高中物理鲁科版 过关检测选修3-1 恒定电流　全章检测 Word版含解析

全章检测
一、选择题
1.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时(　　)
/
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
答案　C　当传感器接触药液时,其阻值发生变化,导致S两端电压U增大,则M两端电压减小,可知RM应变小;R与RM构成并联电路,其并联总电阻为R并=
??
??
·R
??
??
+R
=
??
??
1+
??
??
??
,可知当R越大,RM减小相同值时,R并减小得越多,因此S两端电压增大越明显,选项C正确。
2.功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2只60 W的白炽灯,均用10 W的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.8×108 kW·h B.8×1010 kW·h
C.8×1011 kW·h D.8×1013 kW·h
答案　B　假设每户每天只亮灯5个小时,每户每年节电E=2×(60-10)×10-3×5×365 kW·h=182.5 kW·h。假设每户有3口人,全国有4亿户左右。节电总值为E总=4×108×182.5 kW·h=7.3×1010 kW·h,故B正确。
3.如图所示,C为两极板水平放置的平行板电容器,闭合开关S,当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时,悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态。要使尘埃P向下加速运动,下列方法中可行的是(　　)
/
A.把R2的滑片向左移动
B.把R2的滑片向右移动
C.把R1的滑片向左移动
D.把开关S断开
答案　A　尘埃P处于静止状态,则重力与电场力平衡。若尘埃向下加速运动,则电场力减小,电容器两极板间的电压减小,故向左移动R2的滑片可以实现这种变化,A正确、B错。由于稳定时R1支路无电流,故无论如何移动R1的滑片,电容器两极板间的电压都不会改变,故尘埃仍平衡,C错误。断开开关S,电容器两极板间电压增大,极板间场强增大,尘埃所受电场力增大,其向上加速运动,故D错。
4.当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3 C,消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)
A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J
C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J
答案　D　设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t。由公式W1=U1q1和W1=
??
1
2
??
t可得U1=3 V,
??
??
=0.1。再由W2=U2q2和W2=
??
2
2
??
t可求出U2=6 V,W2=3.6 J,故选项D正确。
5.一根长为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.
??
??
2
2????
　　　　　B.
??
??
2
Sn
??
　　　　　C.ρnev　　　　　D.
??????
????
答案　C　金属棒的电阻R=
????
??
,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=
??
??
=
????????????
????
=nevρ,选项C正确。
6.如图所示,电源内阻不可忽略,电路中接有一小灯泡和一电动机。小灯泡L上标有“6 V　12 W”字样,电动机的线圈电阻RM=0.50 Ω。若灯泡正常发光时,电源的输出电压为12 V,此时　(　　)
/
A.整个电路消耗的电功率为24 W
B.电动机的热功率为12 W
C.电动机的输出功率为12 W
D.电动机的输入功率为12 W
答案　D　小灯泡正常发光,由I=
??
??
L
=2 A,得电路中电流为2 A,电动机的热功率Q=I2·RM=2 W,B错误。电源的输出功率P出=UI=12×2 W=24 W,因电源内阻不可忽略,故整个电路消耗的电动率大于24 W,A错误。电动机的输入功率P入=(U-UL)I=(12-6)×2 W=12 W,D正确,C错误。
7.电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电流,a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb。由图可知ηa、ηb的值分别为(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
/
A.
3
4
、
1
4
B.
1
3
、
2
3
C.
1
2
、
1
2
D.
2
3
、
1
3
答案　D　电源的效率η=
????
????
=
??
??
。a点对应的路端电压U为4个格所对应的值,而电动势E为6个格所对应的值。因此ηa=
2
3
;b点对应的路端电压为2个格所对应的值,因此ηb=
1
3
。故D项正确。
8.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示。用此电源和电阻R1、R2组成电路。R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路。为使电源输出功率最大,可采用的接法是(　　)
/
A.将R1单独接到电源两端
B.将R2单独接到电源两端
C.将R1、R2串联后接到电源两端
D.将R1、R2并联后接到电源两端
答案　A　由题意知电源的电动势E=3 V,内阻r=0.5 Ω,R1=0.5 Ω,R2=1 Ω,由电源的输出功率特点可知A对。
9.利用金属导体的电阻随温度变化的特点可以制成电阻温度计。如图甲所示为某种金属导体的电阻R随温度t变化的图线。如果用这种金属导体做成测温探头,再将它连入如图乙所示的电路中,随着测温探头处待测温度的变化,电流表示数也会发生变化。则在t1~t2温度范围内　(　　)
/
A.待测温度越高,电流表的示数越大
B.待测温度越高,电流表的示数越小
C.待测温度升高,电流表的示数均匀增大
D.待测温度升高,电流表的示数均匀减小
答案　B　温度越高电阻R越大,电流越小,故B正确,A错误。由甲图可知,电阻随温度的变化关系可写成R=R0+kt,电路中电流I=
??
