2024-2025學年高中物理第二章恒定電流考案含解析新人教版選修3-1

PAGE11-其次章恒定電流本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，時間90分鐘。第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．(2024·安徽省合肥一中高二上學期段考)一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為(C)A．eq\f(mv2,2eL) B．eq\f(mv2Sn,e)C．ρnev D．eq\f(ρev,SL)解析：I＝eq\f(U,R)，I＝neSv，R＝ρeq\f(L,S)，E＝eq\f(U,L)，聯(lián)立得E＝ρnev，故選C。2．某居民家中的電路如圖所示，起先時各部分工作正常，將電飯煲的插頭插入三孔插座后，正在燒水的電熱壺突然不能工作，但電燈仍能正常發(fā)光。拔出電飯煲的插頭，把試電筆插入插座的左、右插孔，氖管均能發(fā)光，則(C)A．僅電熱壺所在的C、B兩點間發(fā)生了斷路故障B．僅電熱壺所在的C、B兩點間發(fā)生了短路故障C．僅導線AB斷路D．因插座用導線接地，所以發(fā)生了上述故障解析：由于電燈仍正常發(fā)光，說明電源是好的，電熱壺所在的C、B兩點間沒有發(fā)生短路故障。把試電筆分別插入插座的左、右插孔，氖管均能發(fā)光，說明插座的左、右插孔都與火線相通，說明電熱壺所在的C、B兩點間沒有發(fā)生斷路故障。綜合分析可知，故障為A、B間導線斷路，即C選項正確。3．如圖為好用型高溫超導電纜，利用超導電纜可實現(xiàn)無損耗輸電?，F(xiàn)有始終流電路，輸電線的總電阻為0.4Ω，它供應應用電器的電功率為40kW，電壓為800V。若用臨界溫度以下的超導體電纜替代原來的輸電線，保持供應用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為(A)A．1kW B．10kWC．1.6kW D．1.6×103kW解析：輸電導線上的輸電電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(40×103W,800V)＝50A，則輸電線上損失的電功率P′＝I2R＝502×0.4W＝1000W，A項正確。4．有一只電熨斗，內(nèi)部電路如圖甲所示，其中M為旋鈕的內(nèi)部接線端子，旋鈕有“高”“中”“低”“關”四個擋，每個擋內(nèi)部接線有如圖乙中所示的四種方式，下列推斷中正確的是(B)A．a(chǎn)方式為“高”擋 B．b方式為“低”擋C．c方式為“關”擋 D．d方式為“中”擋解析：a中回路未閉合，故a方式為“關擋”，b中總電阻Rb＝R1＋R2，c中總電阻為Rc＝R1，d中總電阻為Rd＝eq\f(R1R2,R1＋R2)，由公式P＝eq\f(U2,R)，故d方式為“高”擋，c方式為“中”擋，b方式為“低”擋，所以B對，A、C、D錯。5．(2024·山東省濟南第一中學高一下學期合格考)如圖所示是一個電熱水壺的銘牌。某同學利用所學學問，結(jié)合該銘牌上獲得的信息，得出該電熱水壺(C)A．只能在220V電壓下工作B．正常工作5min耗電約0.5kW·hC．正常工作時的電流約為6.8AD．用多用電表測量其電阻值約為32Ω解析：該水壺可以在220V及之下的電壓下工作；故A錯誤；工作5min時，消耗的電能為：W＝Pt＝1.5kw×eq\f(5,60)h＝0.125kwh，故B錯誤；由銘牌信息可知，額定功率為1500W；額定電壓為220V；則由P＝UI可得：I＝eq\f(P,U)＝eq\f(1500,220)＝6.8A；故C正確；金屬絲的電阻率隨溫度的上升而上升，所以用多用電表測量其電阻值小于額定電阻，額定電阻為：R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(2202,1500)＝32Ω，所以用多用電表測量其電阻值小于32Ω；故D錯誤；故選C。6．(2024·湖南省郴州市)如圖所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點P原處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，則(A)A．電壓表讀數(shù)減小B．電流表讀數(shù)減小C．質(zhì)點P將向上運動D．