北京市2019版高考物理 专题十 恒定电流课件.ppt

专题十恒定电流 高考物理 北京市专用 1 2015北京理综 19 6分 0 48 如图所示 其中电流表A的量程为0 6A 表盘均匀划分为30个小格 每一小格表示0 02A R1的阻值等于电流表内阻的 R2的阻值等于电流表内阻的2倍 若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值 则下列分析正确的是 A 将接线柱1 2接入电路时 每一小格表示0 04AB 将接线柱1 2接入电路时 每一小格表示0 02AC 将接线柱1 3接入电路时 每一小格表示0 06AD 将接线柱1 3接入电路时 每一小格表示0 01A 考点一部分电路的基本概念和规律A组自主命题 北京卷题组 五年高考 答案C设电流表的内阻为RA 则R1 RA R2 2RA 将接线柱1 2接入电路时 流过接线柱1的电流I1 3I0 其中I0为流过电流表A的电流 因此每一小格表示0 06A 将接线柱1 3接入电路时 流过接线柱1的电流I1 3I0 其中I0为流过电流表A的电流 因此每一小格表示0 06A 选项A B D错误 C正确 2 2014北京理综 24 2 0 20 若导线MN的质量m 8 0g 长度L 0 10m 感应电流I 1 0A 假设一个原子贡献1个自由电子 计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve 下表中列出一些你可能会用到的数据 解析导线MN中含有的原子数为N NA因为一个金属原子贡献一个电子 所以导线MN中的自由电子数也是N 导线MN单位体积内的自由电子数n 其中 S为导线MN的横截面积 因为电流I nveSe所以ve 解得ve 7 8 10 6m s 答案7 8 10 6m s 3 2016课标 17 6分 阻值相等的四个电阻 电容器C及电池E 内阻可忽略 连接成如图所示电路 开关S断开且电流稳定时 C所带的电荷量为Q1 闭合开关S 电流再次稳定后 C所带的电荷量为Q2 Q1与Q2的比值为 A B C D B组统一命题 课标卷题组 答案C当开关S断开时等效电路如图1所示 电容器C两端的电压U E 所带的电荷量Q1 CU CE 当开关S闭合时等效电路如图2所示 电容器C两端的电压U E 所带的电荷量Q2 CE 所以 C项正确 图1 图2 方法技巧化简电路时会熟练应用电势排列法 才能又准又快地画出等效电路 评析本题为恒定电路中含容电路问题 考查考生化简电路的能力及对串并联电路相关问题的计算能力 属于中等难度的题 1 2011北京理综 17 6分 如图所示电路 电源内阻不可忽略 开关S闭合后 在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中 A 电压表与电流表的示数都减小B 电压表与电流表的示数都增大C 电压表的示数增大 电流表的示数减小D 电压表的示数减小 电流表的示数增大 考点二闭合电路欧姆定律自主命题 北京卷题组 答案A在变阻器R0的滑动端向下滑动过程中 其连入电路的有效电阻减小 则R总减小 由I 可知I增大 由U内 Ir可知U内增大 由E U内 U外可知U外减小 故电压表示数减小 由U1 IR1可知增大 由U外 U并可知U并减小 由I2 可知电流表示数变小 故A正确 2 2018北京理综 23 18分 如图1所示 用电动势为E 内阻为r的电源 向滑动变阻器R供电 改变变阻器R的阻值 路端电压U与电流I均随之变化 1 以U为纵坐标 I为横坐标 在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U I图像的示意图 并说明U I图像与两坐标轴交点的物理意义 2 a 请在图2画好的U I关系图线上任取一点 画出带网格的图形 以其面积表示此时电源的输出功率 b 请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件 3 请写出电源电动势定义式 并结合能量守恒定律证明 电源电动势在数值上等于内 外电路电势降落之和 解析 1 U I图像如图所示 图像与纵轴交点的纵坐标值为电源电动势 与横轴交点的横坐标值为短路电流 2 a 如图所示 b 电源输出的电功率P I2R R 当外电路电阻R r时 