??+??
=
??
??+
??
0
+kt
,因此待测温度升高,电流表示数减小,但不会均匀减小,C、D错误。
10.在“测量电源的电动势和内阻”的实验中,某同学作出了两个电源路端电压U与电流I的关系图线,如图所示。两个电源的电动势分别为E1、E2,内阻分别为r1、r2。如果外电路分别接入相同的电阻R,则两个电源的(　　)
/
A.路端电压和电流不可能同时相等
B.输出功率不可能相等
C.总功率不可能相等
D.效率不可能相等
答案　D　路端电压U=E-rI,由此得出1、2图线在纵轴上的截距分别为E1、E2,且E1>E2,斜率的绝对值表示两电源内阻,r1>r2,当外电路分别接入相同电阻R时,若R的U-I图线为图线3(如图所示),斜率k=R,则两个电源的路端电压和电流相等,大小为U3、I3,两电源输出功率(P=U3I3)相等,选项A、B错;若定值电阻R的U-I图线为图线4(如图所示),则该电阻接在E1和E2电源上时的总功率分别为P总1=E1I1,P总2=E2I2,因为E1>E2,而I1??
??+??
×100%,R相同而r不同,效率不可能相等,D选项正确。
/
二、非选择题
11.电学实验中经常需要测量电阻的阻值:
(1)测电阻的方法有很多种,现在有一只标“220 V 40 W”的灯泡,它正常工作时的电阻为　　　　Ω。若用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻,则测出的电阻值　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值。?
(2)用下列器材设计一个实验,测量该灯泡正常工作时的电阻值。
A.220 V交流电源
B.单刀双掷开关一只
C.电阻箱一只(0~999.9 Ω,额定电流0.5 A)
D.固定电阻一只(0.5 kΩ,额定电流0.3 A)
E.交流电流表一只(0~0.3 A)
请在方框内画出电路原理图。
答案　(1)1 210　小于　(2)见解析
解析　(1)正常工作时电压为额定电压,故有P=
??
2
??
,所以R=
??
2
??
=1 210 Ω;灯泡在正常工作时发热,灯丝电阻率增大,电阻增大,因而用欧姆挡测量时阻值应小于正常工作时的电阻值。
(2)应用替代法。因电阻箱的最大阻值小于灯泡正常工作电阻值,故应串联一固定电阻,电路原理图如图。
/
12.某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω,可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig=0.6 A,内阻rg=0.1 Ω)和若干导线。
(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求,设计图甲中器件的连接方式,画线把它们连接起来。
/
　　(2)接通开关,逐次改变电阻箱的阻值R,读出与R对应的电流表的示数I,并作记录。当电阻箱的阻值R=2.6 Ω时,其对应的电流表的示数如图乙所示。处理实验数据时,首先计算出每个电流值I的倒数
1
??
;再制作R-
1
??
坐标图,如图丙所示,图中已标注出了
??,
1
??
的几个与测量对应的坐标点。请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙上。
/
　　(3)在图丙上把描绘出的坐标点连成图线。
(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=　　　　V,内电阻r=　　Ω。?
答案　(1)见图甲
/
甲
/
乙
(2)见图乙
(3)见图乙
(4)1.5(1.46~1.54)　0.3(0.25~0.35)
解析　(1)(2)(3)见答案　(4)由欧姆定律I=
??
??+??+
??
g
得R=
??
??
-(r+rg),由图像斜率和截距可得答案。
13.如图甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器,P、Q为电极,设a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m,当里面注满某电解液,且P、Q加上电压后,其U-I图线如图乙所示,当U=10 V时,求电解液的电阻率ρ是多少?
/
答案　40 Ω·m
解析　由题图乙可求得U=10 V时电解液的电阻为
R=
??
