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高中物理高考 2020版高考物理一轮复习专题八恒定电流课件
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这是一份高中物理高考 2020版高考物理一轮复习专题八恒定电流课件，共58页。
A组 自主命题·浙江卷题组
考点一 电路的基本概念和规律
1.(2019浙江4月选考,8,3分)电动机与小电珠串联接入电路,电动机正常工作时,小电珠的电阻 为R1,两端电压为U1,流过的电流为I1;电动机的内电阻为R2,两端电压为U2,流过的电流为I2。则 ( )A.I1 C. = D. <
答案 D 由题意可知I1=I2,选项A错误;因U2>I2R2,U1=I1R1,则 < ,选项B、C错误,D正确;故选D。
2.(2018浙江11月选考,1,3分)下列物理量属于标量的是 ( )A.速度 B.加速度C.电流 D.电场强度
答案 C 加速度、速度、电场强度既有大小又有方向,为矢量,虽然电流有方向,但叠加不符 合三角形法则(或平行四边形法则),所以为标量,C正确。
3.(2018浙江4月选考,5,3分)杭州市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED灯。已知高压钠灯 功率为400 W,LED灯功率为180 W,若更换4 000盏,则一个月可节约的电能约为 ( )A.9×102 kW·h B.3×105 kW·h C.6×105 kW·h D.1×1012 kW·h
答案 B 更换后每盏灯的电功率减小0.22 kW,每天亮灯时间大约12 h,因此4 000盏灯一个月 节约的电能W=0.22×4 000×12×30 kW·h≈3×105 kW·h,因此选B。
4.(2017浙江11月选考,12,3分)小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示,则 这些电器一天消耗的电能约为 ( )
A.6.1×103 W B.6.1×103 JC.2.2×104 W D.2.2×107 J
答案 D 每天消耗的电能为W=2 kW×1 h+1.2 kW×3 h+0.1 kW×2 h+0.016 kW×4 h+0.009 kW × 24 h=6.08 kW·h=2.2×107 J。
5.(2016浙江10月选考,9,3分)一根细橡胶管中灌满盐水,两端用短粗铜丝塞住管口。管中盐水 柱长为40 cm时测得电阻为R。若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相 同。现将管中盐水柱均匀拉长至50 cm(盐水体积不变,仍充满橡胶管)。则盐水柱电阻变为 ( )A. R B. R C. R D. R
答案 D 本题考查对电阻定律的理解。由于盐水柱总体积不变,设l1=40 cm长时的横截面积 为S,则长度变为l2=50 cm后,横截面积S'= S,根据电阻定律R=ρ ,R'=ρ ,两式联立得R'= R,选项D正确。
6.(2016浙江10月选考,11,3分)如图为一种服务型机器人,其额定功率为48 W,额定工作电压为24V,机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人 ( ) A.额定工作电流为20 AB.充满电后最长工作时间为2 hC.电池充满电后总电荷量为7.2×104 CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J
答案 C 根据P=UI可知,额定电流应该为2 A,选项A错。电源的容量为20 A·h,即以额定电流 2 A工作时,能够工作的最长时间为10 h,选项B错误。电源充满电后的总电荷量为Q=It=20× 3600 C=7.2×104 C,选项C正确。以额定电流工作时,机器人的功率为48 W,即每秒消耗能量48 J, 选项D错误。
7.(2016浙江4月选考,3,3分)下列说法正确的是 ( )A.物体在完全失重的状态下没有惯性B.运动是绝对的,但运动的描述是相对的C.电流有大小和方向,所以是矢量D.研究月球绕地球运行轨迹时不能把月球看成质点
答案 B 本题考查对概念的理解。惯性由质量大小量度,与是否处于完全失重状态无关,故 A错误。电流是标量,C错误。月球绕地球运动时,月、地距离远大于月球直径,月球可以视为 质点,D错误。一切物体都在运动,运动是绝对的,描述运动需要设定参考系,所以运动的描述都 是相对参考系而言的,B正确。
B组 统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2018江苏单科,8,4分)(多选)如图所示,电源E对电容器C充电,当C两端电压达到80 V时,闪光 灯瞬间导通并发光,C放电。放电后,闪光灯断开并熄灭,电源再次对C充电。这样不断地充电 和放电,闪光灯就周期性地发光。该电路 ( ) A.充电时,通过R的电流不变B.若R增大,则充电时间变长C.若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大D.若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变
答案 BCD 本题考查含容电路和电容器的充电与放电。因电容器属于非线性元件,电容器 在充电过程中,充电电流是非线性减小的,故A错。若R增大,充电电流减小,充电时间变长,故B 正确。由Q=CU且U=80 V为定值可见,C增大时Q增大,闪光灯闪光一次通过的电荷量增大,故C 正确。闪光灯闪光一次时通过闪光灯的电荷量与电源电动势无关,故D正确。
难点突破 含容电路中电容器充电和放电电流是非线性变化的,回路中电阻越大,充、放电的 速度越缓慢。
2.(2017上海单科,9,4分)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路,测得相应的电流、电压值 如图所示。其中阻值最接近的两个电阻是 ( ) A.a和b B.b和dC.a和c D.c和d
答案 A 本题考查U-I图像的意义。根据R= 知,定值电阻的U-I图线的斜率表示定值电阻的阻值。在U-I图中分别连接O与4个点,根据它们的倾斜度可知,a和b的阻值最接近,故选A。
以下为教师用书专用(3)
3.(2016课标Ⅱ,17,6分)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示 电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电 荷量为Q2。Q1与Q2的比值为 ( ) A. B. C. D.
答案 C 当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器C两端的电压U= E,所带的电荷量Q1=CU= CE;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电容器C两端的电压U'= E,所带的电荷量Q2= CE。所以 = ,C项正确。 图1 图2
1.(2016江苏单科,8,4分)(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,四个电阻的阻 值已在图中标出。闭合开关S,下列说法正确的有 ( ) A.路端电压为10 VB.电源的总功率为10 WC.a、b间电压的大小为5 VD.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A
考点二 闭合电路欧姆定律
答案 AC 外电路的总电阻R=10 Ω,由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I= =1 A,因此路端电压U=E-Ir=12 V-1×2 V=10 V,A选项正确;电源的总功率P=EI=12 W,B选项错误;由 图(a)可知Uab=UaO-UbO=-15×0.5 V+5×0.5 V=-5 V,故选项C正确;当a、b间用导线连接后,其等效 电路如图(b)所示,电路中的外电阻R'=7.5 Ω,电路中总电流I'= = A≠1 A,D选项错误。 图(a) 图(b)
2.(2018北京理综,23,18分)如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电。改 变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。 (1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图,并说 明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义。(2)a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输 出功率;b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路 电势降落之和。
解析 (1)U-I图像如图所示。图像与纵轴交点的纵坐标值为电源电动势,与横轴交点的横坐标 值为短路电流。(2)a.如图所示。 b.电源输出的电功率P=I2R= R= 当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为Pmax=
(3)电动势定义式E= 根据能量守恒定律,在题图所示电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产 生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq得E=Ir+IR=U内+U外
试题评析 闭合电路及U-I图像(1)本题考查闭合电路中路端电压U随干路电流I变化的关系图线,电源的输出功率及其最大值, 以及最大值的产生条件。考查内容为教材的基本知识。此题作为一道高考中分值不小的计 算题,提示考生要注重基本知识的学习。(2)电动势是电源的最基本特征量,在学习中学生不仅仅要掌握其定义式,更要深刻理解其内 含,并能灵活应用。
