2022届高三物理一轮复习专题训练：恒定电流 （Word含答案）

这是一份2022届高三物理一轮复习专题训练：恒定电流 （Word含答案），共15页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题
1．在如图所示的电路中，电阻R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，R3＝3 Ω，电流表内阻不计，在A、B两点间加上9 V的电压时，电流表的示数为( )
A．0 B．1 A
C．1.5 A D．2 A
2．在长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子数为n的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场。导体内电荷量为e的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往复……，所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v(不随时间变化)的定向运动。已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比，即Ff＝kv(k是常量)，则该导体的电阻应该等于( )
A．eq \f(kl,neS) B．eq \f(kl,ne2S) C. eq \f(kS,nel) D．eq \f(kS,ne2l)
3．如图所示,E为内阻不能忽略的电池电动势,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关。初始时S0闭合,S断开,现将S闭合,则( )
A.电源的消耗功率减小
B.电压表的读数变小,电流表的读数变小
C.电源的总功率减小
D.电源的输出功率一定减小
4．一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R.将它接在电动势为E、内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作．则( )
A．电动机消耗的总功率为I2R
B．电动机消耗的热功率为eq \f(U2,R)
C．电源的输出功率为EI
D．电源的效率为1－eq \f(Ir,E)
5．如图所示是某导体的I­U图线，图中α＝45°，下列说法错误的是( )
A．通过该导体的电流与其两端的电压成正比
B．此导体的电阻R＝2.0 Ω
C．I­U图线的斜率表示电阻的倒数，所以R＝ct45°＝1.0 Ω
D．在该导体两端加6.0 V电压时，每秒通过导体横截面的电荷量是3.0 C
6．如图所示，A、B两盏电灯的额定电压都为110 V，额定功率分别为PA＝25 W，PB＝100 W。把它们接到220 V的电路上，下面四种接法中，两灯不可能正常发光的是( )
7．某简易电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是( )
A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风
B．该电吹风中电动机的内电阻为440 Ω
C．吹热风时电热丝的功率为990 W
D．吹热风时通过电热丝的电流为4 A
8．某直流电动机，线圈电阻是0.5 Ω，当它两端所加的电压为6 V时，通过电动机的电流为2 A．由此可知( )
A．电动机发热的功率为72 W
B．电动机消耗的电功率为72 W
C．电动机输出的机械功率为10 W
D．电动机的工作效率为20%
二、多项选择题
9．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中，正确的是( )
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t只适用于纯电阻的电路
C．在非纯电阻的电路中，UI＞I2R
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
10．如图所示的U-I图象中，直线a表示某电源路端电压与电流的关系，图线b为某一个小灯泡的伏安特性曲线。用该电源直接与小灯泡连接成闭合电路，以下说法正确的是( )
A．电源电动势为3 V
B．此时电源的效率为25%
C．此时小灯泡的阻值为1.5 Ω
D．此时小灯泡的功率为1.5 W
11．四个相同的灵敏电流表分别改装成两个电流表和两个电压表，电流表A1的量程大于A2的量程，电压表V1的量程大于V2的量程，把它们按图接入电路中，则( )
A．A1的读数比A2的读数大
B．A1指针偏转角度比A2指针偏转角度大
C．V1的读数比V2的读数大
D．V1指针偏转角度比V2指针偏转角度大
12．如图所示，电源电动势为E，内阻为r。电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器，R0为定值电阻，R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)。当开关S闭合时，电容器中的一个带电微粒恰好处于静止状态，下列说法正确的是( )
A．只逐渐增大R1的光照强度，电阻R0消耗的电功率变大，电阻R3中有向上的电流
B．只调节电阻R3的滑动端P2向上端移动时，电源消耗的功率变大，电阻R3中有向上的电流
C．只调节电阻R2的滑动端P1向下端移动时，电压表示数变大，带电微粒向下运动
D．若断开开关S，带电微粒向下运动
三、非选择题
13．某实验小组想测量某电源的电动势(约为3 V)和内阻(约为10 Ω)。
(1)张同学根据实验室提供的器材连接的实物电路如图甲所示，其中滑动变阻器的最大阻值为30 Ω，对该实物电路，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。
A．滑动变阻器不起变阻作用
B．电流表的接线有误
C．电流表的量程选用不当
D．电压表的接线有误
(2)若实验中发现电流表已损坏，李同学找来一个电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω)，用电压表和电阻箱测电源的电动势和内阻，请将图乙所示虚线框中的电路补充完整。
(3)根据(2)中实验电路测得的多组电压表的示数U与电阻箱的阻值R，在eq \f(1,U)(纵坐标)­eq \f(1,R)(横坐标)坐标系中描点作出eq \f(1,U)­eq \f(1,R)图象。若图线的斜率为k，图线在纵轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝________，内阻r＝________。
14．某课题小组欲通过实验测量河水的电阻率．现备有一根均匀的长玻璃管(两端各有一个可移动圆形电极，可装入水样品，接触电阻不计)、直尺、待测的水样品．电路器材如表1所示，他们用伏安法多次测得的数据如表2所示(为实验处理方便，实验时每次都把电流表示数调到相同)，实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图甲所示．
表1
表2
(1)玻璃管内径d的测量值为________cm.
