第10章　恒定电流 第1讲　电阻定律　欧姆定律　焦耳定律--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第1讲　电阻定律　欧姆定律　焦耳定律
基础对点练
题组一　电流的概念及其表达式的理解
1.阿秒(as)光脉冲是一种发光持续时间极短的光脉冲,如同高速快门相机,可用以研究原子内部电子高速运动的过程。已知1 as=10-18 s,电子所带电荷量为1.6×10-19 C,氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动的等效电流约为1×10-3 A。目前阿秒光脉冲的最短时间为43 as,电子绕氢原子核一周的时间约为该光脉冲时间的(　　)
A.2.8倍 B.3.7倍
C.4.2倍 D.5.5倍
2.一根长为L、横截面积为S、电阻率为ρ的金属棒如图所示,棒内单位体积内的自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在金属棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向移动的平均速度为v,则电子移动时受到的平均阻力大小为(　　)
A. B.mv2Sn
C.ρne2v D.
题组二　电阻定律及欧姆定律
3.在电磁学中,电导率是用来描述物质中电荷定向移动难易程度的物理量。电导率σ为电阻率ρ的倒数,即σ=,则电导率的单位是(　　)
A. Ω-1 B. Ω·m
C.m/Ω D. Ω-1·m-1
4.(2026河北秦皇岛模拟)现代电器设备的集成电路对各种电子元件微型化的要求特别高,其中材料相同的金属导体截面制成正方形,电阻仅与导体的长、宽、高中一个因素有关,把与电阻无关的另外两个因素的尺寸做成微型。如图所示,集成电路中的两块方形金属导体R1、R2是并联关系,上、下表面均为正方形,R1的上、下表面面积大于R2的上、下表面面积,R1的厚度h1小于R2的厚度h2,闭合开关稳定后,下列说法正确的是(　　)
A.R1、R2的电阻相等
B.R1的功率小于R2的功率
C.若R1、R2沿竖直方向接入电路,电阻是不变的
D.R1、R2的厚度变化,制造成微型不会影响其电阻
5.(多选)一测量电解液电阻率的玻璃容器如图甲所示,P、Q为电极,长方体容器的三条棱长分别为a=0.1 m,b=0.2 m,c=0.8 m,当里面注满某种电解液,且P、Q加上电压后,其U-I图线如图乙所示,当U=10 V时,下列说法正确的是(　　)
A.该电解液的电阻为1 000 Ω
B.该电解液的电阻为2 000 Ω
C.该电解液的电阻率为50 Ω·m
D.该电解液的电阻率为25 Ω·m
题组三　电功、电功率、电热、热功率
6.(2025浙江县域教研联盟模拟)如图所示,塔吊的电动机以恒定速度吊起重物,已知电动机输入电压为220 V,额定功率为484 W,重物质量为50 kg,g取10 m/s2,下列说法正确的是(　　)
A.电动机内阻为100 Ω
B.电路中的电流一定为2.2 A
C.当重物速度为0.4 m/s时,电动机的输出功率为484 W
D.当重物速度为0.4 m/s时,电动机的输出功率为200 W
7.(2026山西太原检测)某品牌的手机充电器铭牌如下所示,用该充电器在正常工作状态下给容量为4 200 mA·h、额定电压为4 V的手机电池充电,下列说法正确的是(　　)
输入:100~240 V　50/60 Hz
输出:5 V　4 A
A.该充电器的额定输出功率为12.5 W
B.该充电器输入交流电压的最大值为240 V
C.手机电池充满电需要约1.68 h
D.手机电池充满电储存的电能为60.48 kJ
8.(多选)小军同学根据他在电学实验课上获得的实验数据,画出如图所示的图像。其中图线①表示电阻R1,图线②表示电阻R2。根据图像信息可判断(　　)
A.当R1和R2串联时,两个电阻的阻值不可能相等
