2020版高考物理总复习 第24课 部分电路的欧姆定律 电阻定律 电功与电热练习

2020版高考物理总复习 第24课 部分电路的欧姆定律 电阻定律 电功与电热练习

第24课 部分电路的欧姆定律 电阻定律 电功与电热 ‎1．电流、欧姆定律及伏安特性曲线 a．电流定义式I＝的应用 ‎(1)(经典题，6分)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是(　　)‎ A. B. C. D. 答案：B 解析：在加速电场中有eU＝mv2，得v＝。在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电量为q＝IΔt＝I，则电子个数n＝＝，故B项正确。‎ b．电流微观表达式I＝nqSv的应用 ‎(2)(多选)(经典题，6分)一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q。此时电子的定向移动速率为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为(　　)‎ A．nvSt B．nvt C. D. 答案：AC 解析：在t时间内，通过铜导线横截面的电荷量Q＝It，通过铜导线横截面的自由电子数目可以表示为N＝＝，故C项正确，D项错误。把公式I＝nqSv代入N＝可得N＝nvSt，故A项正确，B项错误。‎ 5‎ c．对欧姆定律、伏安特性曲线的理解与应用 ‎(3)(多选)(经典题，6分)在如图(a)所示的电路中，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图(b)所示。当开关S闭合后，电路中的总电流为‎0.25 A，则此时(　　)‎ A．L1两端的电压为L2两端电压的2倍 B．L1消耗的电功率为0.75 W C．L2的电阻为12 Ω D．L1、L2消耗的电功率的比值大于4‎ 答案：BD 解析：电路中的总电流为‎0.25 A，故L1中电流为‎0.25 A，由小灯泡的伏安特性曲线可知L1两端的电压为3.0 V，L1消耗的电功率为P1＝U1I1＝0.75 W，故B项正确。根据并联电路规律可知，L2中的电流为‎0.125 A，由小灯泡的伏安特性曲线可知其两端电压大约为0.3 V，故L1两端的电压约为L2两端电压的10倍，故A项错误。由欧姆定律可知，L2的电阻约为 R2＝＝ Ω＝2.4 Ω，故C项错误。L2消耗的电功率为P2＝U2I2＝0.3×0.125 W＝‎ ‎0.037 5 W，即L1、L2消耗的电功率的比值大于4，故D项正确。‎ ‎2．电阻的串、并联及电表的改装 a．对电阻串、并联的理解与应用 ‎(4)(多选)(经典题，6分)在如图所示的电路中，电阻R1＝10 Ω，R2＝120 Ω，R3＝40 Ω。另有一测试电源，电动势为100 V，内阻忽略不计。则(　　)‎ A．当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40 Ω B．当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40 Ω C．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80 V D．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80 V 答案：AC 解析：当cd端短路时，R2与R3的并联电阻为30Ω，两电阻并联后与R1串联，ab间的等效电阻为40 Ω，故A项正确。当ab端短路时，R1与R3的并联电阻为8 Ω，两电阻并联后与R2串联，cd间等效电阻为128 Ω，故B项错误。当ab两端接通测试电源时，电阻R2未接入电路，cd两端的电压即R3两端的电压，为Ucd＝×100 V＝80 V，故C项正确。当cd两端接通测试电源时，电阻R1未接入电路，ab两端电压即R3两端的电压，为Uab＝ 5‎ ‎×100 V＝25 V，故D项错误。‎ b．利用电阻串、并联规律求解电表改装问题 ‎(5)(2015北京理综，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 解析：当接线柱1、2接入电路时，电阻R1与电流表内阻并联后等效值为电流表电阻的，由于电流表的满偏电压为定值，故量程扩大为原来的3倍，则每小格变为0.02×‎3 A＝‎0.06 A，故A项、B项均错误。当接线柱1、3接入电路时，电阻R1与电流表内阻并联后再和电阻R2串联，但串联的电阻R2对电流表的量程无影响，故每一小格仍为‎0.06 A，故C项正确，D项错误。‎ ‎(6)(经典题，8分)如图所示的电路中，小量程电流表的内阻Rg＝100 Ω，满偏电流Ig＝1 mA，R1＝900 Ω，R2＝ Ω。‎ ① 当S1和S2均断开时，改装成的电表是________表，量程为________。