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高考_专题九 恒定电流（资料包word版）试卷
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这是一份高考_专题九 恒定电流（资料包word版）试卷，共9页。试卷主要包含了0×1018个 B，2 J等内容，欢迎下载使用。
专题九 恒定电流
1.自然现象 (2022河南名校联盟三诊)地球表面附近存在一竖直向下的电场,晴天时在电场作用下,大气中的正离子向下运动、负离子向上运动,由此形成的微弱电流称为地空电流。地空电流是稳恒的,不随高度变化,全球地空电流的总电流大小为1 800 A。假设正、负离子电荷量均为e=1.6×10-19 C,则1 s时间内穿过以地心为球心、半径略大于地球半径的球壳的离子个数约为( )
A.2.0×1018个 B.1.8×1020个 C.1.1×1022个 D.1.6×1023个
答案 C 1 s时间内,通过球壳的电荷量为q=It=1 800 C,离子个数n=qe≈1.1×1022个,故选C。
2.(2022山东聊城二模,7)角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕光滑的轴转动时,元件A发生位移并输出相应的电压信号,成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,系统静止时滑片P位于B点,当系统以角速度ω转动时,下列说法正确的是( )
A.电路中电流随角速度的增大而增大 B.电路中电流随角速度的增大而减小
C.弹簧的伸长量为x=mlωk-mω2 D.输出电压U与ω的函数式为U=Emω2k-mω2
答案 D 滑片的移动不影响滑动变阻器接入电路中的电阻,故电路中的电流不随角速度的变化而变化,故A、B错误;由牛顿第二定律得kx=m(l+x)ω2,所以x=mω2lk-mω2,故C错误;输出电压U=xlE,代入x=mω2lk-mω2可得U=Emω2k-mω2,故D正确。
3.(2022山东五莲二模,2)某学习小组为了将电压表改装成可测量电阻的仪器——欧姆表,设计电路如图所示,电压表的量程为3 V,其内阻RV=3 kΩ,电源的电动势E=6 V,在电压表两端接上两个表笔,就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表,下列关于该表的说法正确的是 ( )
A.该欧姆表B表笔为红表笔,表盘刻度是均匀的
B.电压表指针指在“3.0 V”处,此处刻度应标阻值为“0”
C.电压表指针指在“2.0 V”处对应的电阻刻度为3 kΩ
D.若该欧姆表使用一段时间后,电源内阻不能忽略且变大,电动势不变,但将两表笔断开时调节电阻箱,指针仍能满偏,按正确使用方法再进行测量,其测量结果将偏大
答案 C 欧姆表笔电流遵循“红进黑出”,该欧姆表B表笔对应电源的正极,为黑表笔,当两表笔断开时,调节电阻箱,当其阻值为R时,使电压表刚好满偏,即示数为3 V,此时相当于待测电阻为¥,当两表笔短接时,电压表示数为零,此时相当于待测电阻为0,故电压表指针指在“3.0 V”处,此处刻度应标阻值为“¥”,由此可知,表盘刻度是不均匀的,A、B错误;将电源内阻看成电阻箱电阻的一部分,由B项分析可得I=3.0V3kΩ=E-3.0VR,解得电阻箱的阻值为R=3 kΩ,当电压表指针指在2.0 V处时,可得I'=2.0VR并=E-2.0VR,其中R并=RVRxRV+Rx,联立解得Rx=3 kΩ,故对应的电阻刻度为3 kΩ,C正确;若该欧姆表使用一段时间后,电源内阻不能忽略且变大,电动势不变,但将两表笔断开时调节电阻箱,指针仍能满偏,结合C项分析可知,这样按正确使用方法再进行测量,其测量结果不会偏大或偏小,D错误。
4.(2022山东菏泽一模,7)科学家研发出的一款超小型风力发电机,也被称之为郁金香风力发电机,可以供家庭使用,具有噪音极低,启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台,某日该地区的风速是6 m/s,风吹到的叶片有效面积为1 m2,已知空气的密度为1.2 kg/ m3,假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列表述符合事实的是( )
A.每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为1 m3
B.每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2 J
C.每台风力发电机发电的功率为129.6 W
D.该风力发电机组工作24 h,发电量约12.44 kW·h
答案 D 每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为V=SL=Svt=1×6×1 m3=6 m3,A错误;1 s内冲击叶片的空气质量为m=ρV=1.2×6 kg=7.2 kg,动能为E动=12mv2=12×7.2×62 J=129.6 J,B错误;1 s内风的动能转化为的电能E电=ηE动=40%×129.6 J=51.84 J,则发电功率P=E电t=51.84 W,C错误;该风力发电机组工作24 h,发电量为W=10×51.84×10-3×24 kW·h=12.44 kW·h,D正确。
