专题8 恒定电流 专项提升练 -2024届高考物理三轮复习情境试题习题+答案

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随着国家教育政策和考试评价体系的不断变化，情境化试题已成为高考物理命题的必然趋势.情境化试题通过创设真实的生产生活、科技创新、体育运动等情境，提出实际问题，让学生在实际问题的解决过程中展现自己的核心素养，既为高校选拔出具有发展潜能的高素质人才，也为知识取向教学转向素养导向教学、落实立德树人教育根本任务指引了方向.
科技情境类试题频繁出现在高考物理试题和一些省市的模拟试题中，这类试题以科技领域的真实情境为测试载体，以物理学科核心素养为测试宗旨，聚焦关键能力、学科素养和思维品质的考查，能较好地契合新课程改革理念及新高考评价体系的要求，也能反映科技领域最新的研究成果，从而引导考生树立民族自信心与自豪感。
一．电流、电源的概念
1．（2024•淄博一模）阿秒（as）光脉冲是一种发光持续时间极短的光脉冲，如同高速快门相机，可用以研究原子内部电子高速运动的过程。已知1as＝10﹣18s，电子所带电荷量为1.6×10﹣19C，氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动的等效电流约为1×10﹣3A。目前阿秒光脉冲的最短时间为43as，电子绕氢原子核一周的时间约为该光脉冲时间的（ ）
A．2.8倍B．3.7倍C．4.2倍D．5.5倍
2．（2023•延庆区一模）如图所示是中国公交使用的全球首创超级电容储存式现代电车，该电车没有传统无轨电车的“辫子”，没有尾气排放，乘客上下车的30秒内可充满电并行驶5公里以上，刹车时可把80%以上的动能转化成电能回收储存再使用。这种电车的核心元器件是“3V，12000F”石墨烯纳米混合型超级电容器，该电容器能反复充放电100万次，使用寿命长达十年，被誉为“21世纪的绿色交通”。下列说法正确的是（ ）

A．该电容器的容量为36000A•h
B．电容器充电的过程中，电量逐渐增加，电容也逐渐增加
C．电容器放电的过程中，电量逐渐减少，电容器两极板间的电压不变
D．若标有“3V，12000F”的电容器从电量为零到充满电用时30s，则充电平均电流为1200A
二．欧姆定律及其应用
3．（2023•丰台区一模）2023年3月，中国科学技术大学超导量子计算实验室成功实现了三维封装量子计算机原型，其主要构成材料之一为金属超导体。超导体指的是低于某一温度后电阻为零的导体，且当超导体置于外磁场中时，随着温度的降低，超导体表面能够产生一个无损耗的超导电流，这一电流产生的磁场，让磁感线被排斥到超导体之外。如图为某超导体在不同温度下两端电压和流经超导体电流的U﹣I特性曲线，温度分别为T1、T2、T3，下列说法正确的是（ ）
A．当超导体处在超导状态时，两端能够测出电压
B．将超导体置于磁场中，处于超导状态时内部磁感应强度不为零
C．根据三条曲线的变化趋势，可推断T1＜T2＜T3
D．随着流经超导体的电流增大，超导状态将被破坏
三．线性元件和非线性元件及伏安特性曲线
4．（2023•门头沟区一模）在电喷汽车的进气管道中，广泛地使用着一种叫“电热丝式”空气流量传感器的部件，其核心部分是一种用特殊合金材料制作的电热丝。如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端的电压U0就变得越高；反之，电压U0就越低。这样，管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号，便于汽车内的电脑系统实现自动控制。如果将这种电热丝放在实验室中测量，得到的伏安特性曲线可能是（ ）
A．B．
C．D．
四．电功和电功率
5．（2024•宁波模拟）DIY手工能够让儿童体验到创造过程中的乐趣和成就感。如图为某款DIY太阳能小车，组装成功后质量约为130g，太阳直射时行驶速度约为0.25m/s，行驶过程中阻力约为车重的0.2倍。已知太阳与地球之间的平均距离约为1.5×1011m，太阳每秒辐射的能量约为3.9×1026J，太阳光传播到达地面的过程中大约有37%的能量损耗，太阳能电池有效受光面积约为15cm2，则该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为（ ）
A．5%B．10%C．20%D．30%
