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專題十恒定電流 高考物理 北京市專用 1 2015北京理綜 19 6分 0 48 如圖所示 其中電流表A的量程為0 6A 表盤均勻劃分為30個(gè)小格 每一小格表示0 02A R1的阻值等于電流表內(nèi)阻的 R2的阻值等于電流表內(nèi)阻的2倍 若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值 則下列分析正確的是 A 將接線柱1 2接入電路時(shí) 每一小格表示0 04AB 將接線柱1 2接入電路時(shí) 每一小格表示0 02AC 將接線柱1 3接入電路時(shí) 每一小格表示0 06AD 將接線柱1 3接入電路時(shí) 每一小格表示0 01A 考點(diǎn)一部分電路的基本概念和規(guī)律A組自主命題 北京卷題組 五年高考 答案C設(shè)電流表的內(nèi)阻為RA 則R1 RA R2 2RA 將接線柱1 2接入電路時(shí) 流過接線柱1的電流I1 3I0 其中I0為流過電流表A的電流 因此每一小格表示0 06A 將接線柱1 3接入電路時(shí) 流過接線柱1的電流I1 3I0 其中I0為流過電流表A的電流 因此每一小格表示0 06A 選項(xiàng)A B D錯(cuò)誤 C正確 2 2014北京理綜 24 2 0 20 若導(dǎo)線MN的質(zhì)量m 8 0g 長度L 0 10m 感應(yīng)電流I 1 0A 假設(shè)一個(gè)原子貢獻(xiàn)1個(gè)自由電子 計(jì)算導(dǎo)線MN中電子沿導(dǎo)線長度方向定向移動的平均速率ve 下表中列出一些你可能會用到的數(shù)據(jù) 解析導(dǎo)線MN中含有的原子數(shù)為N NA因?yàn)橐粋€(gè)金屬原子貢獻(xiàn)一個(gè)電子 所以導(dǎo)線MN中的自由電子數(shù)也是N 導(dǎo)線MN單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n 其中 S為導(dǎo)線MN的橫截面積 因?yàn)殡娏鱅 nveSe所以ve 解得ve 7 8 10 6m s 答案7 8 10 6m s 3 2016課標(biāo) 17 6分 阻值相等的四個(gè)電阻 電容器C及電池E 內(nèi)阻可忽略 連接成如圖所示電路 開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí) C所帶的電荷量為Q1 閉合開關(guān)S 電流再次穩(wěn)定后 C所帶的電荷量為Q2 Q1與Q2的比值為 A B C D B組統(tǒng)一命題 課標(biāo)卷題組 答案C當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)等效電路如圖1所示 電容器C兩端的電壓U E 所帶的電荷量Q1 CU CE 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)等效電路如圖2所示 電容器C兩端的電壓U E 所帶的電荷量Q2 CE 所以 C項(xiàng)正確 圖1 圖2 方法技巧化簡電路時(shí)會熟練應(yīng)用電勢排列法 才能又準(zhǔn)又快地畫出等效電路 評析本題為恒定電路中含容電路問題 考查考生化簡電路的能力及對串并聯(lián)電路相關(guān)問題的計(jì)算能力 屬于中等難度的題 1 2011北京理綜 17 6分 如圖所示電路 電源內(nèi)阻不可忽略 開關(guān)S閉合后 在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中 A 電壓表與電流表的示數(shù)都減小B 電壓表與電流表的示數(shù)都增大C 電壓表的示數(shù)增大 電流表的示數(shù)減小D 電壓表的示數(shù)減小 電流表的示數(shù)增大 考點(diǎn)二閉合電路歐姆定律自主命題 北京卷題組 答案A在變阻器R0的滑動端向下滑動過程中 其連入電路的有效電阻減小 則R總減小 由I 可知I增大 由U內(nèi) Ir可知U內(nèi)增大 由E U內(nèi) U外可知U外減小 故電壓表示數(shù)減小 由U1 IR1可知增大 由U外 U并可知U并減小 由I2 可知電流表示數(shù)變小 故A正確 2 2018北京理綜 23 18分 如圖1所示 用電動勢為E 內(nèi)阻為r的電源 向滑動變阻器R供電 改變變阻器R的阻值 路端電壓U與電流I均隨之變化 1 以U為縱坐標(biāo) I為橫坐標(biāo) 在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U I圖像的示意圖 并說明U I圖像與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義 2 a 請?jiān)趫D2畫好的U I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn) 畫出帶網(wǎng)格的圖形 以其面積表示此時(shí)電源的輸出功率 b 請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件 3 請寫出電源電動勢定義式 并結(jié)合能量守恒定律證明 電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi) 外電路電勢降落之和 解析 1 U I圖像如圖所示 圖像與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為電源電動勢 與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值為短路電流 2 a 如圖所示 b 電源輸出的電功率P I2R R 當(dāng)外電路電阻R r時(shí) 電源輸出的電功率最大 為Pmax 答案見解析 3 電動勢定義式E 根據(jù)能量守恒定律 在題圖所示電路中 