5.物理科技 (2022广东江门调研,2)无人机的多个螺旋桨能提供各个方向的动力,每个发动机电阻为R,正常工作时电压为U,如图为无人机在有水平风力时执行拍摄任务而悬停在空中,下列说法正确的是( )
A.发动机螺旋桨是通过旋转把空气向上推从而获得升力
B.各个螺旋桨升力的合力沿竖直方向
C.单个发动机正常工作时消耗的电功率为 U2R
D.当发动机螺旋桨被“卡死”时通过的电流为 UR
答案 D 发动机螺旋桨是通过旋转把空气向下推,同时受到空气向上的推力,从而悬停在空中,故A错误;无人机在有水平风力时执行拍摄任务而悬停在空中,根据平衡条件,各个螺旋桨升力的合力与无人机的重力和水平风力平衡,则升力的合力应该是斜向上,故B错误;发动机所在电路为非纯电阻电路,计算功率不能用P=U2R,故C错误;当发动机螺旋桨被“卡死”时,电路可视为纯电阻电路,其电流I=UR,故D正确。
易错警示 发动机所在电路为非纯电阻电路,不能用P=U2R计算电功率。
6.物理生活 (2022河北邢台10月联考,10)(多选)当电气设备发生接地故障,接地电流通过接地点向大地流散,在地面上形成电位分布,若人在接地短路点周围行走,其两脚间的电位差叫作跨步电压。由跨步电压引起的人体触电,称为跨步电压触电。当人发觉有跨步电压时,应立即将双脚并在一起或抬起一条腿,跳着离开危险区。如图所示,一根火线断落在潮湿的地面上,站在地面上的人两脚间的距离为0.5 m,每只脚的电阻为300 Ω,人体躯干的电阻为900 Ω,每米地面的电阻为100 Ω。若通过躯干的电流为0.1 A,则下列说法正确的是( )
A.通过人体的电流方向为从后脚到前脚 B.人的跨步电压为150 V
C.通过人两脚间地面的电流为4 A D.通过人体的电流的电功率为15 W
答案 BD 由题图可知,人的前脚离火线更近,电势较高,后脚离火线远,电势低,则通过人体的电流方向为从前脚到后脚,故A错误;人体电阻R1=2×300 Ω+900 Ω=1 500 Ω,通过躯干的电流为0.1 A,则跨步电压U=IR1=0.1×1 500 V=150 V,故B正确;两脚间地面的电阻R2=100×0.5 Ω=50 Ω,则通过两脚间地面的电流I1=UR2=15050 A=3 A,故C错误;通过人体电流的电功率P=I2R1=0.1×0.1×1 500 W=15 W,故D正确。
7.物理生活 (2022广东华侨中学模拟,9)(多选)电动机是把电能转化成机械能的一种设备,在工农业、交通运输、国防及家电、医疗领域广泛应用。图示表格是某品牌电动机铭牌的部分参数,据此信息,下列说法中不正确的是( )
型号
YE3-132S2-2
额定电压
220 V
额定功率
1 100 W
额定转速
2 900 r/min
频率
50 Hz
效率
90.0%
A.该电动机的额定电流为5 A
B.该电动机的输出功率为110 W
C.该电动机的线圈电阻为4.4 Ω
D.该电动机正常工作时每分钟对外做的功为5.94×103 J
答案 BD 电动机的额定电流I=PU=1 100220 A=5 A,A正确;电动机的输出功率P出=η·P总=1 100×90.0% W=990 W,B错误;电动机的发热功率P热=1 100 W-990 W=110 W,电路中的额定电流为5 A,内电阻为R=P热I2=11052 Ω=4.4 Ω,C正确;电动机正常工作时每分钟对外做的功W=P出t=990×60 J=5.94×104 J,D错误。
8.物理生活 (2022广东佛山一模,7)如图为家用燃气灶意外熄火断气保护装置的原理示意图,其核心部件是热电偶,当热电偶热端受热时,因冷、热两端有温度差,在A、B两电极间产生电势差,使得热电偶成为一个电源,让与其连接的电磁铁吸住衔铁,保持弹簧处于压缩、燃气进气口被打开的状态,若炉火意外熄灭,热电偶失去温差停止供电,电磁铁失去磁性,活塞在弹簧作用下关闭进气口,防止燃气外泄。如果热电偶供电时电极A的电势比B的高,则此时( )
A.热电偶内部电流由A流向B B.电子在热电偶内部由A向B运动,其电势能增加
C.电磁铁内部磁场方向由C指向D D.热电偶供电时将机械能转化为电能
答案 B 热电偶内部电流由B流向A,电子在热电偶内部由A向B运动,其电势能增加,故A错误,B正确;根据安培定则可知电磁铁C端为N极,D端为S极,所以内部磁场方向由D指向C,故C错误;热电偶供电时将内能转化为电能,故D错误。
易错警示 电源内部,电流从负极流向正极。
9.(2022株洲一模,9)(多选)某电动汽车的电池储能为80 kW·h,续航里程为700 km,整体能量转化率为84%。电池在专用直流充电桩上充电时,充电电流为100 A,充电时间为2 h。则( )
A.匀速行驶时所受的阻力大小约为345 N B.匀速行驶时所受的阻力大小约为420 N
C.充电电压约为500 V D.充电电压约为400 V
答案 AD 根据功能关系可得fx=W电×84%,解得f≈345 N,B错误,A正确;根据公式UIt=W电,解得U=400 V,C错误,D正确。
10.(2022湖南百师联盟开学考,5)地球表面附近存在一个竖直向下的电场,晴天时在电场作用下,大气中的正离子向下运动、负离子向上运动,如此形成的微弱电流称地空电流。该电流比较稳定,不随高度变化,全球地空电流的总电流为I,假设地空电流在全球各处均匀分布,地球附近竖直向下的电场场强为E,取地球表面积为S,地表附近空气的电阻率ρ0的大小为( )
A.ESI B.E2SI C.S2EI D.ESI2