B.当R1两端的电压为12 V时,通过它的电流为1.2 A
C.当通过R1的电流为0.2 A时,在1 min内电阻R1产生的热量为24 J
D.当R1和R2并联在电压为4 V电路中,电路中总功率为3.6 W
综合提升练
9.在闪电的可见阶段之前有一个不可见阶段,在不可见阶段,由于雷雨云和地面间强大的电场,云底首先出现大气被强烈电离形成的一段暗淡的气柱,这种气柱逐级从云底向下延伸到地面,称梯级先导。梯级先导长约50 m、直径约6 m、电流约100 A,可视为电子柱,它以平均约1.5×105 m/s的速度一级一级地伸向地面,一旦接近地面,柱内的电子迅速地倾泻到地面,在倾泻期间,运动电子与柱内空气的碰撞导致明亮的闪光。一般情况下雷雨云距离地面1 000 m左右。用高速摄像机研究发现梯级先导中的电子主要在直径为几厘米的核心通道内流动。若电荷均匀分布在一条长直线上,与长直线距离为r处的电场强度大小的表达式为E=2k(λ为单位长度上的电荷量,k=9×109 N·m2/C2,e=1.6×10-19 C)。不考虑电荷运动引起的其他效应,下列估算正确的是(　　)
A.梯级先导到达地面的时间约为7×10-6 s
B.电子柱内的平均电子数密度约为每立方米1×1012个
C.核心通道每米长度上的电荷量约为6×10-6 C
D.电子柱边缘处的电场强度大小约为4×106 N/C
10.(多选)在如图甲所示的电路中,L1、L2、L3为三个规格相同的小灯泡,这种小灯泡的I-U特性曲线如图乙所示。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4 Ω
D.L1、L2消耗的电功率的比值大于12
培优拔高练
11.(12分)(2025浙江金华模拟)为了研究某玩具电动机的能量转换效率,设计了如图所示的电路,其中学生电源稳压4 V。先将滑动变阻器的滑片移到最左端,闭合开关S,缓慢改变滑动变阻器的阻值,增大电动机两端的电压,在表中记录电压表、电流表(两表均为理想电表)的读数。
组数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U/V 0.14 0.21 0.28 0.35 0.42 0.52 0.68 0.89 1.10 1.32
I/A 0.08 0.16 0.20 0.24 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22
(1)表中第2组电流表读数为　　　　 A。
(2)电流相同时,电动机两端的电压可能不同。比如第3组和第7组,从能量转换的角度,其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)电动机转动后,随着电压的增大,机械能的转换效率　　　　(选填“逐渐变大”“逐渐变小”或“保持不变”)。
答案：
1.B　解析 根据电流定义式可得I=,故电子绕氢原子核一周的时间为T=。设该光脉冲持续时间为t,则有=3.7。故选B。
2.C　解析 金属棒内的电场可认为是匀强电场,其电场强度大小为E=,由欧姆定律可知,金属棒两端的电压为U=IR,又R=ρ,由电流微观表达式I=neSv,联立可得金属棒内的电场强度大小为E=ρnev,根据平衡条件可知电子运动时受到的平均阻力大小为Ff=eE=ρne2v。故C正确。
3.D　解析 由电阻定律有R=ρ得ρ=,所以电阻率ρ的单位为 Ω·m,则电导率σ的单位为= Ω-1·m-1。故选D。
4.B　解析 设正方形边长为L,材料电阻率为ρ,则电阻R=ρ=ρ=ρ,可知h与电阻成反比,由于R1的厚度h1小于R2的厚度h2,可知R1>R2,故A错误;由于二者并联,电压相同,根据P=,可知电阻大的功率小,故R1的功率小于R2的功率,故B正确;若R1、R2沿竖直方向接入电路,则电阻Rx=ρ=ρ,可知电阻会发生改变,故C错误;若R1、R2的厚度变化,结合A选项可知,制造成微型会影响其电阻,故D错误。
