2020高考物理二轮复习专题七恒定电流对对练含解析.docx

恒定电流2020年高考必备2015年2016年2017年2018年2019年卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷考点一欧姆定律及其应用17考点二实验:1.测定金属的电阻率(练习使用螺旋测微器)实验:2.描绘小电珠的伏安特性曲线23实验:3.表头内阻测量2323232323实验:4.测定电源的电动势和内阻实验:5.练习使用多用电表及原理理解2322实验:6.电学设计及创新实验232223232323考点一欧姆定律及其应用命题角度1电路的基本性质和规律高考真题体验对方向(2016全国17)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.25B.12C.35D.23答案C解析S断开时等效电路图如图甲所示.设每个电阻阻值为R,电路中总电阻R总1=5R3,干路电流I干1=ER总1=3E5R;电容器两端电压为U1=13I干1R=E5,所带电荷量为Q1=CU1=CE5;S闭合后,等效电路图如图乙所示,电路中总电阻为R总2=3R2,干路电流I干2=ER总2=2E3R,电容器两端电压U2=12I干2R=E3,所带电荷量Q2=CU2=CE3.综上Q1Q2=35,C选项正确.分析闭合电路问题的四点注意(1)闭合电路欧姆定律E=U+Ir(E、r不变)和部分电路欧姆定律U=IR联合使用.(2)局部电阻增则总电阻增,反之总电阻减;支路数量增则总电阻减,反之总电阻增.(3)两个关系:外电压等于外电路上串联各分电压之和;总电流等于各支路电流之和.(4)涉及含电容电路时要搞清与电容并联支路的电压变化,并利用Q=CU及E=Ud分析.求解电路中电容器带电荷量的问题,要注意以下两点:一是把电容器当成断路简化电路图,按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化.二是电路稳定时,找到与电容器并联的电阻,而电容器的电压等于与之并联的电阻两端的电压.典题演练提能刷高分1.(多选)如图所示,电源的电动势E=6 V,内阻r=1 ,电阻R1=3 ,R2=6 ,电容器的电容C=3.6 F,二极管D一般是由硅或者锗管组成,具有单向导电性,下列判断正确的是()A.开关S1闭合,S2断开时和开关S1、S2均闭合时,电容器两端电压均为4 VB.开关S1闭合,S2断开,当合上S2,待电路稳定以后,电容器上电荷量变化了1.810-6 CC.开关S1、S2闭合,待电路稳定以后断开S1,流过R1的电荷量为9.610-6 CD.开关S1、S2闭合,待电路稳定以后断开S1,流过R1的电荷量为1.4410-5 C答案BC解析本题要抓住二极管的单向导电性,判断出其处于截止状态,对直流电路没有影响,关键是放电时,明确两个电阻是并联的,根据电流与电阻成反比来求解通过电阻的电荷量.设开关S1闭合,S2断开时,电容器两端的电压为U1,干路电流为I1,根据闭合电路欧姆定律有I1=ER1+r=63+1 A=1.5 AU1=I1R1=1.53 V=4.5 VQ1=CU1=3.610-64.5 C=1.6210-5 C合上开关S2后,电容器两端电压为U2,干路电流为I2,根据闭合电路欧姆定律有I2=ER1R2R1+R2+r=6363+6+1 A=2 AU2=I2R1R2R1+R2=2363+6 V=4 V所以电容器上电荷量减少了Q=(U1-U2)C=(4.5-4)3.610-6 C=1.810-6 C,故选项A错误,选项B正确;合上S1、S2后,电容器上的电荷量为:Q=CU2=3.610-64 C=1.4410-5 C.再断开S1后,R1和R2的电流与阻值成反比,故流过电阻的电荷量与阻值成反比.故流过电阻R1的电荷量为Q1=R2R1+R2Q=9.610-6 C,故选项C正确,D错误.2.(多选)硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点.如图所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I变化的关系图象(电池电动势不变,内阻不是定值),图线b是某电阻R的U-I图象.