2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 第1節(jié) 電路的基本概念及規(guī)律練習(xí)（含解析）

第1節(jié)電路的基本概念及規(guī)律基礎(chǔ)必備練1.(2018·重慶一中期末)如圖所示的電解池接入電路后,在t秒內(nèi)有n1個一價正離子通過溶液內(nèi)某截面S,有n2個一價負(fù)離子通過溶液內(nèi)某截面S,設(shè)e為元電荷,以下說法正確的是(D)A.當(dāng)n1=n2時,電流為零B.當(dāng)n1>n2時,溶液中電流方向從AB,電流為I=C.當(dāng)n1<n2時,溶液中電流方向從BA,電流為I=D.溶液中電流方向從AB,電流為I=解析:根據(jù)正電荷定向移動的方向(或負(fù)電荷定向移動的反方向)為電流的方向,可判斷出溶液中電流方向為AB,A,C錯誤;根據(jù)電流的定義式I=,由于t秒內(nèi)流過橫截面的電荷量為q=(n2+n1)e,則電流為I=,B錯誤,D正確.2.(多選)小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示,P為圖線上一點,PN為圖線在P點的切線,PQ為U軸的垂線,PM為I軸的垂線,則下列說法中正確的是(BD)A.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻減小B.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為R=C.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為R=D.對應(yīng)P點,小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍面積大小解析:由于燈泡的電阻在圖線上的每一點都是R=,由圖線不難看出,隨電壓的增大,電流的增加變得越緩慢,I-U圖線的斜率逐漸減小,電阻變大,對應(yīng)P點燈泡電阻為R=,故選項B正確,A,C錯誤;小燈泡的功率P=I2U1,所以選項D正確.3.(2019·浙江高考模擬)P1和P2是材料相同、上下表面為正方形的長方體導(dǎo)體,P1的上下表面積大于P2的上下表面積,將P1和P2按如圖所示接到電源上,閉合開關(guān)后,下列說法正確的是(C)A.若P1和P2的體積相同,則通過P1的電流大于通過P2的電流B.若P1和P2的體積相同,則P1的電功率等于P2的電功率C.若P1和P2的厚度相同,則流過P1的電流等于流過P2的電流D.若P1和P2的厚度相同,則流過P1的電流大于流過P2的電流解析:由于兩電阻并聯(lián)在電路中,因此兩電阻中電壓相等,設(shè)電阻的表面邊長為a,厚度為d,則R=,則可知電阻與厚度d有關(guān),與體積無關(guān),由V=Sd可知,如果兩導(dǎo)體的體積相同,則P1的厚度小于P2厚度,因此P1的電阻大于P2的電阻;由P=可知,P1的電功率小于P2的電功率,故B錯誤;電流為I=,兩電阻中電壓相等,P1的電阻大于P2的電阻,所以通過P1的電流小于通過P2的電流,故A錯誤;若厚度相同,則兩電阻阻值相同,由I=可知流過P1的電流等于流過P2的電流,故C正確,D錯誤.4.某個由導(dǎo)電介質(zhì)制成的電阻截面如圖所示,導(dǎo)電介質(zhì)的電阻率為,制成內(nèi)外半徑分別為a和b的半球殼層形狀(圖中陰影部分),半徑為a、電阻不計的球形電極被嵌入導(dǎo)電介質(zhì)的球心成為一個引出電極,在導(dǎo)電介質(zhì)的外層球殼上鍍上一層電阻不計的金屬膜成為另外一個電極,設(shè)該電阻的阻值為R.