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1、第一講 電阻 電阻定律 電功
一、單項(xiàng)選擇題
1.橫截面的直徑為d、長為l的導(dǎo)線,兩端電壓為U,當(dāng)這三個量中一個改變時,對自由電子定向運(yùn)動的平均速率的影響是( )
A.電壓U加倍,自由電子定向運(yùn)動的平均速率不變
B.導(dǎo)線長度l加倍,自由電子定向運(yùn)動的平均速率加倍
C.導(dǎo)線橫截面的直徑加倍,自由電子定向運(yùn)動的平均速率不變
D.以上說法均不正確
解析 由歐姆定律I=,電阻定律R=和電流微觀表達(dá)式I=neSv可得v=,因此,電壓U加倍時,v加倍,l加倍時v減半,故A、B選項(xiàng)錯誤;導(dǎo)線橫截面的直徑加倍時,v不變,C項(xiàng)正確.
答案 C
2.導(dǎo)體中的電流是這樣產(chǎn)生的:當(dāng)在一根長度為l
2、、橫截面積為S的均勻?qū)w兩端加上電壓U時,導(dǎo)體中出現(xiàn)一個勻強(qiáng)電場,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子(-e)受勻強(qiáng)電場的電場力作用而加速,同時由于與做無規(guī)則熱運(yùn)動的陽離子碰撞而受到阻礙,這樣邊反復(fù)碰撞邊向前移動.可以認(rèn)為阻礙電子運(yùn)動的阻力大小與電子移動的平均速率v成正比,其大小可以表示成kv(k是常數(shù)).當(dāng)電子所受電場力與阻力大小相等時,導(dǎo)體中就形成了恒定電流,則該導(dǎo)體的電阻是( )
A. B.
C. D.
解析 題設(shè)導(dǎo)體兩端加上電壓U,導(dǎo)體中出現(xiàn)一個勻強(qiáng)電場,因此場強(qiáng)E=,當(dāng)電場力與阻力平衡時形成了恒定電流,則Ee=kv,即U=,由歐姆定律得U=IR,所以R===,A選項(xiàng)正確.
答案 A
3、3.如圖所示為將不同電壓加在一段金屬導(dǎo)體兩端在溫度不變的情況下所測得的I-U圖線,試根據(jù)圖線回答:若將這段金屬導(dǎo)體在保持長度不變的前提下增大其橫截面積,則這段導(dǎo)體的電阻( )
A.等于4.0Ω B.大于2.0Ω
C.小于2.0Ω D.等于2.0Ω
解析 由圖像知R=2Ω,若保持長度不變,增大橫截面積,則電阻要變小,C正確.
答案 C
4.有三個用電器,分別為日光燈、電烙鐵和電風(fēng)扇,它們的額定電壓和額定功率均為“220V 60W”.現(xiàn)讓它們在額定電壓下工作相同時間,產(chǎn)生的熱量( )
A.日光燈最多 B.電烙鐵最多
C.電風(fēng)扇最多 D.一樣多
解析 電烙鐵是
4、純電阻電路.即以發(fā)熱為目的,電流通過它就是用來產(chǎn)熱.而日光燈和電風(fēng)扇是非純電阻電路,電流通過它們時產(chǎn)生的熱量很少,電能主要轉(zhuǎn)化為其他形式的能(光能和葉片動能).綜上所述,只有B正確.
答案 B
5.某型號手機(jī)電池的背面印有如圖所示的一些符號,另外在手機(jī)使用說明書上還寫有“通話時間3h,待機(jī)時間100h”.則該手機(jī)通話和待機(jī)時消耗的功率分別約為( )
A.1.8W,5.4×10-2W
B.0.6W,1.8×10-2W
C.3.6W,0.108W
D.6.48×103W,1.94×102W
解析 由手機(jī)電池背面的符號可知,該電池的電能W=UQ=3.6×500×10-3×3600
5、 J=6480 J.所以由P=得通話功率P1==0.6W;待機(jī)功率P2= =1.8×10-2W,B選項(xiàng)正確.
答案 B
6.一學(xué)校物理興趣小組自己用蓄電池、電動機(jī)、皮帶、自行車組裝了一輛電動車,人騎上后總質(zhì)量為50kg,假定蓄電池能提供24V的電壓,內(nèi)阻不計.當(dāng)電動車在水平地面上以0.8m/s的速度勻速行駛時,通過電動機(jī)的電流為5A,設(shè)車所受的阻力是車重的0.2倍(g=10m/s2),則此電動機(jī)的內(nèi)阻是( )
A.4.8Ω B.3.2Ω
C.1.6Ω D.0.4Ω
解析 根據(jù)能量守恒得UI=I2r+fv,代入數(shù)據(jù)24×5=52r+0.2×10×50×0.8,解得r=1.6Ω
6、.
答案 C
二、多項(xiàng)選擇題
7.溫度能明顯地影響金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能,如圖所示圖線分別為某金屬導(dǎo)體和某半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的關(guān)系曲線,則( )
A.圖線1反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化關(guān)系
B.圖線2反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化關(guān)系
C.圖線1反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化關(guān)系
D.圖線2反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化關(guān)系
解析 金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大,半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的升高而減小,故選項(xiàng)C、D正確.