非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的電熱 即W I2rt I2Rt Irq IRq得E Ir IR U內(nèi) U外 試題評析閉合電路及U I圖像 1 本題考查閉合電路中路端電壓U隨干路電流I變化的關(guān)系圖線 電源的輸出功率及其最大值 以及最大值的產(chǎn)生條件 考查內(nèi)容為教材的基本知識 此題作為一道高考中分值不小的計(jì)算題 提示考生要注重基本知識的學(xué)習(xí) 2 電動勢是電源的最基本特征量 在學(xué)習(xí)中學(xué)生不僅僅要掌握其定義式 更要深刻理解其內(nèi)含 并能靈活應(yīng)用 1 2018北京海淀二模 16 在物理學(xué)中 常常用比值定義物理量 用來表示研究對象的某種性質(zhì) 下列關(guān)系式中 不屬于比值定義的是 A 電場強(qiáng)度E B 電流I C 電容C D 密度 考點(diǎn)一部分電路的基本概念和規(guī)律 A組2016 2018年高考模擬 基礎(chǔ)題組 三年模擬 答案B比值法所定義的物理量 與表達(dá)式中的分子 分母無正 反比關(guān)系 只等于分子和分母的比值 而比值是恒定不變的 選項(xiàng)A C D都符合比值定義的特點(diǎn) 而B選項(xiàng)中電阻R是不變量 電流與電壓成正比關(guān)系 故電流不屬于比值定義的物理量 因此選項(xiàng)B符合題意 解題關(guān)鍵掌握比值定義物理量的特點(diǎn) 能正解分析題中的物理量與表達(dá)式中的分子 分母是否存在比例關(guān)系是解本題的關(guān)鍵 2 2018北京石景山一模 19 兩個(gè)電壓表V1和V2是由完全相同的兩個(gè)電流表改裝而成的 V1量程是5V V2量程是15V 現(xiàn)把V1和V2串聯(lián)起來測量15V 20V電壓 下列說法中正確的是 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 答案B由于V1和V2是由完全相同的兩個(gè)電流表改裝而成的 當(dāng)它們串聯(lián)起來測電壓的時(shí)候 通過它們的電流大小相等 故指針偏轉(zhuǎn)的角度相同 示數(shù)與內(nèi)阻成正比 并不相同 解題關(guān)鍵熟悉電表改裝的原理 知道串聯(lián)電路的特點(diǎn) 3 2018北京朝陽二模 19 為了確定一個(gè)標(biāo)有 3 8V 0 3A 的小燈泡的電阻 小明和小華兩位同學(xué)分別采用了不同的方法 小明同學(xué)用多用電表的歐姆擋測量 測量結(jié)果R1 2 小華同學(xué)由R 計(jì)算可得其阻值R2 13 小明同學(xué)的操作過程無誤 但R1和R2存在明顯差異 對此 下列說法正確的是 A 小明同學(xué)的方法錯(cuò)誤 因?yàn)闇y量時(shí)沒有電流通過小燈泡B 小華同學(xué)的方法錯(cuò)誤 因?yàn)樾襞莸碾娮璨荒苡肦 來計(jì)算C 兩位同學(xué)的方法都正確 因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋的精確度不夠D 兩位同學(xué)的方法都正確 因?yàn)樾襞莸墓ぷ鳡顟B(tài)不同 答案D小燈泡燈絲電阻在不同電壓下不同 因而測得阻值不同 則D正確 易錯(cuò)警示多用電表使用歐姆擋時(shí) 表內(nèi)部電池處于工作狀態(tài) 因而A錯(cuò) 雖然小燈泡阻值不是定值但仍滿足R 4 2017北京東城二模 20 移動電源 俗稱充電寶 解決了眾多移動設(shè)備的 缺電之苦 受到越來越多人的青睞 目前市場上大多數(shù)充電寶的核心部件是鋰離子電池 電動勢3 7V 及其充放電保護(hù)電路 充放電管理電路 升壓電路等 其中的升壓電路可以將鋰離子電池的輸出電壓提升到手機(jī) 平板電腦等移動設(shè)備所要求的輸入電壓 5V 由于鋰離子電池的材料特性 在電池短路 過高或過低溫度 過度充電或放電等情況下都有可能引起電池漏液 起火或爆炸 為安全起見 中國民航總局做出了相關(guān)規(guī)定 如圖1所示 民航總局關(guān)于攜帶充電寶出行的相關(guān)規(guī)定為了給智能手機(jī)充電 小明購買了一款移動電源 其銘牌如圖2所示 給手機(jī)充電時(shí)該移動電源的效率按80 計(jì)算 根據(jù)以上材料判斷下列說法正確的是 A 這款移動電源能為手機(jī)提供的最大充電量為8000mAhB 這款移動電源充滿電后所儲存的總化學(xué)能為37WhC 乘飛機(jī)出行時(shí) 這款移動電源可以托運(yùn)D Wh與mAh均為能量單位 答案B由表格可知電池容量為10000mAh mAh是電量的單位 則A D錯(cuò) E能 UIt 3 7V 10Ah 37Wh B正確 由圖1知 所有充電寶都不可托運(yùn) C錯(cuò) 考查點(diǎn)電能的計(jì)算 閱讀獲取信息能力 思路分析由Q It可知mAh是電量的單位 5 2017北京朝陽期末 5 現(xiàn)有規(guī)格為 220V 36W 的排氣扇 如圖所示 排氣扇電動機(jī)的線圈電阻為40 當(dāng)正常工作時(shí) 排氣扇的 A 通電電流計(jì)算式為I AB 輸出功率計(jì)算式為P出 36 WC 發(fā)熱功率計(jì)算式為P熱 2 40WD 電功率大于36W 答案C由于排氣扇為非純電阻電器 不滿足R 根據(jù)公式P UI知 該排氣扇正常工作時(shí)的電流I A A錯(cuò)誤 發(fā)熱功率P熱 2 40W 輸出功率P出 P總 P熱 36 2 40 W B錯(cuò)誤 C正確 因?yàn)榕艢馍日９ぷ?