6．（2023•嘉兴一模）如图所示，2022年长江流域发生严重干旱灾害期间，农民通过潜水泵抽取地下水灌溉农田。已知潜水泵由电动机、水泵、输水钢管组成，某地下水源距离地表6m深，安装潜水泵时将一根输水钢管竖直打入地底下与地下水源连通，水泵出水口离地表高度为0.45m，水流由出水口水平喷出时的速度为4m/s，每秒出水量为3kg。水泵由功率为330W的电动机带动，已知电动机额定电压为220V，水泵的抽水效率为75%，水的密度为1.0×103kg/m3，则（ ）
A．出水口钢管横截面积为2.5×10﹣3m2
B．每秒内水流机械能增加24J
C．水泵的输出功率为217.5W
D．电动机线圈的电阻为1609Ω
7．（2023•福州模拟）2022年11月，我国独立自主研制的全球单机容量最大的16兆瓦海上风电机组在福建下线。如图每台风力发电机的叶片转动时可形成圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率η＝20%。风速在8～15m/s范围内，η可视为不变。设风通过叶片后速度减为零。已知风速v＝10m/s时每台发电机输出电功率为6000kW，空气的密度为ρ＝1.2kg/m3，则（ ）
A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比
B．每秒钟流过面积S的气流动能12ρSv2
C．每台发电机叶片转动时形成的圆面面积约为5×104m2
D．当风速为15m/s时每台发电机的输出电功率约为6800kW
8．（2023•武汉模拟）“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组，它的吊装如图所示，其核心部件是“水下大风车”，它的叶片转动时可形成半径为5m的圆面。某次涨潮期间，该区域海水的潮流速度是1m/s，流向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知海水密度为1×103kg/m3，假设这台水轮机能将此圆面内20%的潮流能转化为电能，则这台潮流能发电机发电的功率约为（ ）
A．3.9×103WB．7.9×103WC．3.9×104WD．7.9×104W
9．（2023•越秀区校级模拟）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50km以下的大气看作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50km以上的大气则可看作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＝50km处与地面之间的电势差约为U＝3.0×105V。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＝1800C，已知地球半径r＝6400km。下列说法正确的是（ ）
A．离地面越近电势越高
B．绝缘层大气的电场强度约为6×103V/m
C．地球漏电功率约为6×107W
D．大气电阻率ρ约为1.8×1012Ω•m
10．（2022•汕头一模）如图所示为小沈同学家新买的地机器人，他从使用说明书上得到了信息：电机的额定功率35W，由规格为DC14.8V/2200mAh的锂电池供电，当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是（ ）
A．DC14.8V/2200mAh表示该电池输出的是交流电
B．该机器人电机的额定电流为0.42A
C．正常工作时机器人电动机每秒钟输出35J动能
D．电池充满电后机器人正常工作约45min后回座机充电
11．（2023•海淀区校级三模）无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，它具有体积小、造价低、使用方便等优点，随着民用无人机的快速发展，广告、影视、婚礼视频记录等正越来越多地出现无人机的身影，如图所示是我国新研究生产的一款航拍器无人机。该款无人机内置电动势E＝15.2V、容量A＝4500mA•h的智能电池，其内电阻忽略不计。若该款无人机正常工作时电池输出稳定的电流为I＝4.5A，飞行时电动机工作效率η＝80%，其他设施正常工作时的电功率为P1＝8.4W。求：
（1）充满一次电，该款无人机理论上正常工作的最长时间t；
（2）电动机1s内输出的机械能E机；
（3）已知该款无人机的总质量为m＝2.0kg，假设无人机飞行时所受到空气阻力恒为f＝4N，g取10m/s2，求该款无人机竖直上升飞行时的最大速度vmax。
五．电源的电动势及内阻