答案 A 取地球表面高度为Δh的空气层为研究对象,空气层上表面到下表面之间的电势差U=E·Δh,这段空气层的电阻r=ρ0ΔℎS,根据欧姆定律,I=Ur,得到ρ0=ESI,故A正确,B、C、D错误。
11.(2020部分区期末)(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E,其内阻为r,L1、L2、L3为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变),P为滑动变阻器的滑动触头,K1、K2为开关。K1闭合,则下列说法中正确的是( )
A.将K2闭合,小灯泡L1变暗
B.将K2闭合,小灯泡L3变暗
C.在K2处于闭合状态下,向右滑动触头P,小灯泡L1变亮
D.在K2处于闭合状态下,向右滑动触头P,小灯泡L2变亮
答案 AD 将K2闭合,则外电路电阻减小,总电阻减小,总电流变大,小灯泡L3变亮,灯泡L3以及内阻上电压变大,并联部分的电压减小,灯泡L1两端电压减小,即小灯泡L1变暗,选项A正确,B错误。在K2处于闭合状态下,向右滑动触头P,则R阻值变大,总电阻变大,总电流减小,灯泡L3以及内阻上电压变小,并联部分的电压变大,即小灯泡L2变亮;通过小灯泡L2的电流变大,则L1支路的电流减小,即小灯泡L1变暗,选项C错误,D正确。
12.(2022部分区模拟,6)(多选)如图所示,R1是光敏电阻(光照增强,电阻减小),C是电容器,R2是定值电阻。闭合开关,当R1受到的光照强度减弱时( )
A.电源两端电压减小 B.光敏电阻R1两端的电压增大
C.通过电阻R2的电流增大 D.电容器C所带的电荷量减小
答案 BD 当R1受到的光照强度减弱时,光敏电阻R1阻值变大,根据闭合电路欧姆定律I=Er+R1+R2可知,回路中的电流减小,则通过电阻R2的电流减小,故C错误;回路中的电流减小,则根据U=E-Ir可知,路端电压增大,即电源两端电压增大,故A错误;电阻R2两端的电压为U2=IR2,回路中的电流减小,则电阻R2两端的电压减小,故电容器C两端的电压减小,根据Q=CU2可知,电容器C所带的电荷量减小,故D正确;根据电路中的电压关系有U=U1+U2,由于路端电压U增大,而电阻R2两端的电压U2减小,则光敏电阻R1两端的电压U1增大,故B正确。
13.电阻U-I图像与电源U-I图像 如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡组成闭合电路,下列说法中正确的是( )
A.电源的输出功率为8 W B.电源的总功率为10 W
C.此电源的内阻为0.5 Ω D.由于小灯泡的U-I图线是一条曲线,所以欧姆定律不适用
答案 C 由图线A的纵轴截距读出电源电动势E=4 V,图线斜率的绝对值表示内阻,则r=4-16 Ω=0.5 Ω,故C正确;A、B图线的交点表示灯泡与电源连接时,工作电压U=3 V,I=2 A,则电源的总功率P总=EI=4×2 W=8 W,电源的输出功率P出=EI-I2R=(8-22×0.5) W=6 W,故A、B错误;小灯泡是纯电阻,欧姆定律是适用的,小灯泡的U-I图线是一条曲线,是因为小灯泡电阻随温度的变化发生改变,故D错误。
易错警示 用电器的U-I图像表示其工作状态下电流与电压的关系,电源的U-I图像反映的是由该电源供电的电路中电流与路端电压的关系,将电源与用电器的U-I图像画在同一个坐标系内,两条图线的交点纵坐标就表示了该电源直接给该用电器供电时用电器两端的电压,而这个电压同时也是电路的路端电压,交点的横坐标表示的就是通过用电器的电流,也是通过电源的电流,电压与电流的乘积则表示了用电器此时的功率,也是电源的输出功率。对于U-I图像不是直线的用电器,通过从与U-I电源图线交点的坐标值找到用电器实际工作电压和电流进而求出实际功率。
14.(2022北京海淀一模,12)如图所示,某同学设计了一个加速度计:较重的滑块可以在光滑的框架中平移,滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接;R为滑动变阻器,其滑片与滑块固定连接;两个电池的电动势均恒为E,内阻不计。按图连接电路后,电压表指针的零点位于表盘中央,此时两弹簧均为原长,滑片恰好在变阻器的中间位置。已知滑片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比,当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。将此加速度计固定在运动的物体上,物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是( )
A.当物体向右加速时,电压表的指针将向右偏
B.电压表的示数不变,说明物体做匀速直线运动
C.电压表的示数增大,说明物体的速度一定增大
D.电压表表盘上各刻度对应加速度的值是均匀的
答案 D 设b点电势为零,滑片恰好在变阻器中间位置时,Uab=φa-φb=0,物体向右加速时,滑块带动滑片向左移动,滑片右侧电阻大于左侧电阻,a点电势比b点低,电压表指针向左偏移,选项A错误;电压表示数不变,说明滑块左、右两侧弹簧长度不变,故加速度恒定,可以做匀变速运动,若运动过程中滑片处于变阻器中央,物体也可做匀速直线运动,选项B错误;电压表的示数增大说明物体加速度增大,物体速度是否增大要根据速度与加速度方向是否相同判定,故选项C错误;加速度恒定时滑片位置不变,滑片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比,则电压表示数线性变化,表盘上各刻度对应的加速度的值是均匀的,选项D正确。
