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2021版浙江新高考选考物理一轮复习教师用书:9第七章 1第1节 部分电路及其规律
展开知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.112019.42020.11.电源和电流c11 18 1 2.电动势c 18 3.欧姆定律、U-I图象及I-U图象c 18 8 4.串联电路和并联电路c 5.焦耳定律c11 6.导体的电阻c9 1818 67.闭合电路的欧姆定律d2218 8.多用电表的原理a 18 18实验:测绘小灯泡的伏安特性曲线 18 18实验:探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 实验:练习使用多用电表 实验:测定电池的电动势和内阻 18 第1节 部分电路及其规律【基础梳理】【自我诊断】判一判(1)导体中只要有电荷运动就形成电流.( )(2)欧姆定律适用于金属导电和气体导电.( )(3)导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比.( )(4)电阻率是由导体本身决定的.( )(5)公式Q=I2Rt适用于任何电路中电热的计算.( )提示:定向 安培(安) 正电荷 A I=nqSv 正比 反比金属 导体对电流阻碍作用 越大 欧姆 Ω 正比 反比 R=ρ导电性能 增大 减小 电场力 W=qU=IUt 快慢 热量 Q=I2Rt P==I2R, (6)公式P=IU只适用于纯电阻电路中电功率的计算. ( )提示:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×做一做有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220V 60W”,现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量( )A.日光灯最多B.电烙铁最多C.电风扇最多D.一样多提示:选B.电烙铁是纯电阻用电器,即以发热为目的,电流通过它就是用来发热,而日光灯和电风扇是非纯电阻电路,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能(光能和叶片动能),综上所述,只有选项B正确.想一想电动机正常工作时,电功率大于热功率,当电动机通电卡住不转时,则电功率与热功率满足什么关系?为什么?提示:相等,电动机通电卡住不转时相当于一个发热的纯电阻,故电功率与热功率相等. 对电阻定律和欧姆定律的理解和应用【题组过关】1.(2019·4月浙江选考)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<I2 B.>C.= D.<解析:选D.电动机和小电珠串联接入电路,故I1=I2,A错误;电动机是非纯电阻用电器,满足I2<,小电珠是纯电阻用电器,满足I1=,又I1=I2,故<,可得<,D正确.2.(2020·1月浙江选考)小明在一根细橡胶管中灌满食盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱.他将此盐水柱接到电源两端,电源电动势和内阻恒定.握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍,若忽略温度对电阻率的影响,则此盐水柱( )A.通过的电流增大B.两端的电压增大C.阻值增大为原来的1.2倍D.电功率增大为原来的1.44倍答案:B1.R=是比值法定义电阻的定义式,导体的电阻R由导体本身的性质决定,不是由U和I决定的.对于某一导体,它的电阻R不变,它的电压U和电流I成正比.2.I=是欧姆定律的数学表达式,它反映了导体中电流与电压、电阻的比例关系.常用于计算一段电路加上一定电压时产生的电流,适用条件是金属或电解液导电(纯电阻电路).3.欧姆定律并不适用于所有的导电现象.除金属外,对电解液导电也是适用的,但对气体导电以及含有电动机、电解槽等的电路就不适用了. 4.两个公式的区别 公式R=R=ρ适用条件 (1)金属、电解液(2)纯电阻电路导电材料字母含义U:导体两端电压I:通过导体的电流ρ:材料电阻率l:沿电流方向导体的长度S:垂直电流方向导体的横截面积公式含义反映了R的大小,不能说R∝U、R∝R的决定式,R由ρ、l、S共同决定 对伏安特性曲线的理解【知识提炼】1.伏安特性曲线即I-U图线,横轴表示电压,纵轴表示电流,图线反映了电流随电压变化的规律.2.线性元件的I-U图象是一条过原点的倾斜直线,斜率表示电阻的倒数,线性元件的U-I图象也是一条过原点的倾斜直线,但斜率表示电阻,要加以区别.如图所示,在图甲中R2<R1,图乙中R2>R1. 3.非线性元件的I-U图线是曲线时,导体电阻Rn=,即电阻等于图线上点(Un,In)与坐标原点连线的斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数,如图丙.