電功率等于36W D錯(cuò)誤 6 2016北京通州潞河中學(xué)期中 7 如圖所示 一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷 單位體積內(nèi)的電荷量為q 當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動時(shí) 由于棒運(yùn)動而形成的等效電流大小為 A vqB C qvSD 答案C電流的定義式I 即單位時(shí)間通過導(dǎo)體橫截面的電荷量 由題意知整段導(dǎo)體總電荷量Q qLS L為導(dǎo)體長度 t 所以等效電流大小I qvS C項(xiàng)正確 7 2018北京東城一模 23 兩根材料相同的均勻直導(dǎo)線a和b串聯(lián)在電路上 a長為l0 b長為2l0 1 若沿長度方向的電勢隨位置的變化規(guī)律如圖所示 求 a b兩導(dǎo)線內(nèi)電場強(qiáng)度大小之比E1 E2 a b兩導(dǎo)線橫截面積之比S1 S2 2 以下對直導(dǎo)線內(nèi)部做進(jìn)一步分析 設(shè)導(dǎo)線單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子 電子電荷量為e 自由電子定向移動的平均速率為v 現(xiàn)將導(dǎo)線中電流I與導(dǎo)線橫截面積S的比值定義為電流密度 其大小用j表示 請建立微觀模型 利用電流的定義式I 推導(dǎo) j nev 從宏觀角度看 導(dǎo)體兩端有電壓 導(dǎo)體中就形成電流 從微觀角度看 若導(dǎo)體內(nèi)沒有電場 自由電子就不會定向移動 設(shè)導(dǎo)體的電阻率為 導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)為E 試猜想j與E的關(guān)系并推導(dǎo)出j E三者間滿足的關(guān)系式 解題過程中需要用到的物理量要在解題時(shí)作必要的說明 解析 1 根據(jù)U1 1 2 由圖像知 1 8V 2 2V 代入可得U1 6V 同理U2 2V根據(jù)E 由已知d1 l0 d2 2l0 代入可得 E1 E2 6 1 因?yàn)閮蓪?dǎo)線串聯(lián) 所以電流I1 I2 由歐姆定律I 電阻定律R 將U1 6V U2 2V 長度分別為l0和2l0代入 可得 S1 S2 1 6 2 在直導(dǎo)線內(nèi)任選一個(gè)橫截面S 在 t時(shí)間內(nèi)以S為底 v t為高的柱體內(nèi)的自由電子都將從此截面通過 由電流及電流密度的定義知 j 其中 q neSv t 代入上式可得 j nev 猜想 j與E成正比 設(shè)橫截面積為S 長為l的導(dǎo)線兩端電壓為U 則E 電流密度的定義式為j 將I 代入 得j 導(dǎo)線的電阻R 代入上式 可得j E三者間滿足的關(guān)系式為 j 答案 1 6 1 1 6 2 見解析 解題關(guān)鍵 1 會看圖像 熟記串聯(lián)電路分壓規(guī)律和電阻率知識 2 建立物理模型 8 2018北京豐臺期末 20 導(dǎo)線中帶電粒子的定向移動形成電流 電流可以從宏觀和微觀兩個(gè)角度來認(rèn)識 1 一段通電直導(dǎo)線的橫截面積為S 單位體積的帶電粒子數(shù)為n 導(dǎo)線中每個(gè)帶電粒子定向運(yùn)動的速率為v 粒子的電荷量為q 并認(rèn)為做定向運(yùn)動的電荷是正電荷 a 試推導(dǎo)出電流的微觀表達(dá)式I nvSq b 如圖所示 電荷定向運(yùn)動時(shí)所受洛倫茲力的矢量和 在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力 按照這個(gè)思路 請你嘗試由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式 2 經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為金屬導(dǎo)體中恒定電場形成穩(wěn)恒電流 金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下 定向運(yùn)動形成電流 自由電子在定向運(yùn)動的過程中 不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞 碰撞后自由電子定向運(yùn)動的速度變?yōu)榱?將能量轉(zhuǎn)移給金屬離子 使得金屬離子的熱運(yùn)動更加劇烈 自由電子定向運(yùn)動過程中 頻繁地與金屬離子碰撞產(chǎn)生了焦耳熱 某金屬直導(dǎo)線電阻為R 通過的電流為I 請從宏觀和微觀相聯(lián)系的角度 推導(dǎo)在時(shí)間t內(nèi)導(dǎo)線中產(chǎn)生的焦耳熱為Q I2Rt 需要的物理量可自設(shè) 解析 1 a 在時(shí)間t內(nèi)流過導(dǎo)線橫截面的帶電粒子數(shù)N nvtS通過導(dǎo)線橫截面的總電荷量Q Nq導(dǎo)線中電流I 聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出I nvSqb 導(dǎo)線受安培力大小F安 BIL長L的導(dǎo)線內(nèi)總的帶電粒子數(shù)N nSL又I nvSq電荷定向運(yùn)動時(shí)所受洛倫茲力的矢量和 表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力 即Nf洛 F安聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式f洛 qvB 2 方法1 設(shè)金屬導(dǎo)體長為L 橫截面積為S 兩端電壓為U 導(dǎo)線中的電場強(qiáng)度E 設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n 則金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)N nSL設(shè)自由電子的帶電荷量為e 連續(xù)兩次碰撞時(shí)間間隔為 定向移動的速度為v 則一次碰撞的能量轉(zhuǎn)移eEv mv2 0 答案見解析 