(2)根据表1器材和表2数据确定测量电路中电流表应该________(填“内接”或“外接”)，电路的连接方式
应该采用________(填“分压电路”或“限流电路”)．
(3)用计算出的水柱长度L与水柱电阻R在图乙中描点，画出R－L图像(要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值)．
(4)计算出所测河水的电阻率为________Ω·m.
15．如图所示电路中，R为电阻箱，为理想电压表。当电阻箱读数为R1＝2 Ω时，电压表读数为U1＝4 V；当电阻箱读数为R2＝5 Ω时，电压表读数为U2＝5 V。
(1)求电源的电动势E和内阻r；
(2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？
16．如图甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设a＝1 m，b＝0.2 m，c＝0.1 m，当里面注满某电解液，且P、Q加上电压后，其UI图象如图乙所示，当U＝10 V时，求电解液的电阻率ρ。
17．如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，闭合开关S后，标有“8 V,12 W”的灯泡恰能正常发光，电动机M的内阻R0＝4 Ω，求：
(1)电源的输出功率P出；
(2)10 s内电动机产生的热量Q；
(3)电动机的机械功率．
18．宏观问题是由微观机制所决定的。对同一个物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
(1)如图所示,一段长为L、横截面积为S的圆柱形金属导体,在其两端加上恒定电压,金属导体中产生恒定电流I。已知该金属导体中单位体积内的自由电子数量为n,自由电子的质量为m、电荷量为e。
a.请根据电流的定义,求金属导体中自由电子定向移动的平均速率v。
b.经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中产生恒定电场,这种恒定电场的性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在电场力的驱动下开始定向移动,然后与导体中可视为不动的粒子碰撞,碰撞后电子沿导体方向定向移动的速率变为零,然后再加速、再碰撞……,自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的就是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设自由电子连续两次碰撞的平均时间间隔为t0,碰撞时间不计,不考虑自由电子之间的相互作用力。请根据以上描述构建物理模型,推导金属导体两端电压U的大小和金属导体的电阻R。
(2)超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中,磁感线垂直于圆环平面,逐渐降低温度使超导圆环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场,此后若圆环中的电流不随时间变化,则表明其电阻为零。为探究该圆环在超导状态的电阻率上限ρ,研究人员测得撤去磁场后环中电流为I,并经过很长的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化,其中ΔI≪I,当电流的变化小于ΔI时,仪器检测不出电流的变化,研究人员便认为电流没有变化。设该超导圆环粗细均匀,环中单位体积内参与导电的电子数为n,电子质量为m、电荷量为e,环中定向移动的电子减少的动能全部转化为圆环的内能。试用上述给出的各物理量,推导出ρ的表达式。
参考答案
一、单项选择题
1．B
解析：图中电阻R2与R3并联后与R1串联，电路的总电阻R＝(4＋eq \f(3×6,3＋6)) Ω＝6 Ω。根据欧姆定律，干路电流I＝eq \f(U,R)＝eq \f(9,6) A＝1.5 A，由于并联电路的电流与电阻成反比，故IR3＝eq \f(6,6＋3)×1.5 A＝1 A，选项B正确。
