2015年湖北高考物理專項訓(xùn)練：恒定電流

湖北2015年高考物理專項訓(xùn)練：恒定電流

　　2015年湖北高考生正在努力備考中，湖北高考網(wǎng)整理了2015年湖北高考物理專項訓(xùn)練資料，希望對大家的復(fù)習(xí)有幫助！

　　一、選擇題(每小題4分，共40分)

　　1. 通常一次閃電過程歷時約0.2～0.3 s，它由若干個相繼發(fā)生的閃擊構(gòu)成.每個閃擊持續(xù)時間僅40～80 μs，電荷轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在第一個閃擊過程中.在某一次閃電前云地之間的電勢差約為1.0×109V，云地間距離約為1 km;第一個閃擊過程中云地間轉(zhuǎn)移的電荷量約為6 C，閃擊持續(xù)時間約為60 μs.假定閃電前云地間的電場是均勻的.根據(jù)以下數(shù)據(jù)，下列判斷正確的是(　　)

　　A.閃電電流的瞬時值可達到1×105A

　　B.整個閃電過程的平均功率約為1×1014W

　　C.閃電前云地間的電場強度約為1×106V/m

　　D.整個閃電過程向外釋放的能量約為6×106J

　　解析：根據(jù)電流公式I==1×105 A，A正確;整個閃電過程電流做功W=qU=6×109J，因此整個閃電過程向外釋放的能量約為6×109J，D錯;根據(jù)功率公式P=，一次閃電過程歷時約0.2～0.3 s，可知功率約為2×1010～3×1010W，B錯;電場強度公式E=，則閃電前電場強度約為1×106V/m，C正確.

　　答案：AC

　　圖1

　　2.如圖1所示為兩電阻R1和R2的伏安特性曲線.若在兩電阻兩端加相同的電壓，關(guān)于它們的電阻值及發(fā)熱功率比較正確的是(　　)

　　A.電阻R1的阻值較大

　　B.電阻R2的阻值較大

　　C.電阻R1的發(fā)熱功率較大

　　D.電阻R2的發(fā)熱功率較大

　　解析：從圖線可知，I-U圖線中圖線斜率表示電阻的倒數(shù)，故電阻R2的阻值大，又P=UI，且電壓相同時，通過R1的電流大，故R1的發(fā)熱功率較大.

　　答案：BC

　　圖2

　　3.如圖2所示，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向左移時，燈泡L1、L2、L3的亮度將(　　)

　　A.都變亮

　　B.都變暗

　　C.L1、L2變亮，L3變暗

　　D.L1、L3變亮，L2變暗

　　解析：觸頭左移，總電阻減小，總電流增大，故L1變亮，且并聯(lián)電路電壓減小，故L3變暗，通過L2的電流變大，L2變亮.

　　答案：C

　　4.如圖3所示，因線路故障，接通S時，燈泡L1和L2均不亮，用電壓表測得Uab=0，Ubc=0，Ucd=4 V.因此可知開路處為(　　)

　　圖3

　　A.燈泡L1

　　B.燈泡L2

　　C.變阻器

　　D.不能確定

　　解析：Uab=0說明ab之外有位置斷開，同樣Ubc=0說明bc之外有位置斷開，而Ucd=4 V，說明cd之外均連通，故是變阻器開路.

　　答案：C

　　5.一個直流電動機所加電壓為U，電流為I，線圈內(nèi)阻為R，當(dāng)它工作時，下述說法中錯誤的是(　　)

　　A.電動機的輸出功率為

　　B.電動機的發(fā)熱功率為I2R

　　C.電動機的輸出功率為IU-I2R

　　D.電動機的功率可寫作IU=I2R=

　　解析：電動機輸入功率為P=UI，輸出功率P出=UI-I2R，故A錯誤，C正確;發(fā)熱功率即線圈發(fā)熱功率為I2R，B正確;又電動機并非純電阻元件，故IU≠I2R≠，D錯誤.

　　答案：AD

　　圖4

　　6.圖4的電路中，電源的電動勢為E內(nèi)阻為r，電路中的C點接地.若在A、C之間再并接一個電阻R，則A、B兩點電勢的變化情況是(　　)

　　A.A、B兩點的電勢都升高

　　B.A、B兩點的電勢都降低

　　C.A點的電勢升高，B點的電勢降低

　　D.A點的電勢降低，B點的電勢升高

　　解析：A、C之間再并接一個電阻R，則電路總電阻減小，總電流增大，所以UBC=I·R增大，即φB增大，又UBA減小，UBC增大，所以UCA減小，故φA增大，應(yīng)選A.