一個(gè)自由電子在時(shí)間t內(nèi)與金屬離子碰撞次數(shù)為金屬導(dǎo)體中在時(shí)間t內(nèi)全部自由電子與金屬離子碰撞 產(chǎn)生的焦耳熱Q N mv2又I neSvU IR聯(lián)立以上各式得Q I2Rt方法2 設(shè)金屬導(dǎo)體長為L 橫截面積為S 兩端電壓為U 導(dǎo)體中的電場強(qiáng)度E 設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n 則金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)N nSL在純電阻電路中 電流做的功等于焦耳熱 即W Q電流做的功等于電功率乘時(shí)間W Pt電功率等于電場力對長為L的導(dǎo)線中所有帶電粒子做功功率的總和P NFv自由電子受的電場力F Ee又I neSvU IR聯(lián)立以上各式得Q I2Rt 思路分析 2 中根據(jù)題目所描述模型 可以理解產(chǎn)生的焦耳熱即碰撞中全部自由電子損失的動能 利用能量守恒來推導(dǎo) 9 2018北京西城二模 20 電動汽車由于節(jié)能環(huán)保的重要優(yōu)勢 越來越被大家認(rèn)可 電動汽車儲能部件是由多個(gè)蓄電池串聯(lián)疊置組成的電池組 如圖所示 某品牌電動小轎車蓄電池的數(shù)據(jù)如表所示 下列說法正確的是 考點(diǎn)二閉合電路歐姆定律 A 將電池組的兩極直接接在交流電上進(jìn)行充電B 電池容量的單位Ah就是能量單位C 該電池組充電時(shí)的功率為4 4kWD 該電池組充滿電所儲存的能量為1 4 108J 答案D由充電參數(shù) 420V 20A 知 電池組不是直接接在交流電上進(jìn)行充電的 A錯(cuò)誤 120Ah 120A 3600s 4 32 105C 可知Ah是電荷量單位 B錯(cuò)誤 電池組充電時(shí)的功率P UI 420 20W 8 4kW C錯(cuò)誤 該電池組充滿電儲存的能量為qU 即120 3600 3 3 100J 1 4 108J D正確 10 2017北京朝陽期末 2 已知干電池的電動勢為1 5V 下列說法正確的是 A 當(dāng)外電路閉合時(shí) 干電池兩極間的電壓等于1 5VB 當(dāng)外電路斷開時(shí) 干電池兩極間的電壓等于零C 當(dāng)外電路閉合時(shí) 在1s內(nèi)有1 5C的電荷通過電池D 當(dāng)1C的電荷通過干電池時(shí) 干電池能把1 5J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 答案D由于干電池有內(nèi)阻 所以當(dāng)外電路閉合時(shí) 干電池兩端的電壓應(yīng)視為路端電壓 小于1 5V A錯(cuò)誤 當(dāng)外電路斷開時(shí) 干電池兩極間的電壓等于電池電動勢1 5V 而不是零 B錯(cuò)誤 當(dāng)外電路閉合時(shí) 由q It可知 若在1s內(nèi)有1 5C的電荷流過電池 此時(shí)電流大小為1 5A 而題中電阻未知 電流無法確定 C錯(cuò)誤 根據(jù)電動勢的定義式E 得W Eq 當(dāng)外電路閉合時(shí) 每有1C的電荷通過干電池 非靜電力做功就為1 5J 就有1 5J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 D正確 11 2016北京豐臺月考 如圖所示的電路中 A是電容器兩極板之間的一點(diǎn) 在A點(diǎn)有一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)在重力和電場力的共同作用下處于靜止?fàn)顟B(tài) 當(dāng)滑動變阻器連入電路的阻值減小時(shí) 帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況是 A 向上加速B 向下加速C 保持靜止D 向上勻速 答案A滑動變阻器連入電路的阻值減小時(shí) 總電阻減小 則電流增大 電容器兩端的電壓增大 電場強(qiáng)度增大 質(zhì)點(diǎn)所受電場力增大 電場力大于重力 帶電質(zhì)點(diǎn)向上加速 故A正確 B C D錯(cuò)誤 12 2018北京朝陽期末 8 在如圖所示的電路中 閉合開關(guān)后 當(dāng)滑動變阻器R1的滑片P向a端移動時(shí) A A1 A2的示數(shù)都減小B A1 A2的示數(shù)都增大C A1的示數(shù)增大 A2的示數(shù)減小D A1的示數(shù)減小 A2的示數(shù)增大 答案A當(dāng)R1的滑片P向a端移動時(shí) R1接入電路的阻值變大 外電路總電阻變大 干路電流變小 故A1的示數(shù)變小 路端電壓變大 由I2 得I2增大 而I總 I2 I1 可見I1變小 即A2的示數(shù)變小 故B C D選項(xiàng)均錯(cuò)誤 只有A選項(xiàng)正確 解題關(guān)鍵能根據(jù)滑動變阻器R1連入電路的阻值變化判斷回路的干路電流的變化和路端電壓的變化 并掌握先分析阻值不變支路的電壓 電流 再分析阻值變化支路的電壓 電流的分析方法 13 2016北京朝陽一模 24 節(jié)能環(huán)保的 風(fēng)光互補(bǔ)路燈 獲得廣泛應(yīng)用 圖1是利用自然資源實(shí)現(xiàn) 自給自足 的風(fēng)光互補(bǔ)的路燈 圖2是其中一個(gè)路燈的結(jié)構(gòu)示意圖 它在有陽光時(shí)可通過太陽能電池板發(fā)電 有風(fēng)時(shí)可通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電 1 北京市路燈的開燈時(shí)間為某日19 00到次日6 00 若路燈的功率為P0 40W 求一盞燈在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能E電 2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片正面迎風(fēng)時(shí)的有效受風(fēng)面積為S 運(yùn)動的空氣與受風(fēng)面作用后速度變?yōu)榱?