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第三章 恒定电流测评卷（Word版含解析）
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这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第三册全册综合随堂练习题，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。
第三章 恒定电流
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.(2021福建莆田高二上期中)在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2 s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,以下解释正确的是 ( )
A.正离子定向移动形成电流,方向从A到B,负离子定向移动形成电流,方向从B到A
B.溶液内正、负离子沿相反方向运动,电流相互抵消
C.溶液内电流方向从A到B,电流I=0.08 A
D.溶液内电流方向从A到B,电流I=0.16 A
2.(2021浙江丽水高二上期中)某学习小组探究一段金属导体的导电特性,通过实验,得到了如图所示的U-I图像,以下关于这段金属导体的说法正确的是 ( )
A.由图像可知电流增大时电阻变小
B.根据图中P点的斜率可得P点的电阻为12.5 Ω
C.流过导体的电流为0.8 A时,电功率为2.4 W
D.欧姆定律不适用于该金属导体
3.(2021福建厦门高二上期中)如图所示电路中,已知R1=R2=R3,当在A、B间接入电源后,流过R1、R2、R3的电流之比为 ( )
A.2∶1∶1 B.1∶1∶1
C.2∶2∶1 D.1∶1∶2
4.(2020山东邹城第一中学期中)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其电阻率为ρ。金属棒单位体积内的自由电子数为n,电子的电荷量为e,在棒两端加上恒定电压U时,棒内产生电流,则自由电子定向移动的速率为 ( )
A.UneρL B.USneρL
C.USneρL2 D.Uneρ
5.(2020江苏无锡四校期中联考)如图所示为甲、乙两个电表的电路图,两个电表都由一个表头G和一只电阻箱组成,下列说法正确的是 ( )
A.乙表是电流表,R2增大时量程增大
B.甲表是电压表,R1增大时量程增大
C.甲表是电流表,R1增大时量程减小
D.乙表是电压表,R2增大时量程增大
6.(2021浙江舟山高二上期中)如图,电路中R1、R2是材料相同、上下表面为正方形的长方体导体,R1、R2厚度相同,R1的上下表面的面积大于R2的上下表面的面积。闭合开关后,以下判断正确的是 ( )
A.通过R1的电流大于通过R2的电流
B.R1两端的电压大于R2两端的电压
C.R1两端的电压等于R2两端的电压
D.R1的电功率小于R2的电功率
7.(2021黑龙江大庆高二上期中)如图a、b所示的两个电路中,电阻R、电流表、电压表和电池都是相同的,电池的内阻相对于电阻R的大小可以忽略。闭合开关后,图a、b电路中电压表和电流表的示数Ua、Ub和Ia、Ib的大小不相同,它们的关系正确的是 ( )
A.Ua>Ub B.Ia
A.R1两端电压为6 V B.R2两端电压为4 V
C.R3两端电压为2 V D.R3两端电压为0
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.(2021浙江宁波高三模拟)对于常温下一根阻值为R的均匀金属丝,其伏安特性曲线如图所示,下列说法中正确的是 ( )
A.常温下,若将金属丝均匀拉长为原来的10倍,则电阻变为100R
B.常温下,若将金属丝从中点对折起来,电阻变为12R
C.给金属丝加上的电压从零开始逐渐增大,UI比值变大
D.金属材料的电阻率随温度的升高而减小
10.(2021山东聊城高二上期中)如图所示,用半偏法测表头的内阻Rg,下面说法正确的是 ( )
A.开关S1接通前,R的滑片必须调节到使R连入电路的阻值最大的位置
B.开关S2接通后,R连入电路的阻值可以调节
C.当表头的示数从满偏电流Ig调节到半偏电流时,R'中的电流稍大于12Ig
D.开关S1接通前,R'必须调节到阻值最大
11.(2021四川绵阳高二上期中)一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位体积内的自由电子数为n,电子电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,通电时间为t,以下说法中正确的有 ( )