【典题例析】 (2020·温州月考)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中不正确的是( )A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大B.对应P点,小灯泡的电阻为R=C.对应P点,小灯泡的电阻为R=D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积的大小[解析] 由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是R=,由图线不难看出,随电压的增大,电流的增加变得越发缓慢(I-U图线的斜率逐渐减小),电阻变大,故A、B正确,C错误;小灯泡的功率P=UI,所以D正确.[答案] C (多选)(2020·金华调研)某导体中的电流I随其两端电压U的变化如图所示,则下列说法中正确的是( )A.加5V电压时,导体的电阻为0.2ΩB.加12V电压时,导体的电阻为8ΩC.随着电压的增大,导体的电阻不断增大D.随着电压的增大,导体的电阻不断减小解析:选BC.加5V的电压时,电流为1.0A,则由欧姆定律可知,R==Ω=5Ω,故A错误;加12V的电压时,电流为1.5A,则可得电阻为:R′=Ω=8Ω,故B正确;由题图可知,随电压的增大,图象中的点与坐标原点的连线的斜率减小,则可知导体的电阻越来越大,故C正确,D错误. 电路中的电功与电热【知识提炼】1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较2.电动机的三个功率及关系 输入功率电动机的总功率P总=P入=UI输出功率电动机的有用功的功率,也叫机械功率热功率电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时会发热,热功率P热=I2r三者关系P总=P出+P热效率η=×100%=×100%特别说明①正常工作的电动机是非纯电阻元件②电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件【典题例析】 (多选)(2020·湖北宜昌一中模拟)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电动车的质量为m,电动车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则( )A.电动机的内阻为R=B.电动机的内阻为R=-C.如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源消耗的功率将变大D.如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源消耗的功率将变小[解析] 根据能的转化与守恒定律,EI=I2R+kmgv,所以电动机的内阻为R=-,选项B正确,A错误;当电动机突然被卡住而停止转动时,变成了纯电阻电路,回路的电流变大,故电源消耗的功率P=EI将变大,选项C正确,D错误.[答案] BC【题组过关】1.如表为某电热水壶铭牌上的一部分内容,根据表中的信息,可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为( ) 型号DF-938额定功率900W额定电压220V额定容量1.2LA.6.8A B.4.1AC.1.2A D.0.24A解析:选B.由铭牌读出电热水壶额定功率为P=900W,额定电压为U=220V;由P=UI得,通过电热水壶额定电流为:I==A≈4.1A.2.(2020·浙江严州仿真测试)电视机可以用遥控器关机而不用断开电源,这种功能叫做待机功能.这一功能给人们带来了方便,但很少有人注意到在待机状态下电视机仍然要消耗电能.例如小明家的一台34寸彩色电视机的待机功率大约是10W,假如他家电视机平均每天开机4h,看完电视后总是用遥控器关机而不切断电源.试估算小明家一年(365天)中因这台电视机待机浪费的电能( )A.2.6×108J B.2.6×107JC.3.2×108J D.5.3×107J解析:选A.电视机每天待机消耗的电能为W0=Pt=0.01kW×(24h-4h)=0.2kW·h,每年消耗的电能为W=365·W0=365×0.2kW·h=73kW·h=2.628×108J;故选A. [随堂检测]1.(2017·11月浙江选考)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( ) 电器消耗功率/W工作时间/h电茶壶20001空调12003电视机1002节能灯164路由器924A.6.1×103W B.6.1×103JC.2.2×104W D.2.2×107J答案:D2.(2020·舟山质检)一段长为l,电阻为R的均匀电阻丝,把它拉制成3l长的均匀细丝后,切成等长的三段,然后把它们并联在一起,其电阻值为( )A. B.3RC. D.R解析:选D.根据电阻定律R=ρ,在拉伸过程中电阻丝的体积不变,当长度变为原来的3倍后,横截面积变为原来的,所以R′=ρ=ρ=9R,平分成3段后,每段的电阻为3R,故根据并联电路规律可得并联后的电阻为=++,解得R并=R,故选项D正确.3.欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律,有一个长方体金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c,电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻阻值最小的是( )解析:选A.由电阻的决定式可知,A中电阻RA=ρ;B中电阻RB=ρ;C中电阻RC=ρ;D中电阻RD=ρ,故电阻最小的为A.4.两个电阻R1、R2(R1>R2)组成的如图所示的四种电路,其中电路总阻值最小的是( )解析:选B.两个电阻串联时,总电阻最大,故A错误;两个电阻并联时,总电阻最小,故B正确;只连接电阻R1时的电阻大于两个电阻并联的总阻值,故C错误;只连接电阻R2时的电阻大于两个电阻并联的总阻值,故D错误.5.(2020·绍兴调研)R1、R2的伏安特性曲线如图所示.下列说法正确的是( )A.R1、R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域ⅠB.R1、R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域ⅡC.R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域ⅠD.R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域Ⅱ解析:选A.在I-U图象中,图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数,由图可知电阻R1的阻值较大,电阻R2的阻值较小.R1、R2并联后的总电阻小于任意一个电阻值,所以伏安特性曲线在电阻值比较小的Ⅰ区,故A正确,B错误;若将两电阻串联后接入电路,由于串联后的总电阻大于任意一个电阻,所以R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在电阻值比较大的区域Ⅲ,故C、D错误. [课后达标]一、选择题1.如图所示是某一电器的铭牌.从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是( )答案:A2.(2016·10月浙江选考)如图为一种服务型机器人,其额定功率为48W,额定工作电压为24V.机器人的锂电池容量为20A·h.则机器人( )A.额定工作电流为20AB.充满电后最长工作时间为2hC.电池充满电后总电量为7.2×104CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J答案:C3.现象一:傍晚用电多的时候,灯光发暗,而当夜深人静时,灯光特别明亮;现象二:在插上电炉等大功率电器时,灯光会变暗,拔掉后灯光马上亮了起来.下列说法正确的是( )A.现象一是因为夜深人静时,周围比较黑,突显出灯光特别明亮B.现象二是因为电炉等大功率电器的电阻都比较大引起的C.两个现象都可以用电阻定律R=ρ来解释D.两个现象都可以用闭合电路欧姆定律来解释解析:选D.由于大多数用电器都是并联的,当傍晚用电多的时候或者插上电炉等功率大的用电器时,干路上的总电流会变大,这时候导线上的电压损失就会增加,当变压器输出电压一定的情况下,会使得用户得到的电压减小,所以电灯就会发暗;而当夜深人静时用户用电器减少或者拔掉电炉等功率大的用电器时,干路上的总电流会减小,这时候导线上的电压损失就会减小,用户得到的电压增大,所以电灯就会明亮,因此两个现象都可以用闭合电路欧姆定律来解释,故D正确,A、B、C错误.4.(2020·浙江十校联考)在如图所示电路中,AB为粗细均匀、长为L的电阻丝,以A、B上各点相对A点的电压为纵坐标,各点离A点的距离x为横坐标,则U随x变化的图线应为( )答案:A5.(2020·台州质检)电位器是变阻器的一种.如图所示,如果把电位器与灯泡串联起来,利用它改变灯的亮度,下列说法正确的是( )A.连接A、B使滑动触头顺时针转动,灯泡变亮B.连接A、C使滑动触头逆时针转动,灯泡变亮C.连接A、C使滑动触头顺时针转动,灯泡变暗D.连接B、C使滑动触头顺时针转动,灯泡变亮解析:选D.根据电位器结构和连接可知:连接A、B使滑动触头顺时针转动时回路电阻增大,回路电流减小,灯泡变暗,A错误;同理,D正确;连接A、C时,滑动触头不能改变回路电阻,灯泡亮度不变,故B、C错误.6.把两根同种材料做成的电阻丝,分别接在两个电路中,甲电阻丝长为l,直径为d,乙电阻丝长为2l,直径为2d,要使两电阻丝消耗的功率相等,加在两电阻丝上的电压应满足( )A.=1 B.=C.= D.=2解析:选C.由电阻定律R甲=ρ=4ρ,R乙=ρ=2ρ,P甲=,P乙=,要使P甲=P乙,即=,==2,故=.7.LED灯已逐渐走入千家万户,与普通光源相比,LED灯更节能环保,发光时发热量极低;实验小组研究图甲所示的某种LED灯得到如图乙所示的U-I图线,这种LED灯工作时需要达到开启电压U0,当达到开启电压,灯亮后,即使电压升高很大,电流只略有增大,因此LED灯普遍使用的是恒流电源.