下面給出R的四個表達(dá)式中只有一個是合理的,你可能不會求解R,但是你可以通過一定的物理分析,對下列表達(dá)式的合理性做出判斷,根據(jù)你的判斷,R的合理表達(dá)式應(yīng)為(B)A.R=B.R=C.R=D.R=解析:根據(jù)R=,從單位上看,只有A,B符合,C,D錯誤;再代入特殊值,若b=a,可看做球殼“長度”為零,此時電阻為零,因此只有B正確,A錯誤.5.A,B兩盞電燈的額定電壓都是110 V,額定功率PA=100 W,PB=40 W,若接在電壓是220 V的下列電路上,則使兩盞電燈均能正常發(fā)光,且電路中消耗的電功率最小的電路是(C)解析:由P=可知,RA<RB.對于A電路,由于RA<RB,所以UB>110 V,B燈被燒壞;對于B電路,由于RA<RB,A燈與滑動變阻器并聯(lián),并聯(lián)電阻更小于RB,UB>110 V,B燈被燒壞;對于C電路,B燈與滑動變阻器并聯(lián),并聯(lián)電阻可能等于RA,所以可能有UA=UB=110 V,兩燈可以正常發(fā)光;對于D電路,當(dāng)變阻器的有效電阻等于A,B的并聯(lián)電阻,則UA=UB=110 V,兩燈可以正常發(fā)光.比較C,D兩個電路,由于C電路中變阻器功率為P1=(IA-IB)×110 V,而D電路中變阻器功率為P2=(IA+IB)×110 V,所以C電路消耗的電功率最小.選項C正確.6.(2018·北京石景山區(qū)一模)兩個電壓表V1和V2是由完全相同的兩個電流表改裝而成的,V1量程是5 V,V2量程是15 V.現(xiàn)把V1和V2串聯(lián)起來測量15 V20 V電壓.下列說法中正確的是(B)A.V1和V2的示數(shù)相同B.V1和V2指針偏轉(zhuǎn)的角度相同C.V1和V2示數(shù)不同,指針偏轉(zhuǎn)的角度也不同D.V1和V2的示數(shù)與V1和V2的內(nèi)阻成反比解析:由電壓表內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知,兩電壓表串聯(lián),流過兩表的電流相等,則兩表指針偏轉(zhuǎn)角度相等,由于它們的內(nèi)阻不同,因此兩表兩端電壓不同,則讀數(shù)不同,故B正確,A,C錯誤;因是串聯(lián)關(guān)系,兩表的示數(shù)與內(nèi)阻成正比,即兩表讀數(shù)之比等于兩表內(nèi)阻之比,故D錯誤.7.(2019·安徽合肥六中高三測試)如圖所示,R1=R2=10 ,R為可變電阻,C為電容器,V為理想電壓表,增大R的阻值時,下列說法正確的是(D)A.C所帶電荷量減小B.C所帶電荷量始終為0C.V的示數(shù)增大D.V的示數(shù)不變解析:由于電路處于斷路,電容器兩端電壓等于電源電動勢,電壓表的示數(shù)等于電源電動勢,增大R,電路無變化,C所帶電荷量不變,但不為零,電壓表示數(shù)仍不變,故D正確.8.(2019·浙江杭州高考命題預(yù)測)近年,杭州正式推出微公交,它是一零排放的純電動汽車,這為杭州人綠色出行又提供一種方案.該電動車配有一塊12 V三元鋰電池,容量達(dá)260 Ah;采用220 V普通電壓充電,一次完全充電,約需8小時;行駛時,最大時速可達(dá)80 km/h,充滿電后,可最多行駛80 km.則以下判斷正確的是(在計算過程中不考慮各種能轉(zhuǎn)化的效率,可認(rèn)為電能的價格為0.8元/kW·h)(C)A.充電電流為260 AB.充滿電后儲存的電能為3 120 JC.折合每公里的電能成本約為0.03元D.勻速行駛時的阻力約為2.0×103 N解析:充電的功率為P= W=390 W,充電電流為I= A=1.8 A,故A錯誤;充滿電后儲存的電能為W=12 V×260 Ah=3.12 kW·h=1.12×107 J,故B錯誤;折合每公里的電能成本約為元=0.031 2元,故C正確;由W=Fs可知,勻速行駛時的阻力f=F= N=140 N,故D錯誤.能力培養(yǎng)練9.(2019·江蘇鹽城三模)(多選)安裝防電墻的熱水器,它的膽內(nèi)的水不直接流出,而是經(jīng)過比較長的一段水管后再流出,在電熱水器漏電且接地線失效時,能形成“防電墻”,保障人的安全.