鲁科版高中物理必修第三册第3章恒定电流单元检测含答案

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单元素养检测(三)(第3章)(90分钟　100分)【合格性考试】(60分钟　60分)一、选择题(本题共9小题，每小题3分，共27分)1.下列关于电阻率的叙述，错误的是 (　　)A.当温度极低时，超导体的电阻率会突然减小到零B.电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度C.常用导线是用电阻率较小的铝、铜材料做成的D.材料的电阻率随温度变化而变化【解析】选B。当温度极低时，超导材料的电阻率会突然减小到零，故A正确；材料的电阻率取决于导体的材料和温度，与导体的电阻、横截面积和长度无关，故B错误；铝、铜的电阻率较小，故常用的导线是用铝、铜材料做成的，故C正确；材料的电阻率取决于导体的温度，故材料的电阻率随温度变化而变化，所以D正确。本题选择错误的，故选B。2.电路中有一段金属丝长为L，电阻为R，要使电阻变为4R，下列可行的方法是 (　　)A.将金属丝拉长至2LB.将金属丝拉长至4LC.将金属丝对折后拧成一股D.将金属丝两端的电压提高到原来的4倍【解析】选A。将金属丝拉长至2L，体积不变，则横截面积变为原来的，根据R=ρ知，电阻变为原来的4倍，故A正确；将金属丝拉长至4L，体积不变，则横截面积变为原来的，根据R=ρ知，电阻变为原来的16倍，故B错误；将金属丝对折后拧成一股，长度变为原来的一半，横截面积变为原来的2倍，根据R=ρ知，电阻变为原来的，故C错误；将金属丝两端的电压提高到原来的4倍，电阻不变，故D错误。故选A。3.如图所示是通有恒定电流的某段导体。在5 s内有10 C的负电荷向右通过横截面A，则导体内电流的大小和方向分别是              (　　)A.2 A、向右    B.2 A、向左C.50 A、向右   D.50 A、向左【解析】选B。根据电流的定义式I=得电流的大小为：I= A=2 A；电流方向规定为正电荷定向移动的方向，因移动的是负电荷，电流方向与定向移动的方向相反，故电流向左。故B正确，A、C、D错误。故选B。4.通过电阻R的电流强度为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流强度为，则在时间t内产生的热量为              (　　)A.   B.2Q   C.4Q   D.【解析】选A。根据Q=I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流强度变为原来的，时间不变，则热量变为：Q′=()2·2R·t=I2Rt=Q。故选A。5.利用功率为500 W的取暖器给书房取暖，书房的体积为30 m3，房间温度为0 ℃。已知空气密度为1.29 kg/m3，每千克空气每升高1 ℃吸收的热量为1 000 J，取暖器产生能量的50%用于加热空气，若每一度电的电费为0.5元，下列说法正确的是              (　　)A.1 h内取暖器消耗的电能为500 JB.1 h内取暖器产生的热量为25 000 JC.1 h后房间的温度约为23 ℃D.若每天使用取暖器1 h，需要付电费250元【解析】选C。1 h内取暖器消耗的电能为：W=Pt=500×3.6×103 J=1.8×106 J，故A错误；1 h内取暖器产生的热量为：Q=Wη=1.8×106×50% J=9×105 J，故B错误；房间内空气的质量为：m=ρV=1.29×30 kg=38.7 kg，由热量公式得：Q=mcΔt，代入数据解得：Δt≈23 ℃，房间温度为0 ℃，则1 h后房间的温度约为23 ℃，故C正确；1 h消耗的电能为：W=Pt=500×3.6×103 J=1.8×106 J=0.5 kW·h，若每天使用取暖器1 h，需要付电费：0.5×0.5元=0.25元，故D错误。故选C。6.在检验两地是否短路的测试中，经常用到如图所示的电路，电路中的电阻R1=50 Ω，R2=R3=30 Ω，有一测试电源，所提供的测试电压恒为80 V。以下说法正确的是 (　　)A.若将cd端短路，ab之间的等效电阻为50 ΩB.