3.(2015北京理综,24,20分)真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示。光照 前两板都不带电。以光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的 电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用。保持光照条件不变。a和b为接线 柱。已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm。元电荷为e。(1)求A板和B板之间的最大电势差Um,以及将a、b短接时回路中的电流I短。(2)图示装置可看作直流电源,求其电动势E和内阻r。(3)在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U。外电阻上消耗的电功率设为P;单 位时间内到达B板的电子,在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为ΔEk。请推导证 明:P=ΔEk。 (注意:解题过程中需要用到,但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明)
答案 (1) Ne (2) (3)见解析
解析 (1)由动能定理Ekm=eUm,可得Um= 短路时所有逸出电子都到达B板,故短路电流I短=Ne(2)电源的电动势等于断路时的路端电压,即上面求出的Um,所以E=Um= 电源内阻r= =
(3)外电阻两端的电压为U,则电源两端的电压也是U。由动能定理,一个电子经电源内部电场后损失的动能ΔEke=eU设单位时间内有N'个电子到达B板,则损失的动能之和ΔEk=N'ΔEke=N'eU根据电流的定义,此时电源内部的电流I=N'e此时流过外电阻的电流也是I=N'e,外电阻上消耗的电功率P=IU=N'eU所以P=ΔEk
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
1.(2019浙江名校协作体2月联考,2)很多物理量的取值,可正可负,下面说法正确的是 ( )A.在直线运动中,加速度取负号,说明物体一定在做减速运动B.物体克服重力做功5焦耳,说明重力一定对该物体做了负功C.物体A带电荷量为+2C,物体B带电荷量为-3C,说明物体A带的电荷量多D.电流有方向,所以电流是矢量
答案 B 加速度与速度异号时,物体做减速运动同号时做加速运动,A错误;电荷量的正负表 示电性,带电荷量的多少看绝对值,C错误;虽然电流有方向,但电流是标量,D错误;故本题选B。
2.(2019浙江杭州一模,3)下列描述的事件不可能发生的是 ( )A.将实心球和乒乓球从教学楼三楼同时释放后结果实心球先落地B.宇航员在天宫二号中利用二力平衡原理用弹簧测力计直接测出物体的重力C.乘客从匀速行驶的高铁车厢内竖直向上跳起后仍落回车厢内的起跳点D.一对干电池可使小灯泡微弱发光,断开电路后测量电池两端电压,电压表示数接近3 V
答案 B 乒乓球的质量很小,在下落的过程中受到的空气的阻力影响较大,所以乒乓球下落 时的加速度明显小于重力加速度,而实心球下落的加速度近似等于重力加速度,所以将实心球 和乒乓球从教学楼三楼同时释放后,结果实心球先落地,故A正确;在轨道上飞行中的天宫二号 以及内部的物体都处于完全失重状态,所以不能在天宫二号中利用二力平衡原理用弹簧测力 计直接测出物体的重力,故B错误;乘客从匀速行驶的高铁车厢内竖直向上跳起后,由于惯性,乘 客具有与列车相同的水平方向的速度,所以仍落回车厢内的起跳点,故C正确;干电池的电动势 为1.5 V,断开电路后,测量两节干电池两端电压,电压表示数接近3 V,故D正确;本题选择事件不 可能发生的,故选B。
3.(2019浙江杭州一模,11)电线是家庭装修中不可或缺的基础建材,电线的质量直接关系到用 电安全。某型号电线每卷长度为100 m,铜丝直径为1.6 mm。为检验其是否采用了导电性能 比较差的劣质铜,现给整卷电线加上1.50 V恒定电压,测得通过电线的电流为1.20 A,由此可知 此电线所用铜的电阻率约为 ( ) A.1.7×10-9 Ω·m B.2.5×10-8 Ω·mC.1.1×10-7 Ω·m D.5.0×10-6 Ω·m
答案 B 给整卷电线加上1.50 V恒定电压,测得通过电线的电流为1.20 A,则导线的电阻值 为:R= = Ω=1.25 Ω,又R=ρ =ρ = ,d=1.6 mm=0.0016 m解得:ρ=2.5×10-8Ω·m,故B正确,A、C、D错误
4.(2019浙江杭州模拟六,11)如图为近日曝光的摩拜共享电动单车,与普通电动车不同的是,摩 拜共享电动自行车采用“共享充电宝+自行车的方式”,其电池与普通充电宝类似,只有20 000 mA·h,输入、输出电压均为10 V,输入电流为8 A,输出电流为15 A,可以支持驱动人和单车行 驶10千米左右。已知成人在平路上骑自行车所受阻力约为20 N,则 ( ) A.该单车电池最多储存电能7.2×104 JB.该单车电池充电时,从零电量充至满电量大约需要5 hC.该单车电池电能的有效利用率约为27.8%D.成人在平路上骑自行车时,每秒钟平均消耗的电能约20 J
答案 C 此电动自行车最大存储电能为:E=UIt=Uq=10 V×20 000 mA·h=10 V×20×3 600 C=7. 2×105 J,故A错误;此自行车充电时间:t= = = =2.5 h,故B错误;此自行车行驶的过程中受到的阻力为20 N,则行驶10千米消耗的电能:W=Fs=fs=20×10×103 J=2.0×105 J,自行 车电池电能的有效利用率约为:η= ×100%= ×100%≈27.8%,故C正确;由题单车电池的,输出电压为10 V,输出电流为15 A,则成人在平路上骑自行车时,功率为P=UI=10×15 W=150 W,每秒平均消耗电能约为W=Pt=150 J左右,故D错误;故选C。
5.(2017浙江“超级全能”联考)学校为创建绿色校园安装了一批太阳能路灯,太阳能路灯技术 参数如下:太阳能电池组件(太阳能单晶硅光电转换效率为18%,得到的电池功率为100 W);免 维护蓄电池(60~250 Ah/12 V,充电效率为80%);照明时间(4~12 h,可根据需要任意调节,阴雨天 可连续工作5~7 h);光控时LED照明恒流输出功率(15~60 W);其他辅助系统组成部分。结合上 述数据,下列说法不正确的是 ( )A.太阳照射2小时,光电系统可吸收太阳能4.0×106 JB.LED照明5小时,照明时恒流最多输出电能为1.08×106 JC.利用太阳能电池给蓄电池充电,充满需要的最长时间最长约为30小时D.利用免维护蓄电池给60 W的LED供电,最大时间约为50小时
答案 C 光电转换电池功率为100 W,2小时可吸收的太阳能为 J=4.0×106 J;LED照明5小时,恒流最多输出电能为60×5×3 600 J=1.08×106 J;利用太阳能电池给蓄电池充电,充满 需要的最长时间t= h=37.5 h;利用免维护蓄电池给60 W的LED供电,供电时间最长约为 h=50 h。故选C。
1.(2019浙江慈溪期末联考,12)如图所示,某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的 负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体”的实验,若蹄形磁铁两极间正 对部分的磁场视为匀强磁场,磁感应强度为B=0.1 T,玻璃皿的横截面的半径为a=0.05 m,电源 的电动势为E=3 V,内阻r=0.1 Ω,限流电阻R0=4.9 Ω,玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω,闭合开关后当液体旋转时电压表的示数恒为1.5 V,则 ( )A.由上往下看,液体做顺时针旋转B.液体所受的安培力大小为1.5×10-4 NC.闭合开关10 s,液体产生的热量是4.5 J
D.闭合开关后,液体电热功率为0.081 W
答案 D 由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正 极,在电源外部电流由正极流向负极,因此电流由边缘流向中心,且玻璃皿所在处的磁场方向竖 直向上,由左手定则可知,导电液体受到的磁场力沿逆时针方向(从上往下看),因此液体沿逆时 针方向旋转(从上往下看),故A错误;电压表的示数为1.5 V,则根据闭合电路的欧姆定律:E=U+ IR0+Ir,所以电路中的电流I= = A=0.3 A,液体所受的安培力大小为:F=BIL=BIa=0.1×0.3×0.05=1.5×10-3N,故B错误;两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω,10 s内液体产生的热量Q=I 2Rt=0.32×0.9×10 J=0.81 J,故C错误;玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω,则液体电热 功率为P热=I2R=0.32×0.9 J=0.081 W,故D正确。
2.(2019浙江镇海中学期中,13)硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示, 图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池电动势不变,内阻不是常 量),图线b是某电阻R的U-I图像,倾斜虚线是过ab交点的a的切线。在某光照强度下将它们组 成闭合回路时,下列相关叙述说法正确的是 ( )A.此时硅光电池的输出功率为0.2 WB.此时硅光电池的内阻为8 ΩC.此时硅光电池的总功率为0.72 WD.若将R换成阻值更大的电阻,硅光电池的输出功率一定增大
