人教版（2019）必修第三册 12章 电能 单元测试（ 含解析）

高二物理人教版（2019）必修第三册
一、选择题（每小题5分，共60分）
1.下列说法正确的是( )
A.电流越大，通过导体横截面的电荷就越多
B.电流越大，自由电子在金属导体中定向移动速率越大
C.电流是矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向
D.在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是一个基本单位
2.如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀分布着负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
A. B. C. D.
3.安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕原子核运动可等效为一环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法正确的是( )
A.电流大小为，电流方向为顺时针
B.电流大小为，电流方向为顺时针
C.电流大小为，电流方向为运时针
D.电流大小为，电流方向为逆时针
4.一根粗细均匀的导线，电阻为R，若将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电阻变为( )
A. B.R C. D.
5.如图所示是长、宽、高分别为1 m、2 m、3 m的长方形电阻，已知其电阻率为ρ（单位是），根据电阻大小的决定因素知当电流从侧面A流入时电阻为，分别从侧面B和C流入时，电阻分别为( )
A. B. C. D.电阻与电流强弱有关
6.某金属丝的电阻为R，现将它均匀拉长为原来的3倍。那么这金属丝的电阻变为( )
A. B. C. D.
7.长度和横截面积均相同、材料不同的两根金属丝，它们的图线分别如图中所示。根据图像可知( )
A.a的电阻率随温度的升高而增大
B.a的电阻率随温度的升高而减小
C.b的电阻率随温度的升高而增大
D.b的电阻率随温度的升高而减小
8.某电流随时间做周期性变化如图所示，此电流在0~4 s内的平均值是( )
A.1.75 A B.1.5 A C.1.25 A D.1.0 A
9.如图所示，两个带绝缘柄的金属球带负电，B不带电，用导体棒连接的瞬间，下列说法中错误的是( )
A.有瞬时电流形成，方向由A到B B.两端的电势不相等
C.导体棒内的电场强度不等于0 D.导体棒内的自由电荷受静电力作用定向移动
10.某电解池中，若在2 s内各有个二价正离子和个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是( )
A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A
11.某种材料的导体，其图像如图所示，图像上A点和原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角。关于该导体的下列说法正确的是( )
A.直线的斜率是导体在A点对应电阻的倒数
B.A点的切线的斜率是导体在A点对应电阻的倒数
C.导体在A点对应电阻为
D.导体在A点对应电阻为
12.如图所示是电阻R的图像，图中，由此得出( )
A.欧姆定律适用于该元件
B.电阻
C.因图像的斜率表示电阻的倒数，故
D.在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是2.0 C
二、实验题（共24分）
13.（10分）选择适当的实验器材，设计一电路来测量电阻丝的阻值。要求方法简捷，得到多组数据，有尽可能高的测量精度。实验室中的器材有：待测电阻（阻值约）、电流表（0～，内阻约）、电流表（0～0.6 A，内阻约）、电压表（0~3 V，内阻约）、电压表（0~15 V，内阻约）、滑动变阻器R（总阻值约）、电源E（电动势3 V，内阻不计）、开关S、导线若干
（1）电流表应选用_______，电压表应选用_______。
（2）完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。
（3）若查得该电阻丝的电阻率为ρ，若最终测出电阻丝的阻值为R，电阻丝的直径为d，则电阻丝接入电路中的长度可以根据公式_________求出（用表示）。
14.（14分）为了精确测量某待测电阻的阻值（大约），有以下器材可供选择：
电流表：（量程0～50 mA，内阻约）
电流表：（量程0～3 A，内阻约）
电压表：（量程0～3 V，内阻约）
电压表：（量程0～15 V,内阻很大）
滑动变阻器：（0～,允许最大电流2.0 A）
滑动变阻器：（0～，允许最大电流0.5 A）
电源：E（电压约为3 V，内阻不计）
开关S一个，导线若干；
（1）电流表应选__________，电压表应选_________，滑动变阻器应选_________。（均填器材代号）
（2）请在虚线框中画出测量电阻的实验电路图。（要求电表读数的范围尽可能大一些）
（3）通过分析，在本实验中的测量值_______真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。
三、计算题（共16分）