现测得此LED灯工作时电流为I1,其两端电压为U1,下列说法正确的是( )A.LED灯为线性元件B.LED灯为纯电阻元件C.LED灯在P点工作时其电阻RP在数值上等于过P点的切线的斜率D.LED灯在P点工作时其功率为PP=U1I1答案:D8.用电动势为E、内电阻为r的电池组直接向线圈电阻为R的电动机供电,电动机正常工作后,测得通过的电流为I、电动机两端的电压为U,则( )A.电路中电流I=B.在时间t内,电池组消耗的化学能为IEtC.在时间t内,电动机输出的机械能是IEt-I2rtD.以上说法都不对解析:选B.当电动机正常工作时,其电路是非纯电阻电路,I<,故A错误.由电源定义知在时间t内,电池组消耗的化学能为IEt,B正确;电动机的输出功率是机械功率,根据能量守恒定律得,P出=P电-P热=UI-I2R,在时间t内,电动机输出的机械能是IUt-I2Rt,故C、D错误.9.(2020·绍兴质检)电话的话筒可以把声音信号转换为电流信号.碳精话筒的结构如图所示,碳精盘和振动膜之间充满了接触不紧密的碳粒.声音使振动膜振动,改变碳粒接触的紧密程度,可改变电路中电流的大小.对此,以下说法正确的是( )A.如果声波的频率越高,则电路中的电流越大B.如果声波的频率越高,则电路中的电流越小C.如果声波的振幅越高,则电路中的电流越大D.如果声波的振幅越高,则电路中的电流越小解析:选C.改变碳粒接触的紧密程度,实际上改变的是其电阻,接触越紧密,电阻越小.而声波的振幅越高,则碳粒接触的程度越紧密.10.(2020·嘉兴高二期中)当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J.为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( )A.3V 1.8J B.3V 3.6JC.6V 1.8J D.6V 3.6J解析:选D.设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t.由公式W1=U1q1和W1=t可得:U1=3V,=0.1.再由W2=U2q2和W2=t可得:U2=6V,W2=3.6J,故D正确.11.小李家的房子装修,买了一卷规格为“100m、4mm2”的铜导线(已知铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m),用来安装一路专线,对额定电压为220V,额定功率为2.0kW的空调供电.实际上只用去了一半导线,如果空调能够正常工作时,估算导线上损失的电压约为( )A.1.9V B.0.19VC.2.5V D.0.25V答案:A12.(2020·宁波质检)在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路.调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V.重新调节R并使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V.则这台电动机正常运转时输出功率为( )A.32W B.44WC.47W D.48W解析:选A.当电动机停止转动时,此时电动机相当于一个纯电阻,所以由题中的两表读数,可以计算出电动机的内阻为r=,代入数据得r=4Ω,重新调节R并使电动机恢复正常运转,根据题中的两表读数,计算出电动机的输出功率为P=UI-I2r,代入数据得P=32W,B、C、D错误,A正确.13.如图所示,某品牌电动汽车电池储存的电能为60kW·h,充电时,直流充电桩的充电电压为400V,充电时间为4.5h,充电效率为95%.汽车以v=108km/h的速度在高速公路匀速行驶时,输出功率为15kW,转化成机械能的效率为90%,则( )A.充电电流约为33AB.匀速行驶距离可达432kmC.匀速行驶时每秒钟消耗电能为1.5×104JD.匀速行驶时所受阻力为500N解析:选D.电能E=60kW·h=6×104W·h,由W=UIt可知,充电电流I=A=35A,故A错误;汽车能匀速行驶的时间t=h=3.6h,故汽车匀速行驶的最大距离为x=vt=108×3.6km=388.8km,故B错误;匀速行驶时每秒钟输出的机械能W=Pt=15×103×1J=1.5×104J,因消耗的电能中有一部分转化为内能,故消耗的电能一定大于1.5×104J,故C错误;匀速行驶时,v=108km/h=30m/s,F=f,由P=Fv=fv,可得f=N=500N,故D正确.14.在杭州湾入海口,有亚洲第一座大型海上风电场——东海大桥海上风电场,该风电场有58台风机,风机叶轮直径91m,总装机容量约200兆瓦,所生产的绿色电能,相当于为海减少了20万辆小轿车产生的碳污染.已知空气密度为1.29kg/m3,假设风能转成电能的效率为50%,则杭州湾海域的平均风速约为( )A.1m/s B.4m/sC.7m/s D.10m/s解析:选C.以叶片长l为半径的圆面积S=πl2,在时间t内通过的位移x=vt,该体积风的动能为E=ρSxv2=ρπl2vtv2,转化效率为η=50%,功率公式P=,该风力发电机发出的电功率的数学表达式为P=ηρπl2v3,代入数据,得v≈7m/s,故A、B、D错误,C正确.15.