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1、专题九 恒定电流,高考物理 (课标专用),考点二 闭合电路欧姆定律 (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.,五年高考,A组 统一命题课标卷题组,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。,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=,图1,图2,易错警示 化简电路
2、时电势排列法与电流分支法结合使用,不易出错。,解题关键 画出开关S闭合与断开时的等效电路图,求出电容器两端的电压。,考查点 含电容电路,考点一 部分电路的基本概念和规律 1.(2017上海单科,9,4分)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路,测得相应的电流、电压值 如图所示。其中阻值最接近的两个电阻是 ( )A.a和b B.b和d C.a和c D.c和d,B组 自主命题省(区、市)卷题组,答案 A 本题考查U-I图像的意义。根据R= 知,定值电阻的U-I图线的斜率表示定值电阻 的阻值。在U-I图中分别连接O与4个点,根据它们的倾斜度可知,a和b的阻值最接近,故选A。,方法技巧 图像题的解决
3、方法 图像题是物理中最常见的题型之一。解题步骤是:一看轴,即看清横轴及纵轴的意义;二看点, 即看清图像中坐标点的位置;三看斜率,即看清斜率的意义及大小;四看面,即看清图线与坐标 轴所包围面积的意义。,2.(2015安徽理综,17,6分)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为,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率为v,则金属棒内的电场强度大小为 ( )A. B. C.nev D.,答案 C 金属棒的电阻R= ,自由电子定向移动形成的电流I=neSv,金属棒两端电压U=IR, 故金属棒内的电场强度
4、E= = =nev,选项C正确。,3.(2015北京理综,19,6分)如图所示,其中电流表A的量程为0.6 A,表盘均匀划分为30个小格,每 一小格表示0.02 A;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0.04 A B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 A C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 A D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A,答案 C 设电流表的内阻为RA,则R1= RA,R2=2RA,将接线柱1
5、、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0.06 A;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0.06 A。选项A、 B、D错误,C正确。,考点二 闭合电路欧姆定律 4.(2016北京理综,19,6分)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的 实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是 ( ) A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器 B.一个伏特表和多个定值电阻 C.一个安培表和一个电阻箱 D.两个安培表和一个滑动变阻
6、器,答案 D 根据U=E-Ir,要测出E和r,就要同时测出U和I,A、B、C三个选项都能满足要求;D选 项只能测出电流I,不能测出电压U,所以选D。,解题方法 测量电源的电动势和内阻有多种方法,最常用的方法有:,1.伏安法,电路如图1所示。图1,2.伏阻法,电路如图2所示。图2,3.安阻法,电路如图3所示。图3,5.(2016江苏单科,8,4分)(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2 ,四个电阻的阻 值已在图中标出。闭合开关S,下列说法正确的有 ( )A.路端电压为10 V B.电源的总功率为10 W C.a、b间电压的大小为5 V D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1
7、 A,答案 AC 外电路的总电阻R=10 ,由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I= =1 A, 因此路端电压U=E-Ir=12 V-12 V=10 V,A选项正确;电源的总功率P=EI=12 W,B选项错误;由 图(a)可知Uab=UaO-UbO=-150.5 V+50.5 V=-5 V,故选项C正确;当a、b间用导线连接后,其等效 电路如图(b)所示,电路中的外电阻R=7.5 ,电路中总电流I= = A1 A,D选项错误。图(a) 图(b),方法技巧 两部分电路间的电势差Uab=a-b,可知Uab=a-b+O-O=(a-O)-(b-O)=UaO-UbO。,6.(2016上海单科,18,4分
8、)(多选)如图所示电路中,电源内阻忽略不计。闭合开关,电压表示数为 U,电流表示数为I;在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中 ( )A.U先变大后变小 B.I先变小后变大 C.U与I比值先变大后变小 D.U变化量与I变化量比值等于R3,答案 BC 据题意,由于电源内阻不计,电压表的示数总是不变,故选项A错误;滑片滑动过程 中,变阻器R1的等效阻值R1先增大后减小,又R1、R2两端总电压不变,且R1+R1= ,所以电流表示 数先减小后增大,故选项B、C正确;由于电压表示数没有变化,故选项D错误。,7.(2014上海单科,18,4分)(多选)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。