思路点拨 通过审题知道电压表指针偏转方向与a、b两点电势高低的关系,明确左、右两侧的弹簧弹力的合力为物体所受的合外力。
15.物理科技 (2022安徽师大附中模拟)法国和德国科学家费尔和格林贝尔由于发现“巨磁电阻”效应荣获了2007年诺贝尔物理学奖。研究发现磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大。图示电路中,GMR为一个磁敏电阻,闭合开关S1和S2,滑片P向右滑动时 ( )
A.电磁铁的磁性增强,指示灯的亮度变亮
B.电磁铁的磁性增强,指示灯的亮度变暗
C.电磁铁的磁性减弱,指示灯的亮度变亮
D.电磁铁的磁性减弱,指示灯的亮度变暗
答案 C 当滑片P向右滑动时,滑动变阻器连入电路中的电阻变大,则左侧电路中的电流变小,电磁铁的磁性减弱,GMR阻值减小,右侧电路电流增大,指示灯的亮度变亮,故选C。
16.物理生活 (2022江苏苏州调研,5)如图所示是某电容式话筒的原理示意图,E为电源,R为电阻,P为金属薄片,Q为金属板。从左向右对着振动片Р说话,Р振动而Q不动。在P、Q间距减小的过程中( )
A.电容器的电容减小
B.P上电荷量保持不变
C.M点的电势高于N点的电势
D.M点的电势低于N点的电势
答案 D 电容式话筒与电源串联,电压保持不变,
在P、Q间距减小过程中,
根据电容决定式
C=εrS4kπd
可得电容增大,
A错误;
根据电容的定义式C=QU,
因为电容增大,电压不变,
故可得电容器所带电荷量增大,
B错误;电容器的充电电流通过R的方向由N到M,所以N点的电势比M点的高,C错误,D正确。
17.(2022北京东城一模,10)某同学用内阻Rg=20 Ω、满偏电流Ig=5 mA的毫安表及相关元件制作了一个简易欧姆表,电阻刻度值尚未标定,电路如图甲所示。该同学将两表笔短接,调节滑动变阻器R使毫安表指针满偏,再将阻值为400 Ω的电阻接在两表笔之间,此时毫安表指针位置如图乙所示。下列说法正确的是( )
图甲 图乙
A.该电源电动势为1.5 V B.该电源电动势为9.0 V
C.刻度2.5 mA处标注600 Ω D.刻度4 mA处标注200 Ω
答案 C 设R内为欧姆表内阻,由闭合电路欧姆定律可知,E=IgR内,E=I'(R内+400 Ω),I'=3×10-3 A,联立解得E=3 V,R内=600 Ω,A、B错误。当I″=2.5 mA=2.5×10-3 A时,R=EI″-R内=600 Ω,故刻度2.5 mA处应标600 Ω,C正确。当I‴=4 mA=4×10-3 A时,R=EI‴-R内=150 Ω,刻度4 mA处应标注150 Ω,D错误。
思路点拨 本题以欧姆表为背景,考查闭合电路欧姆定律。
18.(2022湖南新高考教学教研联盟第一次大联考,12)寒冷的冬天,南方部分老年人喜欢用电热毯取暖(如图甲)。某学习小组同学对电热毯发热非常好奇,他们设计了一个实验测出电热毯加热材料的电阻率。从说明书上找到电热毯的内部结构如图乙所示,其加热材料左右对称分布(左右两侧加热材料的电阻在电路中是并联关系),每边有10根横向回折。
图甲 图乙 图丙
(1)这种物质表面镀了一层绝缘膜,其厚度不计,他们先用螺旋测微器测出加热材料的直径如图丙所示,则其直径d= mm;
(2)然后用伏安法测电热毯的电阻,在电热毯的入口端引出两个接线柱A、B,先用欧姆表粗测其电阻约为300 Ω,再将其接入测量电路。在实验室里科技老师给他们提供了以下实验器材:
A.电流表A1(量程0~100 mA,r1=10 Ω);
B.电流表A2(量程0~120 mA,r2≈50 Ω);
C.电压表V(量程0~15 V,r3=20 kΩ);
D.滑动变阻器R1(0~10 Ω);
E.滑动变阻器R2(0~100 Ω);
F.定值电阻R3=290 Ω;
G.定值电阻R4=2 990 Ω;
H.稳压电源E=30 V,内阻不计;
I.开关一个,导线若干。
为了尽可能精确地测量该导电体的电阻,既要求电表的读数不超过表盘的最大刻度,又要求读数最大值可达到满刻度的三分之二以上,请你回答以下问题。
①要更好地调节且满足要求地测定其电阻,则滑动变阻器选择 ;(填器材前的字母标号)
②设计一个满足要求的实验电路图,画在线框内(注意标注代号,电热毯用Rx表示);
③若测出的电阻为Rx,则其电阻率为ρ= (用d、L1、L2、Rx表示)。
答案 (1)6.200 (2)①D ②如图所示
③πd240L2+8L1Rx
解析 (1)螺旋测微器读数为6 mm+20.0×0.01 mm=6.200 mm。
(2)①粗测其电阻约为300 Ω,大于滑动变阻器总阻值,故采取分压式接法,滑动变阻器选择总阻值较小的D;
②电压表量程不合适,电路中的最大电流
I=ERx=100 mA,故采用双安法。
③根据Rx=ρ10L2+2L12π(d2)2,整理得ρ=πd220L2+4L1Rx。
19.自然现象 (2022江苏南京月考,13)夏季某日午后,某地区距地面约1 km的空中有两块乌云,相距3 km,它们因与空气摩擦带电,两块乌云之间的电势差能保持约为3×109 V不变。已知空气的击穿场强为3×106 V/m。请对以下问题进行估算。
(1)当两块乌云相距多少米时会发生电闪雷鸣?
(2)当电闪雷鸣时,若两块乌云之间通过的电荷量为500 C,可释放多少能量?
(3)在(2)中条件下,这次放电现象历时约0.01 s,则其平均电流约为多大?