R3上消耗的功率漸漸增大解析：由圖可知，R2與滑動變阻器R4串聯(lián)后與R3并聯(lián)后，再與R1串聯(lián)接在電源兩端；電容器與R3并聯(lián)；當滑片向b移動時，滑動變阻器接入電阻減小，則電路中總電阻減??；由閉合電路歐姆定律可知，電路中電流增大；路端電壓減小，同時R1兩端的電壓增大；故并聯(lián)部分的電壓減?。挥蓺W姆定律可知流過R3的電流減小，則流過并聯(lián)部分的電流增大，故電流表示數(shù)增大；故B錯誤；因并聯(lián)部分電壓減小，而R2中電壓增大，故電壓表示數(shù)減小，故A正確；因電容器兩端電壓減小，故電荷受到的向上電場力減小，則重力大于電場力，合力向下，電荷向下運動，故C錯誤；因R3兩端的電壓減小，由P＝eq\f(U2,R)可知，R3上消耗的功率減?。还蔇錯誤。7．(2024·四川省眉山市高二上學期期末)如圖所示，電源電動勢E＝6V，小燈泡L上標有“3V、15W”字樣，電動機線圈電阻R＝1Ω。當開關S撥向接點1，滑動變阻器調(diào)到R＝5Ω時，小燈泡L正常發(fā)光；現(xiàn)將開關S撥向接點2，小燈泡L和電動機M均正常工作。則(AD)A．電源內(nèi)阻為1ΩB．電動機正常工作電壓為3VC．電源的輸出功率為1.75WD．電動機的機械效率為80.0%解析：當開關S撥向接點1，小燈泡L正常發(fā)光，依據(jù)功率公式P＝UI，解得：I＝eq\f(P,U)＝eq\f(1.5,3)A＝0.5A，依據(jù)閉合電路歐姆定律：E＝U＋IR＋Ir，解得：r＝1Ω，故A正確；將開關S撥向接點2，小燈泡L正常發(fā)光，I＝0.5A，依據(jù)閉合電路歐姆定律：E＝U＋UM＋Ir，解得：UM＝2.5V，即電動機正常工作電壓為2.5V；故B錯誤；電源的總功率為：P總＝EI＝3W，內(nèi)阻的功率為：Pr＝I2r＝0.25W，則電源的輸出功率為：P出＝P總－Pr＝2.75W，故C錯誤；電動機的輸入功率為：P入＝UMI＝1.25W，熱功率為：PQ＝I2RM＝0.25W，則輸出功率為：P出＝P入－PQ＝1W，電動機的機械效率為η＝eq\f(P出,P入)×100%＝80%，故D正確。8．(2024·河北省石家莊二中)在如圖甲所示的電路中，L1、L2、L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示。當開關S閉合后，電路中的總電流為0.25A，則此時(BC)A．L2的電阻為12ΩB．L1消耗的電功率為0.75WC．L1、L2消耗的電功率的比值大于4D．L1兩端的電壓為L2兩端電壓的2倍解析：L2和L3并聯(lián)后與L1串聯(lián)，L2和L3的電壓和電流均相同，則得L2的電流為0.125A，由圖可知，此時L2的電壓小于0.5V，依據(jù)R＝eq\f(U,I)可知，L2的電阻小于4Ω，故A錯誤；依據(jù)圖象可知，當電流為0.25A時，電壓U＝3V，所以L1消耗的電功率P＝UI＝0.75W，故B正確；依據(jù)P＝UI可知，L2消耗的電功率P2＜0.125×0.5＝0.0625W，所以L1、L2消耗的電功率的比值大于4，故C正確；L1的電流為L2電流的2倍，由于燈泡是非線性元件，所以L1的電壓不是L2電壓的2倍，故D錯誤，故選BC。9．某同學設計了一個測定列車加速度的儀器，如圖所示。AB是一段四分之一圓弧形的電阻，O點為其圓心，且在B點正上方，圓弧半徑為r。O點下用一電阻不計的金屬線懸掛著一個金屬球，球的下部恰好與AB良好接觸且無摩擦。A、B之間接有內(nèi)阻不計、電動勢為9V的電池，電路中接有志向電流表，O、B間接有一個志向電壓表。整個裝置在一豎直平面內(nèi)，且裝置所在平面與列車前進的方向平行。下列說法中正確的有(ACD)A．從圖中看到列車可能是向左減速運動B．當列車的加速度增大時，電流表的讀數(shù)增大，電壓表的讀數(shù)也增大C．若電壓表顯示3V，則列車的加速度為eq\f(\r(3),3)gD．假如依據(jù)電壓表示數(shù)與列車加速度的一一對應關系將電壓表改制成一個加速度表，則加速度表的刻度是不勻稱的解析：小球所受的合力水平向右，所以加速度向右，知列車向右做加速運動或向左做減速運動。故A正確。小球的加速度a＝gtanθ，當加速度增大，θ增大，BC段電阻增大，因為總電阻不變，所以電流不變，但電壓表的示數(shù)增大。故B錯誤。當電壓表為3V時，知BC段的電阻是總電阻的三分之一，則θ＝30°，則a＝gtan30°＝eq\f(\r(3),3)g。故C正確。依據(jù)a＝gtanθ知，a與θ不成正比關系，因為電流不變，電壓表示數(shù)的大小與電阻成正比，BC段電阻與θ成正比，所以a與電壓表示數(shù)的關系不成正比，所以加速度表的刻度不勻稱。