A.自由电子定向移动的速率为v0
B.自由电子定向移动的速率为v=IneS
C.通电时间t内通过导体某一横截面的自由电子的数目为N=Ite
D.导体中自由电子的数目为N=nv0St
12.(2021甘肃张掖高二上期中)一个T形电路如图所示,电路中的电阻R1=60 Ω,R2=10 Ω,R3=20 Ω。另有一测试电源,电动势为120 V,内阻忽略不计。则( )
A.当c、d端短路时,a、b之间的等效电阻是70 Ω
B.当a、b端短路时,c、d之间的等效电阻是25 Ω
C.当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压为30 V
D.当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压为40 V
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(2021黑龙江大庆高三模拟)(6分)有一只标值为“2.5 V,x W”的小灯泡,其额定功率的标值已模糊不清,某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率。
(1)已知小灯泡的灯丝电阻约为5 Ω,请先在图甲中补全用伏安法测量灯丝电阻的电路图,再选择电流表、电压表的合适量程,按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路。
甲
乙
(2)开关S闭合之前,应将图乙中滑动变阻器的滑片置于 (选填“A端”“B端”或“AB正中间”)。
(3)该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
丙
14.(2021北京海淀高二上期中)(8分)在测量金属丝电阻率的实验中,按图甲所示的电路测量金属丝的电阻Rx,可供选用的器材如下:
待测金属丝:Rx(阻值约5 Ω,额定电流约0.5 A);
电压表:V(量程0~6 V,内阻约3 kΩ)
电流表:A1(量程0~1.0 A,内阻约0.2 Ω);A2(量程0~3.0 A,内阻约0.5 Ω)
电源:E1(电动势6 V,内阻不计);E2(电动势12 V,内阻不计);
滑动变阻器:R(最大电阻约20 Ω);
螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。
甲
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,某次测量示数如图乙所示,可得金属丝直径的测量值d= mm。
乙
(2)为使测量尽量精确,电流表应选 ,电源应选 。
(3)图丙中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值。
丙
①在图中画出U-I图线;
②根据此图线求出的电阻值Rx= Ω(保留3位有效数字);
(4)若金属丝的长度l、直径d、电阻Rx已测得,金属丝的电阻率表达式为ρ= 。
15.(2021重庆高二上期中)(8分)某金属导体两端所加电压为8 V时,10 s内通过某一横截面的电荷量为0.16 C。求:
(1)通过导体的电流及导体的电阻;
(2)已知自由电子电荷量e=-1.6×10-19 C,若导体内自由电子定向移动的速率为10-5 m/s,导体的横截面积为10-5 m2,求导体单位体积内的自由电子数目。
16.(2021河南南阳高二上期中)(8分)如图所示,A、B间电压U=3 V,R1=5 Ω,R2=R3=10 Ω,R4=4 Ω。求:
(1)电路中A、B间总电阻。
(2)通过R4的电流I4。
(3)R3两端的电压。
17.(2021河北衡水高二上期中)(12分)如图所示电路,R1=R2=4 Ω,R3=R4=2 Ω,UAB=6 V,求:
(1)电流表A1和A2的示数(不计电流表的内阻);
(2)R1与R4两端的电压之比。
18.(2021北京海淀高二上期中)(18分)宇宙飞船进行长距离星际运行时,不能再用化学燃料,可采用一种新型发动机——离子发动机,小型高效的离子发动机所用燃料不到化学燃料发动机的110,它可以使太空中的航天器获得动力,进而调整航天器的飞行姿态或飞行轨道。在离子发动机中,由电极发射的电子射入稀有气体(如氙气),使其离子化,然后从静止开始经电场加速后,从飞船尾部高速连续喷出,利用反冲使飞船本身得到加速。已知氙离子质量为m0=2.2×10-25 kg,电荷量e=1.6×10-19 C,加速电压U=275 V。