答案 (1)1 000 m
(2)1.5×1012 J
(3)5×104 A
解析 (1)由E=Ud得
d=UE=3×1093×106 m=1 000 m。
(2)释放的能量
E能=qU=500×3×109 J=1.5×1012 J。
(3)由电流的定义得
I=qt=5000.01 A=5×104 A。
20.[2022北京丰台二模,20(1)]物理现象的分析常常有宏观与微观两个视角,建构合理化模型找出其内在联系,有助于更加深刻理解其物理本质。
如图所示,直流电源、开关、导线与金属棒ab组成一个电路。从微观角度看,开关闭合时,电源两端电压会在金属棒内部形成恒定电场,每个自由电子都在电场力作用下开始定向运动,但这些电子会与导体棒中的金属正离子发生碰撞,碰撞后电子向各方向运动的概率相同,沿导线方向的定向运动速度变为0;此后自由电子再加速、再碰撞……,这种定向运动在宏观上形成了电流。
已知电源两端电压为U,金属棒的长度为L,横截面积为S,单位体积内自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e,连续两次碰撞间隔的平均时间为t0,碰撞时间不计。仅在自由电子和金属正离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用,导线及开关的电阻不计。
a.求自由电子定向运动时的加速度大小a;
b.求t0时间内自由电子定向运动的平均速率v0;
c.推导金属棒中形成电流I的表达式。
答案 见解析
解析 a.由牛顿第二定律得自由电子的加速度
a=Fm=eEm①
E=UL②
由①②式得:a=eUmL
b.电子在t0时间内做匀加速直线运动,
则定向运动的平均速率v0=v2=at02=Uet02mL
c.由电流的定义式I=Qt
其中Q=nVe=nv0tSes
解得:I=neSv0=ne2t0SU2mL
专题九 恒定电流
1.自然现象 (2022河南名校联盟三诊)地球表面附近存在一竖直向下的电场,晴天时在电场作用下,大气中的正离子向下运动、负离子向上运动,由此形成的微弱电流称为地空电流。地空电流是稳恒的,不随高度变化,全球地空电流的总电流大小为1 800 A。假设正、负离子电荷量均为e=1.6×10-19 C,则1 s时间内穿过以地心为球心、半径略大于地球半径的球壳的离子个数约为( )
A.2.0×1018个 B.1.8×1020个 C.1.1×1022个 D.1.6×1023个
答案 C 1 s时间内,通过球壳的电荷量为q=It=1 800 C,离子个数n=qe≈1.1×1022个,故选C。
2.(2022山东聊城二模,7)角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕光滑的轴转动时,元件A发生位移并输出相应的电压信号,成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,系统静止时滑片P位于B点,当系统以角速度ω转动时,下列说法正确的是( )
A.电路中电流随角速度的增大而增大 B.电路中电流随角速度的增大而减小
C.弹簧的伸长量为x=mlωk-mω2 D.输出电压U与ω的函数式为U=Emω2k-mω2
答案 D 滑片的移动不影响滑动变阻器接入电路中的电阻,故电路中的电流不随角速度的变化而变化,故A、B错误;由牛顿第二定律得kx=m(l+x)ω2,所以x=mω2lk-mω2,故C错误;输出电压U=xlE,代入x=mω2lk-mω2可得U=Emω2k-mω2,故D正确。
3.(2022山东五莲二模,2)某学习小组为了将电压表改装成可测量电阻的仪器——欧姆表,设计电路如图所示,电压表的量程为3 V,其内阻RV=3 kΩ,电源的电动势E=6 V,在电压表两端接上两个表笔,就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表,下列关于该表的说法正确的是 ( )
A.该欧姆表B表笔为红表笔,表盘刻度是均匀的
B.电压表指针指在“3.0 V”处,此处刻度应标阻值为“0”
C.电压表指针指在“2.0 V”处对应的电阻刻度为3 kΩ
D.若该欧姆表使用一段时间后,电源内阻不能忽略且变大,电动势不变,但将两表笔断开时调节电阻箱,指针仍能满偏,按正确使用方法再进行测量,其测量结果将偏大
答案 C 欧姆表笔电流遵循“红进黑出”,该欧姆表B表笔对应电源的正极,为黑表笔,当两表笔断开时,调节电阻箱,当其阻值为R时,使电压表刚好满偏,即示数为3 V,此时相当于待测电阻为¥,当两表笔短接时,电压表示数为零,此时相当于待测电阻为0,故电压表指针指在“3.0 V”处,此处刻度应标阻值为“¥”,由此可知,表盘刻度是不均匀的,A、B错误;将电源内阻看成电阻箱电阻的一部分,由B项分析可得I=3.0V3kΩ=E-3.0VR,解得电阻箱的阻值为R=3 kΩ,当电压表指针指在2.0 V处时,可得I'=2.0VR并=E-2.0VR,其中R并=RVRxRV+Rx,联立解得Rx=3 kΩ,故对应的电阻刻度为3 kΩ,C正确;若该欧姆表使用一段时间后,电源内阻不能忽略且变大,电动势不变,但将两表笔断开时调节电阻箱,指针仍能满偏,结合C项分析可知,这样按正确使用方法再进行测量,其测量结果不会偏大或偏小,D错误。
4.(2022山东菏泽一模,7)科学家研发出的一款超小型风力发电机,也被称之为郁金香风力发电机,可以供家庭使用,具有噪音极低,启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台,某日该地区的风速是6 m/s,风吹到的叶片有效面积为1 m2,已知空气的密度为1.2 kg/ m3,假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列表述符合事实的是( )
A.每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为1 m3
B.每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2 J
C.每台风力发电机发电的功率为129.6 W
D.该风力发电机组工作24 h,发电量约12.44 kW·h