故D正確。故選ACD。10．(2024·福建省同安一中高二上學期期中)如圖所示，A和B為豎直放置的平行金屬板，在兩極板間用絕緣線懸掛一帶電小球，起先時開關S閉合，滑動變阻器的滑動頭P在a處，此時絕緣線向右偏離豎直方向(電源的內(nèi)阻不能忽視)，下列推斷正確的是(AB)A．小球帶正電B．當滑動頭從a向b滑動時，細線的偏角θ變小C．當滑動頭從a向b滑動時，電流計中有電流，方向從下向上D．當滑動頭從a向b滑動時，電源的總功率肯定變小解析：由圖，細線向右偏，電場力向右，則小球帶正電。故A正確；滑動頭向右移動時，R變小，外電路總電阻變小，總電流變大，路端電壓U＝E－Ir變小，電容器電壓變小，細線偏角變小，故B正確；滑動頭向右移動時，電容器電壓變小，電容器放電，因A板帶正電，則流過電流表的電流方向向下。故C錯誤；滑動頭向右移動時，R變小，外電路總電阻變小，總電流變大，電源電動勢不變，所以當滑動頭從a向b滑動時，電源的總功率肯定變大，故D錯誤。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共2小題，每小題8分，共16分。把答案干脆填在橫線上)11．(2024·江蘇省啟東中學高二上學期期中)為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻，試驗室打算了下列器材供選用：A．待測干電池一節(jié)B．直流電流表(量程0～0.6～3A,0.6A擋內(nèi)阻為0.1Ω，3A擋內(nèi)阻為0.02Ω)C．直流電壓表(量程0～3～15V,3V擋內(nèi)阻為5kΩ，15V擋內(nèi)阻為25kΩ)D．滑動變阻器(阻值范圍為0～15Ω，允許最大電流為1A)E．滑動變阻器(阻值范圍為0～1000Ω，允許最大電流為0.2A)F．開關G．導線若干(1)將如圖所示中的器材，進行實物連線__見解析__；(2)為盡可能削減試驗的誤差，其中滑動變阻器選__D__(填代號)；(3)依據(jù)試驗記錄，畫出的U－I圖線如圖所示，從中可求出待測干電池的電動勢為E＝__1.5__V，內(nèi)電阻為r＝__1.0__Ω。解析：(1)測定電源電動勢和內(nèi)電阻的電路圖如圖所示，比照電路圖連線如下：(2)滑動變阻器E電阻值較大，操作不便利，同時額定電流太小，故選小電阻的滑動變阻器；故選D。(3)電源的U－I圖象的縱軸截距表示電源的電動勢，故E＝1.5V。斜率表示電源的內(nèi)電阻，故r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(1.5V－0.8V,0.7A)＝1Ω。12．(2024·山東省濟南第一中學高一下學期合格考)某同學要測量一個由勻稱新材料制成的中空圓柱體電阻的中空面積S0，步驟如下：(1)用游標卡尺測量其長度l如圖甲所示，可知其長度為__50.15__mm。(2)用螺旋測微器測量其直徑d如圖乙所示，可知其直徑為__4.700__mm。(3)選用多用電表的電阻“×1”擋，按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻，表盤的示數(shù)如圖丙所示，則該圓柱體的阻值約為__22__Ω。(4)為更精確地測量其電阻，可供選擇的器材如下：A．電流表(0～200mA,1.0Ω)B．電流表(0～0.6A,0.1Ω)C．電壓表(0～3V,6kΩ)D．電壓表(0～15V,6kΩ)E．滑動變阻器(0～10kΩ，2A)F．滑動變阻器(0～20Ω，0.5A)G．蓄電池(6V,0.05Ω)H．開關一個，帶夾子的導線若干為了使測量盡量精確，測量時電表讀數(shù)不得小于其量程的eq\f(1,3)，電壓表應選__C__，電流表應選__A__，滑動變阻器應選__F__(填器材代號)。(5)在方框中畫出你所設計方案的試驗電路圖。(6)試驗中要測量的物理量有電壓表讀數(shù)U，電流表讀數(shù)I，電阻長度l，直徑d，則計算金屬管線內(nèi)部空間截面積S0的表達式為S0＝__πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2－eq\f(ρlI,U)__(設電阻率為ρ)。解析：(1)游標卡尺讀數(shù)＝固定刻度讀數(shù)＋游標尺讀數(shù)；固定刻度讀數(shù)：50mm；游標尺讀數(shù)：0.05mm×3＝0.15mm。