(1)氙离子经电场加速后,获得的速度大小。
(2)为了使飞船得到大小为F=3.0×10-2 N的反冲力,求:
①每秒需要喷射出多少质量的氙离子;
②飞船向后喷出的氙离子形成的等效电流I。
答案全解全析
1.D 电流的方向与正离子定向移动的方向相同,与负离子定向移动的方向相反,所以正离子定向移动形成电流,方向从A到B,负离子定向移动形成电流,方向也从A到B,不会相互抵消,选项A、B错误;溶液内电流方向从A到B,2 s时间内通过溶液内横截面M的电荷量q=n1e+n2e=(n1+n2)e,则根据电流的定义式得I=qt=(n1+n2)et=2×1.0×1018×1.6×10-192 A=0.16 A,选项C错误,D正确。
2.C U-I图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻,由题图可知,该导体U-I图线上的点与坐标原点连线的斜率越来越大,故该导体的电阻随电流的增大而增大,选项A错误;由题图可知,P点对应的电压为5.0 V,电流为1.0 A,所以对应的电阻值为R=UI=5.01.0 Ω=5.0 Ω,选项B错误;由题图可知,当电流为0.8 A时,导体两端的电压为3.0 V,所以导体的电功率为P=UI=3.0×0.8 W=2.4 W,选项C正确;欧姆定律适用于求解金属导体的电阻,本题中U-I 图像为曲线的原因是金属导体的电阻率随温度的变化而变化,选项D错误。
3.B 由题图知,三个电阻并联,三个电阻两端的电压相等,已知R1=R2=R3,根据欧姆定律得流过R1、R2、R3的电流之比为1∶1∶1,选项B正确。
4.A 根据电阻定律有R=ρLS,则根据欧姆定律可知电流为I=UR=USρL,再根据电流微观表达式有I=nevS,联立可得v=UneρL,选项A正确,B、C、D错误。
5.B 由题图甲可知,G与R1串联,则甲表是电压表,R1增大时,电阻箱分担的电压增大,电压表量程增大,选项B正确,C错误;由题图乙可知,G与R2并联,则乙是电流表,R2增大,R2的分流变小,电流表量程减小,选项A、D错误。
6.C 由于两导体串联在电路中,因此两导体中电流一定相等,选项A错误。设导体上表面边长为a,厚度为d,根据R=ρLS可知,R=ρaad=ρd,则可知导体电阻与厚度d有关,与上下表面的面积无关,因此R1的电阻等于R2的电阻;由U=IR可知,R1两端的电压等于R2两端的电压,选项B错误,C正确。二者电阻值相等,由P=I2R可知,R1的电功率等于R2的电功率,选项D错误。
7.D 题图a中电流表测量的是流过电阻和电压表的电流之和,电压表测量的是电阻两端电压,题图b中电流表测量的是流过电阻的电流,电压表测量的是电阻和电流表的电压之和,因此有UaIb,因此UaIa
9.AC 设金属丝原长为L,横截面积为S,则R=ρLS。若将金属丝均匀拉长为原来的10倍,则金属丝的长度L'=10L,因为金属丝的体积不变,根据SL=S'L',可得S'=110S,则拉长后的金属丝的电阻R'=ρL'S'=ρ10L110S=100ρLS=100R,选项A正确;若将金属丝对折起来,则金属丝的长度L″=12L,其横截面积S″=2S,所以此时金属丝的电阻为R″=ρL″S″=ρ12L2S=14ρLS=14R,选项B错误;I-U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,即k=ΔIΔU=1R,由题中图像可知,随着电压的增大,斜率变小,故电阻值变大,即UI变大,选项C正确;金属材料的电阻率随温度的升高而增大,选项D错误。
10.AC 开关S1接通前,R的滑片必须调节到使R连入电路的阻值最大的位置,以保护电路,选项A正确;开关S2接通后,需保持R连入电路的阻值不变,选项B错误;当表头的示数从满偏电流Ig调节到半偏电流时,由于电路中总电阻变小,干路电流会稍大于Ig,因此R'中的电流稍大于12Ig,选项C正确;开关S1接通前,由于开关S2处于断开状态,因此R'不需要调节到阻值最大,选项D错误。
11.BC 金属导体中的电流是由自由电子定向移动形成的,自由电子定向移动的速率不是电子无规则运动的速率,选项A错误;由电流的微观表达式可知I=nevS,所以v=IneS,选项B正确;通电时间t内通过导体某一横截面的自由电子的数目为N=qe=Ite,选项C正确;导体中自由电子的数目为N=nV=nSl,由于不知道导体的长度,故无法求出导体中自由电子的数目,D错误。
