2）有風(fēng)時，
解得
25、：
此時彈簧長度
則形變量
由平衡條件得，此時風(fēng)力：
（3）根據(jù)動量定理，有：
解得：
21．對于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個不同角度進行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。一段橫截面積為S、長為l的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有n個自由電子，一個電子電量為e。該導(dǎo)線通有恒定電流時，導(dǎo)線兩端的電勢差為U，假設(shè)自由電子定向移動的速率均為v。
（1）求導(dǎo)線中的電流I；
（2）所謂電流做功，實質(zhì)上是導(dǎo)線中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功。為了求解在時間t內(nèi)電流做功W為多少，小紅和小明給出了不同的想法：
小紅記得老師上課講過，W=UIt，因此將第（1）問求出的I的結(jié)果
26、代入，就可以得到W的表達式。但是小紅不記得老師是怎樣得出W=UIt這個公式的。小明提出，既然電流做功是導(dǎo)線中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功，那么應(yīng)該先求出導(dǎo)線中的恒定電場的場強，即，設(shè)導(dǎo)體中全部電荷為q后，再求出電場力做的功，將q代換之后，小明沒有得出W=UIt的結(jié)果。
請問你認為小紅和小明誰說的對？若是小紅說的對，請給出公式的推導(dǎo)過程；若是小明說的對，請補充完善這個問題中電流做功的求解過程。
（3）為了更好地描述某個小區(qū)域的電流分布情況，物理學(xué)家引入了電流密度這一物理量，定義其大小為單位時間內(nèi)通過單位面積的電量。若已知該導(dǎo)線中的電流密度為j，導(dǎo)線的電阻率為ρ，試證明：。
【答案】（1
27、）（2）見解析（3）見解析
【解析】（1）電流定義式，在t時間內(nèi)，流過橫截面的電荷量，因此；
（2）小紅和小明說的都有一定道理
a.小紅說的對。由于，在t時間內(nèi)通過某一橫截面的電量Q=It，對于一段導(dǎo)線來說，每個橫截面通過的電量均為Q，則從兩端來看，相當(dāng)于Q的電荷電勢降低了U，則
。
b.小明說的對。恒定電場的場強，導(dǎo)體中全部電荷為，
電場力做的功；
又因為，則。
（3）由歐姆定律：、，、由電阻定律：；
則，則；
由電流密度的定義：；
故；
22．電荷的定向移動形成電流，電流是物理量中的基本量之一。電流載體稱為載流子，大自然有很多種承載電荷的載流子，例如，金屬導(dǎo)體內(nèi)可自
28、由移動的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的正負離子，半導(dǎo)體中的空穴，這些載流子的定向移動，都可形成電流。
（1）電子繞氫原子核做圓周運動時，可等效為環(huán)形電流，已知靜電力常量為k，電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，電子在半徑為r的軌道上做圓周運動。試計算電子繞氫原子核在該軌道上做圓周運動形成的等效電流大??；
（2）如圖，AD表示一段粗細均勻的一段導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷所帶的電荷量為e．試證明導(dǎo)體中電流強度I=nesv；
（3）有一圓柱形的純凈半導(dǎo)體硅，其橫截面積為2.5cm2，通有電流
29、2mA時，其內(nèi)自由電子定向移動的平均速率為7.5×10-5m/s，空穴定向移動的平均速率為2.5×10-5m/s。已知硅的密度2.4×103kg/m3，摩爾質(zhì)量是28。電子的電荷量e=－1.6×10-19C，空穴和電子總是成對出現(xiàn)，它們所帶電荷量相等，但電性相反，阿伏伽德羅常數(shù)為N0=6.02×1023mol-1。若一個硅原子至多只釋放一個自由電子，試估算此半導(dǎo)體材料平均多少個硅原子才有一個硅原子釋放出自由電子？
【答案】（1）（2）見解析（3）1×105
（2）導(dǎo)體中電流大小，
t時內(nèi)所電荷定向移動的距離長度為vt，則其體積為Svt，
通過導(dǎo)體某一截面的自由電子數(shù)為nSvt，
該時間內(nèi)通過導(dǎo)體該截面的電量：q=nSvte，則 I=nesv
（3）設(shè)此半導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個自由電子，同時也將有n個空穴；以S表示截面積體積，v1，v2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子的定向移動速率，I1和I2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子形成的電流，
則有：
總電流I=I1+I2
由此可得：
設(shè)單位體積內(nèi)有n個硅原子放出一個自由電子；單位體積內(nèi)硅原子的個數(shù)
則：，
代入數(shù)據(jù)解得=1×10-5
說明每1×105個原子才放出一個自由電子
2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 電學(xué)部分 專題04 恒定電流單元測試卷B卷