在该光照强度下将它们组成闭合回路时,下列说法中正确的是()A.硅光电池的内阻为8 B.硅光电池的总功率为0.4 WC.硅光电池的内阻消耗的热功率为0.32 WD.若将R换成阻值更大的电阻,硅光电池的输出功率增大答案AC解析由图可知该电池的电源电动势为3.6 V,由U内+UR=E可知内电压为1.6 V,硅光电池的内阻为r=U内I=1.60.2 =8 ,故A正确;硅光电池的总功率为P总=EI=3.60.2 W=0.72 W,故B错误;硅光电池的内阻消耗的热功率为P热=I2r=0.228 W=0.32 W,故C正确;若将R换成阻值更大的电阻,电路中电阻两端的电压变大,但电流变小,硅光电池的输出功率不一定增大,故D错误.故选AC.命题角度2(储备)电路的动态分析【典题】 (多选)(2019湖北武汉模拟)如图所示的电路中,电源电动势为E、内阻为r,定值电阻R1U2,I1I2B.滑片位于b点时,滑动变阻器接入电路的阻值为U2I2C.滑片由a滑到b,U2-U1I1-I2等于滑动变阻器接入电路的阻值变化量D.滑片由a滑到b,U2-U1I1-I2等于R1的阻值答案BD解析滑片从a到b,电阻增大,电流减小,电流表示数减小;根据U=E-IR1,电压表示数增大,故A错误;根据欧姆定律,滑动变阻器接入电路的阻值为R2=U2I2,故B正确;U2-U1等于R1电压的减小量,I1-I2等于R1电流的减小量,U2-U1I1-I2等于R1的阻值,故C错误,D正确.2.如图所示,电源电动势E,内电阻恒为r,R是定值电阻,热敏电阻RT的阻值随温度降低而增大,C是平行板电容器.闭合开关S,带电液滴刚好静止在C内.在温度降低的过程中,分别用I、U1、U2和U3表示电流表、电压表1、电压表2和电压表3示数变化量的绝对值.关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是()A.U1I、U2I、U3I一定都变大B.U1I和U3I一定不变,U2I一定变大C.带电液滴一定向下加速运动D.电源的工作效率一定变大答案D解析根据电路知识知,V3测路端电压,V2测热敏电阻RT的电压,V1测定值电阻R的电压,由U3=E-Ir,得U3I=r,由U2=E-I(R+r)得U2I=R+r,由U1=IR得U1I=R,故A、B错;带电液滴在平行板中受到向上的电场力和向下的重力处于平衡状态,在温度降低的过程,热敏电阻RT阻值变大,回路中电流变小,路端电压增大,由于流过定值电阻R的电流变小,所以分的电压也就变小,而路端电压增大,故V2示数增大,平行板间的电场强度也增大,导致带电液滴向上运动,故C错;=UIEI=UE,由于路端电压增大,所以电源的工作效率一定变大,故D正确.考点二实验:1.测定金属的电阻率(练习使用螺旋测微器)2.描绘小电珠的伏安特性曲线3.表头内阻测量4.测定电源的电动势和内阻5.练习使用多用电表及原理理解6.电学设计及创新实验命题角度1结合描绘小电珠的伏安特性曲线实验综合考查电路问题高考真题体验对方向(2017全国23)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表V(量程3 V,内阻3 k);电流表A(量程0.5 A,内阻0.5 );固定电阻R0(阻值1 000 );滑动变阻器R(阻值09.0 );电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干.(1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图.(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示.图(a)图(b)由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率(填“增大”“不变”或“减小”).(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 )和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率.闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W.(结果均保留2位小数)答案(1)如图所示(2)增大增大(3)0.391.17解析(1)由于要求电压调节范围大,故用分压式.电压表量程只有3 V,故需串联R0改装为量程为4 V的电压表.小灯泡电阻较小(RLRARV,故采用电流表内接法.电路图如图.将50 的定值电阻与电源等效为一个电动势为2 V,内阻为50 的新电源.在灯泡的I-U图上作出新电源的I-U图线,交点纵坐标即为电路中的电流,此时电流为15 mA.2.某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整.可供该同学选用的器材除开关、导线外,还有:电压表V1(量程03 V,内阻等于3 k)电压表V2(量程015 V,内阻等于15 k)电流表A1(量程0200 mA,内阻等于10 )电流表A2(量程03 A,内阻等于0.1 )滑动变阻器R1(010 ,额定电流2 A)滑动变阻器R2(01 k,额定电流0.5 A)定值电阻R3(阻值等于1 )定值电阻R4(阻值等于10 )定值电阻R5(阻值等于1 k)电源E(E=6 V,内阻不计)(1)请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁.(2)该同学描绘出的I-U图象应是图中的.答案(1)如图所示(2)B解析(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线实验时,需要设计成滑动变阻器的分压接法,滑动变阻器应选择与小灯泡阻值相接近的R1.给出的电压表V1量程小于小灯泡的额定电压,电压表V2量程又太大,因此需要将电压表V1串联一个1 k的定值电阻R5,改装成最大量程为4 V的电压表.给出的电流表A1量程小于小灯泡的额定电流,电流表A2量程又太大,因此需要将电流表A1并联一个10 的定值电阻R4,改装成最大量程为400 mA的电流表.(2)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大,所以该同学绘出的小灯泡的I-U图象应是B.3.(2019北京东城区二模)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线,提供以下实验器材:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A)电压表V(量程3 V,内阻3 k)电流表A(量程0.5 A,内阻约0.5 )电阻箱R0(09 999.9 )滑动变阻器R1(阻值05 ,2 A)滑动变阻器R2(阻值0200 ,1 A)学生电源E(电动势4 V,内阻不计)开关S及导线若干.(1)关于控制电路中滑动变阻器的连接方法,应选择.A.分压式连接B.限流式连接(2)为了减小系统误差,关于测量电路中电压表和电流表的连接方式,应选择.A.安培表内接法B.安培表外接法(3)实验提供的电压表量程小于小灯泡的额定电压,需要把电压表的量程扩大到4伏,改装电压表时,应将电阻箱阻值调至,并与题中所给电压表(选填“串联”或“并联”).(4)请在方框中画出该实验的电路图.(5)为操作方便,实验中滑动变阻器应选择(选填R1或R2).你的选择理由是.图(a)图(b)(6)实验中得到小灯泡的伏安特性曲线如图(a)所示,由实验曲线可知,随着电压的增加小灯泡的电阻(选填“增大”“不变”或“减小”).(7)现将与题中完全相同的两个小灯泡与另一电源E0(电动势4 V,内阻1.0 )和一阻值为9 的定值电阻连接成如图(b)所示电路.此电路中每个小灯泡两端的实际电压为V(结果保留两位有效数字).答案(1)A(2)B(3)1 000.0串联(4)见解析图(5)R1选择R1时,移动滑片,小灯泡两端的电压示数变化比较均匀(线性关系较好)(6)增大(7)1.1解析(1)因要得到从零开始连续可调的多组电压,控制电路中滑动变阻器的连接方法,应选择分压式连接,故选A.(2)小灯泡的电阻R=UI=3.80.32 12 RV,为了减小系统误差,测量电路中电压表和电流表的连接方式,应选择电流表外接法,故选B.