2．B
解析：电子定向移动，由平衡条件得，kv＝eeq \f(U,l)，则U＝eq \f(kvl,e)，导体中的电流I＝neSv，电阻R＝eq \f(U,I)＝eq \f(kl,ne2S)，B正确。
3．B
解析：现将S闭合后,电阻R2、R3并联,则整个回路中的总电阻R减小,根据闭合电路欧姆定律有E=IR,由于R减小而E不变,则I增大,电源的消耗功率为P = I2r,则电源的消耗功率增大,A错误;根据闭合电路欧姆定律有E=Ir+U,E=I(R1 + r) +U并,由上述分析可知I增大,则U减小、U并减小,而电压表的示数为U,电流表的示数I' = U并R3,则电压表的读数变小,电流表的读数变小,B正确;由上述分析知I增大,而电源的总功率P总 = EI,可看出P总增大,C错误;已知当r = R外时电源的输出功率最大,现将S闭合后R外减小,但不知R外与r的关系,则无法判断电源的输出功率怎样变化,D错误。
温馨提示 学习过程中掌握重要的结论对解题非常有帮助,如本题中涉及电源的输出功率最大值,知道当r = R外时电源的输出功率最大,就可以快速判断D选项的正误。
4．D
解析：电动机不是纯电阻，电动机消耗的总功率为UI，A错误．电动机消耗的热功率为I2R，B错误．电源的输出功率为UI，C错误．电源的效率为eq \f(U,E)＝eq \f(E－Ir,E)，D正确．
5．C
解析：由图可知，通过该导体的电流与其两端的电压成正比，故A正确；由I＝eq \f(U,R)可知，该导体的电阻R＝eq \f(U1,I1)＝eq \f(10,5) Ω＝2 Ω，故B正确，C错误；在该导体两端加6.0 V的电压时，电路中的电流I2＝eq \f(U2,R)＝3.0 A，则每秒通过导体横截面的电荷量为q＝I2t＝3.0 C，故D正确。本题要求选说法错误的，故选C。
6．A
解析：根据公式P＝eq \f(U2,R)可知，灯A的电阻RA＝eq \f(U\\al(2,A),PA)＝eq \f(1102,25) Ω＝484 Ω，灯B的电阻RB＝eq \f(U\\al(2,B),PB)＝eq \f(1102,100) Ω＝121 Ω。A选项是灯B和可变电阻并联后又和灯A串联，两灯要想正常发光，必须满足灯B与可变电阻并联后的总电阻和灯A的电阻相等，则灯A和灯B不可能正常发光，故A符合题意；B选项是灯A和可变电阻并联后又和灯B串联，两灯要想正常发光，必须满足灯A与可变电阻并联后的总电阻和灯B的电阻相等，故B不符合题意；C选项是灯A和灯B分别和可变电阻串联然后并联在220 V电路两端，根据串联电路的分压特点可知，当两可变电阻的阻值分别与灯A、B的电阻相等时，两灯正常发光，故C不符合题意；D选项是灯A和灯B并联后又与可变电阻串联，两灯要想正常发光，必须满足灯A与灯B并联后的总电阻和可变电阻的阻值相等，所以此电路中灯A和灯B可能正常发光，故D不符合题意。故选A。
7．D
解析：开关S1、S2都闭合时，电动机和电热丝并联工作，电吹风吹热风，故A错误；开关S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风，110 W＝电动机机械功率＋电动机内阻热功率，由于电动机机械功率未知，电吹风中电动机的内电阻不可求，故B错误；吹热风时，电动机和电热丝并联工作，电热丝的功率为990 W－110 W＝880 W，故C错误；吹热风时，电热丝的功率P热＝880 W，根据P热＝UI可得通过电热丝的电流I＝4 A，故D正确。
8．C
解析：电动机消耗的电功率为P＝UI＝6×2 W＝12 W，故B错误；发热功率为P热＝I2R＝22×0.5 W＝2 W，故A错误；根据能量守恒定律，其输出的机械功率为P出＝P－P热＝12 W－2 W＝10 W，故C正确；电动机的工作效率为η＝eq \f(P出,P)×100%≈83.3%，故D错误．
二、多项选择题
9．BCD