　　答案：A

　　圖5

　　7. 電源的效率η定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比.在測電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中得到的實驗圖線如圖5所示，圖中U為路端電壓，I為干路電流，a、b為圖線上的兩點，相應(yīng)狀態(tài)下電源的效率分別為ηa、ηb.由圖可知ηa、ηb的值分別為(　　)

　　A.、　　　　　　　B.、

　　C.、 D.、

　　解析：由電源效率的定義可知η==，則ηa===，ηb===，故正確選項為D.

　　答案：D

　　8.圖6(a)、(b)兩電路的元件完全相同，則四個電表示數(shù)的大小關(guān)系正確的是(　　)

　　圖6

　　A.I1>I2，U1>U2 B.I1

　　C.I1U2 D.I1>I2，U1

　　解析：在(a)圖中二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此，電流較大而電壓較小;在(b)圖中二極管反接不導(dǎo)通，則電流接近零，電壓表示數(shù)接近電源電動勢，所以I1>I2，U1

　　答案：D

　　9.兩個電壓表甲、乙是由完全相同的電流表改裝而成，它們的量程分別為5 V、15 V，為了測量15～20 V的電壓，把甲、乙串聯(lián)起來使用，則兩表的(　　)

　　A.讀數(shù)相同

　　B.指針偏轉(zhuǎn)角度相同

　　C.讀數(shù)正比于表的內(nèi)阻

　　D.指針偏轉(zhuǎn)角度正比于表的內(nèi)阻

　　解析：電流表改裝成電壓表以后，表頭的內(nèi)阻rg并沒有變化，其量程也沒有發(fā)生變化，變化的只是等效表的內(nèi)阻(包括串聯(lián)電阻與rg在內(nèi)的總電阻).兩電壓表中因電流相同，故兩表指針偏轉(zhuǎn)角度相同;而讀數(shù)是整個電表內(nèi)阻分壓所決定，表盤是改裝后的刻度值，故讀數(shù)正比于表的內(nèi)阻(表頭內(nèi)阻rg與分壓電阻之和).

　　答案：BC

　　圖7

　　10.某同學(xué)用伏安法測小燈泡的電阻時，誤將電流表和電壓表接成如圖7所示的電路.接通電源后，可能出現(xiàn)的情況是(　　)

　　A.電流表燒壞 B.電壓表燒壞

　　C.小燈泡燒壞 D.小燈泡不亮

　　解析：本題主要考查的是電路的基本知識.在用伏安法測小燈泡的電阻時，誤將電壓表和電流表的位置錯接，此時，電流表和小燈泡先并聯(lián)再和電壓表串聯(lián)，由于電壓表的內(nèi)阻很大，電路中的電流很小因此小燈泡、電流表和電壓表均不會被燒壞，而此時由于電流表的內(nèi)阻很小，小燈泡被電流表短路，所以小燈泡不發(fā)光.則本題的正確答案為D.

　　答案：D

　　二、填空題(每小題5分，共20分)

　　11.為了測量一微安表頭A的內(nèi)阻，某同學(xué)設(shè)計了如下圖8所示的電路.圖中，A0是標(biāo)準(zhǔn)電流表，R0和RN分別是滑動變阻器和電阻箱，S和S1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀單擲開關(guān)，E是電池.完成下列實驗步驟中的填空：

　　圖8

　　(1)將S撥向接點1，接通S1，調(diào)節(jié)________，使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時________的讀數(shù)I.

　　(2)然后將S撥向接點2，調(diào)節(jié)________，使________，記下此時RN的讀數(shù).

　　(3)多次重復(fù)上述過程，計算RN讀數(shù)的________，此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值.

　　解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，只要保持單刀雙擲開關(guān)打在1上和打在2上時，電路中的電流保持不變，則電路中的總電阻就應(yīng)該不變.而電源內(nèi)阻、滑動變阻器阻值、標(biāo)準(zhǔn)電流表阻值均未發(fā)生變化，所以后來接入的電阻箱的阻值讀數(shù)就是待測電流表的內(nèi)阻值.

　　答案：(1)R0　標(biāo)準(zhǔn)電流表(或A0)　(2)RN　標(biāo)準(zhǔn)電流表(或A0)的讀數(shù)仍為I　(3)平均值

　　12.某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0=5Ω)一個，開關(guān)兩個，導(dǎo)線若干，實驗原理圖如圖9(a).

　　圖9

　　在圖9(b)的實物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接.