答案 D 每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为V=SL=Svt=1×6×1 m3=6 m3,A错误;1 s内冲击叶片的空气质量为m=ρV=1.2×6 kg=7.2 kg,动能为E动=12mv2=12×7.2×62 J=129.6 J,B错误;1 s内风的动能转化为的电能E电=ηE动=40%×129.6 J=51.84 J,则发电功率P=E电t=51.84 W,C错误;该风力发电机组工作24 h,发电量为W=10×51.84×10-3×24 kW·h=12.44 kW·h,D正确。
5.物理科技 (2022广东江门调研,2)无人机的多个螺旋桨能提供各个方向的动力,每个发动机电阻为R,正常工作时电压为U,如图为无人机在有水平风力时执行拍摄任务而悬停在空中,下列说法正确的是( )
A.发动机螺旋桨是通过旋转把空气向上推从而获得升力
B.各个螺旋桨升力的合力沿竖直方向
C.单个发动机正常工作时消耗的电功率为 U2R
D.当发动机螺旋桨被“卡死”时通过的电流为 UR
答案 D 发动机螺旋桨是通过旋转把空气向下推,同时受到空气向上的推力,从而悬停在空中,故A错误;无人机在有水平风力时执行拍摄任务而悬停在空中,根据平衡条件,各个螺旋桨升力的合力与无人机的重力和水平风力平衡,则升力的合力应该是斜向上,故B错误;发动机所在电路为非纯电阻电路,计算功率不能用P=U2R,故C错误;当发动机螺旋桨被“卡死”时,电路可视为纯电阻电路,其电流I=UR,故D正确。
易错警示 发动机所在电路为非纯电阻电路,不能用P=U2R计算电功率。
6.物理生活 (2022河北邢台10月联考,10)(多选)当电气设备发生接地故障,接地电流通过接地点向大地流散,在地面上形成电位分布,若人在接地短路点周围行走,其两脚间的电位差叫作跨步电压。由跨步电压引起的人体触电,称为跨步电压触电。当人发觉有跨步电压时,应立即将双脚并在一起或抬起一条腿,跳着离开危险区。如图所示,一根火线断落在潮湿的地面上,站在地面上的人两脚间的距离为0.5 m,每只脚的电阻为300 Ω,人体躯干的电阻为900 Ω,每米地面的电阻为100 Ω。若通过躯干的电流为0.1 A,则下列说法正确的是( )
A.通过人体的电流方向为从后脚到前脚 B.人的跨步电压为150 V
C.通过人两脚间地面的电流为4 A D.通过人体的电流的电功率为15 W
答案 BD 由题图可知,人的前脚离火线更近,电势较高,后脚离火线远,电势低,则通过人体的电流方向为从前脚到后脚,故A错误;人体电阻R1=2×300 Ω+900 Ω=1 500 Ω,通过躯干的电流为0.1 A,则跨步电压U=IR1=0.1×1 500 V=150 V,故B正确;两脚间地面的电阻R2=100×0.5 Ω=50 Ω,则通过两脚间地面的电流I1=UR2=15050 A=3 A,故C错误;通过人体电流的电功率P=I2R1=0.1×0.1×1 500 W=15 W,故D正确。
7.物理生活 (2022广东华侨中学模拟,9)(多选)电动机是把电能转化成机械能的一种设备,在工农业、交通运输、国防及家电、医疗领域广泛应用。图示表格是某品牌电动机铭牌的部分参数,据此信息,下列说法中不正确的是( )
型号
YE3-132S2-2
额定电压
220 V
额定功率
1 100 W
额定转速
2 900 r/min
频率
50 Hz
效率
90.0%
A.该电动机的额定电流为5 A
B.该电动机的输出功率为110 W
C.该电动机的线圈电阻为4.4 Ω
D.该电动机正常工作时每分钟对外做的功为5.94×103 J
答案 BD 电动机的额定电流I=PU=1 100220 A=5 A,A正确;电动机的输出功率P出=η·P总=1 100×90.0% W=990 W,B错误;电动机的发热功率P热=1 100 W-990 W=110 W,电路中的额定电流为5 A,内电阻为R=P热I2=11052 Ω=4.4 Ω,C正确;电动机正常工作时每分钟对外做的功W=P出t=990×60 J=5.94×104 J,D错误。
8.物理生活 (2022广东佛山一模,7)如图为家用燃气灶意外熄火断气保护装置的原理示意图,其核心部件是热电偶,当热电偶热端受热时,因冷、热两端有温度差,在A、B两电极间产生电势差,使得热电偶成为一个电源,让与其连接的电磁铁吸住衔铁,保持弹簧处于压缩、燃气进气口被打开的状态,若炉火意外熄灭,热电偶失去温差停止供电,电磁铁失去磁性,活塞在弹簧作用下关闭进气口,防止燃气外泄。如果热电偶供电时电极A的电势比B的高,则此时( )
A.热电偶内部电流由A流向B B.电子在热电偶内部由A向B运动,其电势能增加
C.电磁铁内部磁场方向由C指向D D.热电偶供电时将机械能转化为电能
答案 B 热电偶内部电流由B流向A,电子在热电偶内部由A向B运动,其电势能增加,故A错误,B正确;根据安培定则可知电磁铁C端为N极,D端为S极,所以内部磁场方向由D指向C,故C错误;热电偶供电时将内能转化为电能,故D错误。
易错警示 电源内部,电流从负极流向正极。
9.(2022株洲一模,9)(多选)某电动汽车的电池储能为80 kW·h,续航里程为700 km,整体能量转化率为84%。电池在专用直流充电桩上充电时,充电电流为100 A,充电时间为2 h。则( )
A.匀速行驶时所受的阻力大小约为345 N B.匀速行驶时所受的阻力大小约为420 N
C.充电电压约为500 V D.充电电压约为400 V
答案 AD 根据功能关系可得fx=W电×84%,解得f≈345 N,B错误,A正确;根据公式UIt=W电,解得U=400 V,C错误,D正确。
10.(2022湖南百师联盟开学考,5)地球表面附近存在一个竖直向下的电场,晴天时在电场作用下,大气中的正离子向下运动、负离子向上运动,如此形成的微弱电流称地空电流。该电流比较稳定,不随高度变化,全球地空电流的总电流为I,假设地空电流在全球各处均匀分布,地球附近竖直向下的电场场强为E,取地球表面积为S,地表附近空气的电阻率ρ0的大小为( )
A.ESI B.E2SI C.S2EI D.ESI2
答案 A 取地球表面高度为Δh的空气层为研究对象,空气层上表面到下表面之间的电势差U=E·Δh,这段空气层的电阻r=ρ0ΔℎS,根据欧姆定律,I=Ur,得到ρ0=ESI,故A正确,B、C、D错误。