若将ab端短路，cd之间的等效电阻为60 ΩC.当ab两端接上测试电源时，cd两端的电压为30 VD.当cd两端接上测试电源时，ab两端的电压为30 V【解析】选C。当cd端短路时，ab间电路的结构是：电阻R2、R3并联后与R1串联，等效电阻为：R=+R1= Ω+50 Ω=65 Ω；故A错误；当ab端短路时，cd之间的电路结构是：电阻R1、R3并联后与R2串联，等效电阻为：R=+R2= Ω+30 Ω=48.75 Ω，故B错误；当ab两端接上测试电源时，cd两端的电压等于电阻R3两端的电压，Ucd=E=×80 V=30 V；故C正确；当cd两端接上测试电源时，ab两端的电压等于电阻R3两端的电压，为Uab=E=×80 V=40 V；故D错误。7.如图甲所示，装饰用的彩灯，穿成一串，接在220 V电源上，观察灯的结构发现，每个灯的灯丝(R1)引线上方绕有金属电阻丝(R2)，如图乙所示。下列对电路情况的几种分析中正确的是              (　　)A.根据工作特性，R1大于R2B.根据工作特性，R1应该小于R2C.当其中一个灯的灯丝断了，其余的灯将熄灭D.当其中一个灯的灯丝断了，其余的灯将变亮【解析】选B。根据并联电路特点，功率与导体电阻成反比，电阻越小，则功率越大，才会发热发光。所以灯丝电阻R1小于金属电阻丝电阻R2。所以A错误，B正确。当灯的灯丝断了之后，电路中电阻增加，则电流变小，故亮度变暗。所以C、D选项错误。故选：B。8.饮水机是一种常见的家用电器，其工作电路可简化为如图所示的电路，其中S是温度控制开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R2是饮水机加热管的电阻，R1是与加热管串联的电阻。该饮水机的额定电压是220 V，加热功率是550 W，保温时整机耗电量为0.48 kW/24 h(不考虑R1、R2的阻值受温度影响)。当开关S闭合时，饮水机处于何种工作状态及R2的阻值为              (　　)A.加热　220 Ω    B.加热　88 ΩC.保温　88 Ω    D.保温　220 Ω【解析】选B。根据电功率公式P=知，当电源电压不变时电阻越小功率越大。电源电压不变，当S断开时，R1与R2串联；当S闭合时，只有R2接入在电源上，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S闭合时是加热状态。则R2== Ω=88 Ω，故B正确，A、C、D错误。故选B。9.某同学将一毫安表改装成双量程电流表。如图所示，已知毫安表表头的内阻为100 Ω，满偏电流为1 mA；R1和R2为定值电阻，且R1=5 Ω，R2=20 Ω，则下列说法正确的是              (　　)A.若使用a和b两个接线柱，电表量程为24 mAB.若使用a和b两个接线柱，电表量程为25 mAC.若使用a和c两个接线柱，电表量程为4 mAD.若使用a和c两个接线柱，电表量程为10 mA【解析】选B。若使用a和b两个接线柱，则R2与表头串联然后共同与R1并联，根据并联电路两端电压相等，可得(100 Ω+R2)×1 mA=R1×(I-1 mA)；解得I=25 mA。故A错误，B正确；若使用a和c两个接线柱，则R2与R1串联然后共同与表头并联，根据并联电路两端电压相等，可得100 Ω×1 mA=(R1+R2)×(I-1 mA)；解得I=5 mA；故C、D错误。二、实验题(本题共1个题，共6分)10.某同学想要知道一段金属丝的长度，由于不便直接用刻度尺测量，该同学设计了如下实验：(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图甲所示，读得直径d=________mm。 (2)为了比较精确地测出此金属丝的电阻，该同学设计了如图乙的电路。实验时，闭合开关，调节滑动变阻器R1的滑片至合适位置，将a先后与b、c连接，发现电流表示数变化较大，电压表示数变化不明显，则测量时应将a接________(选填“b”或“c”)。按此连接测量，测量结果相比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)。 (3)根据实验测得的数据，得到如图丙所示的U-I图像，根据图像可得待测电阻R=________Ω(保留两位有效数字)。 【解析】(1)由图甲所示螺旋测微器可知，金属丝直径：d=4.5 mm+19.8×0.01 mm=4.698 mm；(2)将a先后与b、c连接，发现电流表示数变化较大，电压表示数变化不明显，说明电压表分流对实验影响较大，为减小实验误差，电流表应采用内接法，测量时a应接c点；电流表采用内接法，由于电流表的分压作用，电压测量值偏大，由欧姆定律可知，待测电阻测量值大于真实值。(3)由图丙所示图线可知，待测电阻阻值为：R== Ω=6.0 Ω。答案：(1)4.698　(2)c　偏大　(3)6.0三、计算题(本题共3小题，共27分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11.(8分)一灯泡的伏安特性曲线如图所示，已知该灯泡额定电压为8 V。(1)求灯泡正常发光时的电功率P；(2)若把定值电阻与该灯泡串联，接在U0=15 V的电压上，灯泡能正常发光，求串联电阻的阻值。【解析】(1)根据图像得出电压为8 V时电流I=0.6 A，    (2分)则灯泡正常发光时电功率P=UI=8×0.6 W=4.8 W       (2分)(2)灯泡能正常发光，电压为8 V，电流为0.6 A，根据闭合电路欧姆定律得：U0=U+IR          (2分)解得：R== Ω= Ω            (2分)答案：(1)4.8 W　(2) Ω12.(9分)如图所示电路中，R1=10 Ω，R2=10 Ω，R3=5 Ω，U=10 V，求：(1)电路中总电阻的阻值R总；(2)通过各电阻的电流I1、I2、I3是多少？【解析】(1)分析电路，电阻R1和R2并联，再与R3串联，电路的总电阻：R总=+R3=10 Ω。             (4分)(2)根据欧姆定律可知，电流I3==1 A，              (3分)根据并联电路规律可知，I1=I2=0.5 A。        (2分)答案：(1)10 Ω　(2)0.5 A　0.5 A　1 A13.(10分)近年来，电动汽车以其低噪音、无废气污染、耗能少、使用方便等优势，迅速走进人们的生活，成为未来汽车发展的方向。若某款电动汽车所用电动机两端的电压为380 V，电动机线圈的电阻为3 Ω，通过电动机的电流为10 A，则：(1)电动机工作5 min消耗的电能为多少焦？(2)工作5 min产生的热量是多少焦？【解析】(1)由W=UIt，得：W=380×10×300 J=1.14×106 J         (3分)故电动机工作5 min消耗的电能为1.14×106 J。     (2分)(2)产生的热量Q=I2Rt=102×3×300 J=9×104 J          (3分)故产生的热量是9×104 J            (2分)答案：(1)1.14×106 J　(2)9×104 J【等级性考试】(30分钟　40分)14.(6分)如图是小灯泡L(灯丝材料是钨)和某种电阻R的伏安特性曲线，M为两曲线交点。下列说法正确的有              (　　)A.在M点状态下，小灯泡L和电阻R的功率相等B.在M点状态下，小灯泡L的阻值比电阻R的小C.曲线a是小灯泡L的伏安特性曲线，曲线b是电阻R的伏安特性曲线D.曲线a是电阻R的伏安特性曲线，曲线b是小灯泡L的伏安特性曲线【解析】选A、C。图线中的M点，电流和电压都相等，根据欧姆定律，电阻相等；功率P=UI也相等；故A正确，B错误；随着电压的增加，元件的热功率增加，温度升高；从图像可以看出，a图线对应电阻增大，b图线对应电阻减小；热敏电阻其阻值随温度的升高而减小，而小灯泡的电阻随温度的升高而增加；故a是小灯泡L，b是电阻R，故C正确，D错误。故选A、C。15.(6分)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度为v，则金属棒内的电场强度大小为              (　　)A.ρnev    B.C.     D.【解题指南】(1)利用电流的微观表达式求得电流；(2)由电阻的定义式求得电阻；(3)由E=求得电场强度。