12.BC 当c、d端短路时,a、b间电路的结构是电阻R2、R3并联后与R1串联,等效电阻为R=R2R3R2+R3+R1=10×2010+20+60 Ω=66.7 Ω,选项A错误;当a、b端短路时,c、d之间电路结构是电阻R1、R3并联后与R2串联,等效电阻为R=R1R3R1+R3+R2=60×2060+20+10 Ω=25 Ω,选项B正确;当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压等于电阻R3两端的电压,Ucd=R3R1+R3E=2060+20×120 V=30 V,选项C正确;当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压等于电阻R3两端的电压,为Uab=R3R2+R3E=2010+20×120 V=80 V,选项D错误。
13.答案 (1)如图所示(4分)
(2)B端(1分) (3)1.1(1分)
解析 (1)测定灯丝的伏安特性曲线时,电压、电流需从0开始变化,滑动变阻器采用分压式接法;灯泡的电阻约为5 Ω,属于小电阻,电流表采用外接法。灯泡的额定电压为2.5 V,所以电压表选择0~3 V量程,灯泡的额定电流约为I=UR=2.55 A=0.5 A,则电流表选择0~0.6 A量程,电路图及实物图见答案图所示。
(2)开关S闭合之前,应将题图乙中滑动变阻器的滑片置于B端,使测量电路部分处于短路状态,闭合开关时,电压表、电流表示数为零,起到保护作用。
(3)当电压U=2.5 V时,I=0.44 A,则P=UI=2.5×0.44 W=1.1 W。
14.答案 (1)1.770(2分) (2)A1(1分) E1(1分)
(3)①如图所示(1分)
②6.00(1分)
(4)Rxπd24l(2分)
解析 (1)由题图可知,其示数为1.5 mm+27.0×0.01 mm=1.770 mm。(2)待测金属丝的额定电流约为0.5 A,故电流表应选A1;待测金属丝的额定电压约为U=IR=2.5 V,故电源选E1即可。(3)将已描好的点进行连线,尽量使点分布在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如答案图所示。
U-I图线的斜率表示电阻,则有
Rx=ΔUΔI=4.80-00.8-0 Ω=6.00 Ω。
(4)根据电阻定律R=ρlS,金属丝截面面积为S=πd24,解得金属丝的电阻率为ρ=Rxπd24l。
15.答案 (1)0.016 A 500 Ω (2)1×1027
解析 (1)根据电流的定义式,通过导体的电流为
I=qt=0.1610 A=0.016 A(2分)
根据欧姆定律,导体的电阻为
R=UI=80.016 Ω=500 Ω(2分)
(2)由电流的微观表达式得I=neSv (2分)
代入数值得n=1×1027 (2分)
16.答案 (1)10 Ω (2)0.3 A (3)1.8 V
解析 (1)由题图可知,电阻R1与R2串联后的总电阻与R3并联,并联后的总电阻与R4串联 (2分)
故电路中A、B间总电阻:R=(R1+R2)R3R1+R2+R3+R4=(5+10)×105+10+10 Ω+4 Ω=10 Ω(2分)
(2)通过R4的电流为干路电流,根据欧姆定律有I4=I=UR=310 A=0.3 A(2分)
(3)R3两端的电压:U3=U-I4R4=3 V-0.3×4 V=1.8 V(2分)
17.答案 (1)1.5 A 1.0 A (2)1∶2
解析 (1)分析电路结构可知,R1、R2、R3并联,并联的总电阻与R4串联,A1测R2、R3的总电流,A2测R1、R2的总电流,等效电路图如图所示。
R1、R2、R3三个电阻并联的总电阻设为R并,则有
1R并=1R1+1R2+1R3=14Ω+14Ω+12Ω (1分)
解得R并=1 Ω(1分)
电路的总电流为I=UABR并+R4=61+2 A=2 A(1分)
并联部分的电压为U并=IR并=2×1 V=2 V(1分)
通过R1、R2、R3三个电阻的电流分别为
I1=U并R1=24 A=0.5 A(1分)
I2=U并R2=24 A=0.5 A(1分)
I3=U并R3=22 A=1 A(1分)
则有IA1=I2+I3=0.5 A+1 A=1.5 A(1分)
IA2=I1+I2=0.5 A+0.5 A=1.0 A(1分)
(2)设R4两端电压为U4,因为UAB=U并+U4,所以R4两端的电压为U4=UAB-U并=6 V-2 V=4 V(1分)
又U1=U并=2 V(1分)
则U1U4=24=12 (1分)
18.答案 (1)2×104 m/s (2)①1.5×10-6 kg ②1.09 A
解析 (1)根据Ue=12m0v2 (2分)
可得氙离子的速度大小v=2Uem0=2×104 m/s(2分)
(2)①设每秒需要喷射Δm的离子,则在时间t内喷射离子的质量为m=Δm×t (3分)
由牛顿第二定律可得F=ma=mvt=Δmv (3分)