11.(2020部分区期末)(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E,其内阻为r,L1、L2、L3为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变),P为滑动变阻器的滑动触头,K1、K2为开关。K1闭合,则下列说法中正确的是( )
A.将K2闭合,小灯泡L1变暗
B.将K2闭合,小灯泡L3变暗
C.在K2处于闭合状态下,向右滑动触头P,小灯泡L1变亮
D.在K2处于闭合状态下,向右滑动触头P,小灯泡L2变亮
答案 AD 将K2闭合,则外电路电阻减小,总电阻减小,总电流变大,小灯泡L3变亮,灯泡L3以及内阻上电压变大,并联部分的电压减小,灯泡L1两端电压减小,即小灯泡L1变暗,选项A正确,B错误。在K2处于闭合状态下,向右滑动触头P,则R阻值变大,总电阻变大,总电流减小,灯泡L3以及内阻上电压变小,并联部分的电压变大,即小灯泡L2变亮;通过小灯泡L2的电流变大,则L1支路的电流减小,即小灯泡L1变暗,选项C错误,D正确。
12.(2022部分区模拟,6)(多选)如图所示,R1是光敏电阻(光照增强,电阻减小),C是电容器,R2是定值电阻。闭合开关,当R1受到的光照强度减弱时( )
A.电源两端电压减小 B.光敏电阻R1两端的电压增大
C.通过电阻R2的电流增大 D.电容器C所带的电荷量减小
答案 BD 当R1受到的光照强度减弱时,光敏电阻R1阻值变大,根据闭合电路欧姆定律I=Er+R1+R2可知,回路中的电流减小,则通过电阻R2的电流减小,故C错误;回路中的电流减小,则根据U=E-Ir可知,路端电压增大,即电源两端电压增大,故A错误;电阻R2两端的电压为U2=IR2,回路中的电流减小,则电阻R2两端的电压减小,故电容器C两端的电压减小,根据Q=CU2可知,电容器C所带的电荷量减小,故D正确;根据电路中的电压关系有U=U1+U2,由于路端电压U增大,而电阻R2两端的电压U2减小,则光敏电阻R1两端的电压U1增大,故B正确。
13.电阻U-I图像与电源U-I图像 如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡组成闭合电路,下列说法中正确的是( )
A.电源的输出功率为8 W B.电源的总功率为10 W
C.此电源的内阻为0.5 Ω D.由于小灯泡的U-I图线是一条曲线,所以欧姆定律不适用
答案 C 由图线A的纵轴截距读出电源电动势E=4 V,图线斜率的绝对值表示内阻,则r=4-16 Ω=0.5 Ω,故C正确;A、B图线的交点表示灯泡与电源连接时,工作电压U=3 V,I=2 A,则电源的总功率P总=EI=4×2 W=8 W,电源的输出功率P出=EI-I2R=(8-22×0.5) W=6 W,故A、B错误;小灯泡是纯电阻,欧姆定律是适用的,小灯泡的U-I图线是一条曲线,是因为小灯泡电阻随温度的变化发生改变,故D错误。
易错警示 用电器的U-I图像表示其工作状态下电流与电压的关系,电源的U-I图像反映的是由该电源供电的电路中电流与路端电压的关系,将电源与用电器的U-I图像画在同一个坐标系内,两条图线的交点纵坐标就表示了该电源直接给该用电器供电时用电器两端的电压,而这个电压同时也是电路的路端电压,交点的横坐标表示的就是通过用电器的电流,也是通过电源的电流,电压与电流的乘积则表示了用电器此时的功率,也是电源的输出功率。对于U-I图像不是直线的用电器,通过从与U-I电源图线交点的坐标值找到用电器实际工作电压和电流进而求出实际功率。
14.(2022北京海淀一模,12)如图所示,某同学设计了一个加速度计:较重的滑块可以在光滑的框架中平移,滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接;R为滑动变阻器,其滑片与滑块固定连接;两个电池的电动势均恒为E,内阻不计。按图连接电路后,电压表指针的零点位于表盘中央,此时两弹簧均为原长,滑片恰好在变阻器的中间位置。已知滑片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比,当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。将此加速度计固定在运动的物体上,物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是( )
A.当物体向右加速时,电压表的指针将向右偏
B.电压表的示数不变,说明物体做匀速直线运动
C.电压表的示数增大,说明物体的速度一定增大
D.电压表表盘上各刻度对应加速度的值是均匀的
答案 D 设b点电势为零,滑片恰好在变阻器中间位置时,Uab=φa-φb=0,物体向右加速时,滑块带动滑片向左移动,滑片右侧电阻大于左侧电阻,a点电势比b点低,电压表指针向左偏移,选项A错误;电压表示数不变,说明滑块左、右两侧弹簧长度不变,故加速度恒定,可以做匀变速运动,若运动过程中滑片处于变阻器中央,物体也可做匀速直线运动,选项B错误;电压表的示数增大说明物体加速度增大,物体速度是否增大要根据速度与加速度方向是否相同判定,故选项C错误;加速度恒定时滑片位置不变,滑片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比,则电压表示数线性变化,表盘上各刻度对应的加速度的值是均匀的,选项D正确。
思路点拨 通过审题知道电压表指针偏转方向与a、b两点电势高低的关系,明确左、右两侧的弹簧弹力的合力为物体所受的合外力。
15.物理科技 (2022安徽师大附中模拟)法国和德国科学家费尔和格林贝尔由于发现“巨磁电阻”效应荣获了2007年诺贝尔物理学奖。研究发现磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大。图示电路中,GMR为一个磁敏电阻,闭合开关S1和S2,滑片P向右滑动时 ( )
A.电磁铁的磁性增强,指示灯的亮度变亮
B.电磁铁的磁性增强,指示灯的亮度变暗
C.电磁铁的磁性减弱,指示灯的亮度变亮
D.电磁铁的磁性减弱,指示灯的亮度变暗
答案 C 当滑片P向右滑动时,滑动变阻器连入电路中的电阻变大,则左侧电路中的电流变小,电磁铁的磁性减弱,GMR阻值减小,右侧电路电流增大,指示灯的亮度变亮,故选C。
16.物理生活 (2022江苏苏州调研,5)如图所示是某电容式话筒的原理示意图,E为电源,R为电阻,P为金属薄片,Q为金属板。从左向右对着振动片Р说话,Р振动而Q不动。在P、Q间距减小的过程中( )
