高考物理复习 10_专题十　恒定电流

,高考物理(北京市选考专用),专题十恒定电流,考点一部分电路的基本概念和规律,五年高考,A组自主命题北京卷题组,1.(2015北京理综,19,6分)如图所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A;R1的阻值等于电流表内阻的;R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A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0.04AB.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02AC.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06AD.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01A,答案C设电流表的内阻为RA,则R1=RA,R2=2RA,将接线柱1、2接入电路时,流过接线柱1的电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06A;将接线柱1、3接入电路时,流过接线柱1的电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06A。选项A、B、D错误,C正确。,2.2014北京理综,24(2)若导线MN的质量m=8.0g、长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,假设一个原子贡献1个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据)。,答案7.810-6m/s,解析导线MN中含有的原子数为N=NA因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线MN中的自由电子数也是N。导线MN单位体积内的自由电子数n=其中,S为导线MN的横截面积。因为电流I=nveSe所以ve=解得ve=7.810-6m/s,3.(2016课标,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.,B组统一命题课标卷题组,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,方法技巧化简电路时会熟练应用电势排列法,才能又准又快地画出等效电路。,评析本题为恒定电路中含容电路问题,考查考生化简电路的能力及对串并联电路相关问题的计算能力。属于中等难度的题。,考点二闭合电路欧姆定律,自主命题北京卷题组,1.(2011北京理综,17,6分)如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大,答案A在变阻器R0的滑动端向下滑动过程中,其连入电路的有效电阻减小,则R总减小,由I=可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由U1=IR1可知增大,由U外=+U并可知U并减小,由I2=可知电流表示数变小,故A正确。,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。,答案见解析,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.(2019江苏单科,3,3分)如图所示的电路中,电阻R=2。断开S后,电压表的读数为3V;闭合S后,电压表的读数为2V,则电源的内阻r为()A.1B.2C.3D.4,教师专用题组,答案A本题考查了欧姆定律内容,有利于培养学生的推理能力,体现了核心素养中的科学思维和科学态度要素。若断开S,则电压表的示数等于电源电动势E,则E=3V。若闭合S,据串联电路电压分配关系可得=,且U=2V,R=2,得出r=1,故选项A正确。,关键提示电压表的读数为路端电压,而当断开S时,外电路电阻R外无穷大,此时可以认为电压表的读数就等于电池的电动势。,考点一部分电路的基本概念和规律,三年模拟,A组20172019年高考模拟考点基础题组,1.