12．（2023•海淀区校级模拟）实验证明，金属棒中的自由电子会发生热扩散现象。当金属棒一端温度高，另一端温度低时，自由电子会在金属棒内部产生热扩散，使得温度较高的一端自由电子的数密度较小，而温度较低的一端自由电子的数密度较大。热扩散作用可以等效为一种非静电力，在温度不均匀的金属棒两端形成一定的电动势，称为汤姆逊电动势。如图所示，金属左侧连接高温热源，保持温度为T1，右侧连接低温热源，保持温度为T2（T1＞T2）。此时该金属棒相当于一个电源，将它与一只电阻相连。下列判断正确的是（ ）
A．T1端相当于电源的正极，T2端相当于电源的负极
B．T2端相当于电源的正极，T1端相当于电源的负极
C．该电源是把电能转化为热能的装置
D．当该电源放电时，金属棒内的非静电力对电子做负功
六．闭合电路的欧姆定律
13．（2024•西城区校级模拟）如图为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上。当大苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较大因而电阻较小，R2两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，其他条件不变的情况下，下面操作可行的是（ ）
A．只适当减小R2的阻值
B．只增大电源E1的电动势
C．只增加缠绕电磁铁线圈的匝数
D．只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些
14．（2023•西城区一模）某同学根据查阅到的某种热敏电阻的R﹣t特性曲线（如图1），设计了图2所示的恒温箱温度控制电路。图2中，Rt为热敏电阻，R1为可变电阻，控制系统可视作R＝200Ω的电阻，电源的电动势E＝9.0V，内阻不计。当通过控制系统的电流小于2mA时，加热系统将开启，为恒温箱加热；当通过控制系统的电流等于2mA时，加热系统将关闭。下列说法正确的是（ ）
A．若要使恒温箱内温度保持20℃，应将R1调为500Ω
B．若要使恒温箱内温度升高，应将R1增大
C．若恒温箱内温度降低，通过控制系统的电流将增大
D．保持R1不变，通过控制系统的电流大小随恒温箱内的温度均匀变化
七．电路动态分析
15．（2024•丰台区一模）如图所示为一个简易的高温报警器原理图。RT为热敏电阻，S为斯密特触发器，其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6V时，Y端从高电势跳到低电势0.25V；当A端电势下降到低电势0.8V时，Y端从低电势跳到高电势3.4V。已知蜂鸣器的工作电压为3～5V，下列说法正确的是（ ）
A．A端为高电势时蜂鸣器报警
B．温度升高，热敏电阻阻值增大
C．滑片P向b端移动，可提高温度报警器的报警温度
D．若无斯密特触发器，可通过将RP与RT调换位置实现同样的功能
16．（2023•东营区校级二模）如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，R0为定值电阻，下列判断正确的是（ ）
A．当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压
B．当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压
C．扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D．扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
八．能量守恒定律
17．（2024•天河区一模）我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。如图是某类潮汐发原理图，利用高、低潮位之间的落差，将海水的重力势能转化为动能，推动水轮机旋转，带动发电机发电。设海湾水库的面积为1.0×106m2，涨潮时水深20m，此时关上水坝的闸门时，可使水位保持20m不变，退潮时，坝外水位降至18m，重力势能转化为电能的效率为10%。每天有两次涨潮，涨潮和退潮时水流都推动水轮机发电，估算该电站一天能发的电能为（ ）
A．2.0×103kW•hB．4.0×104kW•h
C．6.0×108kW•hD．8.0×109kW•h