电源输出的电功率最大 为Pmax 答案见解析 3 电动势定义式E 根据能量守恒定律 在题图所示电路中 非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热 即W I2rt I2Rt Irq IRq得E Ir IR U内 U外 试题评析闭合电路及U I图像 1 本题考查闭合电路中路端电压U随干路电流I变化的关系图线 电源的输出功率及其最大值 以及最大值的产生条件 考查内容为教材的基本知识 此题作为一道高考中分值不小的计算题 提示考生要注重基本知识的学习 2 电动势是电源的最基本特征量 在学习中学生不仅仅要掌握其定义式 更要深刻理解其内含 并能灵活应用 1 2018北京海淀二模 16 在物理学中 常常用比值定义物理量 用来表示研究对象的某种性质 下列关系式中 不属于比值定义的是 A 电场强度E B 电流I C 电容C D 密度 考点一部分电路的基本概念和规律 A组2016 2018年高考模拟 基础题组 三年模拟 答案B比值法所定义的物理量 与表达式中的分子 分母无正 反比关系 只等于分子和分母的比值 而比值是恒定不变的 选项A C D都符合比值定义的特点 而B选项中电阻R是不变量 电流与电压成正比关系 故电流不属于比值定义的物理量 因此选项B符合题意 解题关键掌握比值定义物理量的特点 能正解分析题中的物理量与表达式中的分子 分母是否存在比例关系是解本题的关键 2 2018北京石景山一模 19 两个电压表V1和V2是由完全相同的两个电流表改装而成的 V1量程是5V V2量程是15V 现把V1和V2串联起来测量15V 20V电压 下列说法中正确的是 A V1和V2的示数相同B V1和V2指针偏转的角度相同C V1和V2示数不同 指针偏转的角度也不同D V1和V2的示数与V1和V2的内阻成反比 答案B由于V1和V2是由完全相同的两个电流表改装而成的 当它们串联起来测电压的时候 通过它们的电流大小相等 故指针偏转的角度相同 示数与内阻成正比 并不相同 解题关键熟悉电表改装的原理 知道串联电路的特点 3 2018北京朝阳二模 19 为了确定一个标有 3 8V 0 3A 的小灯泡的电阻 小明和小华两位同学分别采用了不同的方法 小明同学用多用电表的欧姆挡测量 测量结果R1 2 小华同学由R 计算可得其阻值R2 13 小明同学的操作过程无误 但R1和R2存在明显差异 对此 下列说法正确的是 A 小明同学的方法错误 因为测量时没有电流通过小灯泡B 小华同学的方法错误 因为小灯泡的电阻不能用R 来计算C 两位同学的方法都正确 因为多用电表的欧姆挡的精确度不够D 两位同学的方法都正确 因为小灯泡的工作状态不同 答案D小灯泡灯丝电阻在不同电压下不同 因而测得阻值不同 则D正确 易错警示多用电表使用欧姆挡时 表内部电池处于工作状态 因而A错 虽然小灯泡阻值不是定值但仍满足R 4 2017北京东城二模 20 移动电源 俗称充电宝 解决了众多移动设备的 缺电之苦 受到越来越多人的青睐 目前市场上大多数充电宝的核心部件是锂离子电池 电动势3 7V 及其充放电保护电路 充放电管理电路 升压电路等 其中的升压电路可以将锂离子电池的输出电压提升到手机 平板电脑等移动设备所要求的输入电压 5V 由于锂离子电池的材料特性 在电池短路 过高或过低温度 过度充电或放电等情况下都有可能引起电池漏液 起火或爆炸 为安全起见 中国民航总局做出了相关规定 如图1所示 民航总局关于携带充电宝出行的相关规定为了给智能手机充电 小明购买了一款移动电源 其铭牌如图2所示 给手机充电时该移动电源的效率按80 计算 根据以上材料判断下列说法正确的是 A 这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8000mAhB 这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37WhC 乘飞机出行时 这款移动电源可以托运D Wh与mAh均为能量单位 答案B由表格可知电池容量为10000mAh mAh是电量的单位 则A D错 E能 UIt 3 7V 10Ah 37Wh B正确 由图1知 所有充电宝都不可托运 C错 考查点电能的计算 阅读获取信息能力 思路分析由Q It可知mAh是电量的单位 5 2017北京朝阳期末 