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【金版教程 金考卷】2016高三物理新一轮总复习阶段示范性测试:专题7——恒定电流


阶段示范性金考卷(七)
本卷测试内容:恒定电流 本试卷分为第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,共 110 分。测试时间 90 分钟。 第Ⅰ卷 (选择题,共 60 分)

一、选择题(本题共 12 小题,每小题 5 分,共 60 分。在每小题 给出的四个选项中,第 1、2、4、6、8、10 小题,只有一个选项正确; 第 3、5、7、9、11、1

2 小题,有多个选项正确,全部选对的得 5 分, 选对但不全的得 3 分,有选错的得 0 分。) 1. 有四盏灯, 如图所示连接在电路中, L1 和 L2 都标有“220 V'100 W”字样,L3 和 L4 都标有“220 V'40 W”字样,把电路接通后,最暗的 是( )

A. L1 C. L3

B. L2 D. L4

解析: 由题目给出的额定电压和额定功率可以判断出 R1=R2<R3 =R4。由串联电路功率的分配知 P4>P1,由 I1>I2 知 P1>P2,而 P2 与 P3 的大小可由并联电路的功率分配知 P2>P3, 所以四盏灯消耗的实际 功率大小关系为 P4>P1>P2>P3,故最暗的灯是 L3。 答案:C

2. [2014· 陕西渭南高三质检一]如图所示, 一只玩具电动机用一节 干电池供电,闭合开关 S 后,发现电动机转速较慢,经检测,电动 机性能完好;用电压表测 a 与 b 间电压,只有 0.6 V;断开开关 S, 测得 a 与 b 间电压接近 1.5 V,电动机转速较慢的原因是( A.开关 S 接触不良 C.电动机两端接线短路 )

B.电动机接线接触不良 D.电池过旧,内阻过大

解析:本题考查了电源的电动势和内阻等知识。开关 S 接触不 良、电动机接线接触不良、电动机两端接线短路,电动机就不会旋转 了,而不是转得慢。电动机转得慢的原因是电池过旧,内阻过大,电 动机两端的电压过低造成的,D 正确。 答案:D

3. [2015· 江西师大附中、 临川一中高三联考]如图所示电路中, 电 源电动势 E 恒定,内阻 r=1 Ω,定值电阻 R3=5 Ω,当电键 K 断开 与闭合时, ab 段电路消耗的电功率相等,则下列说法中正确的是

(

) A.电阻 R1、R2 可能分别为 4 Ω、5 Ω B.电阻 R1、R2 可能分别为 3 Ω、6 Ω C.电键 K 断开时电压表的示数一定大于 K 闭合时的示数 D. 电键 K 断开与闭合时电压表的示数变化量大小与电流表的示

数变化量大小之比一定等于 6 Ω 解析:根据闭合电路欧姆定律知,K 断开时,电压表示数大,C 正确; 当满足 R 外· R′外=r2 时, 外电路消耗的电功率相等, 在此题中, 把 R3 看成电源内阻的一部分,则当 R1(R1+R2)=(r+R3)2 成立时,ab 段电路消耗电功率相等,代入可知,B 错误,A 正确;根据闭合电路 欧姆定律 E=U+I(r+R3),K 断开前后 答案:ACD ΔU =r+R3,故 D 对。 ΔI

4. 如图为实用型高温超导电缆,利用超导电缆可实现无损耗输 电。现有一直流电路,输电线的总电阻为 0.4 Ω,它提供给用电器的 电功率为 40 kW,电压为 800 V。若用临界温度以下的超导体电缆替 代原来的输电线, 保持供给用电器的功率和电压不变, 那么节约的电 功率为( ) B. 10 kW D. 1.6×103 kW

A. 1 kW C. 1.6 kW

P 40×10 W 解析:输电导线上的输电电流为 I=U= =50 A,则输 800 V 电线上损失的电功率为 P′=I2R=502×0.4 W=1000 W,A 正确。 答案:A