18．（2023•浙江模拟）国内首个重力储能技术应用示范项目—如东100MWh重力储能项目正在紧锣密鼓地建设中。该项目的工作原理是利用新能源产生的多余电能来推动复合砖进行储能，等到用电高峰时，再降下复合砖，用重力做功发电。该项目中所有复合砖一上一下，完成一次充放电，最大可输出电能100MWh，最大功率25MW，已知此装置把重力势能转化为电能的效率为90%，设每组复合砖质量为2×104kg，每组复合砖的平均提升高度为120m，则共需复合砖的数量为（ ）
A．5×103组B．1.7×104组C．5×104组D．3.4×105组
九．电池电动势和内阻的测量
19．（2023•海淀区校级模拟）随着智能手机耗电的增加，充电宝成了手机及时充电的一种重要选择。研究表明，充电宝在各种电量下放电时，都具有跟电池一样的电源特性。因此，可以把充电宝看作一个跟电池一样有电动势和内阻的直流电源。一位同学想要比较一个充电宝和一块可拆卸的手机锂电池性能的异同，分别测量了两者在不同电量下的电动势和内阻，测量数据如表1和表2所示。根据测量数据，以下说法正确的是（ ）
表1充电宝在各种电量下的电动势跟锂电池对比
表2充电宝在各种电量下的内阻跟锂电池对比
A．充电宝和锂电池的电动势随着储电量的下降都在逐步减小
B．充电宝和锂电池的内阻都和储电量有关
C．手机锂电池随着储电量的减少，其电源性能的变化主要是由电动势的变化引起的
D．充电宝的内电路对输出电压的影响很大
20．（2024•碑林区校级模拟）某物理实验小组看到比亚迪一款新能源汽车末plusdmi，其中汽车电池采用的是比亚迪的刀片电池技术，整块电池铭牌如图甲所示，已知该车内的整块电池是由15块刀片电池串联而成，其中一块刀片电池由8块电芯串联而成。现将一块刀片电池拆解出来，测量其中一块电芯的电动势E和内阻r，现有如下器材：一个电阻箱、一个电压表、开关和若干导线，一块重合，一坐标纸和刻度尺，电路图如图乙所示。
（1）根据汽车电池铭牌，一块电池所带电量为 C；
（2）为了更加精确地测量，图乙中电压表量程应该接 （“5”或“15”）V；
（3）某物理实验小组按图乙连接电路，闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U，利用测量数据，作1U−1R图线如图丙所示，图线的纵轴截距为a，斜率为k，则一块电芯的电动势E＝ ，r＝ ；
（4）利用图乙所示电路测得的电动势En和内阻ra与真实值E和ra相比，E Ea（填“大于”“等于”或“小于”）。
21．（2024•聊城一模）新能源汽车已经普遍走进了我们的生活，某校学生实验小组通过网络查到某品牌电动汽车的铭牌如图所示，已知该车电池采用的是刀片电池技术，整块电池是由15块刀片电池串联而成，其中一块刀片电池由8块电芯串联而成。现将一块刀片电池拆解出来，测量其中一块电芯的电动势E和内阻r，实验中除了导线和开关外，还可利用的器材有：
A.直流电压表V1、V2，量程均为1V，内阻约为3kΩ；
B.定值电阻R0，阻值为7Ω；
C.最大阻值为8kΩ的电阻箱；
D.滑动变阻器R1最大阻值约为10Ω；
E.滑动变阻器R2最大阻值约为5kΩ。
（1）实验前利用1A恒流电源对电芯进行充电，充满的时间约为 h（保留三位有效数字）；
（2）电压表量程不够，需要改装，但是又不知道电压表内阻的准确值，小刚打算将V1改装成量程为3V的电压表。他先将电阻箱与电压表V1串联后，连成图甲所示的电路，其中RP1应选用 （选填R1或R2）。
（3）将滑动变阻器滑片P移至最右端，同时将电阻箱阻值调为零，再闭合开关，将滑动变阻器的滑片P调到适当位置，使电压表刚好满偏。
（4）保持滑片P的位置不变，调节电阻箱，使电压表示数为 V，不改变电阻箱的阻值，电压表和电阻箱的串联组合，就是改装好的量程为3V的电压表。
（5）小刚利用改装后的电压表，连接成图乙所示的电路测量电芯的电动势和内阻，这里的RP2应选用 R1 （选填R1或R2）。移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1、V2的多组数据U1、U2，描绘出U1﹣U2图像如图丙所示，图中直线斜率为k，纵轴截距为a，则电芯的电动势E＝ ，内阻r＝ 。（均用k、a、R0表示）
电量/%
100
80
60
40
20
5
充电宝电动势/V
5.07
5.04
5.04
5.00
5.14
5.08
锂电池电动势/V
4.16
3.96
3.85
3.80
3.75
3.64
电量/%
80
100
60
40
20
5
充电宝内阻/Ω
0.11
0.21
0.20
0.21
0.25
0.15
锂电池内阻/Ω
0.25
0.23
0.23
0.24
0.26
0.25