高中物理必修3电路及其应用综合题训练

高中物理必修3电路及其应用综合题专题训练

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一、综合题（共18题）

1、24-A.（本题供选修1-1的考生作答）

麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了这一预言.电磁波按照波长由长到短排列

依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、、/射线.南京调频音乐电台的播

放频率是105.8MHz,已知电磁波的传播速度为3.0X10'm/s,则该电台信号的波长

是m.

24-B.（本题供选修3-1的考生作答）

产前聚号DS3-055

球助冷脚苦

使^^率先上

乐常口、乱一I某品牌电热水壶的铭牌如下面所示.用该电热水壶烧水，在额定电压下

工作时，它的工作电流是A,正常工作Imin消耗的电能是J.

2、在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量,如图所示为电子秤的原理图，

托盘和弹簧的电阻与质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体

时，电压表示数为零.没变阻器的总电阻为尼总长度为电源电动势为内阻为八限流

电阻的阻值为必，弹簧劲度系数为人不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想表，当长盘

上放上某物体时，电压表的示数为M求此时称量物体的质量.

3、如图所示，一电荷量q=3Xl（PC带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行

金属板中的0点。电键S合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角a=37°o已知两

板相距d=0.1m,电源电动势2=15V,内阻L0.5Q,电阻石=3。，尼二兄二兄二8。。g取lOm/s*

已知血370=0.6,cos370=0.8o求：

（1）电源的输出功率;

（2）两板间的电场强度的大小;

（3）带电小球的质量。

4、如图所示电路，电源电动势后4.8V,内阻尸0.4Q,电阻兄=兄=尼=4。，K两端连接

一对竖直放置的平行金属板M、N,板间电场视为匀强电场。板间固定一根与板面垂直长度与

板间距相等的光滑绝缘细杆AB,AB上套一个质量阳二1幻1纭的带电环夕，夕的电荷量为

?=（视为点电荷，不影响电场分布），电键S断开时，将带电环夕从杆的左端A处

由静止释放，夕运动到杆的中点。时，速度片0.8m/s,求：

（1）电键S断开时，电路的总电流

（2）用的阻值。

（3）电键S闭合时，流过电键S的电流4。

5、在如图12所示的电路中，两平行正对金属板43水平放置，两板间的距离®4.Ocnu

电源电动势后400V,内电阻尸20Q,电阻4=1980。。闭合开关S,待电路稳定后，将一带

正电的小球（可视为质点）从〃板上的小孔以初速度叱1.0m/s竖直向上射入两板间，小球

恰好能到达力板。若小球所带电荷量TLOXIOP,质量犷2.0X10"g,不考虑空气阻力，

忽略射入小球对电路的影响，取炉lOm/s?。求：

（1）力、8两金属板间的电压的大小〃;

（2）滑动变阻器消耗的电功率夕乃

（3）电源的效率n0

6、在如图13所示的电路中，两平行正对金属板小A水平放置，两板间的距离大4.0cm。

电源电动势后400V,内电阻尸20Q,电阻A=1980。。闭合开关S,待电路稳定后，将一带

正电的小球（可视为质点）从方板上的小孔以初速度％二l.0m/s竖直向上射入两板间，小球

恰好能到达力板。若小球所带电荷量.LOXIOP,质量犷NOXlVkg,不考虑空气阻力,

忽略射入小球对电路的影响，取炉lOm/s?。求：

（1）滑动变阻器接入电路的阻值；

（2）滑动变阻器消耗的最大电功率尸沿;

（3）小球从〃板到达力板所需时间。

图

7、如题24图所示，电源电动势为E,内阻为r,滑动变阻器全电阻为R,且R=3r.间

距为d的两平行金属板AB、CD竖直放置，闭合开关S,板间电场视为匀强电场.板间有一长

为L的绝缘细轻杆，杆能绕水平固定转轴。在竖直面内无摩擦转动，杆上端固定质量为in带

电量为+q的金属小球M,杆下端固定质量为21n带电量为-q的金属小球N,己知0N=20M,并

2mgd

且"T,两带电小球可视为点电荷，不影响匀强电场的分布，两电荷间相互作用力不计，

取重力加速度为g。现调节滑片P使其处于滑动变阻器中点，闭合电键s,待电场稳定后讨论

以下问题。求：

（1）两板间电压u

（2）若将绝缘细轻杆从图示竖直位置由静止开始释放，轻杆将绕转轴0顺时针转动，

试求小球M运动的最大速度.（用g、L表示）

A

M

0

N

题24图

8、某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数A=1300N/m,

自然长度乙=0.5m弹簧一端固定在墙上的材点，另一端”与导电的迎风板相连，弹簧穿在光

滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电的材料制成的。迎风板面积S=0.5m)