　　請完成下列主要實驗步驟：

　　A. 檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零;調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖9(c)所示，讀得電阻值是________;

　　B. 將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49V;

　　C. 將開關(guān)S2__________，電壓表的示數(shù)是1.16V;斷開開關(guān)S1.

　　使用測得的數(shù)據(jù)，計算出干電池的內(nèi)阻是________(計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字).

　　由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測得的電動勢比實際值偏________(填“大”或“小”).

　　解析：由電路原理圖將實物連接如圖所示.

　　A.根據(jù)電阻箱面板所示，讀得電阻值是20 Ω.

　　C.將開關(guān)S2閉合與電阻箱構(gòu)成閉合電路.

　　由閉合電路歐姆定律，得U1=U2+(R0+r)，代入數(shù)據(jù)解得r=0.69 Ω.

　　由于電壓表不是理想電表，所測得的電源電動勢U1比實際值E偏小.

　　答案：如圖10　A.20 Ω　C.閉合

　　0.69 Ω　小

　　13.在物理學(xué)中，常用“面積”來描述所求的物理量，如用F-s圖包圍的面積來描述功的大小，用v-t圖包圍的面積來描述位移的大小，利用這種情況，試求下面一題的結(jié)果.

　　圖11

　　如圖11是用高電阻放電法測電容的實驗電路圖，其原理是測出電容器在充電電壓為U時所帶的電荷量Q，從而求出其電容.該實驗的操作步驟如下：按圖接好實驗電路.閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使微安表的指針接近滿刻度，記下這時電壓表的讀數(shù)U0=6.2 V和微安表的讀數(shù)I0=490 μA.斷開開關(guān)S并同時計時，每隔5 s或10 s讀一次微安表的示數(shù)I，將示數(shù)記錄在預(yù)先設(shè)計的表格中.根據(jù)表格中的幾組數(shù)據(jù)，以t為橫坐標(biāo)，I為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點.根據(jù)以上實驗結(jié)果和圖象，如圖12，可以估算出當(dāng)電容器兩端電壓為U0時該電容器所帶的電荷量Q0約為__________C，從而算出該電容器的電容約為__________F.

　　圖12

　　解析：此題給出了電容器放電過程中電流隨時間變化的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上由標(biāo)出的點可連出一條曲線，由縱、橫軸物理量及q=It可知該曲線與坐標(biāo)軸所夾“面積”為所放電量.

　　此曲線并非為一規(guī)則的直線或曲線，“面積”如何求出，又是一關(guān)鍵，我們可借助“油膜法測分子大小”的實驗中測面積方法.畫出I-t圖象，數(shù)得有28個格子，故電量Q=28×50×10-6×5 C=7×10-3 C，由C=，得C==1.1×10-3 F.

　　答案：7×10-3;1.1×10-3

　　14.(2011·全國卷)使用多用電表測量電阻時，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個直流電源(一般為電池)、一個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端.現(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導(dǎo)線若干.實驗時，將多用電表調(diào)至×1 Ω擋，調(diào)好零點;電阻箱置于適當(dāng)數(shù)值.完成下列填空：

　　(1)儀器連線如下圖13所示(a和b是多用電表的兩個表筆).若兩電表均正常工作，則表筆a為________(填“紅”和“黑”)色.

　　圖13

　　(2)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱后，圖13中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如下圖14(a)、(b)、(c)所示，則多用電表的讀數(shù)為________Ω，電流表的讀數(shù)為________mA，電阻箱的讀數(shù)為________Ω.

　　(3)將圖13中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為________mA.(保留3位有效數(shù)字)

　　(4)計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為________V.(保留3位有效數(shù)字)

　　答案：(1)黑　(2)14.0　53.0　4.6

　　(3)102　(4)1.54

　　三、論述計算題(共40分)

　　15.(10分)材料的電阻率ρ隨溫度變化的規(guī)律為ρ=ρ0(1+αt)，其中α稱為電阻溫度系數(shù)，ρ0是材料在t=0 ℃時的電阻率.在一定的溫度范圍內(nèi)α是與溫度無關(guān)的常量.金屬的電阻一般隨溫度的增加而增加，具有正溫度系數(shù);而某些非金屬如碳等則相反，具有負溫度系數(shù).利用具有正負溫度系數(shù)的兩種材料的互補特性，可制成阻值在一定溫度范圍內(nèi)不隨溫度變化的電阻.已知：在0 ℃時，銅的電阻率為1.7×10-8 Ω·m，碳的電阻率為3.5×10-5 Ω·m;在0 ℃附近，銅的電阻溫度系數(shù)為3.9×10-3℃-1，碳的電阻溫度系數(shù)為-5.0×10-4℃-1.將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長1.0 m的導(dǎo)體，要求其電阻在0 ℃附近不隨溫度變化，求所需碳棒的長度(忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化).