故游標卡尺讀數(shù)為50.15mm；(2)螺旋測微器的讀數(shù)＝固定刻度讀數(shù)＋半刻度讀數(shù)＋可動刻度讀數(shù)；固定刻度讀數(shù)：4.0mm；半刻度讀數(shù)：0.5mm；可動刻度讀數(shù)：20.0×0.01mm＝0.200mm；故螺旋測微器的讀數(shù)為4.700mm；(3)該圓柱體的阻值約為22×1Ω＝22Ω；(4)電源電動勢為6V，為了使測量盡量精確，測量時電表讀數(shù)不得小于其量程的eq\f(1,3)，運用電壓表D量程太大，故電壓表選擇C；待測電阻兩端的電壓不能超過3V，最大電流不超過eq\f(3,22)A≈0.136A≈136mA，所以電流表選A；由于電壓表的量程不足，變阻器采納分壓式接法，為保證電路平安便利試驗操作，滑動變阻器應選F；(5)由于eq\f(Rx,RV)<eq\f(RA,Rx)，故采納安培表外接法，如圖所示：(6)依據(jù)歐姆定律可以得到：Rx＝eq\f(U,I)，依據(jù)電阻定律可知：Rx＝ρeq\f(l,S)聯(lián)立可以得到電阻的橫截面積為：S＝eq\f(ρlI,U)則金屬管線內(nèi)部空間截面積為S0＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2－S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2－eq\f(ρlI,U)。三、論述·計算題(共4小題，共44分。解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最終答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必需明確寫出數(shù)值和單位)13．(10分)(2024·福州市八縣(市)協(xié)作校高二上學期期末)如圖電源電動勢E＝6V，電源內(nèi)阻為1Ω，定值電阻R1＝4Ω，R2＝5Ω，(1)若在a、b之間接一個C＝100μF的電容器，閉合開關S，電路穩(wěn)定后，求電容器上所帶的電量；(2)在a、b之間接一個多大的電阻Rx可使得R1消耗的功率最大？答案：(1)3×10－4C(2)Rx解析：(1)由閉合電路歐姆定律可知，電路中電流I＝eq\f(E,R1＋R2＋r)＝0.6A;則R2兩端的電壓U2＝IR2＝0.6×5＝3V；Uc＝U2則電容器上所帶電量Q＝UcC＝3×100×10－6＝3×10－4C(2)當R1中電流最大時，其消耗的功率最大；則可知只有將ab短路時，電路中電流才能達最大；故Rx＝0時，功率最大。14．(11分)如圖為“解放”牌大卡車的遠程車燈電路的蓄電池總功率隨電流改變的圖象，已知蓄電池瞬間短路時的電流為14A。求：(1)該蓄電池的電動勢E和內(nèi)電阻r。(2)車頭兩個遠程車燈的銘牌上標有“12V、12W”字樣，若兩燈并聯(lián)接在蓄電池兩端，則兩燈消耗的總電功率為多少？答案：(1)E＝14V；r＝1Ω(2)P總＝24W解析：(1)由圖可知瞬間短路時總功率P＝196W，由P＝I短E，求出E＝14V，由P＝Ieq\o\al(2,短)r，求出r＝1Ω(2)一個車燈的電阻：R燈＝eq\f(U\o\al(2,額),P額)＝12Ω兩燈并聯(lián)的電阻：R并＝eq\f(R燈,2)＝6Ω電路中的總電流：I＝eq\f(E,R并＋r)＝2A兩燈總電功率P總＝I2R并＝24W。15．(11分)(2024·山東濟南外國語學校、濟南一中等四校高二上學期期末)某直流電動機接入電路如圖所示的試驗電路。調(diào)整滑動變阻器R的阻值，使電動機無法轉(zhuǎn)動，此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.2A和0.4V。重新調(diào)整R的阻值，使電動機能夠正常運轉(zhuǎn)，此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.8A和3V。求：(1)這臺電動機的線圈電阻；(2)電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸入功率；(3)電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率。答案：(1)2Ω(2)2.4W(3)1.12W解析：(1)電動機不轉(zhuǎn)時，可看成純電阻電路，由歐姆定律得：r＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(0.4,0.2)Ω＝2Ω(2)正常工作時輸入功率：P入＝U2I2＝3×0.8W＝2.4W(3)正常工作時內(nèi)阻消耗