答案 BC 电源的U-I曲线与电阻的U-I图线交点的坐标值为二者串联时的路端电压与电流, 所以U外=2 V,I=0.2 A,则输出功率为P=U外I=0.4 W,故A错。电源内阻r= ,U内=E-U外,电源电动势等于开路电压,即曲线与纵轴截距,所以E=3.6 V,得出r=8 Ω,故B对。总功率P=EI=0.72 W,故 C对。换成大电阻,图线交点沿电源的U-I图线上移,由于其U-I曲线函数关系未知,无法判断功 率变化规律,D错。
3.(2019浙江嘉兴、丽水3月联考,11)如图所示是一款与手机匹配的充电头,手机在充电时可以 根据充电进程在快充模式间智能切换。快充模式时充电头的输出电压为U1,输出电流为I1,手 机的等效内阻为r1;慢充模式时充电头的输出电压为U2,输出电流为I2,手机的等效内阻为r2。则 ( )A.快充模式时充电头输出的输出的电功率为U1I1+ r1;B.快充模式时电能转化为化学能的功率为U1I1C.慢充模式时手机由于充电面产生的热功率为 r2D.慢充模式时手机由于充电而产生的热功率为
答案 C 充电头是电源,手机是用电器,与电动机类似,不一样的是电动机是将电能转化热量 与机械能,手机为电能转化为热量与化学能。因此快充输出功率为U1I1,转化为化学能功率为U 1I1-I1 。慢充时,手机不是纯电阻,热功率需要用焦耳定律,为I1 ,故选C。
4.(2018浙江台州中学统练)如图所示,平行金属板中带电质点P原处于静止状态,不考虑电流表 和电压表对电路的影响,R1的阻值和电源内阻r相等。当滑动变阻器R2的滑片向b端移动时 ( )A.电压表读数减小,电流表读数减小B.电压表读数变化量ΔU与电流表读数变化量ΔI比值变小C.电源的输出功率逐渐增大D.质点P将向上运动
答案 C 当滑动变阻器R2的滑片向b端移动时,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减 小,根据闭合电路欧姆定律分析得知干路电流I增大电流表读数增大,R1和r分担的电压均变大, 则R2两端的电压减小,即电压表读数减小,根据U=E-I(R+r),可得电压表读数变化量ΔU与电流表 读数变化量 =R1+r,则电压表读数变化量ΔU与电流表读数变化量ΔI比值不变,选项B错误;因R1的阻值和电源内阻r相等,则当R2减小时,外电路电阻越来越接近电源的内阻,则电源的输出 功率变大,选项C正确;当R2减小时,路端电压变小,则电容器板间电压减小,板间场强减小,质点P 所受的电场力减小,则质点P将向下运动,选项D错误。
5.(2019浙江台州3月评估,22)某同学设计了一套电磁强射装置,如图所示,在水平面上固定两根 足够长的平行金属导轨,导轨间距为L=1 m,导轨的电阻不计,导轨处于竖直方向磁感应强度大 小为B=2T的匀强磁场中(图中虚线之间区域,末画出),连接导轨的电源电动势为E=40 V,电容 器的电容为C=1F。小车底部固定一与其前端平齐、边长为L的正方形单匝导体线框前后两 边的电阻均为R=0.2 Ω,两侧边电阻不计且与导轨接触良好。小车与线框的总质量为m=1 kg, 开始小车处于静止状态。现将开关S接1,使电容器完全充电,再S接至2,小车向前加速运动,在 小车开始匀速运动时,将开关S拔回1,随后小车滑出磁场。不计小车在运动过程中的摩擦。 求:(1)磁场的方向和小车开始运动时的加速度大小a:(2)小车在轨道上达到匀速时的速度大小v1;(3)小车出磁场过程中线框中产生的焦耳热Q。
答案 (1)800 m/s2 (2)16 m/s (3)110 J
解析 (1)磁场的方向垂直水平面向上小车在导轨上运动过程中,线框前后两电阻并联,由闭合电路欧姆定律有I= = 小车开始运动时的加速度:a= = =800 m/s2(2)充电完成后:电容器所带电荷量q=CE放电加速过程应用动量定理:BILΔt=BΔqL=mv1-0 Δq=q-qt匀速运动时,电容器两端电压与小车切割产生的电势差相等:BLv1=U= 解得:v1= =16 m/s(3)小车出磁场的过程,做减速运动:-Ft=-BILt=mv2-mv1小车上两电阻串联,I= L=vt =mv1-mv2 解得:v2=6 m/s
所以小车滑出磁场过程中线框中产生的焦耳热Q= m - m 解得Q=110 J
B组 2017—2019年高考模拟·专题综合题组(时间:45分钟 分值:70分)一、选择题(每小题6分,共48分)
1.(2019浙江超级全能生2月联考,11)小雷同学家里购买了一款扫地机器人,小雷同学仔细检查 了这个新机器人,发现铭牌上标有如图所示数据,则该机器人 ( )
A.额定工作电流为0.25 AB.充满电后正常工作的时间为2.5 hC.电池充满后储存的总电荷量为18 720 CD.以额定电流工作时每小时消耗能量为55 J
答案 C 由铭牌知,扫地机器人工作的额定电压为14.4 V,额定功率为55 W,则额定电流I= A=3.82 A,每秒消耗能量W=Pt=55 J,A、D错误;根据电池容量5 200 mA·h知,电池充满电后储存的总电荷量Q=5.2 A×3 600 s=18 720 C,正常工作的时间t= ≈1.36 h,B错误,C正确。
2.(2019浙江名校协作体联考,10)如图所示为某家庭使用的智能电饭锅的铭牌。假定该家庭用 此电饭锅每天煮饭两次,每次在额定功率下工作30分钟,电价:1 kW·h为0.54元。则该电饭锅 ( ) A.工作时的额定电流为0.4 AB.保温时的电流为0.2 AC.每次煮饭需消耗电能4.5 kW·hD.一年因煮饭而产生的电费约为177元
答案 D 根据P=UI知工作时的额定电流为I= = A=4.1 A,A错误;保温时的工作电流为I= = A=0.136 A,B错误;每次煮饭消耗电能W=Pt=0.9 kW×0.5 h=0.45 kW/h,C错误;一年煮饭消耗的电能为365×2×0.45 kW·h=328.5 kW·h,所花的钱为328.5×0.54元=177元,D正确。
3.(2019浙江温州九校联考,13)某小组在试验汽车模型,该模型以蓄电池为驱动能源,驱动电机 能够将输入功率的90%转化为牵引汽车模型前进的机械功率。该模型的总质量m=30 kg,当它 在水平路面上以v=18 km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=5 A,电压U=30 V。某地 区地表的平均日照辐射强度约为480 W/m,若以太阳能为该模型的蓄电池供电,已知能量转化 效率约为15%,汽车受到太阳照射面积约为1 m2。以下说法正确的是 ( )A.该模型以v=18 km/h速度行驶时,所受的阻力大小为30 NB.该模型以v=18 km/h速度行驶时,驱动电机的机械功率为150 WC.该模型若由太阳能直接供电,能以速度v=18 km/h正常行驶D.若该地一天的有效日照时间为8小时,充电一天可供该模型以v速度行驶约69.1 km
答案 D 该模型以v=18 km/h速度行驶时,所受的阻力大小为F= = = = N=27 N,故A错误;由题意可知,该模型以v=18 km/h速度行驶时,驱动电机的机械功率为P机=0.9×5× 30 W=135 W,故B错误;由题意可知,太阳能提供能量时,驱动电机的机械功率为:P机'=480×1×0.15×0.9 W=64.8 W,而该 模型以v=18 km/h速度行驶时的机械功率为135 W,故C错误;一天太阳能提供的能量转化为的机械能480×1×8×3 600×0.9×0.15 J=1 866 240 J,,所用的时间 为:t= = s=13 824 s,运动的距离为:s=vt= ×13 824 m=69 120 m=69.1 km,故D正确。
4.(2019浙江杭州学军中学模拟,12)大气中存在可自由运动的带电粒子,其密度随距地面高度 的增加而增大,可以把离地面50 km以下的大气看做是具有一定程度漏电的均匀绝缘体(即电 阻率较大的物质);离地面50 km以上的大气则可看做是带电粒子密度非常高的良导体,地球本 身带负电,其周围空间存在电场。离地面h=50 km处与地面之间的电势差约为U=3.0×105 V。 由于电场的作用,地球处于放电状态。但大气中频繁发生雷暴又对地球充电,从而保证了地球 周围电场恒定不变(可视为匀强电场),统计表明,雷暴每秒带给地球的平均电荷量约为q=1 800 C,已知地球半径r=6 400 km。下列说法正确的是 ( )A.离地面越近电势越高B.大气层的电场强度约为6×103 V/mC.地球漏电功率约为6×107 WD.大气电阻率ρ约为2×1012 Ω·m
答案 D 地球本身带负电,越靠近负电荷电势越低,故离地面越近电势越低,故A错误;如果视 为匀强电场,则大气层的电场强度约为E= = V/m=6 V/m,故B错误;本题中把50 km厚的漏电均匀绝缘体视为一个导体,其长度为50 km,横截面积为地球的表面积,所加电压为U=3.0 105 V,则由题意得:I= =1 800 A,导轨电阻R= = Ω= Ω,又由电阻定律R=ρ ,得ρ= =2×1012Ω·m,故D正确;地球漏电功率为:P=UI=3×105×1 800 W=5.4×108 W,故C错误。
5.(2019浙江七彩阳光联盟联考,9)如图所示的充电宝是由可充电电池(称为电芯)和输出接口 电路组成的,下表列出了它的几个主要参数:
根据上述信息,下列说法正确的是 ( )A.充电宝充电时输入电压为3.6 VB.充电宝充电时输入电功率为10 W
C.充电宝以最大电流输出时可工作5小时D.充电宝充电时电芯储存的能量为129 600 J
答案 D 因为还有中间电路原因,输入电压不是电芯电动势,故A错;输入功率为P=UI=11 W, B错;可输出容量为6 000 mAh,最大输出电流为2 A,故可工作时间为 =3 h,故C错;满电时,电芯储存能量为QE=10 000 mAh×3.6 V=12 960 0 J,故选D。
6.(2019浙江宁波适应性考试,11)夏天使用电风扇时,若不慎扇叶被卡往,风扇容易容易被烧毁, 已知风扇正常工作时电功率为P,发热功率为P0,当风扇被卡住时热功率为(两端的电压伋不变) ( )A.P B.P-P0C. D.
