高中物理人教版 自我检测题选修3-1　欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律 Word版含解析

　欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律

1.如图所示,电解池内有一价离子的电解液,在时间t内通过溶液截面S的正离子数为n1,负离子数为n2。设元电荷电荷量为e,则以下说法正确的是(　　)
A.溶液内电流方向从A到B,电流大小为n1et
B.溶液内电流方向从B到A,电流大小为n2et
C.溶液内正、负离子反方向移动,产生的电流相互抵消
D.溶液内电流方向从A到B,电流大小为(n1+n2)et
答案　D　溶液内正、负离子反方向移动,通过截面的电荷量为正、负离子电荷量绝对值之和,由电流的定义可算出,电流为(n1+n2)et,故选D。
2.欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律。有一个长方体金属电阻,材料质量分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c。电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻的阻值最小的是(　　)
答案　A　根据电阻定律R=ρlS,结合题中各选项图可知,电阻的阻值最小的应该是横截面积最大、长度最短的A图所示的金属电阻,选项A正确。
3.一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为(　　)
A.mv22eL B.mv2Sne C.ρnev D.ρevSL
答案　C　金属棒的电阻R=ρLS,自由电子定向移动形成的电流I=neSv,金属棒两端电压U=IR,故金属棒内的电场强度E=UL=neSvρLLS=nevρ,选项C正确。
4.(多选)(2019河南周口检测)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法中正确的是(　　)
A.加5 V电压时,导体的电阻是5 Ω
B.加12 V电压时,导体的电阻约是 1.4 Ω
C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小
D.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断增大
答案　AD　对某些导电器材,其伏安特性曲线不是直线,但曲线上某一点的 UI 值仍表示该点所对应的电阻值。本题中给出的导体在加5 V电压时,UI 值为 5 Ω,所以此时电阻为5 Ω;加12 V电压时,UI 值为8 Ω,当电压增大时,UI 值增大,即电阻增大,故选项A、D正确。
5.用一个内电阻可以忽略的电源给装满绝缘圆管的水银供电,通过水银的电流为0.1 A。若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管内(恰好能装满圆管),那么通过水银的电流将是(　　)
A.0.4 A B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A
答案　C　大圆管内径大一倍,则圆管内水银的横截面积为原来的4倍,由于水银的体积不变,故水银柱长度变为原来的14,根据电阻定律R=ρlS可知电阻变为原来的116;因水银两端所加电压不变,由欧姆定律知电流变为原来的16倍,C正确。
6.(多选)我国已经禁止销售100 W及以上的白炽灯,以后将逐步淘汰白炽灯。假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的U-I曲线如图所示。图像上A点与原点的连线与横轴成α角,A点的切线与横轴成β角,则(　　)
A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小
B.在A点,白炽灯的电阻可表示为tan β
C.在A点,白炽灯的电功率可表示为U0I0
D.在A点,白炽灯的电阻可表示为U0I0
答案　CD　白炽灯的电阻为其U-I图线上各点与原点O连线的斜率,由图像可知,白炽灯的电阻随电压的增大而增大,A错误;在A点,白炽灯的电阻可表示为U0I0,即tan α,不能表示为tan β或1tanα,故B错误,D正确;在A点,白炽灯的电功率可表示为U0I0,C正确。
7.一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端电压U变化的关系图像如图甲所示,若将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,3个用电器消耗的电功率均为P。现将它们连接成如图乙所示的电路,接在该电源的两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2,它们之间的关系为(　　)
A.P1=4PD B.PD=P4
C.PD=P2 D.P1<4P2
答案　D　当电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端时,三者功率相同,可知此时三者电阻相同。当三者按照题图乙所示电路连接时,电阻器D两端的电压小于U,由题图甲可知,电阻器D的电阻增大,则此时有RD>R1=R2,而D与R2并联,两端电压相等,根据 P=U2R,可知PDUR1,由P=U2R可知不能确定P1与4PD的大小关系,A选项错误,D选项正确;由于电阻器D与电阻R2的并联总电阻R并8.(2018广东六校联考)如图甲所示电路,其中R两端电压U随通过该电阻的直流电流I变化的关系如图乙所示,电源电动势为7.0 V(内阻不计),且R1=1 000 Ω(不随温度变化)。若改变R2,使A、B与B、C间的电压相等,这时(　　)
　　　　　 甲　　　　　　　　　　　乙
A.R的阻值为1 000 Ω
B.R的阻值为1 500 Ω
C.通过R的电流为1.5 mA
D.通过R的电流为2.0 mA