如圖所示,當(dāng)熱水器金屬內(nèi)膽與大地間電壓為220 V,由于長管道中水具有電阻(簡稱“隔電電阻”),因而人體兩端的電壓不高于12 V,下列說法正確的是(BC)A.曲長管道應(yīng)選用導(dǎo)電性能好的材料制成B.曲長管道應(yīng)選用不易導(dǎo)電的材料制成C.“隔電電阻”大于“人體電阻”,且兩者串聯(lián)D.熱水器漏電且接地線失效時,“防電墻”使人體內(nèi)無電流通過解析:漏電電流通過曲長管道、人體流入大地,為保證人身安全,通過人體的電流應(yīng)非常小,所以曲長管道不能采用導(dǎo)體材料,而應(yīng)該使用絕緣材料,故A錯誤,B正確;由圖可知,“隔電電阻”與“人體電阻”是串聯(lián)的,且隔電電阻能夠起到分壓作用,當(dāng)熱水器漏電且接地線失效時,其金屬內(nèi)膽與大地間電壓為220 V,也就是隔電電阻與人體的總電壓為220 V,且兩者是串聯(lián)的,已知人體兩端的電壓不高于12 V,說明隔電電阻兩端電壓大于220 V-12 V=208 V;由串聯(lián)電路電壓與其阻值成正比可知,隔電電阻的阻值遠(yuǎn)大于人體電阻,故C正確;當(dāng)熱水器漏電且接地線失效時,由于“隔電電阻”的存在有電流通過人體流向大地,只不過電流非常小,故D錯誤.10.(2019·浙江余姚選考科目模擬)光伏產(chǎn)業(yè)是新能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向之一,光伏市場的發(fā)展對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命、推動能源技術(shù)創(chuàng)新等方面都有重要的意義.如圖所示,是某戶居民樓頂平臺安裝的12塊太陽能電池板.據(jù)樓主介紹,利用這些電池板收集太陽能發(fā)電,發(fā)電總功率可達(dá)3 kW,工作電壓為380 V,設(shè)備使用年限在25年以上;發(fā)電總功率的30%供自家使用,還有富余發(fā)電以0.4元/度(1度=1 kW·h)價格并入國家電網(wǎng).則下列說法可能正確的是(C)A.該光伏項目年發(fā)電量約為2.6×104 kW·hB.該光伏項目的工作總電流約為0.3 AC.該光伏項目平均每天的發(fā)電量大約可供一盞60 W的白熾燈工作600小時D.該光伏項目富余發(fā)電的年收入約為7 000元解析:按照一天光照12 h計算,該光伏項目年發(fā)電量約為W=Pt=3 kW×12 h×365=1.314×104 kW·h,故A錯誤;根據(jù)P=IU,該光伏項目的工作總電流I= A=7.9 A,故B錯誤;根據(jù)能量守恒,該光伏項目平均每天的發(fā)電量大約可供一盞60 W的白熾燈工作時間t=600 h,故C正確;發(fā)電總功率的70%并入國家電網(wǎng),故該光伏項目富余發(fā)電的年收入為(1.314×104)×70%×0.4元=3 679.2元,故D錯誤.11.(2018·北京海淀區(qū)一模)常用的溫差發(fā)電裝置的主要結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體熱電偶.如圖所示,熱電偶由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體串聯(lián)而成,N型半導(dǎo)體的載流子(形成電流的自由電荷)是電子,P型半導(dǎo)體的載流子是空穴,空穴帶正電且電荷量等于元電荷e.若兩種半導(dǎo)體相連一端和高溫?zé)嵩唇佑|,而另一端A,B與低溫?zé)嵩唇佑|,兩種半導(dǎo)體中的載流子都會從高溫端向低溫端擴(kuò)散,最終在A,B兩端形成穩(wěn)定的電勢差,且電勢差的大小與高溫?zé)嵩础⒌蜏責(zé)嵩撮g的溫度差有確定的函數(shù)關(guān)系.下列說法正確的是(D)A.B端是溫差發(fā)電裝置的正極B.熱電偶內(nèi)部非靜電力方向和載流子擴(kuò)散方向相反C.