若風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為 空氣平均密度為 當(dāng)風(fēng)速為v且風(fēng)向與風(fēng)力發(fā)電機(jī)受風(fēng)面垂直時(shí) 求該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電功率P 3 太陽能電池的核心部分是P型和N型半導(dǎo)體的交界區(qū)域 PN結(jié) 如圖3所示 取P型和N型半導(dǎo)體的交界為坐標(biāo)原點(diǎn) PN結(jié)左右端到原點(diǎn)的距離分別為xP xN 無光照時(shí) PN結(jié)內(nèi)會形成一定的電壓 對應(yīng)的電場稱為內(nèi)建電場E場 方向由N區(qū)指向P區(qū) 有光照時(shí) 原來被正電荷約束的電子獲得光能變?yōu)樽杂呻娮?就產(chǎn)生了電子 空穴對 空穴帶正電且電荷量等于元電荷e 不計(jì)自由電子的初速度 在內(nèi)建電場作用下 電子被驅(qū)向N區(qū) 空穴被驅(qū)向P區(qū) 于是N區(qū)帶負(fù)電 P區(qū)帶正電 圖3所示的元件就構(gòu)成了直流電源 某太陽能電池在有光持續(xù)照射時(shí) 若外電路斷開時(shí) 其PN結(jié)的內(nèi)建電場場強(qiáng)E場的大小分布如圖4所示 已知xP xN和E0 若該電池短路時(shí)單位時(shí)間內(nèi)通過外電路某一橫截面的電子數(shù)為n 求此太陽能電池的電動勢E和內(nèi)電阻r 解析 1 路燈在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能為 E電 P0t 40W 11 3600s 1584kJ 或0 44kW h 2 t時(shí)間內(nèi)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片發(fā)生作用的空氣質(zhì)量 m Sv t發(fā)電機(jī)獲得的風(fēng)能E風(fēng) mv2風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能 有 E風(fēng) P t聯(lián)立可得 P Sv3 3 根據(jù)電動勢的定義可得 E W即內(nèi)建電場力所做的功 內(nèi)建電場力F隨位移的變化圖像如圖所示 W為該圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積 答案 1 1584kJ或0 44kW h 2 Sv3 3 E E0 xN xP r 即 W xP xN 聯(lián)立可得 E xP xN 電源短路時(shí)所有通過N區(qū)的電子經(jīng)外電路回到P區(qū) 電流為 I ne該太陽能電池的內(nèi)電阻為r 聯(lián)立可得 r xP xN 考查點(diǎn)電功 電功率 電源的電動勢和內(nèi)電阻 解題關(guān)鍵求解電源的電動勢時(shí) 關(guān)鍵是理解電動勢的物理意義 并能利用圖像求解變力做功 需要考生掌握基本的物理思想 扎實(shí)的基本功和較高的運(yùn)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力 1 2017北京朝陽二模 16 某家用電熱壺銘牌如圖所示 其正常工作時(shí)電流的最大值是 A 0 2AB AC 5AD 5A 答案D電熱壺正常工作時(shí)的電流I A 5A故正常工作時(shí)電熱壺中電流的最大值Im I 5A 故選D B組2016 2018年高考模擬 綜合題組時(shí)間 45分鐘分值 80分 一 選擇題 每題6分 共42分 2 2017北京豐臺二模 20 如圖所示是某電路的示意圖 虛線框內(nèi)是超導(dǎo)限流器 超導(dǎo)限流器是一種短路故障電流限制裝置 它由超導(dǎo)部件和限流電阻并聯(lián)組成 當(dāng)通過超導(dǎo)部件的電流大于其臨界電流IC時(shí) 超導(dǎo)部件由超導(dǎo)態(tài) 可認(rèn)為電阻為零 轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài) 可認(rèn)為是一個(gè)純電阻 以此來限制故障電流 超導(dǎo)部件正常態(tài)電阻R1 6 臨界電流IC 0 6A 限流電阻R2 12 燈泡L上標(biāo)有 6V 3W 字樣 電源電動勢E 6V 內(nèi)阻忽略不計(jì) 則下列判斷不正確的是 A 當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí) 通過燈泡L的電流為0 5AB 當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí) 通過R2的電流為0 5AC 當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時(shí) 通過R1的電流為1AD 當(dāng)燈泡L發(fā)生故障短路時(shí) 通過R2的電流為0 5A 答案B若燈泡正常發(fā)光 通過燈泡的額定電流I 0 5A 電阻R2被短路 A對 B錯(cuò) 若燈泡被短路 電源內(nèi)阻忽略不計(jì) 電路中電流無窮大 大于IC 0 6A 則R1 6 I干 1 5A 則通過R1的電流為1A 通過R2的電流為0 5A C D對 3 2018北京西城期末 9 在如圖所示的電路中 電壓表 電流表均為理想電表 電源電動勢為12V 內(nèi)阻為1 電動機(jī)線圈電阻為0 5 開關(guān)閉合 電動機(jī)正常工作 電壓表示數(shù)為10V 則 A 電源兩端的電壓為12VB 電源的輸出功率為24WC 電動機(jī)消耗的電功率為80WD 