9、将滑动变阻 器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为U1、U2、U3,理想电 流表A示数变化量的绝对值为I,则 ( )A.A的示数增大 B.V2的示数增大 C.U3与I的比值大于r D.U1大于U2,答案 ACD 滑动变阻器的滑片向下滑动,导致滑动变阻器连入电路的阻值变小,总电阻变 小,又电源电动势不变,则电流变大,即电流表示数变大,选项A对。电压表V1测量定值电阻R两 端的电压,因电流变大,所以V1示数增大。电压表V2测量定值电阻和滑动变阻器两端的总电压 即路端电压,示数变小,选项B错。U1=IR,U2=Ir,所以U1U2,选项D对。电压表V3测 量滑动变阻器两端的
10、电压,电压表V3示数的变化量U3=I(r+R),所以 =r+Rr,选项C对。,8.(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、
11、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
12、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。,9.(2015北京理综,24,20分)真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示。光照 前两板都不带电。以光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的 电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用。保持光照条件不变。a和b为接线 柱。 已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm。元电荷为e。 (1)求A板和B板之间的最大电势差Um,以
13、及将a、b短接时回路中的电流I短。 (2)图示装置可看做直流电源,求其电动势E和内阻r。 (3)在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U。外电阻上消耗的电功率设为P;单 位时间内到达B板的电子,在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为Ek。请推导证 明:P=Ek。(注意:解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明),解析 (1)由动能定理Ekm=eUm,可得 Um= 短路时所有逸出电子都到达B板,故短路电流 I短=Ne (2)电源的电动势等于断路时的路端电压,即上面求出的Um,所以 E=Um= 电源内阻 r= = (3)外电阻两端的电压为U,则电源两端的电
14、压也是U。 由动能定理,一个电子经电源内部电场后损失的动能 Eke=eU 设单位时间内有N个电子到达B板,则损失的动能之和 Ek=NEke=NeU,答案 (1) Ne (2) (3)见解析,根据电流的定义,此时电源内部的电流 I=Ne 此时流过外电阻的电流也是I=Ne,外电阻上消耗的电功率 P=IU=NeU 所以P=Ek,考点一 部分电路的基本概念和规律 1.(2013江苏单科,4,3分)在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警 装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端 电压U增大,装置发出警报,此时 ( ),C组 教师专用
15、题组,A.RM变大,且R越大,U增大越明显 B.RM变大,且R越小,U增大越明显 C.RM变小,且R越大,U增大越明显 D.RM变小,且R越小,U增大越明显,答案 C 当传感器接触药液时,其阻值发生变化,导致S两端电压U增大,则M两端电压减小,可 知RM应变小;R与RM构成并联电路,其并联总电阻为R并= = ,可知当R越大,RM减小相 同值时,R并减小得越多,因此S两端电压增大越明显,选项C正确。,2.(2012上海单科,13,3分)当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗 的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的
16、电能分别是 ( ) A.3 V 1.8 J B.3 V 3.6 J C.6 V 1.8 J D.6 V 3.6 J,答案 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=3 V, =0.1。再由W2=U2q2和W2= t可求出:U2=6 V,W2=3.6 J,故选项D正确。,3.(2013浙江理综,25,22分)为了降低潜艇噪音,提高其前进速度,可用电磁推进器替代螺旋桨。 潜艇下方有左、右两组推进器,每组由6个相同的、用绝缘材料制成的直线通道推进器构成, 其原理示意图如下。在直线通道内充满电阻率=0.2 m的海水,通道中abc=0.3
17、 m0.4 m 0.3 m的空间内,存在由超导线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度B=6.4 T、方向垂直通道侧面 向外。磁场区域上、下方各有ab=0.3 m0.4 m的金属板M、N,当其与推进器专用直流电源 相连后,在两板之间的海水中产生了从N到M,大小恒为I=1.0103 A的电流,设该电流只存在于 磁场区域。不计电源内阻及导线电阻,海水密度m1.0103 kg/m3。(1)求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小,并判断其方向; (2)在不改变潜艇结构的前提下,简述潜艇如何转弯?如何“倒车”? (3)当潜艇以恒定速度v0=30 m/s前进时,海水在出口处相对于推进器的速度v=34 m/s,思考专用,