答案 C P=UI、P0=I2r,卡住时,热功率为P热= = = ,故选C。
7.(2019浙江诸暨期末,11)如图所示为一个小型电热水器。浸入水中的加热元件电阻器RL=1.0 Ω,在外部并联的电阻RS=2.0 Ω,电源为恒流源,在正常工作时,电源始终给电路提供I=3.0 A的恒 定电流。则下列说法正确的是 ( ) A.RL两端的电压为3.0 VB.流过RL的电流为1.0 AC.RS上消耗的电功率为2.0 WD.如果减小RS的电阻,则RL的电功率增大
答案 C 根据并联分流,RL分得电流为IL= I=2 A,UL=ILRL=2 V 。RS上消耗的电功率为PS= 。减小RS的电阻,则经过RL的电流减少,则其电功率减小。故选C。
8.(2018浙江名校协作体联考)如图是某品牌吊扇的相关参数,假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇 叶的总质量为7 kg,则(g=10 m/s2) ( )产品名称:吊扇 额定电压:220 V(交流)产品品牌:美的 额定频率:50 Hz产品型号:FC~56 额定功率:55 W产品颜色:白色 产品规格:1 400 mmA.吊扇的内阻为880 ΩB.以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 AC.正常工作时吊扇机械功率等于55 WD.正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N
答案 B 由参数可知额定电压为220 V,额定功率为55 W,则额定电流I= = A=0.25 A选项,B正确;若吊扇为纯电阻元件,则电阻为R= = Ω=880 Ω,因吊扇不是纯电阻元件,则其内阻不等于880 Ω,选项A错误;机械功率等于总功率与内阻消耗功率之差,可知正常工作时吊 扇输出的机械功率小于55 W,选项C错误;吊扇工作时,给空气向下的作用力,空气给吊扇向上 的反作用力,可知吊杆对转盘的拉力小于重力70 N,选项D错误。故选B。
9.(2017浙江杭州月考)(10分)如图所示,直流电动机M串联在直流电路中,其轴与圆盘中心相连, 开关S断开时,电压表的读数为12.6 V,开关S接通时,电流表的读数为2 A,电压表的读数为12 V。圆盘半径为5 cm,测速计测得圆盘的转速为 r/s,两弹簧测力计的读数分别为F1=7 N,F2=6.10 N,问: (1)电动机的输出电功率、效率各为多少?(2)拉紧皮带可使电动机停转,此时电压表、电流表的读数各多少?电动机的输入功率为多大?
二、非选择题(共22分)
答案 (1)18 W 75% (2)10.5 V 7 A 73.5 W
解析 (1)电动机的输入功率为:P入=UI=12×2 W=24 W。电动机的输出功率与克服皮带的摩擦 力做功功率相等,且圆盘转动的线速度v=2πnr,则:P出=(F1-F2)v=(F1-F2)·2π=(7-6.1)·2πnr· ·0.05 W=18 W效率为η= =75%(2)拉紧皮带使电动机停转,此时电路为纯电阻电路,由题分析可知电源电动势为12.6 V,电源内 阻为:r= =0.3 Ω电动机的直流电阻为:R= = Ω=1.5 Ω此时电流表示数为:I'= =7 A此时电压表示数为:U'=I'R=7×1.5 V=10.5 V电动机的输入功率为:P'=I'U'=7×10.5=73.5 W
10.(2019浙江宁波十校期末联考,23)(12分)如图(a),超级高铁(Hyperlp)是一种以“真空管道 运输”为理论核心设计的交通工具,它具有超高速、低能耗、无噪声、零污染等特点。如图 (b),已知管道中固定着两根平行金属导轨MN、PQ,两导轨间距为 r;运输车的质量为m,横截面是半径为r的圆。运输车上固定着间距为D、与导轨垂直的两根导体棒1和2,每根导体棒的 电阻为R,每段长度为D的导轨的电阻也为R。其他电阻忽略不计,重力加速度为g。
(1)如图(c),当管道中的导轨平面与水平面成θ=30°时,运输车恰好能无动力地匀速下滑。求运 输车与导轨间的动摩擦因数μ;(2)在水平导轨上进行实验,不考虑摩擦及空气阻力。①当运输车由静止离站时,在导体棒2后间距为D处接通固定在导轨上电动势为E的直流电源, 此时导体棒1、2均处于磁感应强度为B,垂直导轨平面向下的匀强磁场中,如图(d)。求刚接通
电源时运输车的加速度的大小;(电源内阻不计,不考虑电磁感应现象)②当运输车进站时,管道内依次分布磁感应强度为B,宽度为D的匀强磁场,且相邻的匀强磁场 的方向相反。求运输车以速度v0从如图(e)通过距离2D后的速度v。
答案 (1) (2)① ②v0-
答案 (1)分析运输车的受力,将运输车的重力分解,如图甲所示: 甲设轨道对运输车的支持力为N1、N2,如图乙所示: 乙由几何关系得N1=mg cs θ,N2=mg cs θ
运输车匀速运动mg sin θ=f1+f2又f1=μN1,f2=μN2解得:μ= (2)①运输车到站时,电路图如图丙所示:则R总= 丙 由闭合电路的欧姆定律得I=
又I1= ,I2= 导体棒所受的安培力:F1=BL1· ,F2=BI2· 运输车的加速度a= 解得:a= ②运输车进站时,电路如图丁所示: 丁当车速为v时,由法拉第电磁感应定律有:E1=B· rv,E2=B· rv
由闭合电路的欧姆定律有I= 。导体棒所受的安培力:F1=BI1· r,F2=BI2 r串联电路中I=I1=I2运输车所受的合力:F= 选取一小段时间Δt,运输车速度的变化量为Δv,由动量定理有:- Δt=mΔv即:- Δx=mΔv两边求和:- =mv-mv0解得:v=v0-
解题思路 (1)对运输车进行受力分析,由题意运输车恰能在斜面上匀速下滑,由平衡条件可求 得动摩擦因数;(2)①先画出运输车到站时的等效电路图,求出电路的总电阻,由欧姆定律求出电流,表示出安 培力的表达式,由牛顿第二定律求出加速度大小;②先把运输车分为无数小段,由动量定理写出 安培力的冲量与动量的变化关系,再对整个过程求和,从而得到末速度的表达式。
C组 2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(平衡电桥)用如图所示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,G是 灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动触头P的位置,当通过电流 表G的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为 ( ) A. R0 B. R0 C. R0 D. R0
答案 C 通过电流表G的电流为零时,滑动触头P处的电势与R0和Rx连接点处的电势相等,则 U0=UMP;根据欧姆定律有U0= R0,UMP= · ,则 = ,由此得 = ;根据电阻定律得,电阻丝的电阻R∝l,故 = ,所以Rx= R0,选项C正确。
2.(U-I图像)(多选)如图甲所示的电路中,将滑动变阻器R2的滑片由a端向b端移动,用两个电表 分别测量电压和电流,得到部分U-I关系图像如图乙所示,则 ( )A.电源的电动势为6 VB.滑动变阻器的总阻值为20 ΩC.当电压表示数为5.0 V时,电源效率最高D.当电压表示数为5.0 V时,R2消耗的总功率最大
答案 BC 当滑片位于滑动变阻器的中点时,并联电阻最大,由题图乙可知,并联电阻为 = = Ω=10 Ω,解得R2=20 Ω,选项B正确;当滑片位于中央时,电压表的示数为5 V最大,外电阻也最大,而电源的效率η= ×100%= ×100%,此时电源的效率最高,选项C正确;当电压表的示数为4.0 V时,电流表的示数为0.25 A,则通过Pb部分的电流为1.00 A,则RaP=4RPb,根据闭 合电路欧姆定律得E=4 V+1.25 A×(R1+r),E=5 V+1 A×(R1+r),两式联立解得R1+r=4 Ω,E=9 V,选 项A错误;当R2左右两部分的并联电阻等于R1+r=4 Ω时,R2消耗的总功率最大,此时电压表的示 数不是5.0 V,选项D错误。
A组 自主命题·浙江卷题组
考点一 电路的基本概念和规律
1.(2019浙江4月选考,8,3分)电动机与小电珠串联接入电路,电动机正常工作时,小电珠的电阻 为R1,两端电压为U1,流过的电流为I1;电动机的内电阻为R2,两端电压为U2,流过的电流为I2。则 ( )A.I1
答案 D 由题意可知I1=I2,选项A错误;因U2>I2R2,U1=I1R1,则 < ,选项B、C错误,D正确;故选D。
2.(2018浙江11月选考,1,3分)下列物理量属于标量的是 ( )A.速度 B.加速度C.电流 D.电场强度
答案 C 加速度、速度、电场强度既有大小又有方向,为矢量,虽然电流有方向,但叠加不符 合三角形法则(或平行四边形法则),所以为标量,C正确。
3.(2018浙江4月选考,5,3分)杭州市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED灯。已知高压钠灯 功率为400 W,LED灯功率为180 W,若更换4 000盏,则一个月可节约的电能约为 ( )A.9×102 kW·h B.3×105 kW·h C.6×105 kW·h D.1×1012 kW·h
答案 B 更换后每盏灯的电功率减小0.22 kW,每天亮灯时间大约12 h,因此4 000盏灯一个月 节约的电能W=0.22×4 000×12×30 kW·h≈3×105 kW·h,因此选B。