電動機(jī)所做機(jī)械功的功率為18W 答案D電源兩端的電壓U E Ir 10V 可得I 2A 電源的輸出功率P出 UI 20W A B錯(cuò)誤 電動機(jī)消耗的電功率P UI 20W 電動機(jī)所做機(jī)械功的功率P機(jī) P P熱 UI I2R 18W C錯(cuò)誤 D正確 4 2018北京海淀期末 4 多選 如圖所示的電路中 閉合開關(guān)S 當(dāng)滑動變阻器R的滑片P向上移動時(shí) 下列說法中正確的是 A 電流表示數(shù)變大B 電壓表示數(shù)變小C 電阻R0的電功率變大D 電源的總功率變小 答案CD解法一當(dāng)滑片P向上移動時(shí) 滑動變阻器接入電路中的阻值變大 電路的總阻值也變大 由閉合電路歐姆定律知干路電流I 變小 電源內(nèi)阻分擔(dān)電壓U內(nèi) Ir變小 外電壓U外 E U內(nèi)變大 電壓表示數(shù)變大 B項(xiàng)錯(cuò) 通過R0的電流I0 變大 通過電流表的電流IA I I0變小 電流表示數(shù)變小 A項(xiàng)錯(cuò) 電阻R0的電功率P0 R0變大 C項(xiàng)正確 電源的總功率P總 EI變小 D項(xiàng)正確 解法二由 串反并同 規(guī)律分析知 當(dāng)滑片P向上移動時(shí) 滑動變阻器接入電路的阻值變大 則與之串聯(lián)的電流表示數(shù)變小 干路電流變小 電源總功率P總 EI變小 與之并聯(lián)的電壓表示數(shù)變大 電阻R0的電流 電壓 電功率均變大 因此選C D 易錯(cuò)警示電路動態(tài)變化問題用 串反并同 規(guī)律分析不易出錯(cuò) 而且省時(shí)間 另外對電源總功率P總 EI的求法如不清楚 也容易導(dǎo)致出錯(cuò) 5 2018北京朝陽期末 12 某同學(xué)利用一塊表頭和三個(gè)定值電阻設(shè)計(jì)了如圖所示的電表 該電表有1 2兩個(gè)量程 關(guān)于該電表 下列說法中正確的是 A 測電壓時(shí) 量程1一定小于量程2 與R1 R2和R3的阻值無關(guān)B 測電流時(shí) 量程1一定大于量程2 與R1 R2和R3的阻值無關(guān)C 測電壓時(shí) 量程1與量程2間的大小關(guān)系與R1 R2和R3的阻值有關(guān)D 測電流時(shí) 量程1與量程2間的大小關(guān)系與R1 R2和R3的阻值有關(guān) 答案B當(dāng)利用這塊電表測量電壓時(shí) 該表量程為當(dāng)電流計(jì)滿偏時(shí)電流計(jì)所在支路的總電壓 即U IgR 其中R為支路總電阻 因量程2的支路總電阻小于量程1的支路總電阻 所以量程2小于量程1 故選項(xiàng)A C均錯(cuò)誤 當(dāng)利用此電表測電流時(shí) 電表量程等于電流計(jì)滿偏時(shí)兩支路電流之和 由并聯(lián)電路的支路電流關(guān)系可以知道 量程1一定大于量程2 所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤 選項(xiàng)B正確 6 2017北京朝陽期末 某同學(xué)利用如圖所示的電路測定干電池的電動勢和內(nèi)電阻 經(jīng)過正確的操作獲得了若干組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 據(jù)此描繪的U I圖像 其中U I分別為電壓表和電流表的讀數(shù) 如選項(xiàng)圖中的實(shí)線所示 虛線表示該電池兩端的電壓與流經(jīng)電池電流的關(guān)系圖線 則圖像合理的是 答案A從電路圖可以看出 電壓表測量的是路端電壓 因此電壓表的示數(shù)是干電池兩端的電壓 由于電流表測量的是一個(gè)支路的電流 流經(jīng)電源的電流是干路電流 為電流表示數(shù)和流經(jīng)電壓表電流之和 因此電壓相同 在同一個(gè)電壓下 流經(jīng)電源的電流大于電流表示數(shù) 故虛線應(yīng)在實(shí)線右邊 當(dāng)U 0時(shí) 電壓表不分電流 電流表測量的是真實(shí)值 故圖像與I軸的交點(diǎn)不變 故選A 7 2017北京海淀二模 20 電源的兩個(gè)重要參數(shù)分別是電動勢E和內(nèi)電阻r 對一個(gè)電路有兩種特殊情況 當(dāng)外電路斷開時(shí) 電源兩端的電壓等于電源電動勢 當(dāng)外電路短路時(shí) 短路電流等于電動勢和內(nèi)電阻的比值 現(xiàn)有一個(gè)電動勢為E 內(nèi)電阻為r的電源和一阻值為R的定值電阻 將它們串聯(lián)或并聯(lián)組成的系統(tǒng)視為一個(gè)新的等效電源 這兩種連接方式構(gòu)成的等效電源分別如圖甲和乙中虛線框所示 設(shè)新的等效電源的電動勢為E 內(nèi)電阻為r 試根據(jù)以上信息 判斷下列說法中正確的是 A 甲圖中的E E r R rB 甲圖中的E E r R r C 乙圖中的E E r D 乙圖中的E E r 答案D當(dāng)外電路斷開時(shí) 電源兩端的電壓等于電源電動勢 甲的等效電源外電路斷開時(shí) I 0 R相當(dāng)于導(dǎo)線 電源兩端的電壓即原電源的電動勢E R與r串聯(lián)形成新電源的內(nèi)阻 所以內(nèi)阻為R r 乙的等效電源外電路斷開時(shí) 新電源兩端電壓即R兩端電壓為 R與r并聯(lián)形成新的電源內(nèi)阻 所以內(nèi)阻為 綜上選擇D 考查點(diǎn)等效電源 電阻串并聯(lián)知識的應(yīng)用 易錯(cuò)警示乙圖中等效電源的電動勢等于R與r形成的串聯(lián)電路中R兩端的電壓 而不是原電源的電動勢 8 18分 2017北京順義二模 23 某課外小組設(shè)計(jì)了一種測定風(fēng)速的裝置 其原理如圖所示 一個(gè)勁度系數(shù)k 1300N m 自然長度L0 0 5m的彈簧一端固定在墻上的M點(diǎn) 另一端N與導(dǎo)電的迎風(fēng)板相連 