??
=
10
5×1
0
-3
Ω=2 000 Ω
由题图甲可知电解液长为l=a=1 m
横截面积为S=b·c=0.02 m2
结合电阻定律R=ρ
??
??
得ρ=
????
??
=
2 000×0.02
1
Ω·m=40 Ω·m。
14.(2017顺义二模)对于金属导体,从宏观上看,其电阻定义式为:R=
??
??
。金属导体的电阻满足电阻定律:R=ρ
??
??
。在中学教材中,我们是从实验中总结出电阻定律的,而“金属经典电子论”认为,电子定向运动是一段一段加速运动的接替,各段加速都是从定向速度为零开始。设有一段通电金属导体,其长为L,横截面积为S,自由电子电荷量为e、质量为m,单位体积内自由电子数为n,自由电子两次碰撞之间的时间为t0。试利用“金属经典电子论”,从理论上推导金属导体的电阻R∝
??
??
。
答案　见解析
解析　设导体两端的电压为U,自由电子定向运动的平均速率为v;
由牛顿运动定律和运动学规律得v=
??
m
2
=
??
??
0
2
=
????
2??
t0
从微观上看,电流I=neSv
综上,由电阻的定义式得R=
??
??
=
????
????????
=
????
??????
??
??
0
2
=
????
??????
????
2??
??
0
=
2??
??
??
2
??
0
·
??
??
所以R∝
??
??
15.如图所示,是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,电压表示数 UV=110 V。试求:
(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2)
/
答案　(1)5 A　(2)550 W　(3)53 kg
解析　(1)由电路中的电压关系可得电阻R两端电压UR=U-UV=(160-110) V=50 V
流过电阻R的电流IR=
??
??
??
=
50
10
A=5 A
则通过电动机的电流IM=IR=5 A
(2)电动机两端电压UM=UV=110 V
输入电动机的电功率P电=IMUM=550 W
(3)电动机的发热功率P热=
??
M
2
r=20 W
电动机输出的机械功率P机=P电-P热=530 W
又因P机=mgv,所以m=
??
机
????
=53 kg
16.在如图所示的电路中,R1=2 Ω,R2=R3=4 Ω,当开关K接a时,R2上消耗的电功率为4 W,当开关K接b时,电压表示数为4.5 V。试求:
/
(1)当开关K接a时,通过电源的电流和电源两端的电压;
(2)电源的电动势和内电阻;
(3)当开关K接c时,通过R2的电流。
答案　(1)1 A　4 V　(2)6 V　2 Ω　(3)0.5 A
解析　(1)开关K接a时,R1被短路,电路为R2的简单电路,由P2=I2R2得
通过电源的电流为I=
??
2
??
2
=1 A
电源两端的电压等于R2两端的电压为:U=IR2=1×4 V=4 V
(2)由闭合电路欧姆定律得
当开关K接a时,有:E=U+Ir
代入得E=4+r
当开关K接b时,电压表示数为4.5 V,R外=R1+R2=6 Ω
I'=
??'
??
外
=0.75 A
此时E=4.5+0.75r
联立解得E=6 V,r=2 Ω
(3)当开关K接c时,R2与R3并联后与R1串联
R23=
??
2
??
3
??
2
+
??
3
R总=R1+r+R23=6 Ω
总电流I″=
??
??
总
=1 A
通过R2的电流为I2=
1
2
I″=0.5 A
17.在如图所示的电路中,电池的电动势E=5 V,内电阻r=10 Ω,固定电阻R=90 Ω,R0是可变电阻。在R0由0增加到 400 Ω的过程,求:
/
(1)可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率;
(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。
答案　见解析
解析　(1)可变电阻R0上消耗的热功率
P1=I2R0=
??
??+
??
0
+r
2
R0=
25
??
0
(
??
0
+100
)
2
　=
25
(
??
0
-100
)
2
??
0
+400
由上式可得:当R0=100 Ω时,P1有最大值P1m=
25
400
W=
1
16
W。
(2)r与R上消耗的热功率之和
P2=I2(R+r)=
25
(
??
0
+100
)
2
×100
由上式可知,R0最大时,P2最小,即当R0=400 Ω时,P2有最小值P2min=
25
(400+100
)
2
×100 W=0.01 W。