4.(2017浙江11月选考,12,3分)小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示,则 这些电器一天消耗的电能约为 ( )
A.6.1×103 W B.6.1×103 JC.2.2×104 W D.2.2×107 J
答案 D 每天消耗的电能为W=2 kW×1 h+1.2 kW×3 h+0.1 kW×2 h+0.016 kW×4 h+0.009 kW × 24 h=6.08 kW·h=2.2×107 J。
5.(2016浙江10月选考,9,3分)一根细橡胶管中灌满盐水,两端用短粗铜丝塞住管口。管中盐水 柱长为40 cm时测得电阻为R。若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相 同。现将管中盐水柱均匀拉长至50 cm(盐水体积不变,仍充满橡胶管)。则盐水柱电阻变为 ( )A. R B. R C. R D. R
答案 D 本题考查对电阻定律的理解。由于盐水柱总体积不变,设l1=40 cm长时的横截面积 为S,则长度变为l2=50 cm后,横截面积S'= S,根据电阻定律R=ρ ,R'=ρ ,两式联立得R'= R,选项D正确。
6.(2016浙江10月选考,11,3分)如图为一种服务型机器人,其额定功率为48 W,额定工作电压为24V,机器人的锂电池容量为20 A·h。则机器人 ( ) A.额定工作电流为20 AB.充满电后最长工作时间为2 hC.电池充满电后总电荷量为7.2×104 CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J
答案 C 根据P=UI可知,额定电流应该为2 A,选项A错。电源的容量为20 A·h,即以额定电流 2 A工作时,能够工作的最长时间为10 h,选项B错误。电源充满电后的总电荷量为Q=It=20× 3600 C=7.2×104 C,选项C正确。以额定电流工作时,机器人的功率为48 W,即每秒消耗能量48 J, 选项D错误。
7.(2016浙江4月选考,3,3分)下列说法正确的是 ( )A.物体在完全失重的状态下没有惯性B.运动是绝对的,但运动的描述是相对的C.电流有大小和方向,所以是矢量D.研究月球绕地球运行轨迹时不能把月球看成质点
答案 B 本题考查对概念的理解。惯性由质量大小量度,与是否处于完全失重状态无关,故 A错误。电流是标量,C错误。月球绕地球运动时,月、地距离远大于月球直径,月球可以视为 质点,D错误。一切物体都在运动,运动是绝对的,描述运动需要设定参考系,所以运动的描述都 是相对参考系而言的,B正确。
B组 统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2018江苏单科,8,4分)(多选)如图所示,电源E对电容器C充电,当C两端电压达到80 V时,闪光 灯瞬间导通并发光,C放电。放电后,闪光灯断开并熄灭,电源再次对C充电。这样不断地充电 和放电,闪光灯就周期性地发光。该电路 ( ) A.充电时,通过R的电流不变B.若R增大,则充电时间变长C.若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大D.若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变
答案 BCD 本题考查含容电路和电容器的充电与放电。因电容器属于非线性元件,电容器 在充电过程中,充电电流是非线性减小的,故A错。若R增大,充电电流减小,充电时间变长,故B 正确。由Q=CU且U=80 V为定值可见,C增大时Q增大,闪光灯闪光一次通过的电荷量增大,故C 正确。闪光灯闪光一次时通过闪光灯的电荷量与电源电动势无关,故D正确。
难点突破 含容电路中电容器充电和放电电流是非线性变化的,回路中电阻越大,充、放电的 速度越缓慢。
2.(2017上海单科,9,4分)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路,测得相应的电流、电压值 如图所示。其中阻值最接近的两个电阻是 ( ) A.a和b B.b和dC.a和c D.c和d
答案 A 本题考查U-I图像的意义。根据R= 知,定值电阻的U-I图线的斜率表示定值电阻的阻值。在U-I图中分别连接O与4个点,根据它们的倾斜度可知,a和b的阻值最接近,故选A。
以下为教师用书专用(3)
3.(2016课标Ⅱ,17,6分)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示 电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电 荷量为Q2。Q1与Q2的比值为 ( ) A. B. C. D.
答案 C 当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器C两端的电压U= E,所带的电荷量Q1=CU= CE;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电容器C两端的电压U'= E,所带的电荷量Q2= CE。所以 = ,C项正确。 图1 图2
1.(2016江苏单科,8,4分)(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,四个电阻的阻 值已在图中标出。闭合开关S,下列说法正确的有 ( ) A.路端电压为10 VB.电源的总功率为10 WC.a、b间电压的大小为5 VD.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A
考点二 闭合电路欧姆定律
答案 AC 外电路的总电阻R=10 Ω,由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I= =1 A,因此路端电压U=E-Ir=12 V-1×2 V=10 V,A选项正确;电源的总功率P=EI=12 W,B选项错误;由 图(a)可知Uab=UaO-UbO=-15×0.5 V+5×0.5 V=-5 V,故选项C正确;当a、b间用导线连接后,其等效 电路如图(b)所示,电路中的外电阻R'=7.5 Ω,电路中总电流I'= = A≠1 A,D选项错误。 图(a) 图(b)
2.(2018北京理综,23,18分)如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电。改 变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。 (1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图,并说 明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义。(2)a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输 出功率;b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路 电势降落之和。
解析 (1)U-I图像如图所示。图像与纵轴交点的纵坐标值为电源电动势,与横轴交点的横坐标 值为短路电流。(2)a.如图所示。 b.电源输出的电功率P=I2R= R= 当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为Pmax=
(3)电动势定义式E= 根据能量守恒定律,在题图所示电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产 生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq得E=Ir+IR=U内+U外
试题评析 闭合电路及U-I图像(1)本题考查闭合电路中路端电压U随干路电流I变化的关系图线,电源的输出功率及其最大值, 以及最大值的产生条件。考查内容为教材的基本知识。此题作为一道高考中分值不小的计 算题,提示考生要注重基本知识的学习。(2)电动势是电源的最基本特征量,在学习中学生不仅仅要掌握其定义式,更要深刻理解其内 含,并能灵活应用。
3.(2015北京理综,24,20分)真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示。光照 前两板都不带电。以光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的 电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用。保持光照条件不变。a和b为接线 柱。已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm。元电荷为e。(1)求A板和B板之间的最大电势差Um,以及将a、b短接时回路中的电流I短。(2)图示装置可看作直流电源,求其电动势E和内阻r。(3)在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U。外电阻上消耗的电功率设为P;单 位时间内到达B板的电子,在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为ΔEk。请推导证 明:P=ΔEk。 (注意:解题过程中需要用到,但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明)
