2014年版高考物理专练9电容器和直流电路的动态分析二轮专题目练习

2014年版高考物理专练9电容器和直流电路的动态分析二轮专题目练习

【步步高】2014 高考物理大二轮专题复习与增分策略 题型专练 专练 9 电容器和直流电路的动态分析 (限时：45 分钟) 一、单项选择题 1．(2013·安徽·19)用图 1 所示的电路可以测量电阻的阻值．图中 Rx 是待测电阻，R0 是定 值电阻， 是灵敏度很高的电流表，MN 是一段均匀的电阻丝．闭合开关，改变滑动头 P 的位置，当通过电流表 的电流为零时，测得 MP＝l1，PN＝l2，则 Rx 的阻值为 (　　) 图 1 A. l1 l2R0 B. l1 l1＋l2R0 C. l2 l1R0 D. l2 l1＋l2R0 答案　C 解析　设 R0、Rx 与 三者的结点为 Q，当通过电流表的电流为零时，说明 φP＝φQ， 则 UR0＝URMP，URx＝URPN，IR0＝IRx＝I0，IRMP＝IRPN＝I，故 I0R0＝IRMP，I0Rx＝IRPN.两式 相除有 R0 Rx＝ RMP RPN，所以 Rx＝ RPN RMPR0＝ l2 l1R0，正确选项为 C. 2．如图 2 所示，为一小灯泡的伏安特性曲线，横轴和纵轴分别表示电压 U 和电流 I.图线上 点 A 的坐标为(U1，I1)，过点 A 的切线与纵轴交点的纵坐标为 I2.小灯泡两端电压为 U1 时，电阻等于 (　　) 图 2 A. I1 U1 B. U1 I1 C. U1 I2 D. U1 I1－I2 答案　B 解析　由于小灯泡的伏安特性曲线上，每一点的电压坐标与电流坐标的比值，对应这一 状态下的电阻，所以小灯泡两端电压为 U1 时，电阻等于 U1 I1，B 正确． 3． 如图 3 所示，甲、乙两电路中电源完全相同，外电阻 R1>R2，两电路中分别通过相同的 电荷量 q 的过程中，下列判断正确的是 (　　) 图 3 A．电源内部产生电热较多的是甲电路 B．R1 上产生的电热比 R2 上产生的电热少 C．电源做功较多的是甲电路 D．电源效率较高的是甲电路 答案　D 解析　电源内部产生电热 Q＝I2rt＝Iqr，由于外电阻 R1>R2，甲电路电流较小，电源内 部产生电热较少的是甲电路，选项 A 错误．外电阻产生电热 Q＝I2Rt＝IqR＝Uq，U1>U2， R1 上产生的电热比 R2 上产生的电热多，选项 B 错误．两电路中分别通过相同的电荷量 q 的过程中，两电源做功相等，选项 C 错误．电源效率较高的是甲电路，选项 D 正确． 4． 在如图 4 所示的电路中，电源的电动势为 E，内阻为 r，灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r.闭合开关 S，在滑动变阻器的滑片 P 由 a 向 b 移动的过程中，下列各物理量的变化情 况正确的是 (　　) 图 4 A．电流表的读数先减小后增大 B．灯泡 L 变亮 C．电源输出功率先增大后减小 D．电压表的读数先增大后减小 答案　D 解析　由简化电路图可知，滑动变阻器的右半部分与电流表 A 串联，再与左半部分并联， 并联部分与灯泡串联后再与电压表并联，电压表测路端电压．滑片 P 向左滑动，当两支 路电阻相等，即 RA＋Ra＝Rb 时，并联路段电阻最大，因此并联路段的电阻先增大后减小， 外电路总电阻先增大后减小，由串联分压可知路端电压先增大后减小，选项 D 正确；电 流表刚开始测干路电流，随着 P 由 a 向 b 移动，电流表示数逐渐变小，P 滑到 b 端，电 阻 R 和电流表被短路，电流表示数为零，A 错误；外电路电阻增大时，流过灯泡的电流 减小，灯泡分压减小，灯泡变暗，选项 B 错误；外电路电阻越接近电源内阻，电源输出 功率越大，由于灯泡电阻大于电源内阻，因此外电路电阻总大于电源内阻，随着外电阻 的增大，输出功率逐渐减小，选项 C 错误． 5． 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变 化而变化．在如图 5 所示电路中，不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值，电压 表的示数与一氧化碳的浓度一一对应，观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超 标．