A.电容器的电容减小
B.P上电荷量保持不变
C.M点的电势高于N点的电势
D.M点的电势低于N点的电势
答案 D 电容式话筒与电源串联,电压保持不变,
在P、Q间距减小过程中,
根据电容决定式
C=εrS4kπd
可得电容增大,
A错误;
根据电容的定义式C=QU,
因为电容增大,电压不变,
故可得电容器所带电荷量增大,
B错误;电容器的充电电流通过R的方向由N到M,所以N点的电势比M点的高,C错误,D正确。
17.(2022北京东城一模,10)某同学用内阻Rg=20 Ω、满偏电流Ig=5 mA的毫安表及相关元件制作了一个简易欧姆表,电阻刻度值尚未标定,电路如图甲所示。该同学将两表笔短接,调节滑动变阻器R使毫安表指针满偏,再将阻值为400 Ω的电阻接在两表笔之间,此时毫安表指针位置如图乙所示。下列说法正确的是( )
图甲 图乙
A.该电源电动势为1.5 V B.该电源电动势为9.0 V
C.刻度2.5 mA处标注600 Ω D.刻度4 mA处标注200 Ω
答案 C 设R内为欧姆表内阻,由闭合电路欧姆定律可知,E=IgR内,E=I'(R内+400 Ω),I'=3×10-3 A,联立解得E=3 V,R内=600 Ω,A、B错误。当I″=2.5 mA=2.5×10-3 A时,R=EI″-R内=600 Ω,故刻度2.5 mA处应标600 Ω,C正确。当I‴=4 mA=4×10-3 A时,R=EI‴-R内=150 Ω,刻度4 mA处应标注150 Ω,D错误。
思路点拨 本题以欧姆表为背景,考查闭合电路欧姆定律。
18.(2022湖南新高考教学教研联盟第一次大联考,12)寒冷的冬天,南方部分老年人喜欢用电热毯取暖(如图甲)。某学习小组同学对电热毯发热非常好奇,他们设计了一个实验测出电热毯加热材料的电阻率。从说明书上找到电热毯的内部结构如图乙所示,其加热材料左右对称分布(左右两侧加热材料的电阻在电路中是并联关系),每边有10根横向回折。
图甲 图乙 图丙
(1)这种物质表面镀了一层绝缘膜,其厚度不计,他们先用螺旋测微器测出加热材料的直径如图丙所示,则其直径d= mm;
(2)然后用伏安法测电热毯的电阻,在电热毯的入口端引出两个接线柱A、B,先用欧姆表粗测其电阻约为300 Ω,再将其接入测量电路。在实验室里科技老师给他们提供了以下实验器材:
A.电流表A1(量程0~100 mA,r1=10 Ω);
B.电流表A2(量程0~120 mA,r2≈50 Ω);
C.电压表V(量程0~15 V,r3=20 kΩ);
D.滑动变阻器R1(0~10 Ω);
E.滑动变阻器R2(0~100 Ω);
F.定值电阻R3=290 Ω;
G.定值电阻R4=2 990 Ω;
H.稳压电源E=30 V,内阻不计;
I.开关一个,导线若干。
为了尽可能精确地测量该导电体的电阻,既要求电表的读数不超过表盘的最大刻度,又要求读数最大值可达到满刻度的三分之二以上,请你回答以下问题。
①要更好地调节且满足要求地测定其电阻,则滑动变阻器选择 ;(填器材前的字母标号)
②设计一个满足要求的实验电路图,画在线框内(注意标注代号,电热毯用Rx表示);
③若测出的电阻为Rx,则其电阻率为ρ= (用d、L1、L2、Rx表示)。
答案 (1)6.200 (2)①D ②如图所示
③πd240L2+8L1Rx
解析 (1)螺旋测微器读数为6 mm+20.0×0.01 mm=6.200 mm。
(2)①粗测其电阻约为300 Ω,大于滑动变阻器总阻值,故采取分压式接法,滑动变阻器选择总阻值较小的D;
②电压表量程不合适,电路中的最大电流
I=ERx=100 mA,故采用双安法。
③根据Rx=ρ10L2+2L12π(d2)2,整理得ρ=πd220L2+4L1Rx。
19.自然现象 (2022江苏南京月考,13)夏季某日午后,某地区距地面约1 km的空中有两块乌云,相距3 km,它们因与空气摩擦带电,两块乌云之间的电势差能保持约为3×109 V不变。已知空气的击穿场强为3×106 V/m。请对以下问题进行估算。
(1)当两块乌云相距多少米时会发生电闪雷鸣?
(2)当电闪雷鸣时,若两块乌云之间通过的电荷量为500 C,可释放多少能量?
(3)在(2)中条件下,这次放电现象历时约0.01 s,则其平均电流约为多大?
答案 (1)1 000 m
(2)1.5×1012 J
(3)5×104 A
解析 (1)由E=Ud得
d=UE=3×1093×106 m=1 000 m。
(2)释放的能量
E能=qU=500×3×109 J=1.5×1012 J。
(3)由电流的定义得
I=qt=5000.01 A=5×104 A。
20.[2022北京丰台二模,20(1)]物理现象的分析常常有宏观与微观两个视角,建构合理化模型找出其内在联系,有助于更加深刻理解其物理本质。
如图所示,直流电源、开关、导线与金属棒ab组成一个电路。从微观角度看,开关闭合时,电源两端电压会在金属棒内部形成恒定电场,每个自由电子都在电场力作用下开始定向运动,但这些电子会与导体棒中的金属正离子发生碰撞,碰撞后电子向各方向运动的概率相同,沿导线方向的定向运动速度变为0;此后自由电子再加速、再碰撞……,这种定向运动在宏观上形成了电流。
已知电源两端电压为U,金属棒的长度为L,横截面积为S,单位体积内自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e,连续两次碰撞间隔的平均时间为t0,碰撞时间不计。仅在自由电子和金属正离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用,导线及开关的电阻不计。
a.求自由电子定向运动时的加速度大小a;
b.求t0时间内自由电子定向运动的平均速率v0;
c.推导金属棒中形成电流I的表达式。
答案 见解析
解析 a.由牛顿第二定律得自由电子的加速度
a=Fm=eEm①
E=UL②
由①②式得:a=eUmL
b.电子在t0时间内做匀加速直线运动,
则定向运动的平均速率v0=v2=at02=Uet02mL
c.由电流的定义式I=Qt
其中Q=nVe=nv0tSes
解得:I=neSv0=ne2t0SU2mL
相关试卷
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