2015年湖北高考物理专项训练：恒定电流

湖北2015年高考物理专项训练：恒定电流

　　2015年湖北高考生正在努力备考中，湖北高考网整理了2015年湖北高考物理专项训练资料，希望对大家的复习有帮助！

　　一、选择题(每小题4分，共40分)

　　1. 通常一次闪电过程历时约0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成.每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中.在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109V，云地间距离约为1 km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的.根据以下数据，下列判断正确的是(　　)

　　A.闪电电流的瞬时值可达到1×105A

　　B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014W

　　C.闪电前云地间的电场强度约为1×106V/m

　　D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106J

　　解析：根据电流公式I==1×105 A，A正确;整个闪电过程电流做功W=qU=6×109J，因此整个闪电过程向外释放的能量约为6×109J，D错;根据功率公式P=，一次闪电过程历时约0.2～0.3 s，可知功率约为2×1010～3×1010W，B错;电场强度公式E=，则闪电前电场强度约为1×106V/m，C正确.

　　答案：AC

　　图1

　　2.如图1所示为两电阻R1和R2的伏安特性曲线.若在两电阻两端加相同的电压，关于它们的电阻值及发热功率比较正确的是(　　)

　　A.电阻R1的阻值较大

　　B.电阻R2的阻值较大

　　C.电阻R1的发热功率较大

　　D.电阻R2的发热功率较大

　　解析：从图线可知，I-U图线中图线斜率表示电阻的倒数，故电阻R2的阻值大，又P=UI，且电压相同时，通过R1的电流大，故R1的发热功率较大.

　　答案：BC

　　图2

　　3.如图2所示，当滑动变阻器的滑动触头向左移时，灯泡L1、L2、L3的亮度将(　　)

　　A.都变亮

　　B.都变暗

　　C.L1、L2变亮，L3变暗

　　D.L1、L3变亮，L2变暗

　　解析：触头左移，总电阻减小，总电流增大，故L1变亮，且并联电路电压减小，故L3变暗，通过L2的电流变大，L2变亮.

　　答案：C

　　4.如图3所示，因线路故障，接通S时，灯泡L1和L2均不亮，用电压表测得Uab=0，Ubc=0，Ucd=4 V.因此可知开路处为(　　)

　　图3

　　A.灯泡L1

　　B.灯泡L2

　　C.变阻器

　　D.不能确定

　　解析：Uab=0说明ab之外有位置断开，同样Ubc=0说明bc之外有位置断开，而Ucd=4 V，说明cd之外均连通，故是变阻器开路.

　　答案：C

　　5.一个直流电动机所加电压为U，电流为I，线圈内阻为R，当它工作时，下述说法中错误的是(　　)

　　A.电动机的输出功率为

　　B.电动机的发热功率为I2R

　　C.电动机的输出功率为IU-I2R

　　D.电动机的功率可写作IU=I2R=

　　解析：电动机输入功率为P=UI，输出功率P出=UI-I2R，故A错误，C正确;发热功率即线圈发热功率为I2R，B正确;又电动机并非纯电阻元件，故IU≠I2R≠，D错误.

　　答案：AD

　　图4

　　6.图4的电路中，电源的电动势为E内阻为r，电路中的C点接地.若在A、C之间再并接一个电阻R，则A、B两点电势的变化情况是(　　)

　　A.A、B两点的电势都升高

　　B.A、B两点的电势都降低

　　C.A点的电势升高，B点的电势降低

　　D.A点的电势降低，B点的电势升高

　　解析：A、C之间再并接一个电阻R，则电路总电阻减小，总电流增大，所以UBC=I·R增大，即φB增大，又UBA减小，UBC增大，所以UCA减小，故φA增大，应选A.

　　答案：A

　　图5

　　7. 电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比.在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图5所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为(　　)

　　A.、　　　　　　　B.、

　　C.、 D.、

　　解析：由电源效率的定义可知η==，则ηa===，ηb===，故正确选项为D.

　　答案：D

　　8.图6(a)、(b)两电路的元件完全相同，则四个电表示数的大小关系正确的是(　　)

　　图6

　　A.I1>I2，U1>U2 B.I1

　　C.I1U2 D.I1>I2，U1

　　解析：在(a)图中二极管处于导通状态，因此，电流较大而电压较小;在(b)图中二极管反接不导通，则电流接近零，电压表示数接近电源电动势，所以I1>I2，U1

　　答案：D

　　9.两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装而成，它们的量程分别为5 V、15 V，为了测量15～20 V的电压，把甲、乙串联起来使用，则两表的(　　)

　　A.读数相同

　　B.指针偏转角度相同

　　C.读数正比于表的内阻

　　D.指针偏转角度正比于表的内阻

　　解析：电流表改装成电压表以后，表头的内阻rg并没有变化，其量程也没有发生变化，变化的只是等效表的内阻(包括串联电阻与rg在内的总电阻).两电压表中因电流相同，故两表指针偏转角度相同;而读数是整个电表内阻分压所决定，表盘是改装后的刻度值，故读数正比于表的内阻(表头内阻rg与分压电阻之和).