已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，那么，电压表示数 U 与一 氧化碳浓度 ρ 之间的对应关系正确的是 (　　) 图 5 A．U 越大，表示 ρ 越大，ρ 与 U 成正比 B．U 越大，表示 ρ 越小，ρ 与 U 成反比 C．U 越大，表示 ρ 越大，但 ρ 与 U 不成正、反比关系 D．U 越大，表示 ρ 越小，但 ρ 与 U 不成正、反比关系 答案　C 解析　根据题意，设氧化锡传感器的电阻为 R1＝ k ρ，电源的电动势为 E，内阻为 r，电 压表的示数 U＝ ER0 k ρ＋r＋R＋R0 ，ρ 越大，U 越大，但 U 与 ρ 既不成正比也不成反比， 选项 C 正确． 6． 在如图 6 所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为 E、内电阻为 r，R1、R2 为定值 电阻，R3 为滑动变阻器，C 为电容器， 、 为理想电流表和理想电压表．在滑动变阻 器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中，下列说法中正确的是 (　　) 图 6 A．a 点的电势降低 B．电压表示数变小 C．电流表示数变小 D．电容器 C 所带电荷量增多 答案　A 解析　在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中，外电路电阻减小，电源输出 电流变大，路端电压减小，R1 两端电压升高，故 a 点的电势降低，电压表示数变大，电 流表示数变大；因 R2 与 R3 并联，R2 两端电压降低，故电容器 C 两端电压降低，电容器 C 所带电荷量减少，选项 A 正确，B、C、D 错误． 7． 如图 7 所示，两极板间距为 d 的平行板电容器与一电源相连，距上极板 d 处有一质量为 m、带电量为 q 的小球自由释放，穿过上极板的小孔后，恰好能到达下极板，若将下极 板向上平移 d 4，小球仍从同一位置释放，则下列说法正确的是 (　　) 图 7 A．仍能到达下极板，且速度恰好为 0 B．仍能到达下极板，且速度大于 0 C．不能到达下极板，距离上极板最大距离为 3d 5 D．不能到达下极板，距离上极板最大距离为 d 2 答案　C 解析　由动能定理，开始有 2mgd－qEd＝0，下极板平移后，设小球在平行板电容器中 下降高度为 x，则有 mg(d＋x)－qE′x＝0，又 U＝Ed＝E′· 3 4d，联立解得 x＝ 3 5d，选项 C 正确，选项 A、B、D 错误． 8． A、B 两块正对的金属板竖直放置，在金属板 A 的内侧表面系一绝缘细线，细线下端系 一带电小球．两块金属板接在如图 8 所示的电路中，R1 为光敏电阻，R2 为滑动变阻器， R3 为定值电阻，当 R2 的滑动触头 P 在中间时闭合开关 S，此时电流表和电压表的示数分 别为 I 和 U，带电小球静止且绝缘细线与金属板 A 的夹角为 θ.已知电源电动势 E 和内 阻 r 一定，光敏电阻随光照的增强电阻变小，以下说法正确的是 (　　) 图 8 A．保持光照强度不变，将 R2 的滑动触头 P 向 b 端滑动，则 R3 消耗的功率变大 B．保持滑动触头 P 不动，让光敏电阻周围光线变暗，则小球重新平衡后 θ 变小 C．滑动触头向 a 端滑动，用更强的光照射 R1，则电压表示数变小 D．保持滑动触头不动，用更强的光照射 R1，则 U 的变化量的绝对值与 I 的变化量的绝 对值的比值变小 答案　C 解析　R2 的滑动触头 P 的滑动对全电路无影响，保持光照强度不变，R3 中电流不变， 则 R3 消耗的功率不变，选项 A 错误．让光敏电阻周围光线变暗，光敏电阻阻值变大， 两金属板之间的电压增大，小球所受电场力变大，则小球重新平衡后 θ 变大，选项 B 错误．用更强的光照射 R1，光敏电阻阻值变小，电源输出电流变大，路端电压变小， 则电压表示数变小，选项 C 正确．用更强的光照射 R1，则 U 的变化量的绝对值与 I 的 变化量的绝对值的比值等于电源内阻，不发生变化，选项 D 错误． 二、多项选择题 9． 某同学将一直流电源的总功率 PE、输出功率 PR 和电源内部的发热功率 Pr 随电流 I 变化 的图线画在了同一坐标上，如图 9 中的 a、b、c 所示，以下判断正确的是 (　　) 图 9 A．直线 a 表示电源的总功率 PE—I 图线 B．曲线 c 表示电源的输出功率 PR—I 图线 C．电源的电动势 E＝3 V，内电阻 r＝1 Ω D．