15.在长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子数为n的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场。导体内电荷量为e的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往复……所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v（不随时间变化）的定向运动，已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比，即（k是常量），求：
（1）导体中的电流I（写出推导过程）；
（2）该导体的电阻R。
1.答案：D
解析：由电流定义式，可知电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，故A错误；电荷的定向移动形成电流，根据电流的微观表达式可知，任意一量增大（其他量不变）电流就会变大，故B错误；电流有方向，但电流的运算使用代数方法，不使用平行四边形定则，电流是标量，故C错误；在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是一个基本单位，故D正确。
2.答案：A
解析：t时间内棒通过的长度，总电荷量，则，故选A。
3.答案：C
解析：根据题中所给信息，可求得电流大小为，其方向与电子运动方向相反，即电流方向为逆时针。故选C。
4.答案：A
解析：根据知，材料和体积一定时，电阻的阻值与长度的二次方成正比，所以将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电阻变为，故选A。
5.答案：B
解析：分别从B和C流入时，电阻分别为，，故选B。
6.答案：B
解析：设电阻率为ρ，拉长之前的长度为l，横截面积为S，根据，将它均匀拉长为原来的3倍，横截面积变为原来的，有，B正确。
7.答案：A
解析：根据图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，则a金属丝的电阻随电压升高逐渐增大，a的电阻率随温度的升高而增大，B错误，A正确；根据图线B是倾斜直线，知b金属丝是定值电阻，电阻不随电压变化而变化，则b的电阻率不随温度的升高而变化，C、D错误。
8.答案：C
解析：由电流的定义式可得，可知图线与时间轴所围成的面积表示电荷量，由图像可知电流的周期为对应10个周期，则0~4 s内电流的平均值与内电流的平均值相等；流过导体的电荷量为，电流在0~4 s内的平均值是，C正确。
9.答案：A
解析：两个金属球，由于A带负电，在A金属球周围存在指向A的电场，故B球所在处的电势应高于A球所在处的电势。连接后的瞬间导体棒内的电场强度不等于0，棒中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向为由A指向B，电流方向应由B指向A。故A错误。
10.答案：D
解析：电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某横截面的电荷量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s内通过某横截面的总电荷量应为，由电流的定义式知:，D正确。
11.答案：A
解析：因为，所以在图线上任意一点的横坐标U除以该点的纵坐标I，即可得该点对应的电阻，即该点与原点的连线的斜率等于电阻的倒数，A正确；切线斜率表示的是该点电流I随电压U变化的变化率，切线斜率越大，表示电流随电压的变化越快，只有图像是一条过原点的直线时，切线斜率才等于该点的纵坐标与横坐标的比值。故B错误；在物理图像上不能用夹角的正切值求斜率，夹角的大小与坐标标度的选取有关，所以C、D错误。
12.答案：A
解析：根据数学知识可知，通过电阻的电流与两端电压成正比，欧姆定律适用，A正确；根据电阻的定义式可知，图像斜率的倒数表示电阻R，则，B错误；由于图像中横、纵坐标的标度不同，故不能直接用求电阻，C错误；由题图知，当时，，则每秒通过电阻横截面的电荷量，D错误。
13.答案：（1）
（2）
（3）
解析：（1）电源电压为3 V，所以待测电阻两端电压的最大值约为3 V，为了使电压表指针能有合适的摆动幅度从而减少读数误差，电压表应选择；通过待测电阻的最大电流约为，所以电流表选择。
（2）本实验要求得到多组数据，从而获得丰富的数据，故滑动变阻器应采用分压式接法，由于待测电阻的阻值满足（或），即电流表的分压可以忽略不计，所以为减小系统误差，电流表应采用内接法。另外根据题意要求，需要使闭合开关时分压电路的电压为零，即导线应连在滑动变阻器上方左接线柱上。
（3），解得。
14.答案：（1）
（2）如图所示
（3）小于
解析：（1）因电源电压约为3V，故电压表应选，电阻的阻值大约为，通过待测电阻的电流的最大值约为50 mA，因此电流表选；为方便实验操作，滑动变阻器应选量程较小的，即选。
（2）因待测电阻的阻值（约为），有，所以采用电流表外接法；又要求电表读数的范围尽可能大一些，所以滑动变阻器应采用分压式接法。
（3）由于电压表的分流作用，流经电流表的电流要大于流经的电流，电压表测量值准确，由欧姆定律可知，在本实验中的测量值小于真实值。
15.答案：（1）
（2）
解析：（1）导体的体积①
导体内总的自由电子个数为②
导体内总的电荷量为③
设这些电子通过某一横截面的时间为t
则有④
电流定义式，⑤
由①～⑤式可得：⑥
（2）导体中的电场强度为：⑦
电子受到的电场力为：⑧
电子受到的阻力为：⑨
当电场力和阻力平衡时有：⑩
由欧姆定律可知：
由⑥~ 式可得：