新能源汽车发展得如火如荼,大家正在争论锂电池和燃料电池的时候,已经有人开始着手太阳能汽车的研发.近日,荷兰的一家公司表示首批太阳能汽车TellaLux将于2019年末发售.已知该太阳能汽车质量仅约为360kg,输出功率为1440W,安装有约为6m2的太阳能电池板和蓄能电池,在有效光照下,该电池板单位面积输出功率为30W/m2.现有一驾驶员质量为70kg,汽车最大行驶速度为125km/h,汽车行驶时受到的阻力与其速度成正比,下列说法正确的是( )A.以恒定功率启动时的加速度大小约为0.3m/s2B.以最大速度行驶时的牵引力大小约为11.5NC.保持最大速度行驶1h至少需要有效光照12hD.仅使用太阳能电池板提供的功率可获得12.3m/s的最大行驶速度答案:D16.如图所示,学校为创建绿色校园改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100W);免维护蓄电池(60~250A·h/12V,充电效率为80%);照明时间(4~12h可根据需要任意调节,阴雨天可连续工作5~7d);光控时LED照明恒流输出功率(15~60W);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2h,光电系统可吸收太阳能为4.0×106JB.LED照明5h,照明时恒流最多输出电能为1.08×106JC.利用太阳能电池给蓄电池充电,充满需要的最长时间为30hD.利用免维护蓄电池给60W的LED供电,最长时间约为50h解析:选C.光电转换电池功率为100W,2小时可吸收的太阳能为100×2×3600÷18%J=4.0×106J,A正确;LED照明5小时,恒流输出的最多电能为60×5×3600J=1.08×106J,B正确;利用太阳能电池给蓄电池充电,充满需要的最长时间t=12×250÷100÷80%h=37.5h,C错误;利用免维护蓄电池给60W的LED供电,最长时间为250×12÷60h=50h,D正确.17.智能扫地机器人是智能家用电器的一种,能凭借一定的人工智能自动在房间内完成地板清理工作,现今已慢慢普及,成为现代家庭的常用家电产品.如图为某款智能扫地机器人,其参数见表格,工作时将电池内部化学能转化为电能的效率为60%.下列说法中正确的是( ) 产品名称×××尘盒容量0.3L清扫路线自由式液晶显示有电池容量5000mA·h充电器输出直流24V/1000mA噪音≤60dB额定功率40W行走速度20cm/s工作电压24VA.该扫地机器人的电池从完全没电到充满电所需时间约为8.3hB.该扫地机器人最多能储存的能量为4.32×105JC.该扫地机器人充满电后能工作5hD.该扫地机器人充满电后能工作3h解析:选B.由表格内的数据可知,电池的容量是5000mA·h,充电器输出为1000mA,则需要充电5h,故A错误;电池容量q=5000mA·h=5A·h=1.8×104C,最多能储存的能量为:W=qU=1.8×104×24J=4.32×105J,故B正确;额定功率为40W,所以工作的时间:t1==s=6.48×103s=1.8h,故C、D错误.二、非选择题18.(2020·丽水高二月考)某地要把河水抽高20m,进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作.工作电压为380V,此时输入电动机的电功率为19kW,电动机的内阻为0.4Ω.已知水的密度为1×103kg/m3,重力加速度取10m/s2.求:(1)电动机内阻消耗的热功率;(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度).解析:(1)设电动机的电动率为P,则P=UI设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则Pr=I2r代入数据解得Pr=1×103W.(2)设蓄水总质量为M,所用抽水时间为t.已知抽水高度为h,容积为V,水的密度为ρ,则M=ρV设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp则ΔEp=Mgh设电动机的输出功率为P0,则P0=P-Pr根据能量守恒定律得P0t×60%×80%=ΔEp代入数据解得t=2×104s.答案:(1)1×103W (2)2×104s19.(2020·舟山检测)用一个额定电压为12V的灯泡做实验,测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图所示.(1)在正常发光条件下,灯泡的电功率为多大?(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比,室温为T=300K,求正常发光条件下灯丝的温度.(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20V电压上,要使灯泡能正常发光,串联的电阻为多大?解析:(1)U=12V时正常发光,此时灯泡电阻为R=8Ω则P==W=18W.(2)U=0时,灯丝为室温,此时电阻R0=1Ω由题意设R=kT则有8=kT01=k×300解得:T0=2400K.(3)由串联分压规律得:=R串=5.33Ω.答案:见解析