工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连，另一端在."点与金属杆相连。

迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。定值电阻不一1.0Q,电源的电动势K—12V,

内阻r=0.5Q。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数〃=3.0V,某时刻由

于风吹迎风板，电压表的示数变为员=2.0V。(电压表可看作理想表)求：

(1)金属杆单位长度的电阻;

(2)此时作用在迎风板上的风力;

(3)假设风(运动的空气)与迎风板作用后的速度变为零，空气的密度为L3kg/m:求风速

多大。

9、如图所示，电源电动势£=6V,电源内阻不计。定值电阻用=2.4kC、%二4.8kQ。

⑴若在劭之间接一个elOOuF的电容器，闭合开关S,电路稳定后，求电容器上所带的电

荷量；

⑵若在a。之间接一个内阻吊二4.8kQ的电压表,

10、(2012全国高考四川理综卷)四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现在供水能

力测算，我省供水缺口极大，蓄水提水是目前解决问题的重要手段之一。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19kM电动机的内阻为0.4。。已知水

2

的密度为IXlO'kg/m：重力加速度取10m/so求：

(1)电动机内阻消耗的热功率；

(2)将蓄水池蓄入864m的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。

11、如图甲所示是某研究性学习小组自制的电子秤原理图，利用电压表的示数来表示物体的

质量.托盘与电阻由弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端

连接，当盘中没有放物体时，电压表示数为零.设变阻器总电阻为凡总长度为〃电源电动

势为E,内阻为r,限流电阻阻值为此，弹簧劲度系数为匕若不计一切摩擦和其他阻力.

(1)试推出电压表示数”与所称物体质量力的关系式；

(2)由(1)计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于进行标注刻度，为了

使电压表示数与待测质量成正比，请你利用原有器材在该小组研究的基础上进行改进，在图

乙上完成改进后的电路图，并推出电压表示数区与待测物体质量力的关系式.

12、如图甲所示是某研究性学习小组自制的电子秤原理

；图，利用电压表的示数来表示物体的质量.托盘与电阻由

口弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动

端与弹簧上端连接，当盘中没有放物体时，电压表示数为

一零.设变阻器总电阻为凡总长度为乙电源电动势为£,

乙内阻为八限流电阻阻值为此，弹簧劲度系数为匕若不

T计一切摩擦和其他阻力.

(1)试推出电压表示数〃与所称物体质量m的关系式;

(2)由(1)计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于进行标注刻度，为了

使电压表示数与待测质量成正比，请你利用原有器材在该小组研究的基础上进行改进，在图

乙上完成改进后的电路图，并推出电压表示数〃与待测物体质量勿的关系式.

13、一电路如图所示，电源电动势£=28V

内阳广二201,电阻&=12C卜

&=&=4c},为二於,C为平行

板电容器，其电容C=3.0pF,虚线到两极板距离相等，极板长ZH返国，两极板

的市匣日d=1.0xl0-2mk

(1)若开关S处于断开状态，则当其闭合后，求流过R的总电量为多少？

(2)若开关S断开时，有一带电微粒沿虚线方向以正巫*的初速度射入C

的电场中，刚好沿虚线匀速运动,问：当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方

向射入C的电场中，能否从C的电场中射出？(要求写出计算和分析过程,g取10m/s4)