所以Δm=Fv=3.0×10-22×104 kg=1.5×10-6 kg(2分)
②因为N=Δmm0=1.5×10-62.2×10-25=1522×1019(个) (3分)
故等效电流I=Net≈1.09 A(3分)
第三章 恒定电流
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.(2021福建莆田高二上期中)在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2 s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,以下解释正确的是 ( )
A.正离子定向移动形成电流,方向从A到B,负离子定向移动形成电流,方向从B到A
B.溶液内正、负离子沿相反方向运动,电流相互抵消
C.溶液内电流方向从A到B,电流I=0.08 A
D.溶液内电流方向从A到B,电流I=0.16 A
2.(2021浙江丽水高二上期中)某学习小组探究一段金属导体的导电特性,通过实验,得到了如图所示的U-I图像,以下关于这段金属导体的说法正确的是 ( )
A.由图像可知电流增大时电阻变小
B.根据图中P点的斜率可得P点的电阻为12.5 Ω
C.流过导体的电流为0.8 A时,电功率为2.4 W
D.欧姆定律不适用于该金属导体
3.(2021福建厦门高二上期中)如图所示电路中,已知R1=R2=R3,当在A、B间接入电源后,流过R1、R2、R3的电流之比为 ( )
A.2∶1∶1 B.1∶1∶1
C.2∶2∶1 D.1∶1∶2
4.(2020山东邹城第一中学期中)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其电阻率为ρ。金属棒单位体积内的自由电子数为n,电子的电荷量为e,在棒两端加上恒定电压U时,棒内产生电流,则自由电子定向移动的速率为 ( )
A.UneρL B.USneρL
C.USneρL2 D.Uneρ
5.(2020江苏无锡四校期中联考)如图所示为甲、乙两个电表的电路图,两个电表都由一个表头G和一只电阻箱组成,下列说法正确的是 ( )
A.乙表是电流表,R2增大时量程增大
B.甲表是电压表,R1增大时量程增大
C.甲表是电流表,R1增大时量程减小
D.乙表是电压表,R2增大时量程增大
6.(2021浙江舟山高二上期中)如图,电路中R1、R2是材料相同、上下表面为正方形的长方体导体,R1、R2厚度相同,R1的上下表面的面积大于R2的上下表面的面积。闭合开关后,以下判断正确的是 ( )
A.通过R1的电流大于通过R2的电流
B.R1两端的电压大于R2两端的电压
C.R1两端的电压等于R2两端的电压
D.R1的电功率小于R2的电功率
7.(2021黑龙江大庆高二上期中)如图a、b所示的两个电路中,电阻R、电流表、电压表和电池都是相同的,电池的内阻相对于电阻R的大小可以忽略。闭合开关后,图a、b电路中电压表和电流表的示数Ua、Ub和Ia、Ib的大小不相同,它们的关系正确的是 ( )
A.Ua>Ub B.Ia
A.R1两端电压为6 V B.R2两端电压为4 V
C.R3两端电压为2 V D.R3两端电压为0
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.(2021浙江宁波高三模拟)对于常温下一根阻值为R的均匀金属丝,其伏安特性曲线如图所示,下列说法中正确的是 ( )
A.常温下,若将金属丝均匀拉长为原来的10倍,则电阻变为100R
B.常温下,若将金属丝从中点对折起来,电阻变为12R
C.给金属丝加上的电压从零开始逐渐增大,UI比值变大
D.金属材料的电阻率随温度的升高而减小
10.(2021山东聊城高二上期中)如图所示,用半偏法测表头的内阻Rg,下面说法正确的是 ( )
A.开关S1接通前,R的滑片必须调节到使R连入电路的阻值最大的位置
B.开关S2接通后,R连入电路的阻值可以调节
C.当表头的示数从满偏电流Ig调节到半偏电流时,R'中的电流稍大于12Ig
D.开关S1接通前,R'必须调节到阻值最大
11.(2021四川绵阳高二上期中)一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位体积内的自由电子数为n,电子电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,通电时间为t,以下说法中正确的有 ( )
A.自由电子定向移动的速率为v0
B.自由电子定向移动的速率为v=IneS
C.通电时间t内通过导体某一横截面的自由电子的数目为N=Ite
D.导体中自由电子的数目为N=nv0St