彈簧穿在光滑水平放置粗細(xì)均勻的電阻率較大的金屬桿上 彈簧是由不導(dǎo)電的材料制成的 迎風(fēng)板面積S0 0 5m2 工作時(shí)總是正對著風(fēng)吹來的方向 電路的一端與迎風(fēng)板相連 另一端在M點(diǎn)與金屬桿相連 迎風(fēng)板可在金屬桿上滑動 且與金屬桿接觸良好 不計(jì)摩擦 定值電阻R 1 0 電源的電動勢E 12V 內(nèi)阻r 0 5 閉合開關(guān) 沒有風(fēng)吹時(shí) 彈簧處于自然長度 電壓表的示數(shù)U1 3 0V 某時(shí)刻由于風(fēng)吹迎風(fēng)板 待迎風(fēng)板再次穩(wěn)定時(shí) 電壓表的示數(shù)變?yōu)閁2 2 0V 電壓表可看做理想電表 試分析求解 二 非選擇題 共38分 1 此時(shí)風(fēng)作用在迎風(fēng)板上的力的大小 2 假設(shè)風(fēng) 運(yùn)動的空氣 與迎風(fēng)板作用后的速度變?yōu)榱?空氣的密度為1 3kg m3 求風(fēng)速的大小 3 對于金屬導(dǎo)體 從宏觀上看 其電阻定義式為 R 金屬導(dǎo)體的電阻滿足電阻定律 R 在中學(xué)教材中 我們是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出電阻定律的 而 金屬經(jīng)典電子論 認(rèn)為 電子定向運(yùn)動是一段一段加速運(yùn)動的接替 各段加速都是從定向速度為零開始 設(shè)有一段通電金屬導(dǎo)體 其長為L 橫截面積為S 自由電子電荷量為e 質(zhì)量為m 單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n 自由電子兩次碰撞之間的時(shí)間為t0 試?yán)?金屬經(jīng)典電子論 從理論上推導(dǎo)金屬導(dǎo)體的電阻R 解析 1 無風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的電阻為R1有U1 R1得R1 0 5 有風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的電阻為R2有U2 R2得R2 0 3 此時(shí) 彈簧的長度L L0 0 3m彈簧的壓縮量x L0 L 0 2m根據(jù)平衡條件得 此時(shí)的風(fēng)力F kx 260N 6分 2 設(shè)風(fēng)速為v 在 t時(shí)間內(nèi)接觸到迎風(fēng)板的空氣質(zhì)量為 m m S0v t根據(jù)動量定理可得 答案 1 260N 2 20m s 3 見解析 F t S0v2 t得v 20m s 6分 3 設(shè)導(dǎo)體兩端的電壓為U 自由電子定向運(yùn)動的平均速率為v 由牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)律得 v t0從微觀上看 電流I neSv綜上 由電阻的定義式得R 所以R 6分 考查點(diǎn)電路 力的平衡 動量定理 電阻 思路點(diǎn)撥 1 弄清電路的連接 求出無風(fēng)和有風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的電阻 進(jìn)一步就可求出彈簧的壓縮量 再根據(jù)胡克定律求出風(fēng)力大小 2 對風(fēng)先建立流體模型 再應(yīng)用動量定理求出風(fēng)的速度 3 先建立電子運(yùn)動模型 在電場力作用下的初速度為零的勻加速直線運(yùn)動 再結(jié)合電流的微觀表達(dá)式求解出電阻與L S的關(guān)系式 9 20分 2017北京東城一模 24 利用圖像分析問題是物理學(xué)中常用的方法 其中的斜率 面積通常具有明確的物理意義 a 小明以6m s的初速度將足球水平踢出 足球在草坪上滾動直到停下來的全過程中的速度 時(shí)間圖像如圖1所示 圖1中圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積等于12個(gè)小方格的面積 圖1 1 請你判斷 足球在滾動過程中受到的阻力大小是變大 變小還是不變 2 求足球滾動了多遠(yuǎn)才停下來 b 用如圖2所示的電路研究電容器的放電過程 其中電壓傳感器相當(dāng)于一個(gè)理想電壓表 可以顯示電阻箱兩端電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系 實(shí)驗(yàn)時(shí)將電阻箱R的阻值調(diào)至2000 將開關(guān)S撥到a端 電源向電容器充電 待電路穩(wěn)定后 將電壓傳感器打開 再將開關(guān)S撥到b端 電容器通過電阻箱放電 以S撥到b端時(shí)為t 0時(shí)刻 電壓傳感器測得的電壓U隨時(shí)間t變化的圖像如圖3所示 忽略導(dǎo)線及開關(guān)的電阻 且不考慮電路輻射問題 1 求電容器所帶電荷量的最大值 2 在圖4上定量畫出放電過程中電容器兩端電壓U隨電荷量Q變化的關(guān)系圖像 并據(jù)此求出在電容器充電過程中電源內(nèi)部產(chǎn)生的熱量 圖4 解析a 1 足球在滾動過程中受到的阻力變小 2 圖1中圖線與坐標(biāo)軸所圍面積即足球滾動的距離 足球滾動了12m才停下來 b 1 在電容器放電過程中的任意瞬時(shí)有 Q I t根據(jù)歐姆定律有I U t圖線與t軸所圍面積除以電阻R即電容器所帶電荷量的最大值 由圖可知該面積等于12個(gè)小方格的面積 因此電容器所帶電荷量的最大值Qm 6 10 3C 2 電容器所帶電荷量Q與其兩端電壓U成正比 且由圖3知電容器所帶電荷量最大時(shí) 電容器兩端電壓U 6V 電源電動勢E 6V 放電過程中電容器兩端電壓U隨電荷量Q變化的關(guān)系圖像如圖所示 答案a 見解析b 1 6 10 3C 2 見解析 電容器放電過程中任意瞬時(shí)釋放的電勢能 E U Q U Q圖線與Q軸所圍面積為電容器放電過程中釋放的總電勢能EC 