答案 (1) Ne (2) (3)见解析
解析 (1)由动能定理Ekm=eUm,可得Um= 短路时所有逸出电子都到达B板,故短路电流I短=Ne(2)电源的电动势等于断路时的路端电压,即上面求出的Um,所以E=Um= 电源内阻r= =
(3)外电阻两端的电压为U,则电源两端的电压也是U。由动能定理,一个电子经电源内部电场后损失的动能ΔEke=eU设单位时间内有N'个电子到达B板,则损失的动能之和ΔEk=N'ΔEke=N'eU根据电流的定义,此时电源内部的电流I=N'e此时流过外电阻的电流也是I=N'e,外电阻上消耗的电功率P=IU=N'eU所以P=ΔEk
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
1.(2019浙江名校协作体2月联考,2)很多物理量的取值,可正可负,下面说法正确的是 ( )A.在直线运动中,加速度取负号,说明物体一定在做减速运动B.物体克服重力做功5焦耳,说明重力一定对该物体做了负功C.物体A带电荷量为+2C,物体B带电荷量为-3C,说明物体A带的电荷量多D.电流有方向,所以电流是矢量
答案 B 加速度与速度异号时,物体做减速运动同号时做加速运动,A错误;电荷量的正负表 示电性,带电荷量的多少看绝对值,C错误;虽然电流有方向,但电流是标量,D错误;故本题选B。
2.(2019浙江杭州一模,3)下列描述的事件不可能发生的是 ( )A.将实心球和乒乓球从教学楼三楼同时释放后结果实心球先落地B.宇航员在天宫二号中利用二力平衡原理用弹簧测力计直接测出物体的重力C.乘客从匀速行驶的高铁车厢内竖直向上跳起后仍落回车厢内的起跳点D.一对干电池可使小灯泡微弱发光,断开电路后测量电池两端电压,电压表示数接近3 V
答案 B 乒乓球的质量很小,在下落的过程中受到的空气的阻力影响较大,所以乒乓球下落 时的加速度明显小于重力加速度,而实心球下落的加速度近似等于重力加速度,所以将实心球 和乒乓球从教学楼三楼同时释放后,结果实心球先落地,故A正确;在轨道上飞行中的天宫二号 以及内部的物体都处于完全失重状态,所以不能在天宫二号中利用二力平衡原理用弹簧测力 计直接测出物体的重力,故B错误;乘客从匀速行驶的高铁车厢内竖直向上跳起后,由于惯性,乘 客具有与列车相同的水平方向的速度,所以仍落回车厢内的起跳点,故C正确;干电池的电动势 为1.5 V,断开电路后,测量两节干电池两端电压,电压表示数接近3 V,故D正确;本题选择事件不 可能发生的,故选B。
3.(2019浙江杭州一模,11)电线是家庭装修中不可或缺的基础建材,电线的质量直接关系到用 电安全。某型号电线每卷长度为100 m,铜丝直径为1.6 mm。为检验其是否采用了导电性能 比较差的劣质铜,现给整卷电线加上1.50 V恒定电压,测得通过电线的电流为1.20 A,由此可知 此电线所用铜的电阻率约为 ( ) A.1.7×10-9 Ω·m B.2.5×10-8 Ω·mC.1.1×10-7 Ω·m D.5.0×10-6 Ω·m
答案 B 给整卷电线加上1.50 V恒定电压,测得通过电线的电流为1.20 A,则导线的电阻值 为:R= = Ω=1.25 Ω,又R=ρ =ρ = ,d=1.6 mm=0.0016 m解得:ρ=2.5×10-8Ω·m,故B正确,A、C、D错误
4.(2019浙江杭州模拟六,11)如图为近日曝光的摩拜共享电动单车,与普通电动车不同的是,摩 拜共享电动自行车采用“共享充电宝+自行车的方式”,其电池与普通充电宝类似,只有20 000 mA·h,输入、输出电压均为10 V,输入电流为8 A,输出电流为15 A,可以支持驱动人和单车行 驶10千米左右。已知成人在平路上骑自行车所受阻力约为20 N,则 ( ) A.该单车电池最多储存电能7.2×104 JB.该单车电池充电时,从零电量充至满电量大约需要5 hC.该单车电池电能的有效利用率约为27.8%D.成人在平路上骑自行车时,每秒钟平均消耗的电能约20 J
答案 C 此电动自行车最大存储电能为:E=UIt=Uq=10 V×20 000 mA·h=10 V×20×3 600 C=7. 2×105 J,故A错误;此自行车充电时间:t= = = =2.5 h,故B错误;此自行车行驶的过程中受到的阻力为20 N,则行驶10千米消耗的电能:W=Fs=fs=20×10×103 J=2.0×105 J,自行 车电池电能的有效利用率约为:η= ×100%= ×100%≈27.8%,故C正确;由题单车电池的,输出电压为10 V,输出电流为15 A,则成人在平路上骑自行车时,功率为P=UI=10×15 W=150 W,每秒平均消耗电能约为W=Pt=150 J左右,故D错误;故选C。
5.(2017浙江“超级全能”联考)学校为创建绿色校园安装了一批太阳能路灯,太阳能路灯技术 参数如下:太阳能电池组件(太阳能单晶硅光电转换效率为18%,得到的电池功率为100 W);免 维护蓄电池(60~250 Ah/12 V,充电效率为80%);照明时间(4~12 h,可根据需要任意调节,阴雨天 可连续工作5~7 h);光控时LED照明恒流输出功率(15~60 W);其他辅助系统组成部分。结合上 述数据,下列说法不正确的是 ( )A.太阳照射2小时,光电系统可吸收太阳能4.0×106 JB.LED照明5小时,照明时恒流最多输出电能为1.08×106 JC.利用太阳能电池给蓄电池充电,充满需要的最长时间最长约为30小时D.利用免维护蓄电池给60 W的LED供电,最大时间约为50小时
答案 C 光电转换电池功率为100 W,2小时可吸收的太阳能为 J=4.0×106 J;LED照明5小时,恒流最多输出电能为60×5×3 600 J=1.08×106 J;利用太阳能电池给蓄电池充电,充满 需要的最长时间t= h=37.5 h;利用免维护蓄电池给60 W的LED供电,供电时间最长约为 h=50 h。故选C。
1.(2019浙江慈溪期末联考,12)如图所示,某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的 负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体”的实验,若蹄形磁铁两极间正 对部分的磁场视为匀强磁场,磁感应强度为B=0.1 T,玻璃皿的横截面的半径为a=0.05 m,电源 的电动势为E=3 V,内阻r=0.1 Ω,限流电阻R0=4.9 Ω,玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω,闭合开关后当液体旋转时电压表的示数恒为1.5 V,则 ( )A.由上往下看,液体做顺时针旋转B.液体所受的安培力大小为1.5×10-4 NC.闭合开关10 s,液体产生的热量是4.5 J
D.闭合开关后,液体电热功率为0.081 W
答案 D 由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正 极,在电源外部电流由正极流向负极,因此电流由边缘流向中心,且玻璃皿所在处的磁场方向竖 直向上,由左手定则可知,导电液体受到的磁场力沿逆时针方向(从上往下看),因此液体沿逆时 针方向旋转(从上往下看),故A错误;电压表的示数为1.5 V,则根据闭合电路的欧姆定律:E=U+ IR0+Ir,所以电路中的电流I= = A=0.3 A,液体所受的安培力大小为:F=BIL=BIa=0.1×0.3×0.05=1.5×10-3N,故B错误;两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω,10 s内液体产生的热量Q=I 2Rt=0.32×0.9×10 J=0.81 J,故C错误;玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω,则液体电热 功率为P热=I2R=0.32×0.9 J=0.081 W,故D正确。
2.(2019浙江镇海中学期中,13)硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示, 图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池电动势不变,内阻不是常 量),图线b是某电阻R的U-I图像,倾斜虚线是过ab交点的a的切线。在某光照强度下将它们组 成闭合回路时,下列相关叙述说法正确的是 ( )A.此时硅光电池的输出功率为0.2 WB.此时硅光电池的内阻为8 ΩC.此时硅光电池的总功率为0.72 WD.若将R换成阻值更大的电阻,硅光电池的输出功率一定增大
答案 BC 电源的U-I曲线与电阻的U-I图线交点的坐标值为二者串联时的路端电压与电流, 所以U外=2 V,I=0.2 A,则输出功率为P=U外I=0.4 W,故A错。电源内阻r= ,U内=E-U外,电源电动势等于开路电压,即曲线与纵轴截距,所以E=3.6 V,得出r=8 Ω,故B对。总功率P=EI=0.72 W,故 C对。换成大电阻,图线交点沿电源的U-I图线上移,由于其U-I曲线函数关系未知,无法判断功 率变化规律,D错。