【解析】选A。导体中的电流为I=neSv，导体的电阻为R=，导体两端的电压为U=RI，场强为E=，联立解得E=ρnev，故A正确，B、C、D错误。故选A。16.(6分)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【解析】选C。RL、Rs的并联电阻值为R并== Ω，RL两端的电压为U=R并I=×3 V=2 V，故A不符合题意；流过RL的电流为IL== A=2 A，故B不符合题意；Rs上消耗的电功率为Ps==2.0 W，故C符合题意；流过RL的电流为IL=I=I，如果减小Rs的电阻，则IL减小，RL的电功率减小，故D不符合题意。17.(8分)有一根细长而均匀的金属管线样品，长约60 cm，电阻大约为6 Ω，横截面积如图甲所示。(1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，金属管线的外径为________mm； (2)现有如下器材A.电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)B.电流表(量程0～3 A，内阻约0.03 Ω)C.电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)D.滑动变阻器(1 750 Ω，0.3 A)E.滑动变阻器(15 Ω，3 A)F.蓄电池(6 V，内阻很小)G.开关一个，带夹子的导线若干要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选________，滑动变阻器应选________(只填代号字母)。 (3)请将图丙所示的实际测量电路补充完整。(4)已知金属管线样品材料的电阻率为ρ，通过多次测量得出金属管线的电阻为R，金属管线的外径为d，要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的截面积S，在前面实验的基础上，还需要测量的物理量是________。计算中空部分截面积的表达式为S=________。 【解析】(1)由图示螺旋测微器可知，其示数为：0.5 mm+40.5×0.01 mm=0.905 mm；(2)电路中的电流大约为I== A=0.5 A，所以电流表选择A。待测电阻较小，若选用大电阻的滑动变阻器，测量误差较大，所以滑动变阻器选择E。(3)待测电阻远小于电压表内阻，属于小电阻，所以电流表采用外接法。滑动变阻器可以采用限流式接法，实物电路图如图所示；(4)导体的电阻值与导体的长度有关，所以还需要测量的物理量是管线长度L，根据R=ρ则有：S′=，则中空部分的截面积为： S=-S′=-。答案：(1)0.905　(2)A　E　(3)见解析图(4)管线长度L　-18.(14分)如图所示，一直流电源与一保护电阻R0和一直流电动机串联，已知电源电动势E=24 V(电源内阻不计)，保护电阻R0=4 Ω，电动机内阻R=2 Ω，电动机竖直向上匀速吊起一质量为m=1 kg的重物时，电流表的读数I=2 A，不计一切阻力，g取10 m/s2。(1)电动机的电功率及热功率分别为多大？(2)重物匀速上升的速度v多大？(3)电动机的效率是多少？【解析】(1)由题知，电源电动势E=24 V，保护电阻R0的电压为：UR0=IR0=2×4 V=8 V              (2分)电动机上的电压为：U=E-UR0=24 V-8 V=16 V             (1分)电动机消耗的电功率为：P=UI=16×2 W=32 W              (2分)电动机的热功率为：P热=I2R=22×2 W=8 W              (2分)(2)电动机的输出功率为： P机=P-P热=32 W-8 W=24 W            (2分)当重物匀速上升时，有：P机=Fv=mgv               (2分)代入数据可得：v=2.4 m/s(3)电动机的效率为：             (1分)η=×100%=×100%=75%           (2分)答案：(1)32 W　8 W　(2)2.4 m/s　(3)75%