14、电动自行车因其价格相对于摩托车低廉，而且污染小,受到群众喜爱，某电动车铭牌如下

表所示。

规格后轮驱动直流永磁电机

车型：20，'电动自行

电机输出功率：175W

车

电源输出电压：236V额定工作电压/电流：36V/5A

整车质量：40kg最大载重量：120kg

(1)求此车所装电动机的线圈电阻。

(2)求此车所装电动机在额定电压下正常工作时的效率。

一个60kg的人骑着此车，如果电动自行车所受阻力为人和车重的0.02倍，求电动自行车在

平直公路上行驶的最大速度。gHX10m/s2o

15、（2013上海崇明县期末）如图所示，一个带电量为q,质量为力的小球用绝缘细线悬挂

在两块竖直的彼此绝缘平行金属板A、B中，两板间距离为a让A、B两板连接到一个电动

势为&二技改幽，内电阻为r的直流电源上，能在AB间形成一个匀强电场.设带电小球对

原电场没有影响.求：

（1）带电小球带电的性质和小球偏离竖直线的夹角3

（2）如果保持电源电动势不变，改变AB间距离，待稳定后发现悬挂小球的细线偏角为6讲，

则此时AB两板间距离为多少？

16、在如图所示的电路中，两平行正对金属板A、B水平放置,

两板间的距离d=4.0cm。电源电动势E=400V,内电阻厂20。，

电阻R1二1980。。闭合开关S,待电路稳定后，将一带正电的小

球（可视为质点）从B板上的小孔以初速度vOLOm/s竖直向

上射入两板间，小球恰好能到达A板。若小球所带电荷量

筹关题q=L0X10-7C,质量m=2.0X10-4kg,不考虑空气阻力，忽略

射入小球对电路的影响，取g=10m/s2。求：

（1）A、B两金属板间的电压的大小U；

（2）滑动变阻器消耗的电功率P滑；

（3）电源的效率no

17、（2012年合肥模拟）如图（a）表示某电阻万随摄氏温度Z变化的关系，图中吊表示0°C

时的电阻值，〃表示图线的斜率.若用该电阻与电池（电动势为总内阻为二）、电流表（满偏

电流为4、内阻为尺）、滑动变阻器*串联起来，连接成图（b）所示的电路，用该电阻做测

温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个简单的“电阻温度计”.

(1)使用“电阻温度计”前，先要把电流表的刻度改为相应的温度值，若温度0〈右其对应的

电流分别为乙、%则11、人谁大？

(2)若该“电阻温度计”的最低适用温度为0℃,即当温度为0℃时，电流表恰好达到满偏

电流却则变阻器〃的阻值为多大？

⑶若保持(2)中电阻*的值不变，则电流表刻度为,时所对应的温度Z为多大？

(4)将电流表刻度盘换为温度刻度盘，刻度均匀吗？

18、如图，一对很大的竖直放置的平行金属板可以

绕M、N左右转动，其之间存在一水平匀强电场。有

一长为1的轻质细绝缘棒CA处于电场中，其一端可

绕0点在竖直平面内自由转动，另一端A处固定一带

电一°、质量为勿的小球a,质量为2卬的绝缘不带电

小球b固定在0A棒中点处，滑动变阻器电阻足够大,

当变阻器滑片在P点处时、棒静止在与竖直方向成30°角的位置，已知此时BP段的电阻为R,

M、N两点间的距离为义试求：(重力加速度为g)

(1)求此时金属板间电场的场强大小民

(2)若金属板顺时针旋转。=30°(图中虚线表示)，并移动滑片位置，欲使棒静止在与

竖直方向成30°角的位置，BP段的电阻应调节为多大？

(3)若金属板不转动，将BP段的电阻突然调节为第吊则小球b在摆动过程中的最大动能

是多少？

一、综合题

1、24.24-A(4分)X射线2.8(每空2分)；

24-B.（4分）452800（每空2分）

2、解析：设托盘上放上质量为R的物体时，弹簧的压缩量为X,由题设知：桁里二%,则

k①(2分)

由全电路欧姆定律知：

*+号+,②（2分）

(1分)

联立①②③求解得

(1分)

本题难度中等.这是一道压力传感器题，通过滑动变阻器的位置改变，匚妙地把电压和弹簧的

压缩量联系起来.

3、解析：(1)R外二7.0。R总二7.5。1=15/7.5=2A2'

P出=I2R外=22X7.=28w2'

(2)U外=IR=2X7=14V2'

E=U/d=14/0.l=140V/mT

(3)Eq=mgtg37°2'

m=Eq/gtg37°=(140X3X10-5)/(10X0.75)=5.6X10-,kg2'

4、解：

(1)S断开：带电环夕从A点运动到。点，仅有电场力做功，

由动能定理：久〃一’5的〜解得：%=1百，

=工2产

1--口烛）

电路的总电流：号（共4分）

（2）

U翔=z一"刷一"=1,2*/

2-7——-——0.64工

柄为1显

:.%=%=20

（共5分）

（3）S闭合：等效电路如右图，流过电键S的电流%=,政-4。

s-4、及］.2।禺_脸

外（电+展。+舄~

/=——=2a.

4小广

.i,1

=-3=L4i上2=—J=J.2/

24

，*3=%+%=1:火（共5分）

R3

-----------------0-

__

（S闭合）

5、（1）小球从8板上的小孔射入恰好到达力板的过程中,在电场力和重力的作用下做匀减

速直线运动，设力、3两极板间电压为〃，根据动能定理有

工

-qU-mgd=Q-2mvQ....................................................................................................（2分）

