高中物理高考 2020年高考物理一轮复习第十单元恒定电流第1讲电阻定律闭合电路的欧姆定律练习含解析新人教版

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电阻定律 闭合电路的欧姆定律




　　近几年高考对本章内容的考查,主要涉及电路的分析与计算,包含欧姆定律的应用问题、动态分析问题、故障判断问题、含容电路问题、电功和电功率问题的处理方法等,题型以选择题为主;另外本章知识常与电场、电磁感应、交流电等知识综合,常考计算题。实验部分则以
基本仪器的使用和实验设计为主,题型以填空题的形式出现。
预计2020年高考命题的重点仍将考查基本概念、规律的理解和应用,特别要关注与实际生活联系紧密的电路分析和计算问题;实验则考查基本仪器的使用,对实验原理的理解,实验数据的分析和处理等。
第1讲　电阻定律　闭合电路的欧姆定律



1
电路的基本概念和规律

　　(1)三个电流表达式的比较



公式
适用范围
字母含义
公式含义
定义式
I=qt
一切
电路
q为时间t内通过导体横截面的电荷量
qt反映了I的大小,但不能说I∝q或I∝1t
微观式
I=
nqSv
一切
电路
n:导体单位体积内的自由电荷数
q:每个自由电荷的电荷量
S:导体横截面积
v:电荷定向移动速率
从微观上看n、q、S、v决定了I的大小
决定式
I=UR
金属、
电解液
U:导体两端的电压
R:导体本身的电阻
I由U、R决定
I∝U,I∝1R

　　(2)公式R=ρlS与R=UI的比较

比较项目
R=ρlS
R=UI
意义
电阻的决定式
电阻的定义式
理解
说明导体的电阻由ρ、l、S决定,即与l成正比,与S成反比
提供了一种测量电阻的方法(伏安法),不能认为R与U成正比,与I成反比
适用范围
只适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液
适用于任何纯电阻导体

　　(3)电阻的串联、并联


串联电路
并联电路
电路


电流
I=I1=I2=…=In
I=I1+I2+…+In
电压
U=U1+U2+…+Un
U=U1=U2=…=Un
总电阻
R总=R1+R2+…+Rn
1R总=1R1+1R2+…+1Rn
功率分配
P1P2=R1R2
P1P2=R2R1

　　(4)电功和电热、电功率和热功率的区别与联系


意义
公式
联系
电功
电流在一段电路中所做的功
W=UIt

电热
电流通过导体产生的热量
Q=I2Rt
(焦耳定律)
电功率
单位时间内电流所做的功
P=UI

　　【易错警示】　含有直流电动机的电路不能简单地认为它一定是一个非纯电阻电路,要从纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化的区别上加以区分。若电动机不转(如电动机转子被卡住),则没有电能转化为机械能,此时电能全部转化为内能,电路中虽然有电动机,但此时的电路仍可当作纯电阻电路处理。
1.1(2018湖南常德二模)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核的运动可等效为环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动。下列关于该环形电流的说法正确的是(　　)。
A.电流大小为ve2πr,方向沿顺时针方向
B.电流大小为ver,方向沿顺时针方向
C.电流大小为ve2πr,方向沿逆时针方向
D.电流大小为ver,方向沿逆时针方向
【答案】C
1.2(2018湖北随州10月月考)已知三个电阻R1=3 Ω、R2=2 Ω、R3=1 Ω,按如图所示连接,则哪两点间的电阻最小?(　　)。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.A与B两点间
B.B与C两点间
C.A与C两点间
D.无法判断
【答案】C
1.3(2018陕西西安七校联考)(多选)如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“6 V　12 W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.50 Ω。若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是(　　)。

A.电动机的输入功率为12 W
B.电动机的输出机械功率为12 W
C.电动机的热功率为2.0 W
D.整个电路消耗的电功率为22 W
【答案】AC

2
闭合电路欧姆定律

　　(1)闭合电路的欧姆定律


(2)路端电压与外电阻的关系

一般
情况
U=IR=ER+r·R=E1+rR,当R增大时,U增大
特殊
情况
(1)当外电路断路时,I=0,U=E
(2)当外电路短路时,I短=Er,U=0

(3)路端电压跟电流的关系
①关系式:U=E-Ir。
②用图象表示如图所示,其中纵轴截距表示电动势,横轴截距表示短路电流,斜率的绝对值表示内阻。

(4)闭合电路的功率及效率问题

电源总功率
任意电路:P总=EI=P出+P内
纯电阻电路:P总=I2(R+r)=E2R+r
电源内部消
耗的功率
P内=I2r=P总-P出
电源的输
出功率
任意电路:P出=UI=P总-P内
纯电阻电路:P出=I2R=E2R(R+r)2
P出与外电
阻R的关系

①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=E24r
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小
③当Rη2,C项错误,D项正确。
【答案】BD
5.(2018重庆模拟)(多选)如图所示的电路中,定值电阻为R,滑动变阻器最大阻值R'=2R,电源电动势为E,内阻r=R,灯泡L的电阻为R,为零刻度在中央的理想电流计,为理想电压表,在滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端的过程中,下列判断正确的是(　　)。