(2019北京石景山期末,8)某小灯泡的一段伏安特性曲线如图所示,当通过灯泡的电流由0.10A变为0.15A时,灯泡的电阻变化了()A.10B.30C.40D.60,答案AR=,将U-I图像中(0.10A,3.0V),(0.15A,6.0V)代入得R1=30,R2=40,因此电阻变化了10。,易错警示电阻的定义式是R=,可由U-I图像中每点到原点的连线对应斜率表示,而不是由该点的切线斜率表示。,2.(2018北京石景山一模,19)两个电压表V1和V2是由完全相同的两个电流表改装而成的,V1量程是5V,V2量程是15V。现把V1和V2串联起来测量15V20V电压。下列说法中正确的是()A.V1和V2的示数相同B.V1和V2指针偏转的角度相同C.V1和V2示数不同,指针偏转的角度也不同D.V1和V2的示数与V1和V2的内阻成反比,答案B由于V1和V2是由完全相同的两个电流表改装而成的,当它们串联起来测电压的时候,通过它们的电流大小相等,故指针偏转的角度相同,示数与内阻成正比,并不相同。解题关键熟悉电表改装的原理,知道串联电路的特点。,3.(2018北京朝阳二模,19)为了确定一个标有“3.8V,0.3A”的小灯泡的电阻,小明和小华两位同学分别采用了不同的方法:小明同学用多用电表的欧姆挡测量,测量结果R1=2;小华同学由R=计算可得其阻值R213。小明同学的操作过程无误,但R1和R2存在明显差异。对此,下列说法正确的是()A.小明同学的方法错误,因为测量时没有电流通过小灯泡B.小华同学的方法错误,因为小灯泡的电阻不能用R=来计算C.两位同学的方法都正确,因为多用电表的欧姆挡的精确度不够D.两位同学的方法都正确,因为小灯泡的工作状态不同,答案D小灯泡灯丝电阻在不同电压下不同,因而测得阻值不同。则D正确。,易错警示多用电表使用欧姆挡时,表内部电池处于工作状态,因而A错。虽然小灯泡阻值不是定值但仍满足R=。,4.(2019北京朝阳期末,7)如图所示,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器R0的滑片向下滑动的过程中()A.电压表与电流表的示数都增大B.电压表与电流表的示数都减小C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大,答案B滑片向下滑动,则滑动变阻器接入电路的电阻减小,则总电阻减小,电路中总电流增大,内阻两端电压增大,则由闭合电路欧姆定律可知,电路的路端电压减小,故电压表示数减小;由欧姆定律可知,R1上的分压增大,故并联部分电压减小,可知电流表示数减小,故B正确,A、C、D错误。,方法总结对闭合电路的动态分析问题,一般要按先外电路、再内电路、后外电路的思路进行分析;重点分析电路中的路端电压、总电流及部分电路的电流及电压变化。,5.(2019北京朝阳二模,23)一段直导线,单位长度内有n个自由电子,电子电荷量为e。该导线通有电流时,自由电子定向移动的平均速率为v,求导线中的电流I。,答案见解析,解析设时间t内通过导线某一横截面的电荷量为Q,则有Q=n(vt)e所以I=nev,6.(2018北京东城一模,23)两根材料相同的均匀直导线a和b串联在电路上,a长为l0,b长为2l0。(1)若沿长度方向的电势随位置的变化规律如图所示,求:a、b两导线内电场强度大小之比E1E2;a、b两导线横截面积之比S1S2。(2)以下对直导线内部做进一步分析:设导线单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e,自由电子定向移动的平均速率为v。现将导线中电流I与导线横截面积S的比值定义为电流密度,其大小用j表示。请建立微观模型,利用电流的定义式I=推导:j=nev;从宏观角度看,导体两端有电压,导体中就形成电流;从微观角度看,若导体内没有电场,自由,电子就不会定向移动。设导体的电阻率为,导体内场强为E,试猜想j与E的关系并推导出j、E三者间满足的关系式。(解题过程中需要用到的物理量要在解题时做必要的说明),答案(1)6116(2)见解析,解析(1)根据U1=1-2,由图像知:1=8V,2=2V,代入可得U1=6V,同理U2=2V根据E=,由已知d1=l0,d2=2l0,代入可得:E1E2=61因为两导线串联,所以电流I1=I2,由欧姆定律I=,电阻定律R=,将U1=6V,U2=2V,长度分别为l0和2l0代入,可得:S1S2=16(2)在直导线内任选一个横截面,面积为S,在t时间内以该横截面为底,vt为高的柱体内的自由电子都将从此截面通过,由电流及电流密度的定义知:j=,其中q=neSvt,代入上式可得:j=nev。