3.(2019浙江嘉兴、丽水3月联考,11)如图所示是一款与手机匹配的充电头,手机在充电时可以 根据充电进程在快充模式间智能切换。快充模式时充电头的输出电压为U1,输出电流为I1,手 机的等效内阻为r1;慢充模式时充电头的输出电压为U2,输出电流为I2,手机的等效内阻为r2。则 ( )A.快充模式时充电头输出的输出的电功率为U1I1+ r1;B.快充模式时电能转化为化学能的功率为U1I1C.慢充模式时手机由于充电面产生的热功率为 r2D.慢充模式时手机由于充电而产生的热功率为
答案 C 充电头是电源,手机是用电器,与电动机类似,不一样的是电动机是将电能转化热量 与机械能,手机为电能转化为热量与化学能。因此快充输出功率为U1I1,转化为化学能功率为U 1I1-I1 。慢充时,手机不是纯电阻,热功率需要用焦耳定律,为I1 ,故选C。
4.(2018浙江台州中学统练)如图所示,平行金属板中带电质点P原处于静止状态,不考虑电流表 和电压表对电路的影响,R1的阻值和电源内阻r相等。当滑动变阻器R2的滑片向b端移动时 ( )A.电压表读数减小,电流表读数减小B.电压表读数变化量ΔU与电流表读数变化量ΔI比值变小C.电源的输出功率逐渐增大D.质点P将向上运动
答案 C 当滑动变阻器R2的滑片向b端移动时,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减 小,根据闭合电路欧姆定律分析得知干路电流I增大电流表读数增大,R1和r分担的电压均变大, 则R2两端的电压减小,即电压表读数减小,根据U=E-I(R+r),可得电压表读数变化量ΔU与电流表 读数变化量 =R1+r,则电压表读数变化量ΔU与电流表读数变化量ΔI比值不变,选项B错误;因R1的阻值和电源内阻r相等,则当R2减小时,外电路电阻越来越接近电源的内阻,则电源的输出 功率变大,选项C正确;当R2减小时,路端电压变小,则电容器板间电压减小,板间场强减小,质点P 所受的电场力减小,则质点P将向下运动,选项D错误。
5.(2019浙江台州3月评估,22)某同学设计了一套电磁强射装置,如图所示,在水平面上固定两根 足够长的平行金属导轨,导轨间距为L=1 m,导轨的电阻不计,导轨处于竖直方向磁感应强度大 小为B=2T的匀强磁场中(图中虚线之间区域,末画出),连接导轨的电源电动势为E=40 V,电容 器的电容为C=1F。小车底部固定一与其前端平齐、边长为L的正方形单匝导体线框前后两 边的电阻均为R=0.2 Ω,两侧边电阻不计且与导轨接触良好。小车与线框的总质量为m=1 kg, 开始小车处于静止状态。现将开关S接1,使电容器完全充电,再S接至2,小车向前加速运动,在 小车开始匀速运动时,将开关S拔回1,随后小车滑出磁场。不计小车在运动过程中的摩擦。 求:(1)磁场的方向和小车开始运动时的加速度大小a:(2)小车在轨道上达到匀速时的速度大小v1;(3)小车出磁场过程中线框中产生的焦耳热Q。
答案 (1)800 m/s2 (2)16 m/s (3)110 J
解析 (1)磁场的方向垂直水平面向上小车在导轨上运动过程中,线框前后两电阻并联,由闭合电路欧姆定律有I= = 小车开始运动时的加速度:a= = =800 m/s2(2)充电完成后:电容器所带电荷量q=CE放电加速过程应用动量定理:BILΔt=BΔqL=mv1-0 Δq=q-qt匀速运动时,电容器两端电压与小车切割产生的电势差相等:BLv1=U= 解得:v1= =16 m/s(3)小车出磁场的过程,做减速运动:-Ft=-BILt=mv2-mv1小车上两电阻串联,I= L=vt =mv1-mv2 解得:v2=6 m/s
所以小车滑出磁场过程中线框中产生的焦耳热Q= m - m 解得Q=110 J
B组 2017—2019年高考模拟·专题综合题组(时间:45分钟 分值:70分)一、选择题(每小题6分,共48分)
1.(2019浙江超级全能生2月联考,11)小雷同学家里购买了一款扫地机器人,小雷同学仔细检查 了这个新机器人,发现铭牌上标有如图所示数据,则该机器人 ( )
A.额定工作电流为0.25 AB.充满电后正常工作的时间为2.5 hC.电池充满后储存的总电荷量为18 720 CD.以额定电流工作时每小时消耗能量为55 J
答案 C 由铭牌知,扫地机器人工作的额定电压为14.4 V,额定功率为55 W,则额定电流I= A=3.82 A,每秒消耗能量W=Pt=55 J,A、D错误;根据电池容量5 200 mA·h知,电池充满电后储存的总电荷量Q=5.2 A×3 600 s=18 720 C,正常工作的时间t= ≈1.36 h,B错误,C正确。
2.(2019浙江名校协作体联考,10)如图所示为某家庭使用的智能电饭锅的铭牌。假定该家庭用 此电饭锅每天煮饭两次,每次在额定功率下工作30分钟,电价:1 kW·h为0.54元。则该电饭锅 ( ) A.工作时的额定电流为0.4 AB.保温时的电流为0.2 AC.每次煮饭需消耗电能4.5 kW·hD.一年因煮饭而产生的电费约为177元
答案 D 根据P=UI知工作时的额定电流为I= = A=4.1 A,A错误;保温时的工作电流为I= = A=0.136 A,B错误;每次煮饭消耗电能W=Pt=0.9 kW×0.5 h=0.45 kW/h,C错误;一年煮饭消耗的电能为365×2×0.45 kW·h=328.5 kW·h,所花的钱为328.5×0.54元=177元,D正确。
3.(2019浙江温州九校联考,13)某小组在试验汽车模型,该模型以蓄电池为驱动能源,驱动电机 能够将输入功率的90%转化为牵引汽车模型前进的机械功率。该模型的总质量m=30 kg,当它 在水平路面上以v=18 km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=5 A,电压U=30 V。某地 区地表的平均日照辐射强度约为480 W/m,若以太阳能为该模型的蓄电池供电,已知能量转化 效率约为15%,汽车受到太阳照射面积约为1 m2。以下说法正确的是 ( )A.该模型以v=18 km/h速度行驶时,所受的阻力大小为30 NB.该模型以v=18 km/h速度行驶时,驱动电机的机械功率为150 WC.该模型若由太阳能直接供电,能以速度v=18 km/h正常行驶D.若该地一天的有效日照时间为8小时,充电一天可供该模型以v速度行驶约69.1 km
答案 D 该模型以v=18 km/h速度行驶时,所受的阻力大小为F= = = = N=27 N,故A错误;由题意可知,该模型以v=18 km/h速度行驶时,驱动电机的机械功率为P机=0.9×5× 30 W=135 W,故B错误;由题意可知,太阳能提供能量时,驱动电机的机械功率为:P机'=480×1×0.15×0.9 W=64.8 W,而该 模型以v=18 km/h速度行驶时的机械功率为135 W,故C错误;一天太阳能提供的能量转化为的机械能480×1×8×3 600×0.9×0.15 J=1 866 240 J,,所用的时间 为:t= = s=13 824 s,运动的距离为:s=vt= ×13 824 m=69 120 m=69.1 km,故D正确。
4.(2019浙江杭州学军中学模拟,12)大气中存在可自由运动的带电粒子,其密度随距地面高度 的增加而增大,可以把离地面50 km以下的大气看做是具有一定程度漏电的均匀绝缘体(即电 阻率较大的物质);离地面50 km以上的大气则可看做是带电粒子密度非常高的良导体,地球本 身带负电,其周围空间存在电场。离地面h=50 km处与地面之间的电势差约为U=3.0×105 V。 由于电场的作用,地球处于放电状态。但大气中频繁发生雷暴又对地球充电,从而保证了地球 周围电场恒定不变(可视为匀强电场),统计表明,雷暴每秒带给地球的平均电荷量约为q=1 800 C,已知地球半径r=6 400 km。下列说法正确的是 ( )A.离地面越近电势越高B.大气层的电场强度约为6×103 V/mC.地球漏电功率约为6×107 WD.大气电阻率ρ约为2×1012 Ω·m
答案 D 地球本身带负电,越靠近负电荷电势越低,故离地面越近电势越低,故A错误;如果视 为匀强电场,则大气层的电场强度约为E= = V/m=6 V/m,故B错误;本题中把50 km厚的漏电均匀绝缘体视为一个导体,其长度为50 km,横截面积为地球的表面积,所加电压为U=3.0 105 V,则由题意得:I= =1 800 A,导轨电阻R= = Ω= Ω,又由电阻定律R=ρ ,得ρ= =2×1012Ω·m,故D正确;地球漏电功率为:P=UI=3×105×1 800 W=5.4×108 W,故C错误。
5.(2019浙江七彩阳光联盟联考,9)如图所示的充电宝是由可充电电池(称为电芯)和输出接口 电路组成的,下表列出了它的几个主要参数:
根据上述信息,下列说法正确的是 ( )A.充电宝充电时输入电压为3.6 VB.充电宝充电时输入电功率为10 W
C.充电宝以最大电流输出时可工作5小时D.充电宝充电时电芯储存的能量为129 600 J
答案 D 因为还有中间电路原因,输入电压不是电芯电动势,故A错;输入功率为P=UI=11 W, B错;可输出容量为6 000 mAh,最大输出电流为2 A,故可工作时间为 =3 h,故C错;满电时,电芯储存能量为QE=10 000 mAh×3.6 V=12 960 0 J,故选D。
6.(2019浙江宁波适应性考试,11)夏天使用电风扇时,若不慎扇叶被卡往,风扇容易容易被烧毁, 已知风扇正常工作时电功率为P,发热功率为P0,当风扇被卡住时热功率为(两端的电压伋不变) ( )A.P B.P-P0C. D.