答案 CD
8.如圖所示,兩個截面不同,長度相等的均勻銅棒接在電路中,兩端電壓為U,則( )
A.通過兩棒的電流不相等
B
7、.兩棒的自由電子定向移動的平均速率相同
C.兩棒內(nèi)的電場強(qiáng)度不同,細(xì)棒內(nèi)部場強(qiáng)E1大于粗棒內(nèi)部場強(qiáng)E2
D.通過兩棒的電荷量相等
解析 因兩棒串聯(lián),所以I1=I2,q1=q2,選項(xiàng)A不正確,D正確;根據(jù)電流的微觀意義I=nqSv,得nqS1v1=nqS2v2.因S1v2,選項(xiàng)B錯誤;又恒定電流的電場類似靜電場,由E=得E1>E2,選項(xiàng)C正確.
答案 CD
9.對于常溫下一根阻值為R的均勻金屬絲,下列說法中正確的是( )
A.常溫下,若將金屬絲均勻拉長為原來的10倍,則電阻變?yōu)?0R
B.常溫下,若將金屬絲從中點(diǎn)對折起來,電阻變?yōu)镽
C.
8、給金屬絲加上的電壓逐漸從零增大到U0,則任一狀態(tài)下的比值不變
D.把金屬絲的溫度降到非常低,電阻率可能會變?yōu)榱?
解析 設(shè)原電阻R=ρ,當(dāng)l′=10l時,由體積不變原理求得截面積變成S′=S,所以電阻變?yōu)镽′=ρ=ρ=100R,A錯誤;從中點(diǎn)對折起來,相當(dāng)于兩個阻值為R的電阻并聯(lián),其總阻值為R,B正確;金屬絲的電阻率ρ隨溫度的升高而增大,當(dāng)金屬絲兩端的電壓逐漸增大時,由于電流的熱效應(yīng)會使電阻率ρ隨溫度的升高而增大,因而R=ρ=將逐漸增加,C錯誤;選項(xiàng)D中的現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象,D正確.
答案 BD
10.如圖所示,用輸出電壓為1.4V,輸出電流為100mA的充電器對內(nèi)阻為2Ω的鎳氫電池充電.下
9、列說法正確的是( )
A.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為0.12W
B.充電器消耗的電功率為0.12W
C.充電時,電池消耗的熱功率為0.02W
D.充電器把0.14W的功率儲存在電池內(nèi)
解析 此題主要考查非純電阻電路的功率問題.電源的輸出功率也就是充電電池的總功率,經(jīng)分析可知,應(yīng)選A、C.
答案 AC
三、非選擇題
11.A、B兩地間鋪有通訊電纜,長為L,它是由兩條并在一起彼此絕緣的均勻?qū)Ь€組成的,通常稱為雙線電纜.在一次事故中經(jīng)檢查斷定是電纜上某處的絕緣保護(hù)層損壞,導(dǎo)致兩導(dǎo)線之間漏電,相當(dāng)于該處電纜的兩導(dǎo)線之間接入一個電阻.檢查人員經(jīng)過下面的測量可以確定損壞處的位置:
(
10、1)令B端雙線斷開,在A處測出雙線兩端間的電阻RA;
(2)A端的雙線斷開,在B處測出雙線兩端的電阻RB;
(3)在A端的雙線間加一已知電壓UA,在B端雙線間用內(nèi)阻很大的電壓表測量出兩線間電壓UB.
試由以上測量結(jié)果確定損壞處的位置.
解析 設(shè)損壞處距A端為LA,由電阻定律可知,根據(jù)(1)(2)兩次測量結(jié)果應(yīng)有==,式中R為漏電阻.
又依據(jù)第(3)次測量結(jié)果有=.
代入上式,消去R可解得
LA=·L.
答案 見解析
12.材料的電阻率ρ隨溫度變化的規(guī)律為ρ=ρ0(1+αt),其中α稱為電阻溫度系數(shù),ρ0是材料在t=0 ℃時的電阻率.在一定的溫度范圍內(nèi)α是與溫度無關(guān)的常量.金屬
11、的電阻一般隨溫度的增加而增加,具有正溫度系數(shù);而某些非金屬如碳等則相反,具有負(fù)溫度系數(shù).利用具有正負(fù)溫度系數(shù)的兩種材料的互補(bǔ)特性,可制成阻值在一定溫度范圍內(nèi)不隨溫度變化的電阻.
已知:在0 ℃時,銅的電阻率為1.7×10-8Ω·m,碳的電阻率為3.5×10-5Ω·m;在0 ℃附近,銅的電阻溫度系數(shù)為3.9×10-3 ℃-1,碳的電阻溫度系數(shù)為-5.0×10-4 ℃-1.將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長1.0m的導(dǎo)體,要求其電阻在0 ℃附近不隨溫度變化,求所需碳棒的長度(忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度變化的變化).
解析 設(shè)所需碳棒的長度為L1,電阻率為ρ1,電阻溫度系數(shù)為α1;銅棒的長度為L
12、2,電阻率為ρ2,電阻溫度系數(shù)為α2.根據(jù)題意有
ρ1=ρ10(1+α1t) ①
ρ2=ρ20(1+α2t) ②
式中ρ10、ρ20分別為碳和銅在0 ℃時的電阻率.
設(shè)碳棒的電阻為R1,銅棒的電阻為R2,有
R1=ρ1 ③
R2=ρ2 ④
式中S為碳棒與銅棒的橫截面積.碳棒與銅棒連接成的導(dǎo)體的總電阻和總長度分別為
13、
R=R1+R2 ⑤
L0=L1+L2 ⑥
式中L0=1.0m
聯(lián)立以上各式得
R=ρ10+ρ20+t ⑦
要使R不隨t變化,⑦式中t的系數(shù)必須為零.
即ρ10α1L1+ρ20α2L2=0 ⑧
聯(lián)立⑥⑧式得L1=L0,
代入數(shù)據(jù)解得L1=3.8×10-3m.
答案 所需碳棒的長度為3.8×10-3m