3

5. 在如图所示电路中, 电源内阻不可忽略。 R1 和 R2 为定值电阻, R 为滑动变阻器,在 R 的滑动触头向上滑动的过程中( 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. 定值电阻 R1 电功率增大 D. R 中电流变化的绝对值大于电流表读数变化的绝对值 解析:R 的滑动触头向上滑动的过程中,连入电路中的 R 阻值 减小,整个电路的总电阻减小,电路中的总电流 I 增大,路端电压 U =E-Ir 减小,即电压表的示数减小,I 增大,R1 两端电压增大,路 端电压减小,则 R2 两端电压减小,R2 中的电流减小,即电流表示数 减小,A 正确、B 错误;由于 R1 的电流增大,其电功率增大,故 C 正确;由于干路电流增大,而电流表中的电流减小,故 R 中电流变 化的绝对值大于电流表读数变化的绝对值,D 正确。 答案:ACD 6. [2014· 湖北模拟]“神舟九号”飞船于 2012 年 6 月 16 日发射成 功。 它是中国航天计划中的一艘载人宇宙飞船, 是神舟号系列飞船之 一。 “神舟飞船”上的太阳能电池是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳 )

能电池。在正常照射下,太阳能电池的光电转换效率可达 24%。单 片单晶硅太阳能电池可产生 0.6 V 的电动势,可获得 0.1 A 的电流, 则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是( A. 0.24 J C. 0.26 J B. 0.25 J D. 0.28 J )

解析:根据 W=UIt 可得,每秒单片单晶硅太阳能电池产生的能 量为 W=0.6×0.1×1 J=0.06 J,设太阳每秒照射到该电池上的能量 为 Q,则由能量守恒定律得 Q×24%=W,所以 Q=0.25 J,故答案 为 B。 答案:B 7. [2015· 河北五校联盟模拟 ]一辆电动观光车蓄电池的电动势为 E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为 v 的速度匀速行驶时, 流过电动机的电流为 I,电动车的质量为 m,电动车受到的阻力是车 重的 k 倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则( E A. 电动机的内阻为 R= I E kmgv B. 电动机的内阻为 R= I - 2 I C. 如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源消耗的功率将变 大 D. 如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源消耗的功率将变 小 解析:根据能的转化与守恒定律,EI=I2R+kmgv,所以电动机 E kmgv 的内阻为 R= I - 2 , B 正确; 当电动机突然被卡住而停止转动时, I 变成了纯电阻电路,回路中的电流变大,故电源消耗的功率 P=EI 将变大,所以 C 正确。 )

答案:BC

8. [2014· 福州质检]如图所示电路,电源电动势为 E,内阻为 r, Rt 为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。现增加光照强度, 则下列判断正确的是( ) B. R0 两端电压变大 D. 电源总功率不变

A. B 灯变暗,A 灯变亮 C. 电源路端电压不变

解析:光照强度增大,光敏电阻的阻值减小,全电路的总电阻减 小,总电流变大,电源的总功率 P=EI 变大,路端电压变小,A 灯 变暗,C、D 错误;因总电流增大,A 灯的电流减小,故流过 R0 的电 流变大, R0 两端的电压变大, B 正确; B 灯泡的电压因路端电压减小、 R0 两端的电压变大而减小,B 灯变暗,A 错误。 答案:B 9. [2015· 南京高三质检]如图虚线框内为高温超导限流器, 它由超 导部件和限流电阻并联组成。超导部件有一个超导临界电流 Ic,当通 过限流器的电流 I>Ic 时,将造成超导体失超,从超导态(电阻为零, 即 R1=0)转变为正常态(一个纯电阻,且 R1=3 Ω),以此来限制电力 系统的故障电流。已知超导临界电流 Ic=1.2 A,限流电阻 R2=6 Ω, 小灯泡 L 上标有“6 V 6 W”的字样,电源电动势 E=8 V,内阻 r

=2 Ω。 原来电路正常工作, 超导部件处于超导态, 灯泡 L 正常发光, 现 L 突然发生短路,则( )

4 A. 灯泡 L 短路前通过 R2 的电流为 A 7 B. 灯泡 L 短路后超导部件将由超导状态转化为正常态 C. 灯泡 L 短路后通过 R1 的电流为 4 A 2 D. 灯泡 L 短路后通过 R2 的电流为 A 3 解析:在灯泡短路前,超导部件 R1 处于超导态,限流电阻 R2 被短路,通过 R2 的电流为 0,A 选项错误;当灯泡短路后,假设超 E 导部件 R1 仍处于超导态,则通过 R1 的电流为 I= r =4 A,此时 I>Ic 可知假设不成立,超导部件 R1 由超导状态转为正常态,此时通过 R1 2 的电流大小为 I1= × 3 4 1 E = A,通过 R2 的电流大小为 I2= R1R2 3 3 r+ R1+R2