　　解：設(shè)所需碳棒的長度為L1，電阻率為ρ1，電阻溫度系數(shù)為α1;銅棒的長度為L2，電阻率為ρ2，電阻溫度系數(shù)為α2.根據(jù)題意有ρ1=ρ10(1+α1t)

　　ρ2=ρ20(1+α2t)

　　式中ρ10，ρ20分別為碳和銅在0 ℃時的電阻率.設(shè)碳棒的電阻為R1，銅棒的電阻為R2，有

　　R1=ρ

　　R2=ρ

　　式中S為碳棒與銅棒的橫截面積.

　　碳棒與銅棒連接成的導(dǎo)體的總電阻和總長度分別為

　　R=R1+R2

　　L0=L1+L2

　　式中L0=1.0 m.

　　聯(lián)立以上各式得

　　R=ρ10+ρ20+t

　　要使R不隨t變化，式中t的系數(shù)必須為零，即

　　ρ10α1L1+ρ20α2L2=0

　　聯(lián)立式得

　　L1=L0

　　代入數(shù)據(jù)得

　　L1=3.8×10-3 m.

　　16.(10分)在如圖15所示電路中，若R1=4 Ω，R3=6 Ω，電池內(nèi)阻r=0.6 Ω，則電源產(chǎn)生的總功率為40 W，而輸出功率37.6 W，求電源電動勢和電阻R2.

　　圖15

　　解：R13==2.4 Ω，

　　由閉合電路歐姆定律可得

　　I=.

　　又P總=EI，P出=EI-I2r，

　　解得I=2 A，E=20 V，R2=7 Ω.

　　17.(10分)如圖16所示，電容器C1=6 μF，C2=3 μF，電阻R1=6 Ω，R2=3 Ω，U=18 V，則：

　　圖16

　　(1)開關(guān)S斷開時，A、B兩點間的電壓UAB為多大?

　　(2)開關(guān)S閉合時，電容器C1的電量改變了多少?

　　解：(1)S斷開時，電路斷開，A、B兩端電壓即外加電壓，所以UAB=18 V.

　　(2)S斷開時，C1帶電量Q1=CUAB=1.08×10-4C，

　　S閉合時，C1帶電量Q1′=CU′=7.2×10-5C，

　　所以ΔQ=Q1′-Q1=-3.6×10-5C，負號表示帶電量減小.

　　18.(10分)如圖17所示的電路中，電源電動勢E=9 V，內(nèi)阻r=1 Ω，電阻R2=2 Ω，燈泡L1標(biāo)有“6 V,6 W”，L2標(biāo)有“4 V,4 W”滑動變阻器的調(diào)節(jié)范圍是0～20 Ω，求：

　　圖17

　　(1)接入電路中的滑動變阻器R1的阻值為多大時，燈L2正常發(fā)光?

　　(2)此時燈L1的實際功率是多大?(設(shè)燈泡的電阻不隨溫度變化)

　　解：(1)首先計算L1、L2兩燈泡的電阻

　　L1燈：RL1== Ω=6 Ω，L2燈：RL2== Ω=4 Ω.

　　L2與R2串聯(lián)，跟L1并聯(lián)，最后與R1串聯(lián)組成外電路.

　　L2正常發(fā)光，則L2兩端電壓為額定電壓4 V，通過L2的電流為額定電流：I2==A=1.0 A.

　　則R2與L2串聯(lián)支路兩端電壓為：

　　U2′=I2(R2+RL2)=1.0×(2+4)V=6.0 V.

　　L1兩端電壓：U1′=U2′=6.0 V，

　　通過L1的電流為：I1==A=1.0 A.

　　閉合電路總電流為：I=I1+I2=1.0 A+1.0 A=2.0 A.

　　閉合電路總電阻：R+r==Ω=4.5 Ω.

　　外電路總電阻：R=4.5 Ω-r=4.5 Ω-1 Ω=3.5 Ω，

　　并聯(lián)部分電阻為：

　　R并==Ω=3 Ω，

　　則滑動變阻器的阻值為：

　　R1=R-R并=3.5 Ω-3 Ω=0.5 Ω.

　　(2)此時燈L1的實際電壓U1′=6.0 V，實際功率為：

　　P1==W=6 W.