溫差發(fā)電裝置供電時不需要消耗能量D.可以利用熱電偶設(shè)計一種測量高溫?zé)嵩礈囟鹊膫鞲衅鹘馕?N型半導(dǎo)體的載流子是電子,兩種半導(dǎo)體中的載流子都會從高溫端向低溫端擴(kuò)散,B端聚集電子,所以B端是溫差發(fā)電裝置的負(fù)極,故A錯誤;熱電偶內(nèi)部非靜電力使載流子移動,其方向與載流子擴(kuò)散方向相同,故B錯誤;溫差發(fā)電裝置供電時消耗了高溫?zé)嵩吹臒崃?故C錯誤;熱電偶兩極間電壓與兩熱源溫差有關(guān),因此可設(shè)計一種測量高溫?zé)嵩礈囟鹊膫鞲衅?故D正確.12.(2019·北京海淀區(qū)模擬)由某種金屬材料制成的圓柱形導(dǎo)體,將其兩端與電源連接,會在導(dǎo)體內(nèi)部形成勻強(qiáng)電場,金屬中的自由電子會在電場力作用下發(fā)生定向移動形成電流.已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,該金屬單位體積的自由電子數(shù)為n.(1)若電源電動勢為E,且內(nèi)阻不計,a.求電源從正極每搬運一個自由電子到達(dá)負(fù)極過程中非靜電力所做的功W非;b.從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度推導(dǎo):導(dǎo)體兩端的電壓U等于電源的電動勢E;(2)經(jīng)典的金屬電子論認(rèn)為:在外電場(由電源提供的電場)中,金屬中的自由電子受到電場力的驅(qū)動,在原熱運動基礎(chǔ)上疊加定向移動,如圖所示.在定向加速運動中,自由電子與金屬正離子發(fā)生碰撞,自身停頓一下,將定向移動所獲得的能量轉(zhuǎn)移給金屬正離子,引起正離子振動加劇,金屬溫度升高.自由電子在定向移動時由于被頻繁碰撞受到阻礙作用,這就是電阻形成的原因.自由電子定向移動的平均速率為v,熱運動的平均速率為u,發(fā)生兩次碰撞之間的平均距離為x.由于vu,所以自由電子發(fā)生兩次碰撞的時間間隔主要由熱運動決定.自由電子每次碰撞后的定向移動速率均變?yōu)榱?a.求該金屬的電阻率,并結(jié)合計算結(jié)果至少說明一個與金屬電阻率有關(guān)的宏觀因素;b.該導(dǎo)體長度為L,截面積為S.若將單位時間內(nèi)導(dǎo)體中所有自由電子因與正離子碰撞而損失的動能之和設(shè)為Ek,導(dǎo)體的發(fā)熱功率設(shè)為P,試證明P=Ek.解析:(1)a.由E=可知,W非=eE;b.由能量轉(zhuǎn)化與守恒定律可知,電場力做功等于非靜電力做功,即W電=W非;設(shè)電路中的電流為I,則在t時間內(nèi)W電=IUt,W非=EIt,所以有UIt=EIt,即U=E;(2)a.設(shè)導(dǎo)體長度為L,截面積為S,兩端電壓為U,通過的電流為I.電子發(fā)生兩次碰撞之間,在原有的勻速運動(熱運動)的同時,疊加在外電場作用下由靜止開始的勻加速運動(定向移動),但因vu,所以兩次碰撞的平均時間間隔t=,電子在外電場中做定向移動的加速度a=,電子碰撞前瞬間的定向移動速度vt=2v,且vt=at,整理可得導(dǎo)體兩端電壓U=;設(shè)在t時間內(nèi)流過導(dǎo)體的電荷量q=neSvt;由I=可知:I=neSv,代入R=,與電阻定律R=比較,有=;從計算結(jié)果可知,金屬的電阻率與金屬中單位體積的自由電子數(shù)n、自由電子熱運動平均速率u和碰撞的平均距離x有關(guān),所以在宏觀上,電阻率與金屬的種類和溫度有關(guān).(只要說出一種因素即可)b.導(dǎo)體的發(fā)熱功率P=I2R=;單位時間內(nèi)一個自由電子因與正離子碰撞而損失的動能E=導(dǎo)體中所有自由電子在單位時間內(nèi)損失的動能之和Ek=NE=nSLE所以Ek=P=.答案:(1)a.eEb.見解析(2)a.金屬的電阻率與n,u有關(guān),所以在宏觀上,電阻率與金屬的種類和溫度有關(guān)b.見解析- 8 -