(3)电压表的量程为3 V,内阻为3 k,则要把电压表的量程扩大到4 V,改装电压表时,应将电阻箱阻值调至4V-3V3V3k=1 k,并与题中所给电压表串联.(4)实验的电路图.图1(5)为操作方便,实验中滑动变阻器应选择阻值较小的R1.选择理由是:选择R1时,移动滑片,小灯泡两端的电压示数变化比较均匀(线性关系较好).(6)由实验曲线可知,随着电压的增加I-U线的斜率逐渐减小,则小灯泡的电阻增大.(7)设每个灯泡两端电压为U,电流为I,则由闭合电路的欧姆定律:E=2U+I(r+R),即4=2U+10I,即U=2-5I,将此函数关系画在灯泡的伏安特性曲线上,如图2,交点坐标为U=1.1 V,即此电路中每个小灯泡的两端的实际电压为1.1 V.图24.小明用如图甲所示的电路研究额定电压为2.4 V的灯泡L的伏安特性曲线.(1)在闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应该移到(选填“a”或“b”)端.(2)按该电路测出的灯泡电阻值与真实值相比偏(选填“大”或“小”).(3)按此方案测得的数据描绘出I-U图象如图乙所示,图象是一条曲线而不是直线的原因是.(4)若将两个这样的相同灯泡并联,与电源组成图丙所示的电路,已知电源的电动势E=3.0 V,内阻r=1.5 ,定值电阻R=1.0 ,则每个灯泡的实际功率为 W(结果保留两位小数).答案(1)a(2)小(3)小灯泡的电阻随温度的升高而增大(4)0.40(0.360.44)解析(1)闭合开关前,应将滑片置于输出电压最小的a端,以保护电流表;(2)根据欧姆定律,电阻测量值为R测=UI,若考虑电压表内阻影响,待测电阻的真实值为R真=UI-IV,比较可知R测R真,所以测出的灯泡电阻值比真实值偏小;根据欧姆定律应有I=UR=1RU,可见I-U图象上的点与原点连线斜率的倒数等于灯泡的电阻,由于连线的斜率逐渐减小,所以小灯泡的电阻随温度的升高而增大,即I-U图象是一条曲线而不是直线的原因是小灯泡的电阻随温度的升高而增大;(3)若将两个相同的灯泡并联后,接入题中所给的电源,设每只灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I,在闭合电路中,则有E=U+2I(r+R),变形得U=-2I(r+R)+E,代入数据得U=-5I+3,故在图乙中作出电源的I-U图象,如图所示由图可知交点横坐标为灯泡两端的电压U=1.0 V,交点纵坐标为流过灯泡的电流I=0.40 A,则每个灯泡的实际功率为P=UI=0.40 W.命题角度2(储备)结合测定金属的电阻率实验考查伏安法应用问题【典题】在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200 ,电压表V的内阻约为2 k,电流表A的内阻约为10 ,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式Rx=UI计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数.若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1(填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2(填“大于”“等于”或“小于”)真实值.答案Rx1大于小于解析根据题意,RVRx”“=”或“断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RVRV测量电表内阻常用的几种方法1.伏安法如图所示,闭合开关S,调节R1的阻值,记下电流表的示数I,电压表的示数U,则Rg=U-IR1I.2.等效替代法如图所示,此方法一般要选用一个量程比电流表G稍大的电流表A.先闭合S和S1,调节R1的阻值使电流表A的示数为I.然后断开S1,接通S2,调节R2的阻值使电流表A的示数仍为I,则Rg=R2.3.半偏法(1)半偏法近似测量电流表内阻.