猜想:j与E成正比。设长为l的导线两端电压为U,则E=;电流密度的定义式为j=,将I=代入,得j=;导线的电阻R=,代入上式,可得j、E三者间满足的关系式为:j=。,解题关键(1)会看图像,熟记串联电路分压规律和电阻率知识。(2)建立物理模型。,1.(2019北京海淀期末,6)(多选)如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片P向上缓慢滑动的过程中()A.小灯泡L变亮B.电压表的示数增大C.电流表的示数增大D.电容器C的电荷量减小,考点二闭合电路欧姆定律,答案BC滑片P向上滑动,R0接入电路中的电阻增大,则R总增大,干路电流减小,故灯泡变暗,A错误;由闭合电路欧姆定律可得,路端电压增大,电压表的示数增大,电阻R所在支路两端电压增大,电流表的示数也增大,故B、C正确。对电容器,C=,U增大,则电容器C的电荷量也增大,D错误。,2.(2019北京海淀一模,19)图1是实验室的可拆卸铅蓄电池装置,图2是其示意图。利用铅与稀硫酸的化学反应,该装置可以将化学能转化为电能。图中M为电池正极(二氧化铅棒上端),N为电池负极(铅棒上端),P、Q分别为与正、负极非常靠近的探针(探针是为测量内电压而加入电池的,它们不参与化学反应)。用电压传感器(可看做理想电压表)测量各端间的电势差,数据如表。则下列说法正确的是()图1图1,A.外电路接通时稀硫酸溶液中的电流方向向右B.该电池的电动势约为0.59VC.该电池的电动势约为1.51VD.该电池的内阻约为2.5,答案D外电路接通时,在电源内部电流由负极流向正极,所以A错。外电路断开时,UMN=UMP+UPQ+UQN=E,所以E=2.1V。当接入外电阻时,U路=UMN=1.68V,U内=0.42V,=,解得r=2.5,所以选D。,易错点UPQ是内阻两端的电压,注意它的正负。,3.(2018北京西城二模,20)电动汽车由于节能环保的重要优势,越来越被大家认可。电动汽车储能部件是由多个蓄电池串联叠置组成的电池组,如图所示。某品牌电动小轿车蓄电池的数据如表所示。下列说法正确的是(),A.将电池组的两极直接接在交流电上进行充电B.电池容量的单位Ah就是能量单位C.该电池组充电时的功率为4.4kWD.该电池组充满电所储存的能量为1.4108J,答案D由充电参数“420V,20A”知,电池组不是直接接在交流电上进行充电的,A错误。120Ah=120A3600s=4.32105C,可知Ah是电荷量单位,B错误。电池组充电时的功率P=UI=42020W=8.4kW,C错误。该电池组充满电储存的能量为qU,即12036003.3100J1.4108J,D正确。,4.(2017北京朝阳期末,2)已知干电池的电动势为1.5V,下列说法正确的是()A.当外电路闭合时,干电池两极间的电压等于1.5VB.当外电路断开时,干电池两极间的电压等于零C.当外电路闭合时,在1s内有1.5C的电荷通过电池D.当1C的电荷通过干电池时,干电池能把1.5J的化学能转化为电能,答案D由于干电池有内阻,所以当外电路闭合时,干电池两端的电压应视为路端电压,小于1.5V,A错误;当外电路断开时,干电池两极间的电压等于电池电动势1.5V,而不是零,B错误;当外电路闭合时,由q=It可知,若在1s内有1.5C的电荷流过电池,此时电流大小为1.5A,而题中电阻未知,电流无法确定,C错误;根据电动势的定义式E=得W=Eq,当外电路闭合时,每有1C的电荷通过干电池,非静电力做功就为1.5J,就有1.5J的化学能转化为电能,D正确。,5.(2019北京朝阳期末,20)如图1所示的电路,电源的电动势为E、内阻为r,R为电阻箱,电流表可视为理想电表。闭合开关S,改变电阻箱R的阻值,电流表的示数I随之变化。(1)当电阻箱的阻值为R1时,求电流表的示数I1。(2)以为纵坐标,R为横坐标,在图2中画出电阻箱阻值R变化过程中-R图像的示意图,并分别说明图线与纵轴交点和图线斜率的物理意义;(3)在金属导体中,自由电子定向移动形成电流。已知自由电子在导线内定向移动速率的数量级为10-5m/s,但实际上,闭合开关S后,电路中几乎瞬间就形成了电流,请说明理由。,答案(1)(2)见解析(3)见解析,解析(1)根据闭合电路欧姆定律有I1=(2)-R图像如图所示。由闭合电路欧姆定律可得E=I(R+r),=R+。图线与纵轴交点的坐标值为=,斜率为。