12.(2021甘肃张掖高二上期中)一个T形电路如图所示,电路中的电阻R1=60 Ω,R2=10 Ω,R3=20 Ω。另有一测试电源,电动势为120 V,内阻忽略不计。则( )
A.当c、d端短路时,a、b之间的等效电阻是70 Ω
B.当a、b端短路时,c、d之间的等效电阻是25 Ω
C.当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压为30 V
D.当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压为40 V
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(2021黑龙江大庆高三模拟)(6分)有一只标值为“2.5 V,x W”的小灯泡,其额定功率的标值已模糊不清,某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率。
(1)已知小灯泡的灯丝电阻约为5 Ω,请先在图甲中补全用伏安法测量灯丝电阻的电路图,再选择电流表、电压表的合适量程,按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路。
甲
乙
(2)开关S闭合之前,应将图乙中滑动变阻器的滑片置于 (选填“A端”“B端”或“AB正中间”)。
(3)该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
丙
14.(2021北京海淀高二上期中)(8分)在测量金属丝电阻率的实验中,按图甲所示的电路测量金属丝的电阻Rx,可供选用的器材如下:
待测金属丝:Rx(阻值约5 Ω,额定电流约0.5 A);
电压表:V(量程0~6 V,内阻约3 kΩ)
电流表:A1(量程0~1.0 A,内阻约0.2 Ω);A2(量程0~3.0 A,内阻约0.5 Ω)
电源:E1(电动势6 V,内阻不计);E2(电动势12 V,内阻不计);
滑动变阻器:R(最大电阻约20 Ω);
螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。
甲
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,某次测量示数如图乙所示,可得金属丝直径的测量值d= mm。
乙
(2)为使测量尽量精确,电流表应选 ,电源应选 。
(3)图丙中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值。
丙
①在图中画出U-I图线;
②根据此图线求出的电阻值Rx= Ω(保留3位有效数字);
(4)若金属丝的长度l、直径d、电阻Rx已测得,金属丝的电阻率表达式为ρ= 。
15.(2021重庆高二上期中)(8分)某金属导体两端所加电压为8 V时,10 s内通过某一横截面的电荷量为0.16 C。求:
(1)通过导体的电流及导体的电阻;
(2)已知自由电子电荷量e=-1.6×10-19 C,若导体内自由电子定向移动的速率为10-5 m/s,导体的横截面积为10-5 m2,求导体单位体积内的自由电子数目。
16.(2021河南南阳高二上期中)(8分)如图所示,A、B间电压U=3 V,R1=5 Ω,R2=R3=10 Ω,R4=4 Ω。求:
(1)电路中A、B间总电阻。
(2)通过R4的电流I4。
(3)R3两端的电压。
17.(2021河北衡水高二上期中)(12分)如图所示电路,R1=R2=4 Ω,R3=R4=2 Ω,UAB=6 V,求:
(1)电流表A1和A2的示数(不计电流表的内阻);
(2)R1与R4两端的电压之比。
18.(2021北京海淀高二上期中)(18分)宇宙飞船进行长距离星际运行时,不能再用化学燃料,可采用一种新型发动机——离子发动机,小型高效的离子发动机所用燃料不到化学燃料发动机的110,它可以使太空中的航天器获得动力,进而调整航天器的飞行姿态或飞行轨道。在离子发动机中,由电极发射的电子射入稀有气体(如氙气),使其离子化,然后从静止开始经电场加速后,从飞船尾部高速连续喷出,利用反冲使飞船本身得到加速。已知氙离子质量为m0=2.2×10-25 kg,电荷量e=1.6×10-19 C,加速电压U=275 V。
(1)氙离子经电场加速后,获得的速度大小。
(2)为了使飞船得到大小为F=3.0×10-2 N的反冲力,求:
①每秒需要喷射出多少质量的氙离子;
②飞船向后喷出的氙离子形成的等效电流I。
答案全解全析