5 现有规格为 220V 36W 的排气扇 如图所示 排气扇电动机的线圈电阻为40 当正常工作时 排气扇的 A 通电电流计算式为I AB 输出功率计算式为P出 36 WC 发热功率计算式为P热 2 40WD 电功率大于36W 答案C由于排气扇为非纯电阻电器 不满足R 根据公式P UI知 该排气扇正常工作时的电流I A A错误 发热功率P热 2 40W 输出功率P出 P总 P热 36 2 40 W B错误 C正确 因为排气扇正常工作 电功率等于36W D错误 6 2016北京通州潞河中学期中 7 如图所示 一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷 单位体积内的电荷量为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 vqB C qvSD 答案C电流的定义式I 即单位时间通过导体横截面的电荷量 由题意知整段导体总电荷量Q qLS L为导体长度 t 所以等效电流大小I qvS C项正确 7 2018北京东城一模 23 两根材料相同的均匀直导线a和b串联在电路上 a长为l0 b长为2l0 1 若沿长度方向的电势随位置的变化规律如图所示 求 a b两导线内电场强度大小之比E1 E2 a b两导线横截面积之比S1 S2 2 以下对直导线内部做进一步分析 设导线单位体积内有n个自由电子 电子电荷量为e 自由电子定向移动的平均速率为v 现将导线中电流I与导线横截面积S的比值定义为电流密度 其大小用j表示 请建立微观模型 利用电流的定义式I 推导 j nev 从宏观角度看 导体两端有电压 导体中就形成电流 从微观角度看 若导体内没有电场 自由电子就不会定向移动 设导体的电阻率为 导体内场强为E 试猜想j与E的关系并推导出j E三者间满足的关系式 解题过程中需要用到的物理量要在解题时作必要的说明 解析 1 根据U1 1 2 由图像知 1 8V 2 2V 代入可得U1 6V 同理U2 2V根据E 由已知d1 l0 d2 2l0 代入可得 E1 E2 6 1 因为两导线串联 所以电流I1 I2 由欧姆定律I 电阻定律R 将U1 6V U2 2V 长度分别为l0和2l0代入 可得 S1 S2 1 6 2 在直导线内任选一个横截面S 在 t时间内以S为底 v t为高的柱体内的自由电子都将从此截面通过 由电流及电流密度的定义知 j 其中 q neSv t 代入上式可得 j nev 猜想 j与E成正比 设横截面积为S 长为l的导线两端电压为U 则E 电流密度的定义式为j 将I 代入 得j 导线的电阻R 代入上式 可得j E三者间满足的关系式为 j 答案 1 6 1 1 6 2 见解析 解题关键 1 会看图像 熟记串联电路分压规律和电阻率知识 2 建立物理模型 8 2018北京丰台期末 20 导线中带电粒子的定向移动形成电流 电流可以从宏观和微观两个角度来认识 1 一段通电直导线的横截面积为S 单位体积的带电粒子数为n 导线中每个带电粒子定向运动的速率为v 粒子的电荷量为q 并认为做定向运动的电荷是正电荷 a 试推导出电流的微观表达式I nvSq b 如图所示 电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和 在宏观上表现为导线所受的安培力 按照这个思路 请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式 2 经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流 金属导体中的自由电子在电场力的作用下 定向运动形成电流 自由电子在定向运动的过程中 不断地与金属离子发生碰撞 碰撞后自由电子定向运动的速度变为零 将能量转移给金属离子 使得金属离子的热运动更加剧烈 自由电子定向运动过程中 频繁地与金属离子碰撞产生了焦耳热 某金属直导线电阻为R 通过的电流为I 请从宏观和微观相联系的角度 推导在时间t内导线中产生的焦耳热为Q I2Rt 需要的物理量可自设 解析 1 a 在时间t内流过导线横截面的带电粒子数N nvtS通过导线横截面的总电荷量Q Nq导线中电流I 联立以上三式可以推导出I nvSqb 导线受安培力大小F安 BIL长L的导线内总的带电粒子数N