　　答案：BC

　　图7

　　10.某同学用伏安法测小灯泡的电阻时，误将电流表和电压表接成如图7所示的电路.接通电源后，可能出现的情况是(　　)

　　A.电流表烧坏 B.电压表烧坏

　　C.小灯泡烧坏 D.小灯泡不亮

　　解析：本题主要考查的是电路的基本知识.在用伏安法测小灯泡的电阻时，误将电压表和电流表的位置错接，此时，电流表和小灯泡先并联再和电压表串联，由于电压表的内阻很大，电路中的电流很小因此小灯泡、电流表和电压表均不会被烧坏，而此时由于电流表的内阻很小，小灯泡被电流表短路，所以小灯泡不发光.则本题的正确答案为D.

　　答案：D

　　二、填空题(每小题5分，共20分)

　　11.为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如下图8所示的电路.图中，A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E是电池.完成下列实验步骤中的填空：

　　图8

　　(1)将S拨向接点1，接通S1，调节________，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时________的读数I.

　　(2)然后将S拨向接点2，调节________，使________，记下此时RN的读数.

　　(3)多次重复上述过程，计算RN读数的________，此即为待测微安表头内阻的测量值.

　　解析：根据闭合电路欧姆定律可知，只要保持单刀双掷开关打在1上和打在2上时，电路中的电流保持不变，则电路中的总电阻就应该不变.而电源内阻、滑动变阻器阻值、标准电流表阻值均未发生变化，所以后来接入的电阻箱的阻值读数就是待测电流表的内阻值.

　　答案：(1)R0　标准电流表(或A0)　(2)RN　标准电流表(或A0)的读数仍为I　(3)平均值

　　12.某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R0=5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图9(a).

　　图9

　　在图9(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接.

　　请完成下列主要实验步骤：

　　A. 检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱，示数如图9(c)所示，读得电阻值是________;

　　B. 将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V;

　　C. 将开关S2__________，电压表的示数是1.16V;断开开关S1.

　　使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留二位有效数字).

　　由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏________(填“大”或“小”).

　　解析：由电路原理图将实物连接如图所示.

　　A.根据电阻箱面板所示，读得电阻值是20 Ω.

　　C.将开关S2闭合与电阻箱构成闭合电路.

　　由闭合电路欧姆定律，得U1=U2+(R0+r)，代入数据解得r=0.69 Ω.

　　由于电压表不是理想电表，所测得的电源电动势U1比实际值E偏小.

　　答案：如图10　A.20 Ω　C.闭合

　　0.69 Ω　小

　　13.在物理学中，常用“面积”来描述所求的物理量，如用F-s图包围的面积来描述功的大小，用v-t图包围的面积来描述位移的大小，利用这种情况，试求下面一题的结果.

　　图11

　　如图11是用高电阻放电法测电容的实验电路图，其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容.该实验的操作步骤如下：按图接好实验电路.闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度，记下这时电压表的读数U0=6.2 V和微安表的读数I0=490 μA.断开开关S并同时计时，每隔5 s或10 s读一次微安表的示数I，将示数记录在预先设计的表格中.根据表格中的几组数据，以t为横坐标，I为纵坐标，在坐标纸上描点.根据以上实验结果和图象，如图12，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为__________C，从而算出该电容器的电容约为__________F.

　　图12

　　解析：此题给出了电容器放电过程中电流随时间变化的数据，在坐标纸上由标出的点可连出一条曲线，由纵、横轴物理量及q=It可知该曲线与坐标轴所夹“面积”为所放电量.

　　此曲线并非为一规则的直线或曲线，“面积”如何求出，又是一关键，我们可借助“油膜法测分子大小”的实验中测面积方法.画出I-t图象，数得有28个格子，故电量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·全国卷)使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端.现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60 mA的电流表，电阻箱，导线若干.实验时，将多用电表调至×1 Ω挡，调好零点;电阻箱置于适当数值.完成下列填空：

　　(1)仪器连线如下图13所示(a和b是多用电表的两个表笔).若两电表均正常工作，则表笔a为________(填“红”和“黑”)色.

　　图13

　　(2)若适当调节电阻箱后，图13中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如下图14(a)、(b)、(c)所示，则多用电表的读数为________Ω，电流表的读数为________mA，电阻箱的读数为________Ω.