2 E × = A,BD 选项正确,C 选项错误。 R1R2 3 r+ R1+R2 答案:BD 10. [2014· 福州模拟]将电阻 R1 和 R2 分别接到同一电池组的两极 时消耗的电功率相同。电池组向两个电阻供电时的电流分别是 I1 和 I2,电池组内阻消耗的功率分别是 P′1 和 P′2,电池组的效率分别 是 η1 和 η2,电阻两端的电压分别是 U1 和 U2。若已知电流 I1<I2,则 有( )

A. R1<R2 C. η1>η2

B. U1<U2 D. P′1>P′2

解析: 根据题意画出电源及电阻 R1、R2 的 U-I 图象,由图象 不难得出 R1>R2,U1>U2,由 P 内=I2r 知,P′1<P′2,η1>η2,选项 C 正确。 答案:C

11. 在图示电路中, R1=100 Ω, R2=200 Ω, R3=80 Ω, C=20 μF, 电源电动势为 12 V,电源内阻不计,闭合电键后,若要使电容器所 带电荷量为 4×10-5 C,则 R4 的阻值应为( A. 40 Ω C. 160 Ω B. 80 Ω D. 400 Ω )

解析:电容器电压 U=Q/C=2 V;R1 两端电压 U1=4 V,则 R3 两端电压 U3=U1± U=2 V(或 6 V),所以 R4 两端电压 U4=10 V(或 6 V),当 U3=2 V 时,R4=400 Ω,当 U3=6 V 时,R4=80 Ω。可见 B、 D 正确。

答案:BD 12. [2015· 哈尔滨第三中学高三质检]如图所示,甲、乙两电路中 电源完全相同, 内阻不能忽略, 电阻 R1>R2。 图中电压表为理想电表。 当在两电路中通过相同的电量 q 的过程中,下列关于两电路的比较, 正确的是 ( )

A. R1 上产生的热量比 R2 上产生的热量多 B. 电源内部产生热量较多的是甲电路 C. 电压表 V1 示数大于电压表 V2 示数 D. 甲、乙两电路电源输出功率可能相等 解析:由焦耳定律可得 Q=I2Rt=It×IR=qU,由于两电路电源 相同且 R1>R2,由串联分压与电阻成正比,得 U1>U2,所以 Q1>Q2, AC 正确;电源内部产生的热量 Qr= I2rt= It×Ir= q(E- U),由于 U1>U2,故 Qr1<Qr2,B 错误;由于电源的内阻与负载电阻的大小关 系未知,甲、乙两电路电源输出功率可能相等,D 正确。 答案:ACD 第Ⅱ卷 (非选择题,共 50 分)

二、实验题(本题共 4 小题,共 32 分)

13. (6 分)[2014· 课标全国卷Ⅱ]在伏安法测电阻的实验中, 待测电 阻 Rx 约为 200 Ω,电压表 的内阻约为 2 kΩ,电流表 的内阻约为 10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公 U 式 Rx= I 计算得出,式中 U 与 I 分别为电压表和电流表的示数。若 将 图 (a) 和 图 (b) 中 电 路 测 得 的 电 阻 值 分 别 记 为 Rx1 和 Rx2 , 则 ________( 填 “Rx1” 或 “Rx2”) 更 接 近 待 测 电 阻 的 真 实 值 , 且 测 量 值 Rx1________( 填 “ 大 于 ”“ 等 于 ” 或 “ 小 于 ”) 真 实 值 , 测 量 值 Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 RV Rx 解析: =20, R =10,因此 Rx 属于大电阻,用电流表内接法 RA x U 时测量值更接近真实值,即 Rx1 更接近真实值;因 Rx1= I =Rx+RA, U 故 Rx1>Rx,Rx2= I =R 并(即 Rx 与 RV 的并联值),故 Rx2<Rx。 答案:Rx1 大于 小于

14. (6 分)[2014· 天津高考]现要测量一个未知电阻 Rx 的阻值,除 Rx 外可用的器材有: 多用电表(仅可使用欧姆挡);