(3)闭合开关的瞬间,电路中的各个位置迅速建立了电场,在电场的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也就几乎同时形成了电流。,1.(2019北京海淀期末,7)(多选)图为某手机电池的铭牌,第一行标有“3.8V3000mAh(11.4Wh)”。对该铭牌参数的分析,下列说法中正确的是(),一、选择题（每题6分，共48分）,B组20172019年高考模拟专题综合题组(时间：45分钟分值：70分),3.8V3000mAh(11.4Wh)GB/T18287-2013锂聚合物电池/Li-PolymerBattery充电限制电压4.35VLimitedchargevoltage4.35V警告只能使用专用充电器充电请按照说明书指示使用电池,A.铭牌中的Wh是能量的单位B.铭牌中的mAh是功率的单位C.该电池放电时输出的总能量约为11.4JD.该电池放电时输出的总电荷量约为1.08104C,答案AD由公式W=Pt可知,铭牌中Wh是能量单位,故A正确;由公式q=It可知,铭牌中mAh为电荷量单位,故B错误;该电池输出的总能量E=Pt=11.4W3600s=4.104104J,故C错误;该电池放电时输出的总电荷量约为q=It=1.08104C,故D正确。,2.(2019北京朝阳期末,12)如图所示,电压表由灵敏电流计G与电阻R串联而成。某同学在使用中发现一块电压表的读数总比真实值偏大一点,若要校准,可采用的措施是()A.在电阻R上串联一个比其大得多的电阻B.在电阻R上串联一个比其小得多的电阻C.在电阻R上并联一个比其大得多的电阻D.在电阻R上并联一个比其小得多的电阻,答案B电压表由表头G和电阻R串联而成,发现此电压表的读数比准确值稍微大一些,说明加上相同电压时,要使电流适当小些,故需要略微增加电阻R的值,可以在电阻R上串联电阻,且串联的电阻要比R小得多,故A、C、D错误,B正确。,解题关键要明确电压表的改装和读数原理,灵活运用电阻串并联规律。,3.(2017北京朝阳二模,16)某家用电热壶铭牌如图所示,其正常工作时电流的最大值是(),产品型号EL-8952额定电压220V频率50Hz额定功率1100W容量1.5L,A.0.2AB.AC.5AD.5A,答案D电热壶正常工作时的电流I=A=5A故正常工作时电热壶中电流的最大值Im=I=5A,故选D。,4.(2018北京西城期末,9)在如图所示的电路中,电压表、电流表均为理想电表。电源电动势为12V,内阻为1,电动机线圈电阻为0.5。开关闭合,电动机正常工作,电压表示数为10V。则()A.电源两端的电压为12VB.电源的输出功率为24WC.电动机消耗的电功率为80WD.电动机所做机械功的功率为18W,答案D电源两端的电压U=E-Ir=10V,可得I=2A,电源的输出功率P出=UI=20W,A、B错误。电动机消耗的电功率P=UI=20W,电动机所做机械功的功率P机=P-P热=UI-I2R=18W,C错误、D正确。,5.(2019北京海淀一模反馈,19)如图是实验室铅蓄电池(电动势约为2.0V)装置的示意图。利用铅与稀硫酸的化学反应,该装置可以将化学能转化为电能。图中M为电池正极(二氧化铅棒上端),N为电池负极(铅棒上端),P、Q分别为与正、负极非常靠近的铜片(铜片是为测量内电压而加入电池的,它们不参与化学反应)。用电压传感器(可看做理想电压表)测量各端间的电势差。则下列说法正确的是()A.测量外电压时,电压传感器的正接线柱应接M,负接线柱接NB.测量内电压时,电压传感器的正接线柱应接P,负接线柱接QC.UMP+UPQ+UQN总是约等于2.0VD.UMP-UPQ+UQN总是约等于2.0V,答案A电压传感器正接线柱接高电势,负接线柱接低电势,当测量外电压时,电压传感器正接线柱接电源正极,负接线柱接电源负极,因此A项正确。内电压是内电阻两端的电压,电源内阻产生的电势降方向由Q到P,因此测内电压时,正接线柱应接Q,B项错误。由闭合电路欧姆定律可知,E=UMN+UQP=M-N+Q-P=UMP+UQN,因此C、D选项错误。,易错警示铅蓄电池内部电流方向由负极指向正极。测内电压时,应将电源负极的铜片与电压传感器正接线柱相连。,6.(2018北京朝阳期末,12)某同学利用一块表头和三个定值电阻设计了如图所示的电表,该电表有1、2两个量程。关于该电表,下列说法中正确的是()A.测电压时,量程1一定小于量程2,与R1、R2和R3的阻值无关B.