答案　C　要使A、B与B、C间的电压相等,即有E=UAB+UBC,UAB=UBC,解得UBC=3.5 V;而UBC=U+IR1,即得U=UBC-IR1,将UBC=3.5 V,R1=1 000 Ω代入得U=3.5 V-1 000 Ω×I。在题给图像中作出函数关系U=3.5 V-1 000 Ω×I的图像如图所示,两图线的交点对应的横、纵坐标I=1.5 mA、U=2 V即公共解,由IR=U解得R=UI=1 300 Ω,故只有选项C正确。
9.(2019湖北武汉质检)一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是(　　)
A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W
C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
答案　C　由于电饭煲是纯电阻用电器,所以电饭煲的电阻R1=UI1=44 Ω,电饭煲消耗的电功率P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J;洗衣机为非纯电阻用电器,所以洗衣机电动机的电阻R2≠UI2=440 Ω,洗衣机电动机消耗的电功率P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103 J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。综上可知,故只有选项C正确。
10.一个直流电动机,线圈电阻是0.5 Ω,当它两端所加电压为6 V时,通过电动机的电流是2 A。由此可知(　　)
A.电动机消耗的电功率为10 W
B.电动机发热的功率为10 W
C.电动机输出的机械功率为10 W
D.电动机的工作效率为20%
答案　C　电动机是非纯电阻器件,电动机消耗的电功率P总=UI=12 W,A项错误;发热功率P热=I2R=2 W,B项错误;输出的机械功率P机=P总-P热=10 W,C项正确;电动机的工作效率η=P机P总=83%,D项错误。
11.如图所示是某款理发用的电吹风的电路图,它主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合开关S1、S2后,电动机驱动风叶旋转,将空气从进风口吸入,经电热丝加热,形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风,下列说法正确的是(　　)
A.电热丝的电阻为55 Ω
B.电动机的电阻为1 2103 Ω
C.当电吹风吹冷风时,电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 J
D.当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为1 120 J
答案　A　根据题述,电吹风的额定电压为220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W,可知电热丝的功率为880 W,由P=U2R可得电热丝的电阻为R=55 Ω,选项A正确;因电动机不是纯电阻用电器,故其电阻RM≠U2PM=1 2103 Ω,B错误;当电吹风吹冷风时,电热丝每秒钟消耗的电能为0,当电吹风吹热风时,电动机每秒钟消耗的电能为120 J,选项C、D错误。
B组　能力提升
12.用如图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,G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G的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为(　　)
A.l1l2R0 B.ll1+l2R0 C.l2l1R0 D.l2l1+l2R0
答案　C　通过电流表G的电流为零时,P点的电势与R0和Rx连接点的电势相等,即U0=UMP,根据欧姆定律有U0=UMNR0+RxR0,UMP=UMNRMP+RPNRMP,则R0R0+Rx=RMPRMP+RPN,由此得R0Rx=RMPRPN,根据电阻定律得,电阻丝的电阻R∝l,故R0Rx=l1l2,所以Rx=l2l1R0,正确选项为C。
13.汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗,如图所示,在打开车灯的情况下,电动机未启动时电流表读数为10 A,电动机启动时电流表读数为58 A。若电源电动势为12.5 V,内阻为0.05 Ω,电流表内阻不计,则因电动机启动,车灯的电功率降低了(　　)
A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W
答案　B　电动机未启动时,灯泡两端的电压等于路端电压,设为UL,电动机启动后灯泡两端电压仍等于路端电压,设为UL'。电动机未启动时,由欧姆定律得I=ERL+r,求得RL=1.2 Ω,灯泡消耗功率为PL=EI-I2r=120 W;电动机启动后,路端电压UL'=E-I'r=9.6 V,灯泡消耗的电功率为PL'=U'L2RL=9.621.2 W=76.8 W。所以灯泡的电功率降低了ΔP=120 W-76.8 W=43.2 W。
14.(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶,则(　　)
自重
40 kg
额定电压
48 V
载重
75 kg
额定电流
12 A
最大行驶速度
20 km/h
额定输出功率
350 W
A.电动机的输入功率为576 W
B.电动机的内电阻为4 Ω
C.该车获得的牵引力为104 N
D.该车受到的阻力为63 N
答案　AD　电动机的输入功率为P入=U额I额=48×12 W=576 W,A项正确;电动机的发热功率为PQ=I2r=P入-P出,代入数据解得r=1.6 Ω,B项错误;由v大=20 km/h=509 m/s,根据P出=Fv大解得牵引力F=63 N,且当该车行驶速度最大时,f=F=63 N,故C项错误,D项正确。