‎ ② 当S1和S2均闭合时，改装成的电表是________表，量程为________。‎ 答案：①电压(2分)　1 V(2分)　 ②电流(2分)　‎1 A(2分)‎ 解析：①由电路图可知，当S1和S2均断开时，G与R1串联，电流表G改装成电压表，量程为U＝Ig＝1 V。‎ ‎②由电路图可知，当S1和S2均闭合时，G与R2并联，电流表G扩大量程，其量程为I＝‎ Ig＋＝‎1 A。‎ ‎3．电功、电功率、焦耳定律 a．纯电阻电路中的电功、电功率问题 ‎(7)(经典题，6分)某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10和10个相同的指示灯X1～X10‎ 5‎ ‎，将其连接在220 V直流电源上，电路图如图所示，若工作一段时间后，L2灯丝烧断，则(　　)‎ A．X1的功率减小，L1的功率增大 B．X1的功率增大，L1的功率增大 C．X2的功率增大，其他指示灯的功率减小 D．X2的功率减小，其他指示灯的功率增大 答案：C 解析：显然L1和X1并联、L2和X2并联…然后它们再串联接在220 V直流电源上，L2 灯丝烧断，则总电阻变大、电路中电流I减小，又L1和X1并联的电流分配关系不变，则X1和L1的电流都减小、功率都减小，同理可知除X2 和L2 外各灯功率都减小，故A项、B项均错误。由于I减小，各并联部分的电压都减小，电源电压不变，则X2上电压增大，根据 P＝可知X2的功率变大，故C项正确，D项错误。‎ b．非纯电阻电路中电能转化为内能和机械能或其他形式的能 ‎(8)(经典题，6分)某直流电动机两端所加电压为U＝110 V，流过电动机的电流为I＝‎2 A，在1 s内将m＝‎4 kg的物体缓慢提升h＝‎5.0 m(g取‎10 m/s2)，下列说法正确的是(　　)‎ A．电动机的绕线内阻为55 Ω B．直流电动机电流的最大值为‎2 A C．电动机绕线两端的电压为5 V D．电动机绕线产生的电热功率为20 W 答案：D 解析：设电动机的绕线内阻为r，则UIt＝I2rt＋mgh，解得r＝5 Ω，故A项错误。直流电动机通过的是恒定电流，故B项错误。由题意可知，直流电动机绕线两端所加电压为Ir＝10 V，故C项错误。电动机绕线产生的电热功率P＝I2r＝20 W，故D项正确。‎ ‎(9)(2018改编，10分)如图所示，电源内阻不计，闭合开关S后，标有“‎1.5 A　12 W”的灯泡恰能正常发光，流经电源的电流为‎2 A，直流电动机M的绕线电阻R0＝4 Ω，求：‎ ‎①电源的电压；‎ ‎②10 s内电动机产生的热量Q；‎ ‎③直流电动机的机械功率。‎ 答案：①8 V(3分)　②10 J(4分)　③3 W(3分)‎ 解析：①由题意知，灯泡正常发光，故其两端电压 U＝＝8 V(2分)‎ 5‎ 电路是并联电路，故电源的电压等于灯泡两端电压，故E＝U＝8 V(1分)‎ ‎②流过灯泡的电流I1＝‎1.5 A(1分)‎ 则流过电动机的电流I2＝I－I1＝‎0.5 A(1分)‎ 电动机的热功率P0＝IR0＝1 W(1分)‎ ‎10 s内产生的热量Q＝P0t＝10 J(1分)‎ ‎③电动机的总功率P＝UI2＝4 W(2分)‎ 电动机的机械功率P机＝P－P0＝3 W(1分)‎ ‎4．电阻与电阻定律 a．利用公式R＝ρ求解电阻问题 ‎(10)(经典题，6分)两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的3倍，把另一根对折后绞合起来，则两导线的电阻之比为(　　)‎ A．6∶1 B．9∶‎1 C．18∶1 D．36∶1‎ 答案：D 解析：设原来的电阻为R，根据电阻定律R＝ρ得，把其中的一根均匀拉长到原来的3倍，根据体积不变可知，其横截面积变为原来的，故电阻变为原来的9倍，即9R。把另一根对折后绞合起来，则长度变为原来的一半，横截面积变为原来的2倍，则电阻变为原来的，即为R。故两导线的电阻之比为36∶1，故D项正确。‎ b．综合利用公式I＝nqSv、I＝和R＝ρ求解电阻问题 ‎(11)(经典题，6分)经典物理学认为金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞。已知铜的电阻率为ρ，单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m、电荷量为e，假设自由电子与金属离子碰撞后减速到零，且碰撞时间极短，则铜导线中自由电子连续两次与金属离子碰撞的时间间隔的平均值为(　　)‎ A. B. C. D. 答案：B 解析：设铜导线的长度为l，横截面积为S，金属导线内的匀强电场电场强度为E，则电子定向移动的加速度为a＝，经过时间t获得的定向移动速度为v＝，在时间t内的平均速度为＝v＝，则由电流微观表达式I＝＝t，由欧姆定律和电阻定律可知 ρ＝＝，联立解得t＝，故B项正确。‎ 5‎