1.D 电流的方向与正离子定向移动的方向相同,与负离子定向移动的方向相反,所以正离子定向移动形成电流,方向从A到B,负离子定向移动形成电流,方向也从A到B,不会相互抵消,选项A、B错误;溶液内电流方向从A到B,2 s时间内通过溶液内横截面M的电荷量q=n1e+n2e=(n1+n2)e,则根据电流的定义式得I=qt=(n1+n2)et=2×1.0×1018×1.6×10-192 A=0.16 A,选项C错误,D正确。
2.C U-I图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻,由题图可知,该导体U-I图线上的点与坐标原点连线的斜率越来越大,故该导体的电阻随电流的增大而增大,选项A错误;由题图可知,P点对应的电压为5.0 V,电流为1.0 A,所以对应的电阻值为R=UI=5.01.0 Ω=5.0 Ω,选项B错误;由题图可知,当电流为0.8 A时,导体两端的电压为3.0 V,所以导体的电功率为P=UI=3.0×0.8 W=2.4 W,选项C正确;欧姆定律适用于求解金属导体的电阻,本题中U-I 图像为曲线的原因是金属导体的电阻率随温度的变化而变化,选项D错误。
3.B 由题图知,三个电阻并联,三个电阻两端的电压相等,已知R1=R2=R3,根据欧姆定律得流过R1、R2、R3的电流之比为1∶1∶1,选项B正确。
4.A 根据电阻定律有R=ρLS,则根据欧姆定律可知电流为I=UR=USρL,再根据电流微观表达式有I=nevS,联立可得v=UneρL,选项A正确,B、C、D错误。
5.B 由题图甲可知,G与R1串联,则甲表是电压表,R1增大时,电阻箱分担的电压增大,电压表量程增大,选项B正确,C错误;由题图乙可知,G与R2并联,则乙是电流表,R2增大,R2的分流变小,电流表量程减小,选项A、D错误。
6.C 由于两导体串联在电路中,因此两导体中电流一定相等,选项A错误。设导体上表面边长为a,厚度为d,根据R=ρLS可知,R=ρaad=ρd,则可知导体电阻与厚度d有关,与上下表面的面积无关,因此R1的电阻等于R2的电阻;由U=IR可知,R1两端的电压等于R2两端的电压,选项B错误,C正确。二者电阻值相等,由P=I2R可知,R1的电功率等于R2的电功率,选项D错误。
7.D 题图a中电流表测量的是流过电阻和电压表的电流之和,电压表测量的是电阻两端电压,题图b中电流表测量的是流过电阻的电流,电压表测量的是电阻和电流表的电压之和,因此有Ua
9.AC 设金属丝原长为L,横截面积为S,则R=ρLS。若将金属丝均匀拉长为原来的10倍,则金属丝的长度L'=10L,因为金属丝的体积不变,根据SL=S'L',可得S'=110S,则拉长后的金属丝的电阻R'=ρL'S'=ρ10L110S=100ρLS=100R,选项A正确;若将金属丝对折起来,则金属丝的长度L″=12L,其横截面积S″=2S,所以此时金属丝的电阻为R″=ρL″S″=ρ12L2S=14ρLS=14R,选项B错误;I-U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,即k=ΔIΔU=1R,由题中图像可知,随着电压的增大,斜率变小,故电阻值变大,即UI变大,选项C正确;金属材料的电阻率随温度的升高而增大,选项D错误。
10.AC 开关S1接通前,R的滑片必须调节到使R连入电路的阻值最大的位置,以保护电路,选项A正确;开关S2接通后,需保持R连入电路的阻值不变,选项B错误;当表头的示数从满偏电流Ig调节到半偏电流时,由于电路中总电阻变小,干路电流会稍大于Ig,因此R'中的电流稍大于12Ig,选项C正确;开关S1接通前,由于开关S2处于断开状态,因此R'不需要调节到阻值最大,选项D错误。
11.BC 金属导体中的电流是由自由电子定向移动形成的,自由电子定向移动的速率不是电子无规则运动的速率,选项A错误;由电流的微观表达式可知I=nevS,所以v=IneS,选项B正确;通电时间t内通过导体某一横截面的自由电子的数目为N=qe=Ite,选项C正确;导体中自由电子的数目为N=nV=nSl,由于不知道导体的长度,故无法求出导体中自由电子的数目,D错误。
12.BC 当c、d端短路时,a、b间电路的结构是电阻R2、R3并联后与R1串联,等效电阻为R=R2R3R2+R3+R1=10×2010+20+60 Ω=66.7 Ω,选项A错误;当a、b端短路时,c、d之间电路结构是电阻R1、R3并联后与R2串联,等效电阻为R=R1R3R1+R3+R2=60×2060+20+10 Ω=25 Ω,选项B正确;当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压等于电阻R3两端的电压,Ucd=R3R1+R3E=2060+20×120 V=30 V,选项C正确;当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压等于电阻R3两端的电压,为Uab=R3R2+R3E=2010+20×120 V=80 V,选项D错误。