解得优=200V（1分）

（2）设此时滑动变阻器接入电路中的电阻值为"济，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的

过

电流/=舄+公.........................................（1分）

根据部分电路欧姆定律可知U=IR^..................................（1分）

解得y?«=2.0X103Q...............................................（1分）

*%=20W

滑动变阻器消耗的电功率（1分）

（3）电源的效率

司「因十%）

;99.5%

气-产（区+/+玲

（2分）

6、答案：(1)心尸2.0X10,Q；(2)〃曲二20肌(3)38.0Xl(Ts

7、解：（1）设通过电源的电流强度为1,由闭合电路的欧姆定律得：U（2分）

x2

27—7--Y=二百

两板间电压U：有一万（2分）解得：^8（2分）

（2）设轻杆绕转轴。顺时针转过加时，小球时获得最大速度加，同时小球,V获得最大速度七,

由二者运动角速度关系：霍得：即（4分）

设平行金属板间电场强度大小为型，山能量守恒得；

T/”9.r1.1

次W］（：一必学+遍方叁口8+己=2侬号Q-cos3+彳*北+三2%彳《分）

可解得：-6-6（4分）

8、解：（1）无风时金属杆接入电路的电阻为石

5二一--公

有,R+/+舄

口/用+r)…

舄r=qJ=0.5Q

得3一3

所以金属杆单位长度的电阻

尺j一

（6分）

（2）有风时金属杆接入电路的电阻为其

a.二——--扁

有J衣+〃+&」

广%—+厂）…

扁=―F7-二°因

得石一（3分）

此时，弹簧的长度

八区；….3

舄m

弹簧的压缩量无-4,4R2m（3分）

根据平衡条件，此时的风力

P-hr-260N（2分）

（3）设风速为兀在△方时间内接触到吹风板的空气质量为Nm

Am=PSvbt（2分）

根据动量定理可得

f处-QJA&V（2分）

1T

v-,I-**-八c八Qmifs

M（2分）

9、答案：⑴4X10-(2)3V

解析：⑴设电容器上的电压为％,马+舄

电容器的带电荷量C=)k

解得：&=4X10~4C

正=修?？

⑵设电压表与总并联后电阻为花井.种弱+&

则电压表上的电压为：&+*弄

解得：LF=3V

10、答案：(D1X1O3W(2)2X10s

解析：(D设电动机的电功率为R则夕斗7

设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则只二/7

代入数据解得代=1X10%

(2)设蓄水总质量为机所用抽水时间为仁已知抽水高度为力，容积为匕水的密度为。,

则加0V

设质量为M的河水增加的重力势能为4切，则/胡三磨力

设电动机的输出功率为%则其二尸一々

根据能量守恒定律得potxmx80%=/功

代人数据解得b2X1O」S

11、解析：(1)设变阻器的上端到滑动端的长度为M根据题意，由平衡条件知：m尹kx,

0为Rx=xR/L,

由电路关系有也=RxROr,

mgRR

联立解得〃=mgRkL(ROr；

⑵改进后的电路图如图所示.

由平衡条件知：mg=kx

Rx=xR/L

R—

Ux=RROr.

mgRE

联立解得tt=H,(HROr；：\

答案：(1)U,=mgRkL(ROr；(2)图见解析

U=kT<(HROr；：

12、解析：(1)设变阻器的上端到滑动端的长度为x,根据题意，由平衡条件知：1ng=kx,

因为Rx=xR/L,

由电路关系有Ux=嬴正，

蜂RE

联立解得U=吃越〈式

⑵改进后的电路图如图所示.

由平衡条件知：mg=kx

R尸xRlL

Ux=RRZr.

联立解得《=画误。力.

答案：⑴比=危函营（2）图见解析

U产市函而）

R

13、【答案】（1）6xlO"C］（2）微粒不能从C的电场中射出。

【解析】

试题分析：（1）S断开时，电阻R3两端电压为

U,=——&——£=16V-_

凡+&+

--------i-----e----r------------------------------1分

S闭合后，外阻为

R=舄（3+④=6」

&+（&+&）-----------------------1分

-D-

Z7=——£=21V^

路端电压为—R±r_______।分

电阻兄两端电压为

U"号刀=14V=

0+&厂______________________1分

所求流过Ri的总电量为

△。二通一期=6.0x10-12斗^

西

（2）设微粒质量为m,电量为q,当开关S断开时有：__J

当开关S闭合后，设微粒加速度为a,则d

刁

设微粒能从C的电场中射出，则水平方向：—九J竖直方向:

y——cit丁

^=6.25xl0-3m>-^

由以上各式求得：2f故微粒不能从C的电场中射

出。

解析：（1）电机输出功率：P.=l-5W,额定工作电压U=36V,额定工作电流

1=5A

发热功率PL=I二R,

由能量守恒定律，UI=P«P.

联立解得丑=0.2d

C：电动自行车效率：月二生二工100。0=97。0。

UI36x5

（3）当电动自行车达到最大速度时，合外力为零，牵引力F等于阻力，即

F=0.02Qfcm^

P-=Fv,

14、解得行驶的最大速度\-87?mSo

15、解析：（1）（4分）负电（1分）

如图丑q二冽皿0①（1分）

曲■附g

②（1分）

由①②得6=33°（1分）

（2）（4分）6=5。°设此时电场强度为百

立》二给运证:60③（1分）

*=，区阳

0④

丁⑤（1分）

□=层/⑥（1分）

由