解析：电功率公式P＝eq \f(W,t)，电功率越大，表示电流做功越快，对于一段电路，有P＝IU，I＝eq \f(P,U)，产生的焦耳热Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2Rt，可见Q与P、U、t都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝eq \f(U,R)只适用于纯电阻的电路，故W＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t只适用于纯电阻的电路，B正确；在非纯电阻的电路中，电流所做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W＞Q，即UI＞I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确。
10．ACD
解析：由图象可知，电源电动势为3 V，选项A正确；此时电源的总功率P＝EI＝3×1 W＝3 W，电源的输出功率P出＝IU＝1×1.5 W＝1.5 W，则电源的效率η＝eq \f(P出,P)＝50%，选项B错误；此时小灯泡的阻值R＝eq \f(U,I)＝eq \f(1.5,1.0) Ω＝1.5 Ω，选项C正确；此时小灯泡的功率P灯＝UI＝1.5 W，选项D正确。
11．AC
解析：灵敏电流表改装成电流表需并联一个较小的电阻，并联的电阻越小，量程越大，所以电流表A1的内阻小于A2的内阻，当它们并联时，流过A1的电流较大，即电流表A1的读数较大，A正确；因为两个电流表是由两个同样的灵敏电流表改装而成的，当两个电流表并联在电路中时，两个灵敏电流表也是并联的，所以流过两个灵敏电流表的电流是相同的，则指针偏转的角度一样大，B错误；灵敏电流表改装成电压表需串联较大的电阻，串联的电阻越大，量程越大，所以电压表V1的内阻大于V2的内阻，当它们串联时，电压表V1的分压大，即V1的读数比V2的读数大，C正确；两电压表串联时，两灵敏电流表也是串联在电路中的，所以流过两灵敏电流表的电流相同，故两表的指针偏转角度一样大，D错误。
12．AD
解析：只逐渐增大R1的光照强度，R1的阻值减小，外电路的总电阻减小，总电流增大，电阻R0消耗的电功率变大，与电容器并联的滑动变阻器两端的电压变大，即电容器两端的电压增大，电容器充电，所以电阻R3中有向上的电流，故选项A正确；电路稳定时，电容器相当于开关断开，只调节电阻R3的滑动端P2向上端移动时，对电路没有影响，故选项B错误；只调节电阻R2的滑动端P1向下端移动时，与电容器并联部分的电阻变大，所以电容器两端的电压变大，由E＝eq \f(U,d)可知，电场力变大，带电微粒向上运动，故选项C错误；若断开开关S，电容器处于放电状态，电荷量变小，板间场强减小，带电微粒所受的电场力减小，将向下运动，故选项D正确。
三、非选择题
13．(1)AB (2)图见解析 (3)eq \f(1,b) eq \f(k,b)
解析：(1)由图甲所示的实物电路可知，滑动变阻器同时接下面两个接线柱，不起变阻作用，故A正确；图甲中电流表的正负接线柱接反了，电流表的接线有误，故B正确；电源的电动势约为3 V，内阻约为10 Ω，故电流表应该选择0～0.6 A量程，电流表量程选用正确，故C错误；图中电压表接线正确，故D错误。
(2)用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内电阻，将电阻箱接在电源两端，电压表测电阻箱两端电压，如图所示。
(3)根据闭合电路欧姆定律，有：E＝U＋eq \f(U,R)r，变形得：eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)＋eq \f(r,E)×eq \f(1,R)，则在eq \f(1,U)­eq \f(1,R)图象中，斜率k＝eq \f(r,E)，纵轴上的截距b＝eq \f(1,E)，解得：E＝eq \f(1,b)，r＝eq \f(k,b)。
14．(1)2.26 (2)内接 分压电路 (3)如图所示
(4)80.2
解析：(1)由游标卡尺直接读数得玻璃管内径为2.26 cm.