测电流时,量程1一定大于量程2,与R1、R2和R3的阻值无关C.测电压时,量程1与量程2间的大小关系与R1、R2和R3的阻值有关D.测电流时,量程1与量程2间的大小关系与R1、R2和R3的阻值有关,答案B当利用这块电表测量电压时,该表量程为当电流计满偏时电流计所在支路的总电压,即U=IgR,其中R为支路总电阻,因量程2的支路总电阻小于量程1的支路总电阻,所以量程2小于量程1,故选项A、C均错误;当利用此电表测电流时,电表量程等于电流计满偏时两支路电流之和,由并联电路的支路电流关系可以知道,量程1一定大于量程2,所以选项D错误,选项B正确。,7.(2017北京朝阳期末)某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻,经过正确的操作获得了若干组实验数据,据此描绘的U-I图像(其中U、I分别为电压表和电流表的读数)如选项图中的实线所示,虚线表示该电池两端的电压与流经电池电流的关系图线,则图像合理的是(),答案A从电路图可以看出,电压表测量的是路端电压,因此电压表的示数是干电池两端的电压,由于电流表测量的是一个支路的电流,流经电源的电流是干路电流,为电流表示数和流经电压表电流之和,因此电压相同,在同一个电压下,流经电源的电流大于电流表示数,故虚线应在实线右边;当U=0时,电压表不分电流,电流表测量的是真实值,故图像与横轴的交点不变,故选A。,8.(2017北京海淀二模,20)电源的两个重要参数分别是电动势E和内电阻r。对一个电路有两种特殊情况:当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势;当外电路短路时,短路电流等于电动势和内电阻的比值。现有一个电动势为E、内电阻为r的电源和一阻值为R的定值电阻,将它们串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源,这两种连接方式构成的等效电源分别如图甲和乙中虚线框所示。设新的等效电源的电动势为E,内电阻为r。试根据以上信息,判断下列说法中正确的是()A.甲图中的E=E,r=R+rB.甲图中的E=E,r=R+r,C.乙图中的E=E,r=D.乙图中的E=E,r=,答案D当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势,甲的等效电源外电路断开时,I=0,R相当于导线,电源两端的电压即原电源的电动势E,R与r串联形成新电源的内阻,所以内阻为R+r。乙的等效电源外电路断开时,新电源两端电压即R两端电压为,R与r并联形成新的电源内阻,所以内阻为,综上选择D。考查点等效电源、电阻串并联知识的应用。易错警示乙图中等效电源的电动势等于R与r形成的串联电路中R两端的电压,而不是原电源的电动势。,9.(10分)2018北京房山二模,24(1)电子绕氢原子核做圆周运动时,可等效为环形电流,已知静电力常量为k,电子的电荷量为e,质量为m,电子在半径为r的轨道上做圆周运动。试计算电子绕氢原子核在该轨道上做圆周运动形成的等效电流大小。,答案见解析,解析电子绕氢原子核做圆周运动,所需的向心力由核对电子的库仑力来提供,根据=mr,又I=解得:I=,二、非选择题（共22分）,10.(12分)(2018北京丰台期末,20节选)导线中带电粒子的定向移动形成电流,电流可以从宏观和微观两个角度来认识。(1)一段通电直导线的横截面积为S,单位体积的带电粒子数为n。导线中每个带电粒子定向运动的速率为v,粒子的电荷量为q,并认为做定向运动的电荷是正电荷。试推导出电流的微观表达式I=nvSq。(2)经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的作用下,定向运动形成电流。自由电子在定向运动的过程中,不断地与金属离子发生碰撞。碰撞后自由电子定向运动的速度变为零,将能量转移给金属离子,使得金属离子的热运动更加剧烈。自由电子定向运动过程中,频繁地与金属离子碰撞产生了焦耳热。某金属直导线电阻为R,通过的电流为I。请从宏观和微观相联系的角度,推导在时间t内导线中产生的焦耳热为Q=I2Rt(需要的物理量可自设)。,答案见解析,解析(1)在时间t内流过导线横截面的带电粒子数N=nvtS通过导线横截面的总电荷量Q=Nq导线中电流I=联立以上三式可以推导出I=nvSq(2)方法1:设金属导体长为L,横截面积为S,两端电压为U,导线中的电场强度E=设金属导体中单位体积中