nSL又I nvSq电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和 表现为导线所受的安培力 即Nf洛 F安联立以上三式可以推导出洛伦兹力的表达式f洛 qvB 2 方法1 设金属导体长为L 横截面积为S 两端电压为U 导线中的电场强度E 设金属导体中单位体积中的自由电子数为n 则金属导体中自由电子数N nSL设自由电子的带电荷量为e 连续两次碰撞时间间隔为 定向移动的速度为v 则一次碰撞的能量转移eEv mv2 0 答案见解析 一个自由电子在时间t内与金属离子碰撞次数为金属导体中在时间t内全部自由电子与金属离子碰撞 产生的焦耳热Q N mv2又I neSvU IR联立以上各式得Q I2Rt方法2 设金属导体长为L 横截面积为S 两端电压为U 导体中的电场强度E 设金属导体中单位体积中的自由电子数为n 则金属导体中自由电子数N nSL在纯电阻电路中 电流做的功等于焦耳热 即W Q电流做的功等于电功率乘时间W Pt电功率等于电场力对长为L的导线中所有带电粒子做功功率的总和P NFv自由电子受的电场力F Ee又I neSvU IR联立以上各式得Q I2Rt 思路分析 2 中根据题目所描述模型 可以理解产生的焦耳热即碰撞中全部自由电子损失的动能 利用能量守恒来推导 9 2018北京西城二模 20 电动汽车由于节能环保的重要优势 越来越被大家认可 电动汽车储能部件是由多个蓄电池串联叠置组成的电池组 如图所示 某品牌电动小轿车蓄电池的数据如表所示 下列说法正确的是 考点二闭合电路欧姆定律 A 将电池组的两极直接接在交流电上进行充电B 电池容量的单位Ah就是能量单位C 该电池组充电时的功率为4 4kWD 该电池组充满电所储存的能量为1 4 108J 答案D由充电参数 420V 20A 知 电池组不是直接接在交流电上进行充电的 A错误 120Ah 120A 3600s 4 32 105C 可知Ah是电荷量单位 B错误 电池组充电时的功率P UI 420 20W 8 4kW C错误 该电池组充满电储存的能量为qU 即120 3600 3 3 100J 1 4 108J D正确 10 2017北京朝阳期末 2 已知干电池的电动势为1 5V 下列说法正确的是 A 当外电路闭合时 干电池两极间的电压等于1 5VB 当外电路断开时 干电池两极间的电压等于零C 当外电路闭合时 在1s内有1 5C的电荷通过电池D 当1C的电荷通过干电池时 干电池能把1 5J的化学能转化为电能 答案D由于干电池有内阻 所以当外电路闭合时 干电池两端的电压应视为路端电压 小于1 5V A错误 当外电路断开时 干电池两极间的电压等于电池电动势1 5V 而不是零 B错误 当外电路闭合时 由q It可知 若在1s内有1 5C的电荷流过电池 此时电流大小为1 5A 而题中电阻未知 电流无法确定 C错误 根据电动势的定义式E 得W Eq 当外电路闭合时 每有1C的电荷通过干电池 非静电力做功就为1 5J 就有1 5J的化学能转化为电能 D正确 11 2016北京丰台月考 如图所示的电路中 A是电容器两极板之间的一点 在A点有一个带负电荷的质点 质点在重力和电场力的共同作用下处于静止状态 当滑动变阻器连入电路的阻值减小时 带电质点的运动情况是 A 向上加速B 向下加速C 保持静止D 向上匀速 答案A滑动变阻器连入电路的阻值减小时 总电阻减小 则电流增大 电容器两端的电压增大 电场强度增大 质点所受电场力增大 电场力大于重力 带电质点向上加速 故A正确 B C D错误 12 2018北京朝阳期末 8 在如图所示的电路中 闭合开关后 当滑动变阻器R1的滑片P向a端移动时 A A1 A2的示数都减小B A1 A2的示数都增大C A1的示数增大 A2的示数减小D A1的示数减小 A2的示数增大 答案A当R1的滑片P向a端移动时 R1接入电路的阻值变大 外电路总电阻变大 干路电流变小 故A1的示数变小 路端电压变大 由I2 得I2增大 而I总 I2 I1 可见I1变小 即A2的示数变小 故B C D选项均错误 只有A选项正确 解题关键能根据滑动变阻器R1连入电路的阻值变化判断回路的干路电流的变化和路端电压的变化 并掌握先分析阻值不变支路的电压 电流 再分析阻值变化支路的电压 电流的分析方法 13 