A.的示数先减小后增大
B.的示数先增大后减小
C.电源的输出功率先增大后减小
D.灯泡L先变暗后变亮
【解析】在滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端的过程中,当滑片P滑到变阻器中点,即两边电阻均为R时,电流计的示数为零,则的示数先减小到零后增大,A项正确。当滑片P滑到变阻器中点,即两边电阻均为R时,外电路的总电阻最大,此时路端电压最大,即的示数先增大后减小;当滑片P滑到变阻器中点时,R外=R=r,此时电源的输出功率最大,则电源的输出功率先增大后减小,B、C两项正确。当滑片P滑到变阻器最左端时,灯泡被短路,不亮;滑片P滑到变阻器中点时,外电路电阻为R,则通过灯泡的电流IL=E4R;当P滑到最右端时,外电路电阻为2R3,通过灯泡的电流IL=2E5R,则当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端的过程中,灯泡L一直变亮,D项错误。
【答案】ABC
6.(2018上海模拟)如图所示,电路中三个电阻R1、R2和R3的阻值分别为R、2R和4R。当开关S1断开、S2闭合时,电源输出功率为P0;当S1闭合、S2断开时,电源的输出功率也为P0。则当S1、S2都断开时电源的电动势和总功率分别为(　　)。

A.3P0R,P02
B.2P0R,P0
C.3P0R,P0
D.P0R,P0
【解析】当开关S1断开、S2闭合时,电路中电流I1=ER+r,P0=I12R=E2(R+r)2R;当S1闭合、S2断开时,电路中电流I2=E4R+r,P0=I22×4R=E2(4R+r)2×4R,联立解得r=2R,E=3P0R;当S1、S2都断开时,电源的总功率P=E2R1+R2+R3+r=P0,C项正确。
【答案】C
7.(2019天津月考)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,平行板电容器两金属板水平放置,开关S是闭合的,两板间一质量为m,电荷量为q的油滴恰好处于静止状态,为灵敏电流计。则下列说法正确的是(　　)。

A.若电阻R2断路,油滴向上加速运动,中有从b到a的电流
B.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,油滴向下加速运动,中有从a到b的电流
C.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,油滴仍然静止,中有从a到b的电流
D.在将S断开后,油滴仍保持静止状态,中无电流通过
【解析】若电阻R2断路,则外电路电阻变大,总电流变小,所以电容器两端的电压变大,根据Q=CU,可知电容器要充电,所以中有从b到a的电流,由于电压增大,所以电容器两板之间的电场强度会变大,导致油滴向上加速运动,A项正确。在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,回路中电阻变大,电流变小,所以电容器两端的电压增大,故中有从b到a的电流,油滴要加速向上运动,B、C两项错误。在将S断开后,电容器放电,中有从a到b的电流,板间电场强度减小,则油滴向下加速运动,D项错误。
【答案】A

1.(2016全国卷Ⅱ,17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图甲所示电路。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(　　)。

甲
A.25 B.12 C.35 D.23
【解析】S断开时等效电路如图乙所示

乙
电容器两端电压U1=ER+23R×23R×12=15E
S闭合时等效电路如图丙所示

丙
电容器两端电压
U2=ER+12R×12R=13E
由Q=CU得Q1Q2=U1U2=35,故C项正确。
【答案】C
2.(2010吉林卷,19)电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电流,a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb。由图可知ηa、ηb的值分别为(　　)。

A.34、14 B.13、23
C.12、12 D.23、13
【解析】电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比,即η=P外P总=IUIE=UE,E为电源的总电压(电动势)。在U-I图象中,纵轴截距表示电动势,根据图象可知Ua=23E,Ub=13E,则ηa=23,ηb=13,所以A、B、C三项错误,D项正确。
【答案】D
3.(2015浙江卷,14)下列说法正确的是(　　)。
A.电流通过导体的热功率与电流大小成正比
B.力对物体所做的功与力的作用时间成正比
C.电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比
D.弹性限度内,弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比
【解析】根据公式P=I2R可知热功率与电流大小的平方成正比,A项错误;功的公式W=Flcosα,其中位移l与时间t不一定成正比,B项错误;由公式Q=CU可知C项正确;弹簧的劲度系数由弹簧本身决定,与弹簧伸长量无关,D项错误。
【答案】C
4.(2015安徽卷,17)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为(　　)。

A.mv22eL B.mv2Sne C.ρnev D.ρevSL
【解析】欧姆定律I=UR,电流的微观表达式I=neSv,电阻定律R=ρLS,则金属棒内电场强度大小E=UL=IRL=ρnev,故C项正确。
【答案】C
5.(2015北京卷,19)如图所示,其中电流表的量程为0.6 A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02 A;R1的阻值等于电流表内阻的12;R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是(　　)。

A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04 A
B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 A
C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 A
D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A
【解析】当接线柱1、2接入电路时,R1与电流表并联,因为R1=RA2,可知流过R1的电流为流过电流表电流的2倍,所以1、2接线柱间的电流为通过电流表电流的3倍,所以每一小格是原来的3倍,即0.06A,所以A、B两项错误;当接线柱1、3接入电路时,电流表与R1并联,然后再与R2串联,串联电阻对电流无影响,与1、2接入电路的效果一样,所以每一小格表示0.06A,C项正确,D项错误。
【答案】C