电源的最大输出功率 Pm＝2 W 答案　AD 解析　电源的总功率 PE＝EI，直线 a 表示电源的总功率 PE—I 图线，选项 A 正确．电源 的输出功率 PR＝UI＝(E－Ir)I＝EI－I2r，曲线 b 表示电源的输出功率 PR—I 图线，曲 线 c 表示电源内部的发热功率 Pr－I 图线，选项 B 错误．由直线 a 的斜率可得电源的电 动势 E＝4 V．选项 C 错误．当 I＝1 A 时，电源的最大输出功率 Pm＝2 W，选项 D 正 确． 10．如图 10 为测量某电源电动势和内阻时得到的 U－I 图线，用此电源与三个阻值均为 3 Ω 的电阻组成如下四个电路．则外电路功率相等的是 (　　) 图 10 A．图 a 和图 d B．图 b 和图 c C．图 a 和图 b D．图 c 和图 d 答案　AB 解析　根据电源的 U－I 图线可得电源的电动势为 4V，内阻为 3Ω，外电路消耗的功率 P＝ 4 V2·R外 R外＋3 Ω2，当外电阻为 1 Ω和 9 Ω时，外电路消耗的功率相等，A 正确；当 外电阻为 4.5 Ω 和 2 Ω 时，外电路消耗的功率相等，B 正确，C、D 错误． 11．已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大．为 探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图 11 所示电路，电源的电动势 E 和内阻 r 不变，在没有磁场时调节变阻器 R 使电灯 L 正常发光，若探测装置从无磁场区 进入强磁场区．则 (　　) 图 11 A．电灯 L 变暗 B．电灯 L 变亮 C．电流表的示数增大 D．电流表的示数减小 答案　BD 解析　若探测装置从无磁场区进入强磁场区．磁敏电阻阻值增大，电源输出电流减小， 路端电压增大，电流表的示数减小，电灯 L 变亮，选项 B、D 正确． 12．电源、开关 S、S′、定值电阻 R1、光敏电阻 R2 和电容器连接成如图 12 所示电路，电 容器的两平行板水平放置．当开关 S、S′闭合，并且无光照射光敏电阻 R2 时，一带电 液滴恰好静止在电容器两板间的 M 点．当用强光照射光敏电阻 R2 时，光敏电阻的阻值 变小，则 (　　) 图 12 A．液滴向下运动 B．液滴向上运动 C．R2 两端的电势差是否升高无法分析 D．当光照强度不变时断开 S′，把电容器的上极板向上移一小段距离，则上极板的电 势比 A 点的电势高 答案　BD 解析　当用强光照射光敏电阻 R2 时，光敏电阻的阻值变小，R2 两端的电势差降低，R1 两端的电势差升高，电容器极板之间电压升高，液滴向上运动，选项 B 正确，A、C 错 误．当光照强度不变时断开 S′，电容器带电量不变，把电容器的上极板向上移一小段 距离，则上极板的电势比 A 点的电势高，选项 D 正确． 13．如图 13 所示电路中，定值电阻 R 大于电源内阻 r，当滑动变阻器滑动端向右滑动后， 理想电流表 A1、A2、A3 的示数变化量的绝对值分别为 ΔI1、ΔI2、ΔI3，理想电压表示 数变化量的绝对值为 ΔU，下列说法中正确的是 (　　) 图 13 A．电流表 A2 的示数一定变小 B．电压表 V 的示数一定增大 C．ΔI3 一定大于 ΔI2 D．ΔU 与 ΔI1 比值一定小于电源内阻 r 答案　BD 解析　当滑动变阻器滑动端向右滑动后，滑动变阻器连入电路的电阻变大，外电路总电 阻变大，路端电压变大，电压表 V 的示数一定增大，电流表 A3 的示数一定变小，电流 表 A2 的示数一定变大，选项 A 错误，B 正确．ΔI3 不一定大于 ΔI2，选项 C 错误．ΔI1 一定大于 ΔI3，ΔU 与 ΔI3 比值等于电源内阻，ΔU 与 ΔI1 比值一定小于电源内阻 r， 选项 D 正确． 【解题方法技巧 6】　　极限分析法 当题干中所涉及的物理量随条件做单调变化时，或者解为集合的题目，可以将某些起决 定性作用的物理量的数值推向极值如设定动摩擦因数趋近于零、一个量与另一个量的关系 是“远大于”或“远小于”、斜面的倾角趋近于零和 90°、物体的质量趋近于零或无穷大等 ，通过简单计算、推理及合理性判断，并与一些显而易见的结果、结论和熟悉的物理现象 进行对比可得出结论. 比如第 6 题，我们可以把滑动变阻器的滑片 P 向 b 滑动的过程采用极限分析法，即移到 b 端，这样滑动变阻器被短路，再分析问题就会显得非常简单和直接.同样第 12 题中，可把 光敏电阻的阻值变化为零，分析问题也会更简单.