13.答案 (1)如图所示(4分)
(2)B端(1分) (3)1.1(1分)
解析 (1)测定灯丝的伏安特性曲线时,电压、电流需从0开始变化,滑动变阻器采用分压式接法;灯泡的电阻约为5 Ω,属于小电阻,电流表采用外接法。灯泡的额定电压为2.5 V,所以电压表选择0~3 V量程,灯泡的额定电流约为I=UR=2.55 A=0.5 A,则电流表选择0~0.6 A量程,电路图及实物图见答案图所示。
(2)开关S闭合之前,应将题图乙中滑动变阻器的滑片置于B端,使测量电路部分处于短路状态,闭合开关时,电压表、电流表示数为零,起到保护作用。
(3)当电压U=2.5 V时,I=0.44 A,则P=UI=2.5×0.44 W=1.1 W。
14.答案 (1)1.770(2分) (2)A1(1分) E1(1分)
(3)①如图所示(1分)
②6.00(1分)
(4)Rxπd24l(2分)
解析 (1)由题图可知,其示数为1.5 mm+27.0×0.01 mm=1.770 mm。(2)待测金属丝的额定电流约为0.5 A,故电流表应选A1;待测金属丝的额定电压约为U=IR=2.5 V,故电源选E1即可。(3)将已描好的点进行连线,尽量使点分布在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如答案图所示。
U-I图线的斜率表示电阻,则有
Rx=ΔUΔI=4.80-00.8-0 Ω=6.00 Ω。
(4)根据电阻定律R=ρlS,金属丝截面面积为S=πd24,解得金属丝的电阻率为ρ=Rxπd24l。
15.答案 (1)0.016 A 500 Ω (2)1×1027
解析 (1)根据电流的定义式,通过导体的电流为
I=qt=0.1610 A=0.016 A(2分)
根据欧姆定律,导体的电阻为
R=UI=80.016 Ω=500 Ω(2分)
(2)由电流的微观表达式得I=neSv (2分)
代入数值得n=1×1027 (2分)
16.答案 (1)10 Ω (2)0.3 A (3)1.8 V
解析 (1)由题图可知,电阻R1与R2串联后的总电阻与R3并联,并联后的总电阻与R4串联 (2分)
故电路中A、B间总电阻:R=(R1+R2)R3R1+R2+R3+R4=(5+10)×105+10+10 Ω+4 Ω=10 Ω(2分)
(2)通过R4的电流为干路电流,根据欧姆定律有I4=I=UR=310 A=0.3 A(2分)
(3)R3两端的电压:U3=U-I4R4=3 V-0.3×4 V=1.8 V(2分)
17.答案 (1)1.5 A 1.0 A (2)1∶2
解析 (1)分析电路结构可知,R1、R2、R3并联,并联的总电阻与R4串联,A1测R2、R3的总电流,A2测R1、R2的总电流,等效电路图如图所示。
R1、R2、R3三个电阻并联的总电阻设为R并,则有
1R并=1R1+1R2+1R3=14Ω+14Ω+12Ω (1分)
解得R并=1 Ω(1分)
电路的总电流为I=UABR并+R4=61+2 A=2 A(1分)
并联部分的电压为U并=IR并=2×1 V=2 V(1分)
通过R1、R2、R3三个电阻的电流分别为
I1=U并R1=24 A=0.5 A(1分)
I2=U并R2=24 A=0.5 A(1分)
I3=U并R3=22 A=1 A(1分)
则有IA1=I2+I3=0.5 A+1 A=1.5 A(1分)
IA2=I1+I2=0.5 A+0.5 A=1.0 A(1分)
(2)设R4两端电压为U4,因为UAB=U并+U4,所以R4两端的电压为U4=UAB-U并=6 V-2 V=4 V(1分)
又U1=U并=2 V(1分)
则U1U4=24=12 (1分)
18.答案 (1)2×104 m/s (2)①1.5×10-6 kg ②1.09 A
解析 (1)根据Ue=12m0v2 (2分)
可得氙离子的速度大小v=2Uem0=2×104 m/s(2分)
(2)①设每秒需要喷射Δm的离子,则在时间t内喷射离子的质量为m=Δm×t (3分)
由牛顿第二定律可得F=ma=mvt=Δmv (3分)
所以Δm=Fv=3.0×10-22×104 kg=1.5×10-6 kg(2分)
②因为N=Δmm0=1.5×10-62.2×10-25=1522×1019(个) (3分)
故等效电流I=Net≈1.09 A(3分)
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