5.BC　解析 根据欧姆定律R=,结合题图乙可知,U-I图像中图线上某点与原点连线的斜率表示电解液在该状态下的电阻,即R= Ω=2 000 Ω,故A错误,B正确;由电阻定律有R=ρ,解得ρ=50 Ω·m,故C正确,D错误。
6.D　解析 电动机为非纯电阻,不符合欧姆定律,不能用R= Ω=100 Ω来计算电动机内阻,实际上电动机的内阻小于100 Ω,A错误;当电动机以额定功率工作时,有I==2.2 A,电动机不一定以额定功率启动工作,因此电路中的电流可能小于2.2 A,B错误;当重物以0.4 m/s的速度运动时,电动机的输出功率为P=Fv=mgv=50×10×0.4 W=200 W,C错误,D正确。
7.D　解析 该充电器的额定输出功率为P=UI=5×4 W=20 W,故A错误;该充电器铭牌标识的电压为有效值,则该充电器输入交流电压的最大值为Um=240 V,故B错误;手机电池充满电需要时间约t= h=1.05 h,故C错误;手机电池充满电储存的电能为E=QU=4 200×10-3×3 600×4 J=60 480 J=60.48 kJ,故D正确。
8.BCD　解析 由图像知R1= Ω=10 Ω,R2的阻值随电压的增大而增大,当R1和R2串联时,流过二者的电流相等,根据图像有交点,如果电压和电流恰好为两图线交点的数据,则阻值相等,A错误;当R1两端的电压为12 V时,通过它的电流I1'= A=1.2 A,B正确;当通过R1的电流为0.2 A时,在1 min内电阻R1产生的热量Q=I2R1t=0.22×10×60 J=24 J,C正确;当R1和R2并联在电压为4 V的电路中,电路中总功率P=P1+P2=U1I1+U2I2=4×0.4 W+4×0.5 W=3.6 W,D正确。
9.D　解析 梯级先导到达地面的时间约为t= s=7×10-3 s,故A错误;时间Δt内通过电子柱某横截面的电荷量为Q=IΔt=vΔt·πne,解得n==1.5×1014个/m3,故B错误;由于Q=IΔt=ρvΔt,解得核心通道每米长度上的电荷量ρ==6.7×10-4 C,故C错误;根据E=2k,解得E=2k=2×9×109× N/C=4×106 N/C,故D正确。
10.BD　解析 电路中的总电流为0.25 A,则L1中电流为0.25 A,由小灯泡的I-U特性曲线可知,L1两端电压为3.0 V,L1消耗的电功率为P1=U1I1=0.75 W,故B正确;根据并联电路规律,L2中电流为0.125 A,由小灯泡的I-U特性曲线可知,L2两端电压小于0.5 V,所以L1两端电压比L2两端电压的6倍还大,故A错误;由欧姆定律可知,L2的电阻R2= Ω=4 Ω,故C错误;L2消耗的电功率P2=U2I2<0.5×0.125 W=0.062 5 W,L1、L2消耗的电功率的比值=12,故D正确。
11.答案 (1)0.12　(2)理由见解析　(3)逐渐变大
解析 (1)由表中数据分析可得,当电压较小时,电动机不转动,相当于一个纯电阻,此时线圈的电阻为R==1.75 Ω,第2组电流表读数为I3==0.12 A。
(2)第3组数据,电压较小,电动机不转动,相当于一个纯电阻,电能完全转化为内能;第7组数据,电动机转动,电能除了转化为内能外,大部分转化为机械能。因此电流相同时,电动机两端的电压可能不同。
(3)不考虑发热对电动机线圈电阻的影响,机械能的转换效率η=×100%
可得第6组数据的转换效率η6=52.9%,第7组数据的转换效率η7=58.8%,第8组数据的转换效率η8=64.6%,第9组数据的转换效率η9=68.2%,第10组数据的转换效率η10=70.8%,由以上分析可知电动机转动后,随着电压的增大,机械能的转换效率逐渐变大。
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