2016北京朝阳一模 24 节能环保的 风光互补路灯 获得广泛应用 图1是利用自然资源实现 自给自足 的风光互补的路灯 图2是其中一个路灯的结构示意图 它在有阳光时可通过太阳能电池板发电 有风时可通过风力发电机发电 1 北京市路灯的开灯时间为某日19 00到次日6 00 若路灯的功率为P0 40W 求一盏灯在这段时间内消耗的电能E电 2 风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S 运动的空气与受风面作用后速度变为零 若风力发电机将风能转化为电能的效率为 空气平均密度为 当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时 求该风力发电机的电功率P 3 太阳能电池的核心部分是P型和N型半导体的交界区域 PN结 如图3所示 取P型和N型半导体的交界为坐标原点 PN结左右端到原点的距离分别为xP xN 无光照时 PN结内会形成一定的电压 对应的电场称为内建电场E场 方向由N区指向P区 有光照时 原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由电子 就产生了电子 空穴对 空穴带正电且电荷量等于元电荷e 不计自由电子的初速度 在内建电场作用下 电子被驱向N区 空穴被驱向P区 于是N区带负电 P区带正电 图3所示的元件就构成了直流电源 某太阳能电池在有光持续照射时 若外电路断开时 其PN结的内建电场场强E场的大小分布如图4所示 已知xP xN和E0 若该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n 求此太阳能电池的电动势E和内电阻r 解析 1 路灯在这段时间内消耗的电能为 E电 P0t 40W 11 3600s 1584kJ 或0 44kW h 2 t时间内与风力发电机旋转叶片发生作用的空气质量 m Sv t发电机获得的风能E风 mv2风能转化为电能 有 E风 P t联立可得 P Sv3 3 根据电动势的定义可得 E W即内建电场力所做的功 内建电场力F随位移的变化图像如图所示 W为该图线与坐标轴所围的面积 答案 1 1584kJ或0 44kW h 2 Sv3 3 E E0 xN xP r 即 W xP xN 联立可得 E xP xN 电源短路时所有通过N区的电子经外电路回到P区 电流为 I ne该太阳能电池的内电阻为r 联立可得 r xP xN 考查点电功 电功率 电源的电动势和内电阻 解题关键求解电源的电动势时 关键是理解电动势的物理意义 并能利用图像求解变力做功 需要考生掌握基本的物理思想 扎实的基本功和较高的运用数学处理物理问题的能力 1 2017北京朝阳二模 16 某家用电热壶铭牌如图所示 其正常工作时电流的最大值是 A 0 2AB AC 5AD 5A 答案D电热壶正常工作时的电流I A 5A故正常工作时电热壶中电流的最大值Im I 5A 故选D B组2016 2018年高考模拟 综合题组时间 45分钟分值 80分 一 选择题 每题6分 共42分 2 2017北京丰台二模 20 如图所示是某电路的示意图 虚线框内是超导限流器 超导限流器是一种短路故障电流限制装置 它由超导部件和限流电阻并联组成 当通过超导部件的电流大于其临界电流IC时 超导部件由超导态 可认为电阻为零 转变为正常态 可认为是一个纯电阻 以此来限制故障电流 超导部件正常态电阻R1 6 临界电流IC 0 6A 限流电阻R2 12 灯泡L上标有 6V 3W 字样 电源电动势E 6V 内阻忽略不计 则下列判断不正确的是 A 当灯泡正常发光时 通过灯泡L的电流为0 5AB 当灯泡正常发光时 通过R2的电流为0 5AC 当灯泡L发生故障短路时 通过R1的电流为1AD 当灯泡L发生故障短路时 通过R2的电流为0 5A 答案B若灯泡正常发光 通过灯泡的额定电流I 0 5A 电阻R2被短路 A对 B错 若灯泡被短路 电源内阻忽略不计 电路中电流无穷大 大于IC 0 6A 则R1 6 I干 1 5A 则通过R1的电流为1A 通过R2的电流为0 5A C D对 3 2018北京西城期末 9 在如图所示的电路中 电压表 电流表均为理想电表 电源电动势为12V 内阻为1 电动机线圈电阻为0 5 开关闭合 电动机正常工作 