答案 C P=UI、P0=I2r,卡住时,热功率为P热= = = ,故选C。
7.(2019浙江诸暨期末,11)如图所示为一个小型电热水器。浸入水中的加热元件电阻器RL=1.0 Ω,在外部并联的电阻RS=2.0 Ω,电源为恒流源,在正常工作时,电源始终给电路提供I=3.0 A的恒 定电流。则下列说法正确的是 ( ) A.RL两端的电压为3.0 VB.流过RL的电流为1.0 AC.RS上消耗的电功率为2.0 WD.如果减小RS的电阻,则RL的电功率增大
答案 C 根据并联分流,RL分得电流为IL= I=2 A,UL=ILRL=2 V 。RS上消耗的电功率为PS= 。减小RS的电阻,则经过RL的电流减少,则其电功率减小。故选C。
8.(2018浙江名校协作体联考)如图是某品牌吊扇的相关参数,假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇 叶的总质量为7 kg,则(g=10 m/s2) ( )产品名称:吊扇 额定电压:220 V(交流)产品品牌:美的 额定频率:50 Hz产品型号:FC~56 额定功率:55 W产品颜色:白色 产品规格:1 400 mmA.吊扇的内阻为880 ΩB.以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 AC.正常工作时吊扇机械功率等于55 WD.正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N
答案 B 由参数可知额定电压为220 V,额定功率为55 W,则额定电流I= = A=0.25 A选项,B正确;若吊扇为纯电阻元件,则电阻为R= = Ω=880 Ω,因吊扇不是纯电阻元件,则其内阻不等于880 Ω,选项A错误;机械功率等于总功率与内阻消耗功率之差,可知正常工作时吊 扇输出的机械功率小于55 W,选项C错误;吊扇工作时,给空气向下的作用力,空气给吊扇向上 的反作用力,可知吊杆对转盘的拉力小于重力70 N,选项D错误。故选B。
9.(2017浙江杭州月考)(10分)如图所示,直流电动机M串联在直流电路中,其轴与圆盘中心相连, 开关S断开时,电压表的读数为12.6 V,开关S接通时,电流表的读数为2 A,电压表的读数为12 V。圆盘半径为5 cm,测速计测得圆盘的转速为 r/s,两弹簧测力计的读数分别为F1=7 N,F2=6.10 N,问: (1)电动机的输出电功率、效率各为多少?(2)拉紧皮带可使电动机停转,此时电压表、电流表的读数各多少?电动机的输入功率为多大?
二、非选择题(共22分)
答案 (1)18 W 75% (2)10.5 V 7 A 73.5 W
解析 (1)电动机的输入功率为:P入=UI=12×2 W=24 W。电动机的输出功率与克服皮带的摩擦 力做功功率相等,且圆盘转动的线速度v=2πnr,则:P出=(F1-F2)v=(F1-F2)·2π=(7-6.1)·2πnr· ·0.05 W=18 W效率为η= =75%(2)拉紧皮带使电动机停转,此时电路为纯电阻电路,由题分析可知电源电动势为12.6 V,电源内 阻为:r= =0.3 Ω电动机的直流电阻为:R= = Ω=1.5 Ω此时电流表示数为:I'= =7 A此时电压表示数为:U'=I'R=7×1.5 V=10.5 V电动机的输入功率为:P'=I'U'=7×10.5=73.5 W
10.(2019浙江宁波十校期末联考,23)(12分)如图(a),超级高铁(Hyperlp)是一种以“真空管道 运输”为理论核心设计的交通工具,它具有超高速、低能耗、无噪声、零污染等特点。如图 (b),已知管道中固定着两根平行金属导轨MN、PQ,两导轨间距为 r;运输车的质量为m,横截面是半径为r的圆。运输车上固定着间距为D、与导轨垂直的两根导体棒1和2,每根导体棒的 电阻为R,每段长度为D的导轨的电阻也为R。其他电阻忽略不计,重力加速度为g。
(1)如图(c),当管道中的导轨平面与水平面成θ=30°时,运输车恰好能无动力地匀速下滑。求运 输车与导轨间的动摩擦因数μ;(2)在水平导轨上进行实验,不考虑摩擦及空气阻力。①当运输车由静止离站时,在导体棒2后间距为D处接通固定在导轨上电动势为E的直流电源, 此时导体棒1、2均处于磁感应强度为B,垂直导轨平面向下的匀强磁场中,如图(d)。求刚接通
电源时运输车的加速度的大小;(电源内阻不计,不考虑电磁感应现象)②当运输车进站时,管道内依次分布磁感应强度为B,宽度为D的匀强磁场,且相邻的匀强磁场 的方向相反。求运输车以速度v0从如图(e)通过距离2D后的速度v。
答案 (1) (2)① ②v0-
答案 (1)分析运输车的受力,将运输车的重力分解,如图甲所示: 甲设轨道对运输车的支持力为N1、N2,如图乙所示: 乙由几何关系得N1=mg cs θ,N2=mg cs θ
运输车匀速运动mg sin θ=f1+f2又f1=μN1,f2=μN2解得:μ= (2)①运输车到站时,电路图如图丙所示:则R总= 丙 由闭合电路的欧姆定律得I=
又I1= ,I2= 导体棒所受的安培力:F1=BL1· ,F2=BI2· 运输车的加速度a= 解得:a= ②运输车进站时,电路如图丁所示: 丁当车速为v时,由法拉第电磁感应定律有:E1=B· rv,E2=B· rv
由闭合电路的欧姆定律有I= 。导体棒所受的安培力:F1=BI1· r,F2=BI2 r串联电路中I=I1=I2运输车所受的合力:F= 选取一小段时间Δt,运输车速度的变化量为Δv,由动量定理有:- Δt=mΔv即:- Δx=mΔv两边求和:- =mv-mv0解得:v=v0-
解题思路 (1)对运输车进行受力分析,由题意运输车恰能在斜面上匀速下滑,由平衡条件可求 得动摩擦因数;(2)①先画出运输车到站时的等效电路图,求出电路的总电阻,由欧姆定律求出电流,表示出安 培力的表达式,由牛顿第二定律求出加速度大小;②先把运输车分为无数小段,由动量定理写出 安培力的冲量与动量的变化关系,再对整个过程求和,从而得到末速度的表达式。
C组 2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(平衡电桥)用如图所示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,G是 灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动触头P的位置,当通过电流 表G的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为 ( ) A. R0 B. R0 C. R0 D. R0
答案 C 通过电流表G的电流为零时,滑动触头P处的电势与R0和Rx连接点处的电势相等,则 U0=UMP;根据欧姆定律有U0= R0,UMP= · ,则 = ,由此得 = ;根据电阻定律得,电阻丝的电阻R∝l,故 = ,所以Rx= R0,选项C正确。
2.(U-I图像)(多选)如图甲所示的电路中,将滑动变阻器R2的滑片由a端向b端移动,用两个电表 分别测量电压和电流,得到部分U-I关系图像如图乙所示,则 ( )A.电源的电动势为6 VB.滑动变阻器的总阻值为20 ΩC.当电压表示数为5.0 V时,电源效率最高D.当电压表示数为5.0 V时,R2消耗的总功率最大
答案 BC 当滑片位于滑动变阻器的中点时,并联电阻最大,由题图乙可知,并联电阻为 = = Ω=10 Ω,解得R2=20 Ω,选项B正确;当滑片位于中央时,电压表的示数为5 V最大,外电阻也最大,而电源的效率η= ×100%= ×100%,此时电源的效率最高,选项C正确;当电压表的示数为4.0 V时,电流表的示数为0.25 A,则通过Pb部分的电流为1.00 A,则RaP=4RPb,根据闭 合电路欧姆定律得E=4 V+1.25 A×(R1+r),E=5 V+1 A×(R1+r),两式联立解得R1+r=4 Ω,E=9 V,选 项A错误;当R2左右两部分的并联电阻等于R1+r=4 Ω时,R2消耗的总功率最大,此时电压表的示 数不是5.0 V,选项D错误。
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