也是電容器在充電時(shí)獲得的總電勢能 即EC 18mJ電容器充電過程中 非靜電力做功提供的總能量E總 EQm 36mJ電容器充電過程中電源內(nèi)部產(chǎn)生的熱量Qr E總 EC 18mJ說明 其他方法正確同樣給分 1 2017北京西城二模 20 智能手機(jī)電池 快速充電技術(shù) 可以使用戶在短時(shí)間內(nèi)完成充電 比如對一塊額定電壓3 7V 容量1430毫安時(shí)的電池充電 可以在半小時(shí)內(nèi)將電池充到滿容量的75 結(jié)合本段文字和你所學(xué)知識 關(guān)于 快速充電技術(shù) 你認(rèn)為下列敘述中比較合理的是 A 這里所提到的 毫安時(shí) 指的是一種能量單位B 這里所提到的 滿容量的75 是指將電池電壓充到3 7V的75 C 快速充電技術(shù)提高了鋰電池的原有容量D 對額定電壓3 7V的鋰電池充電 其充電電壓應(yīng)高于3 7V C組教師專用題組 答案D毫安時(shí)是電量的單位 A錯(cuò)誤 容量指的是電量 B錯(cuò)誤 由電池容量不變知C錯(cuò)誤 充電電壓應(yīng)高于電池的額定電壓 否則不能充電 D正確 2 2017北京豐臺一模 16 在如圖所示電路中 電源內(nèi)阻不可忽略 開關(guān)S閉合后 在滑動變阻器R2的滑動端由b向a緩慢滑動的過程中 下列說法正確的是 A 電流表的示數(shù)增大B 電壓表的示數(shù)減小C 電容器C的電容增大D 電容器C所帶電荷量增大 答案D滑動端由b向a滑動的過程中 R2接入電路部分的阻值增大 由閉合電路歐姆定律可知電流表的示數(shù)減小 A項(xiàng)錯(cuò)誤 由串聯(lián)電路的分壓規(guī)律可知電壓表的示數(shù)增大 B項(xiàng)錯(cuò)誤 由Q CU可知 D項(xiàng)正確 電容器的電容由自身結(jié)構(gòu)決定 跟它的帶電荷量或它兩端電壓大小無關(guān) 故C項(xiàng)錯(cuò)誤 考查點(diǎn)串聯(lián)電路的分壓作用 閉合電路歐姆定律 電容器的電容 思路分析 動態(tài)電路 分析的基本思路是局部 整體 局部 同時(shí)注意正確應(yīng)用閉合電路歐姆定律和歐姆定律 在北京高考試題中此類問題屢次出現(xiàn) 考生應(yīng)當(dāng)引起足夠重視 3 2018北京房山二模 24 電荷的定向移動形成電流 電流是物理量中的基本量之一 電流載體稱為載流子 大自然有很多種承載電荷的載流子 例如 金屬導(dǎo)體內(nèi)可自由移動的電子 電解液內(nèi)的離子 等離子體內(nèi)的正負(fù)離子 半導(dǎo)體中的空穴 這些載流子的定向移動 都可形成電流 1 電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動時(shí) 可等效為環(huán)形電流 已知靜電力常量為k 電子的電荷量為e 質(zhì)量為m 電子在半徑為r的軌道上做圓周運(yùn)動 試計(jì)算電子繞氫原子核在該軌道上做圓周運(yùn)動形成的等效電流大小 2 如圖 AD表示一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體 兩端加一定的電壓 導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v 設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S 導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自由電荷所帶的電荷量為e 試證明導(dǎo)體中電流大小I neSv 3 有一圓柱形的純凈半導(dǎo)體硅 其橫截面積為2 5cm2 通有電流2mA時(shí) 其內(nèi)自由電子定向移動的平均速率為7 5 10 5m s 空穴定向移動的平均速率為2 5 10 5m s 已知硅的密度為2 4 103kg m3 摩爾質(zhì)量是28g mol 電子的電荷量e 1 6 10 19C 空穴和電子總是成對出現(xiàn) 它們所帶電荷量相等 但電性相反 阿伏加德羅常數(shù)為NA 6 02 1023mol 1 若一個(gè)硅原子至多只釋放一個(gè)自由電子 試估算此半導(dǎo)體材料平均多少個(gè)硅原子才有一個(gè)硅原子釋放出自由電子 解析 1 5分 電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動 所需的向心力由核對電子的庫侖引力來提供 根據(jù) mr 又I 解得 I 2 5分 導(dǎo)體中電流大小I t時(shí)間內(nèi)所有電荷沿導(dǎo)體長度方向定向移動的距離為vt 則t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的自由電荷數(shù)為nSvt 該時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體該橫截面的電荷量 q nSvte 則I neSv 3 10分 設(shè)此半導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子 同時(shí)也將有n個(gè)空穴 以S表示橫截面積 v1和v2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子的定向移動速率 I1和I2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子形成的電流 則有 I1 nev1S 答案見解析 I2 nev2S總電流I I1 I2由此可得 n 設(shè)單位體積內(nèi)有n個(gè)硅原子放出一個(gè)自由電子 單位體積內(nèi)硅原子的個(gè)數(shù)N NA則 代入數(shù)據(jù)解得 1 10 5則知每1 105個(gè)硅原子才有一個(gè)硅原子釋放出一個(gè)自由電子 思路點(diǎn)撥注意建立微觀模型