　　(3)将图13中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为________mA.(保留3位有效数字)

　　(4)计算得到多用电表内电池的电动势为________V.(保留3位有效数字)

　　答案：(1)黑　(2)14.0　53.0　4.6

　　(3)102　(4)1.54

　　三、论述计算题(共40分)

　　15.(10分)材料的电阻率ρ随温度变化的规律为ρ=ρ0(1+αt)，其中α称为电阻温度系数，ρ0是材料在t=0 ℃时的电阻率.在一定的温度范围内α是与温度无关的常量.金属的电阻一般随温度的增加而增加，具有正温度系数;而某些非金属如碳等则相反，具有负温度系数.利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性，可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻.已知：在0 ℃时，铜的电阻率为1.7×10-8 Ω·m，碳的电阻率为3.5×10-5 Ω·m;在0 ℃附近，铜的电阻温度系数为3.9×10-3℃-1，碳的电阻温度系数为-5.0×10-4℃-1.将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1.0 m的导体，要求其电阻在0 ℃附近不随温度变化，求所需碳棒的长度(忽略碳棒和铜棒的尺寸随温度的变化).

　　解：设所需碳棒的长度为L1，电阻率为ρ1，电阻温度系数为α1;铜棒的长度为L2，电阻率为ρ2，电阻温度系数为α2.根据题意有ρ1=ρ10(1+α1t)

　　ρ2=ρ20(1+α2t)

　　式中ρ10，ρ20分别为碳和铜在0 ℃时的电阻率.设碳棒的电阻为R1，铜棒的电阻为R2，有

　　R1=ρ

　　R2=ρ

　　式中S为碳棒与铜棒的横截面积.

　　碳棒与铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为

　　R=R1+R2

　　L0=L1+L2

　　式中L0=1.0 m.

　　联立以上各式得

　　R=ρ10+ρ20+t

　　要使R不随t变化，式中t的系数必须为零，即

　　ρ10α1L1+ρ20α2L2=0

　　联立式得

　　L1=L0

　　代入数据得

　　L1=3.8×10-3 m.

　　16.(10分)在如图15所示电路中，若R1=4 Ω，R3=6 Ω，电池内阻r=0.6 Ω，则电源产生的总功率为40 W，而输出功率37.6 W，求电源电动势和电阻R2.

　　图15

　　解：R13==2.4 Ω，

　　由闭合电路欧姆定律可得

　　I=.

　　又P总=EI，P出=EI-I2r，

　　解得I=2 A，E=20 V，R2=7 Ω.

　　17.(10分)如图16所示，电容器C1=6 μF，C2=3 μF，电阻R1=6 Ω，R2=3 Ω，U=18 V，则：

　　图16

　　(1)开关S断开时，A、B两点间的电压UAB为多大?

　　(2)开关S闭合时，电容器C1的电量改变了多少?

　　解：(1)S断开时，电路断开，A、B两端电压即外加电压，所以UAB=18 V.

　　(2)S断开时，C1带电量Q1=CUAB=1.08×10-4C，

　　S闭合时，C1带电量Q1′=CU′=7.2×10-5C，

　　所以ΔQ=Q1′-Q1=-3.6×10-5C，负号表示带电量减小.

　　18.(10分)如图17所示的电路中，电源电动势E=9 V，内阻r=1 Ω，电阻R2=2 Ω，灯泡L1标有“6 V,6 W”，L2标有“4 V,4 W”滑动变阻器的调节范围是0～20 Ω，求：

　　图17

　　(1)接入电路中的滑动变阻器R1的阻值为多大时，灯L2正常发光?

　　(2)此时灯L1的实际功率是多大?(设灯泡的电阻不随温度变化)

　　解：(1)首先计算L1、L2两灯泡的电阻

　　L1灯：RL1== Ω=6 Ω，L2灯：RL2== Ω=4 Ω.

　　L2与R2串联，跟L1并联，最后与R1串联组成外电路.

　　L2正常发光，则L2两端电压为额定电压4 V，通过L2的电流为额定电流：I2==A=1.0 A.

　　则R2与L2串联支路两端电压为：

　　U2′=I2(R2+RL2)=1.0×(2+4)V=6.0 V.

　　L1两端电压：U1′=U2′=6.0 V，

　　通过L1的电流为：I1==A=1.0 A.

　　闭合电路总电流为：I=I1+I2=1.0 A+1.0 A=2.0 A.

　　闭合电路总电阻：R+r==Ω=4.5 Ω.

　　外电路总电阻：R=4.5 Ω-r=4.5 Ω-1 Ω=3.5 Ω，

　　并联部分电阻为：

　　R并==Ω=3 Ω，

　　则滑动变阻器的阻值为：

　　R1=R-R并=3.5 Ω-3 Ω=0.5 Ω.

　　(2)此时灯L1的实际电压U1′=6.0 V，实际功率为：

　　P1==W=6 W.