一个电池组 E(电动势 6 V); 一个滑动变阻器 R(0~20 Ω,额定电流 1 A); 两个相同的电流表 G(内阻 Rg=1000 Ω,满偏电流 Ig=100 μA); 两个标准电阻(R1=29000 Ω,R2=0.1 Ω); 一个电键 S、导线若干。 ①为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,采用 “×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧 挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是 ________( 填字母代 号)。(2 分) A. 这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆 B. 这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆 C. 如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量 D. 如需进一步测量可换“×1 k”挡,调零后测量 ②根据粗测的判断, 设计一个测量电路, 要求测量尽量准确并使 电路能耗较小, 画出实验电路图, 并将各元件字母代码标在该元件的 符号旁。(4 分) 解析:①欧姆挡的零刻线在右侧,偏转越大时阻值越小,故 A 正确。 要使指针指在中间刻度线附近, 由“阻值=读数×倍率”可知 所选倍率应减小以增大读数,故 C 正确。②由电路能耗较小的要求 可知控制电路应采用限流式。因器材中只有两个内阻已知的电流表, 故可考虑改装:由题给数据可知电流表 G 与 R1 可改装为一个量程为 3 V 的电压表。电流表 G 与 R2 可改装为一个量程为 1 A 的电流表。 改装后的内阻分别为 RV=30000 Ω 与 RA=0.1 Ω, 而被测电阻的阻值 约为几欧,属于小电阻,故测量电路应采用外接法,电路图见答案。 答案:①AC ②如图所示

15. (10 分)2013 年暑假期间,某学校课题研究小组为了撰写关于 未知材料电阻率的实践报告,设计了一个测量电阻率(被测电阻丝的 阻值约为 25 Ω)的实验方案,可提供的器材有: A. 电流表 G,内阻 Rg=120 Ω,满偏电流 Ig=3 mA B. 电流表 A,内阻约为 0.2 Ω,量程为 0~0.6 A C. 螺旋测微器 D. 电阻箱 R0(0~9999 Ω,0.5 A) E. 滑动变阻器 R(5 Ω,1 A) F. 干电池组(3 V,0.05 Ω) G. 一个开关和导线若干 他进行了以下操作: (1)用螺旋测微器测量电阻丝的直径,其示数部分如图甲所示, 则该次测量测得直径 d=________mm;

甲 (2)把电流表 G 与电阻箱串联改装成电压表使用,最大测量电压

为 3 V,则电阻箱的阻值应调为 R0=________Ω; (3)请用改造完的电压表设计一个测量电阻率的实验电路,根据 提供的器材和实验需要,请将图乙中电路图补画完整;

乙 (4)实验数据的测量与电阻率的计算:如果电阻丝的长度用 L 表 示,电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适位置,电流表 G 的 示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2,请用已知量和测量量写出计算电 阻率的表达式 ρ=________。 解析:(1)固定部分的读数 0,可动部分的读数为 26.7×0.01 mm =0.267 mm,所以读数为 0.267 mm。 U (2)由电压表改装原理知 R0= -Rg=880 Ω。 Ig (3)由于电流表内阻较小,所以用内接法,为了测量方便,滑动 变阻器采用分压式接法,电路图如图所示(见答案)。 (4) 由 电 路 接 法 知 πd2I1?Rg+R0? 。 4LI2 答案:(1)0.267(0.265~0.268) (2)880 I1?Rg+R0? ρL = I ,联立得 ρ= 2,R= R d2 π 4

(3)如图所示

πd2I1?Rg+R0? (4) 4LI2 16. (10 分)某同学设计用伏安法测量一节干电池的电动势 E 和内 电阻 r。除待测干电池外,实验室可供选择的主要器材有: A. 电流表 G:测量范围 0~10 mA,内电阻未知; B. 电流表 A:测量范围 0~0.5 A,内电阻很小; C. 电阻箱 R0:电阻变化范围 0~999.9 Ω,最小精度 0.1 Ω; D. 滑动变阻器 R:电阻变化范围 0~20 Ω; E. 开关一个、导线若干。 (1)实验中,首先需将电流表 G 改装成电压表。该同学采用图 1 所示的电路测定电流表 G 的内阻,其主要实验步骤如下,请完成步 骤中的填空:

图1

①将 R0 调到某一设定值,滑动变阻器 R 的滑动触头移到 ________(选填“左端”“右端”或“任意”)位置,然后闭合开关; ②多次改变 R0 的大小,反复调节滑动变阻器的滑动触头位置, 发现当 R0=5.0 Ω 时,电流表 G 的示数为 10.0 mA,电流表 A 的示 数为 0.210 A,则电流表 G 的内电阻为________Ω; ③拆开电路,采用电阻箱 R0 与电流表 G 串联的方式,将电流表 G 改装成量程为 2 V 的电压表 V,则 R0 的值应调为________Ω。 (2)用改装成的电压表 V 和电流表 A,采用图 2 的电路测量电源 的电动势和内电阻。根据电压表 V 的示数 U 与电流表 A 的示数 I, 经描点、连线得到 U-I 图象如图 3 所示。根据图象可求得该干电池 的电动势 E=________V;内电阻 r=________Ω。(保留三位有效数 字)

解析:(1) ①根据安全的原则,闭合开关前,应将滑动触头滑到 左端, 以保证测量电路部分的电压和电流最小, 电表不会因电压和电 流过大而被烧坏;②依题意知,通过 R0 的电流为 IR0=IA-Ig=0.200 A,有 UR0=IR0R0=1.0 V,则 Rg= 的电压表总内阻 RV= UR0 1.0 = Ω=100 Ω;③改装后 Ig 0.01

2V =200 Ω, 则 R0=RV-Rg=200 Ω-100 Ω 0.01 A

=100 Ω。(2)根据实验原理,电源的伏安特性图线的纵截距为电源的

电动势,可从图中读出为 1.46 V(或 1.47 V),电源内电阻为图线斜率 ΔU 1.46-1.0 的绝对值,即 r=| ΔI |= Ω=0.920 Ω。 0.5 答案:(1)①左端 (2)1.46(1.47) ②100 ③100

0.920(0.940)

三、计算题(本题共 2 小题,共 18 分) 17. (9 分)如图所示的电路中,两平行金属板 A、B 水平放置,两 板间的距离 d=40 cm。电源电动势 E=24 V,内电阻 r=1 Ω,电阻 R=15 Ω。闭合开关 S,待电路稳定后,将一带正电的小球从 B 板小 孔以初速度 v0=4 m/s 竖直向上射入板间。若小球带电荷量为 q= 1×10-2 C,质量为 m=2×10-2 kg,不考虑空气阻力。那么,滑动变 阻器接入电路的阻值为多大时,小球恰能到达 A 板?此时电源的输 出功率是多少?(取 g=10 m/s2)

解析:小球进入板间后,受重力和电场力作用,且到达 A 板时 速度为零。 设两板间电压为 UAB,由动能定理得 1 2 -mgd-qUAB=0- mv0 2 解得 UAB=8 V 滑动变阻器两端的电压 U 滑=UAB=8 V 设通过滑动变阻器的电流为 I,由欧姆定律得

I=

E-U滑 =1 A R+r

U滑 滑动变阻器接入的电路 R 滑= I =8 Ω 电源的输出功率 P 出=I2(R+R 滑)=23 W。 答案:8 Ω 23 W

18. (9 分)[2014· 湖南雅礼中学高三第四次月考]在如图所示的电 路中,R1=2Ω,R2=R3=4 Ω,当开关 K 接 a 时,R2 上消耗的电功 率为 4 W,当开关 K 接 b 时,电压表示数为 4.5 V。试求: (1)当开关 K 接 a 时,通过电源的电流和电源两端的电压; (2)电源的电动势和内电阻; (3)当开关 K 接 c 时,通过 R2 的电流。

解析:(1)当 K 接 a 时,R1 被短路,外电阻为 R2,根据电功率公 式可得 通过电源的电流 I1= P =1 A R2

电源两端的电压 U1= PR2=4 V (2)当 K 接 a 时,有 E=U1+I1r=4+r ①

当 K 接 b 时,R1 和 R2 串联,R 外=R1+R2=6 Ω

通过电源的电流 I2=

U2 =0.75 A R1+R2 ②

这时有:E=U2+I2r=4.5+0. 75r 解①②式得:E=6 V,r=2 Ω

(3)当 K 接 c 时,R 总=R1+r+R23=6 Ω 总电流 I3=E/R 总=1 A 1 通过 R2 的电流 I′= I3=0.5 A。 2 答案:(1)1 A 4 V (2)6 V 2 Ω (3)0.5 A


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