电压表示数为10V 则 A 电源两端的电压为12VB 电源的输出功率为24WC 电动机消耗的电功率为80WD 电动机所做机械功的功率为18W 答案D电源两端的电压U E Ir 10V 可得I 2A 电源的输出功率P出 UI 20W A B错误 电动机消耗的电功率P UI 20W 电动机所做机械功的功率P机 P P热 UI I2R 18W C错误 D正确 4 2018北京海淀期末 4 多选 如图所示的电路中 闭合开关S 当滑动变阻器R的滑片P向上移动时 下列说法中正确的是 A 电流表示数变大B 电压表示数变小C 电阻R0的电功率变大D 电源的总功率变小 答案CD解法一当滑片P向上移动时 滑动变阻器接入电路中的阻值变大 电路的总阻值也变大 由闭合电路欧姆定律知干路电流I 变小 电源内阻分担电压U内 Ir变小 外电压U外 E U内变大 电压表示数变大 B项错 通过R0的电流I0 变大 通过电流表的电流IA I I0变小 电流表示数变小 A项错 电阻R0的电功率P0 R0变大 C项正确 电源的总功率P总 EI变小 D项正确 解法二由 串反并同 规律分析知 当滑片P向上移动时 滑动变阻器接入电路的阻值变大 则与之串联的电流表示数变小 干路电流变小 电源总功率P总 EI变小 与之并联的电压表示数变大 电阻R0的电流 电压 电功率均变大 因此选C D 易错警示电路动态变化问题用 串反并同 规律分析不易出错 而且省时间 另外对电源总功率P总 EI的求法如不清楚 也容易导致出错 5 2018北京朝阳期末 12 某同学利用一块表头和三个定值电阻设计了如图所示的电表 该电表有1 2两个量程 关于该电表 下列说法中正确的是 A 测电压时 量程1一定小于量程2 与R1 R2和R3的阻值无关B 测电流时 量程1一定大于量程2 与R1 R2和R3的阻值无关C 测电压时 量程1与量程2间的大小关系与R1 R2和R3的阻值有关D 测电流时 量程1与量程2间的大小关系与R1 R2和R3的阻值有关 答案B当利用这块电表测量电压时 该表量程为当电流计满偏时电流计所在支路的总电压 即U IgR 其中R为支路总电阻 因量程2的支路总电阻小于量程1的支路总电阻 所以量程2小于量程1 故选项A C均错误 当利用此电表测电流时 电表量程等于电流计满偏时两支路电流之和 由并联电路的支路电流关系可以知道 量程1一定大于量程2 所以选项D错误 选项B正确 6 2017北京朝阳期末 某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻 经过正确的操作获得了若干组实验数据 据此描绘的U I图像 其中U I分别为电压表和电流表的读数 如选项图中的实线所示 虚线表示该电池两端的电压与流经电池电流的关系图线 则图像合理的是 答案A从电路图可以看出 电压表测量的是路端电压 因此电压表的示数是干电池两端的电压 由于电流表测量的是一个支路的电流 流经电源的电流是干路电流 为电流表示数和流经电压表电流之和 因此电压相同 在同一个电压下 流经电源的电流大于电流表示数 故虚线应在实线右边 当U 0时 电压表不分电流 电流表测量的是真实值 故图像与I轴的交点不变 故选A 7 2017北京海淀二模 20 电源的两个重要参数分别是电动势E和内电阻r 对一个电路有两种特殊情况 当外电路断开时 电源两端的电压等于电源电动势 当外电路短路时 短路电流等于电动势和内电阻的比值 现有一个电动势为E 内电阻为r的电源和一阻值为R的定值电阻 将它们串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源 这两种连接方式构成的等效电源分别如图甲和乙中虚线框所示 设新的等效电源的电动势为E 内电阻为r 试根据以上信息 判断下列说法中正确的是 A 甲图中的E E r R rB 甲图中的E E r R r C 乙图中的E E r D 乙图中的E E r 答案D当外电路断开时 电源两端的电压等于电源电动势 甲的等效电源外电路断开时 I 0 R相当于导线 电源两端的电压即原电源的电动势E R与r串联形成新电源的内阻 所以内阻为R r 乙的等效电源外电路断开时 新电源两端电压即R两端电压为 R与r并联形成新的电源内阻 所以内阻为 综上选择D 考查点等效电源 电阻串并联知识的应用 