(2)电流表内阻远小于电压表内阻，故电流表采用内接法．待测电阻很大，滑动变阻器阻值较小，为操作方便，应该采用分压电路．
(3)由表二中数据可以计算出不同长度水柱的电阻，R1＝eq \f(2,100×10－6) Ω＝20 kΩ，R2＝40 kΩ，R3＝60 kΩ，R4＝80 kΩ，R5＝100 kΩ，在坐标系中描点得到的R－L图线如图所示．
(4)取L＝30 cm时，R3＝60 kΩ，d＝2.26 cm.由电阻定律R＝ρeq \f(L,S)得ρ＝eq \f(RS,L)＝eq \f(πRd2,4L).代入数据解得ρ＝80.2 Ω·m.
15．(1)6 V 1 Ω (2)1 Ω 9 W
解析：(1)由闭合电路的欧姆定律得
E＝U1＋eq \f(U1,R1)r，
E＝U2＋eq \f(U2,R2)r，
解得E＝6 V，r＝1 Ω。
(2)电源的输出功率表达式为P＝eq \f(E2,R＋r2)R，
将上式变形为P＝eq \f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)，
由上式可知R＝r＝1 Ω时，P取最大值：Pm＝eq \f(E2,4r)＝9 W。
16．Ω·m
解析：由题图乙可求得U＝10 V时电解液的电阻为
R＝eq \f(U,I)＝eq \f(10,5×10－3) Ω＝2 000 Ω。
由题图甲可知电解液长为l＝a＝1 m，
横截面积为S＝bc＝0.02 m2，
结合电阻定律R＝ρeq \f(l,S)得ρ＝eq \f(RS,l)＝eq \f(2 000×0.02,1) Ω·m＝40 Ω·m。
17．(1)16 W (2)10 J (3)3 W
解析：(1)由题意知，并联部分电压为U＝8 V，故内电压为U内＝E－U＝2 V
总电流I＝eq \f(U内,r)＝2 A，
电源的输出功率P出＝UI＝16 W；
(2)流过灯泡的电流I1＝eq \f(P1,U)＝1.5 A
则流过电动机的电流I2＝I－I1＝0.5 A
电动机的热功率P0＝I22R0＝1 W
10 s内电动机产生的热量Q＝P0t＝10 J；
(3)电动机的总功率P＝UI2＝4 W
电动机的机械功率P机＝P－P0＝3 W.
18．(1)a.IneS b.2mLIe2t0nS 2mLe2t0nS (2)mΔIne2tI
解析：本题考查部分电路的概念和规律问题,属于综合性题。
(1)a.根据电流的定义得:I=qt=nSvtet=neSv
故电子定向移动的平均速率v=IneS。
b.由题意得,电子在电场力的作用下从静止开始做匀加速直线运动,运动时间为t0,速度变为v',然后与粒子发生碰撞,速度减为0。
则电子被加速后的末速度v'=2v,则电子的加速度a=2vt0,又根据牛顿第二定律得a=F电m=UeLm,则UeLm=2vt0,故解之得U=2mLvet0=2mLIe2t0nS,再根据电阻的定义式得R=UI=2mLe2t0nS。
(2)设圆环周长为l、电阻为R
由电阻定律得R=ρlS
设t时间内环中电流因产生焦耳热而损失的能量为ΔE,由焦耳定律得ΔE=I2Rt
设环中电子定向移动的速率为v,则I=nevS
式中n、e、S不变,只有电子定向移动的平均速率的变化才会引起环中电流的变化,电流变化大小取ΔI时,相应电子定向移动的平均速率变化的大小为Δv,则ΔI=neSΔv
设环中定向移动电子减少的动能总和为ΔEk,
则ΔEk=nlS12mv2-12m(v-Δv)2
由于ΔI≪I,可得ΔEk=lmveΔI
因为环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能。ΔE=ΔEk
联立上述各式,得ρ=mvSΔIetI2=mΔIne2tI。电吹风额定电压
220 V
电吹风额定功率
热风时：990 W
冷风时：110 W
器材编号
器材名称
规格
1
电流表
200 μA，内阻约10 Ω
2
电压表
12 V，内阻约100 kΩ
3
电池组
12 V，内阻不计
4
滑动变阻器
10 Ω 1 A
5
开关
6
导线
若干
7
定值电阻
100 Ω
序号
水柱长度/cm
电压表示数/V
电流表示数/μA
1
10
2
100
2
20
4
100
3
30
6
100
4
40
8
100
5
50
10
100