易错警示乙图中等效电源的电动势等于R与r形成的串联电路中R两端的电压 而不是原电源的电动势 8 18分 2017北京顺义二模 23 某课外小组设计了一种测定风速的装置 其原理如图所示 一个劲度系数k 1300N m 自然长度L0 0 5m的弹簧一端固定在墙上的M点 另一端N与导电的迎风板相连 弹簧穿在光滑水平放置粗细均匀的电阻率较大的金属杆上 弹簧是由不导电的材料制成的 迎风板面积S0 0 5m2 工作时总是正对着风吹来的方向 电路的一端与迎风板相连 另一端在M点与金属杆相连 迎风板可在金属杆上滑动 且与金属杆接触良好 不计摩擦 定值电阻R 1 0 电源的电动势E 12V 内阻r 0 5 闭合开关 没有风吹时 弹簧处于自然长度 电压表的示数U1 3 0V 某时刻由于风吹迎风板 待迎风板再次稳定时 电压表的示数变为U2 2 0V 电压表可看做理想电表 试分析求解 二 非选择题 共38分 1 此时风作用在迎风板上的力的大小 2 假设风 运动的空气 与迎风板作用后的速度变为零 空气的密度为1 3kg m3 求风速的大小 3 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 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 解析 1 无风时金属杆接入电路的电阻为R1有U1 R1得R1 0 5 有风时金属杆接入电路的电阻为R2有U2 R2得R2 0 3 此时 弹簧的长度L L0 0 3m弹簧的压缩量x L0 L 0 2m根据平衡条件得 此时的风力F kx 260N 6分 2 设风速为v 在 t时间内接触到迎风板的空气质量为 m m S0v t根据动量定理可得 答案 1 260N 2 20m s 3 见解析 F t S0v2 t得v 20m s 6分 3 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 t0从微观上看 电流I neSv综上 由电阻的定义式得R 所以R 6分 考查点电路 力的平衡 动量定理 电阻 思路点拨 1 弄清电路的连接 求出无风和有风时金属杆接入电路的电阻 进一步就可求出弹簧的压缩量 再根据胡克定律求出风力大小 2 对风先建立流体模型 再应用动量定理求出风的速度 3 先建立电子运动模型 在电场力作用下的初速度为零的匀加速直线运动 再结合电流的微观表达式求解出电阻与L S的关系式 9 20分 2017北京东城一模 24 利用图像分析问题是物理学中常用的方法 其中的斜率 面积通常具有明确的物理意义 a 小明以6m s的初速度将足球水平踢出 足球在草坪上滚动直到停下来的全过程中的速度 时间图像如图1所示 图1中图线与坐标轴所围的面积等于12个小方格的面积 图1 1 请你判断 足球在滚动过程中受到的阻力大小是变大 变小还是不变 2 求足球滚动了多远才停下来 b 用如图2所示的电路研究电容器的放电过程 其中电压传感器相当于一个理想电压表 可以显示电阻箱两端电压随时间的变化关系 实验时将电阻箱R的阻值调至2000 将开关S拨到a端 电源向电容器充电 待电路稳定后 将电压传感器打开 再将开关S拨到b端 电容器通过电阻箱放电 以S拨到b端时为t 0时刻 电压传感器测得的电压U随时间t变化的图像如图3所示 忽略导线及开关的电阻 且不考虑电路辐射问题 1 求电容器所带电荷量的最大值 2 在图4上定量画出放电过程中电容器两端电压U随电荷量Q变化的关系图像 并据此求出在电容器充电过程中电源内部产生的热量 图4 解析a 1 足球在滚动过程中受到的阻力变小 2 图1中图线与坐标轴所围面积即足球滚动的距离 足球滚动了12m才停下来 b 1 在电容器放电过程中的任意瞬时有 Q I t根据欧姆定律有I U t图线与t轴所围面积除以电阻R即电容器所带电荷量的最大值 由图可知该面积等于12个小方格的面积 因此电容器所带电荷量的最大值Qm 6 10 3C 2 电容器所带电荷量Q与其两端电压U成正比 且由图3知电容器所带电荷量最大时 电容器两端电压U 6V 电源电动势E 6V 放电过程中电容器两端电压U随电荷量Q变化的关系图像如图所示 答案a 见解析b 1 6 10 3C 2 见解析 电容器放电过程中任意瞬时释放的电势能 E U Q U Q图线与Q轴所围面积为电容器放电过程中释放的总电势能EC 也是电容器在充电时获得的总电势能 即EC 18mJ电容器充电过程中 非静电力做功提供的总能量E总 EQm 36mJ电容器充电过程中电源内部产生的热量Qr E总 EC 18mJ说明 其他方法正确同样给分 1 2017北京西城二模 20 智能手机电池 快速充电技术 可以使用户在短时间内完成充电 比如对一块额定电压3 7V 容量1430毫安时的电池充电 可以在半小时内将电池充到满容量的75 结合本段文字和你所学知识 关于 快速充电技术 你认为下列叙述中比较合理的是 A 这里所提到的 毫安时 指的是一种能量单位B 这里所提到的 满容量的75 是指将电池电压充到3 7V的75 C 快速充电技术提高了锂电池的原有容量D 对额定电压3 7V的锂电池充电 其充电电压应高于3 7V C组教师专用题组 答案D毫安时是电量的单位 A错误 容量指的是电量 B错误 由电池容量不变知C错误 充电电压应高于电池的额定电压 否则不能充电 D正确 2 2017北京丰台一模 16 在如图所示电路中 电源内阻不可忽略 开关S闭合后 在滑动变阻器R2的滑动端由b向a缓慢滑动的过程中 下列说法正确的是 A 电流表的示数增大B 电压表的示数减小C 电容器C的电容增大D 电容器C所带电荷量增大 答案D滑动端由b向a滑动的过程中 R2接入电路部分的阻值增大 由闭合电路欧姆定律可知电流表的示数减小 A项错误 由串联电路的分压规律可知电压表的示数增大 B项错误 由Q CU可知 D项正确 电容器的电容由自身结构决定 跟它的带电荷量或它两端电压大小无关 故C项错误 考查点串联电路的分压作用 闭合电路欧姆定律 电容器的电容 思路分析 动态电路 分析的基本思路是局部 整体 局部 同时注意正确应用闭合电路欧姆定律和欧姆定律 在北京高考试题中此类问题屡次出现 考生应当引起足够重视 3 2018北京房山二模 24 电荷的定向移动形成电流 电流是物理量中的基本量之一 电流载体称为载流子 大自然有很多种承载电荷的载流子 例如 金属导体内可自由移动的电子 电解液内的离子 等离子体内的正负离子 半导体中的空穴 这些载流子的定向移动 都可形成电流 1 电子绕氢原子核做圆周运动时 可等效为环形电流 已知静电力常量为k 电子的电荷量为e 质量为m 电子在半径为r的轨道上做圆周运动 试计算电子绕氢原子核在该轨道上做圆周运动形成的等效电流大小 2 如图 AD表示一段粗细均匀的导体 两端加一定的电压 导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v 设导体的横截面积为S 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷所带的电荷量为e 试证明导体中电流大小I neSv 3 有一圆柱形的纯净半导体硅 其横截面积为2 5cm2 通有电流2mA时 其内自由电子定向移动的平均速率为7 5 10 5m s 空穴定向移动的平均速率为2 5 10 5m s 已知硅的密度为2 4 103kg m3 摩尔质量是28g mol 电子的电荷量e 1 6 10 19C 空穴和电子总是成对出现 它们所带电荷量相等 但电性相反 阿伏加德罗常数为NA 6 02 1023mol 1 若一个硅原子至多只释放一个自由电子 试估算此半导体材料平均多少个硅原子才有一个硅原子释放出自由电子 解析 1 5分 电子绕氢原子核做圆周运动 所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供 根据 mr 又I 解得 I 2 5分 导体中电流大小I t时间内所有电荷沿导体长度方向定向移动的距离为vt 则t时间内通过导体某一横截面的自由电荷数为nSvt 该时间内通过导体该横截面的电荷量 q nSvte 则I neSv 3 10分 设此半导体单位体积内有n个自由电子 同时也将有n个空穴 以S表示横截面积 v1和v2分别表示半导体中空穴和自由电子的定向移动速率 I1和I2分别表示半导体中空穴和自由电子形成的电流 则有 I1 nev1S 答案见解析 I2 nev2S总电流I I1 I2由此可得 n 设单位体积内有n个硅原子放出一个自由电子 单位体积内硅原子的个数N NA则 代入数据解得 1 10 5则知每1 105个硅原子才有一个硅原子释放出一个自由电子 思路点拨注意建立微观模型