如图所示,测量电流表A的内阻,操作步骤如下:断开S2、闭合S1,调节R0,使A表满偏为I0;保持R0不变,闭合S2,调节R,使A表读数为I02;由上得RA=R.(2)半偏法近似测量电压表内阻.如图所示,测量电压表V的内阻,操作步骤如下:滑动变阻器的滑片滑至最右端,电阻箱的阻值调到最大;闭合S1、S2,调节R0,使V表示数指到满偏刻度;断开S2,保持R0不变,调节R,使V表指针指到满刻度的一半;由上可得RV=R.典题演练提能刷高分1.现有一块电流表A1,量程IA1=300 mA,内阻r1约为5 ,要把它改装成较大量程的电流表.首先要测量其内阻的准确值.实验室备有以下器材:电流表A2:量程IA2=600 mA,内阻约为r2=1 电压表V:量程15 V,内阻约为3 k;定值电阻:R0=5 ;滑动变阻器R1:最大电阻值10 ,额定电流为1 A滑动变阻器R2:最大电阻值250 ,额定电流为0.3 A电源E:电动势为3 V,内阻较小开关和导线若干.(1)有同学根据提供的器材,设想把电压表直接和电流表并联测量电流表A1的内阻,如图甲所示,仔细分析后发现是不可行的,其原因是.(2)请你选择合适的器材,设计一个测量电流表A1内阻的电路原理图,要求电流表A1的示数从零开始变化,且能多测几组数据,尽可能减少误差.(3)若测得电流表A1的内阻r1=5.0 ,就可以将A1改装成0.6 A和3 A两个量程的电流表.如图乙所示,则电阻Ra= ,Rb= .答案(1)电压表的量程为15 V,而电流表的满偏电压只有1.5 V,显然测量误差较大,不能达到测量精确值的目的(2)图见解析(3)14解析(1)电压表的量程为15 V,而电流表的满偏电压只有1.5 V,显然测量误差较大,不能达到测量精确值的目的;(2)测量电流表的内阻的关键是测量电流表两端的电压,定值电阻R0的阻值为5 ,定值电阻R0和电流表A1并联可以间接计算出电流表A1两端的电压;如图所示,题目中明确要求“电流表A1的示数从零开始变化”,所以采用滑动变阻器的分压接法,如图所示.(3)当电流表改装成0.6 A的量程时,有I1=IA1r1Ra+Rb+IA1,当电流表改装成3 A的量程时,有I2=IA1(r+Rb)Ra+IA1,代入数据可得Ra=1 ,Rb=4 .2.某物理兴趣小组围绕一个量程为3 mA,内阻Rg约为100 的电流计G展开探究,可供选择的器材有电阻箱R0,最大阻值为9 999.9 ,滑动变阻器甲,最大阻值为10 k,滑动变阻器乙,最大阻值为2 k,电源E1,电动势为1.5 V,内阻较小,电源E2,电动势为9 V,内阻较小;开关2个,导线若干.(1)为测量该电流计的内阻,小明设计了如图甲所示电路,实验步骤如下:断开S1和S2;将R调到最大;合上S1调节R使G满偏;合上S2,调节R0的值到R0使G半偏,此时刻认为G的内阻Rg=R0在上述可供选择的器材中,为了使测量尽量精确,滑动变阻器应该选择(选填“甲”或“乙”);电源应该选(选填“E1”或“E2”),在实验中认为电流计G内阻Rg=R0,此结果与Rg的真实值相比(选填“偏大”“偏小”或“相等”).(2)若测的电流计G的内阻Rg=100 ,小芳用电源E1、电阻箱R0和电流计G连接了如图乙所示的电路,在电流计两端接上两个表笔,设计出一个简易的欧姆表,并将表盘的电流刻度转化为电阻刻度;闭合开关,将两表笔断开;调节电阻箱,使指针指在“3 mA”处,此处刻度应标阻值为 (选填“0”或“”);再保持电阻箱阻值不变,在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电流刻度,则“2 mA”处对应表笔间电阻阻值为 .答案(1)甲E2偏小(2)160解析(1)根据半偏法的实验原理,为保证测量精确度要求滑动变阻器接入电路电阻远大于电流计内阻,以减小因闭合S2而引起总电流的变化量,从而减小误差,而当电动势越大的时候要使电流计满偏,则滑动变阻器接入电路电阻越大,因此电源选E2,滑动变阻器应选甲;闭合S2导致闭合回路总电阻减小则总电流增大,调节R0使G半偏,则此时流过电阻箱的电流大于流过电流计的电流,电阻箱的阻值小于电流计的实际内阻,此结果与Rg的真实值相比偏小.(2)由此欧姆表测量的是两表笔间的电阻,因此当将两表笔断开,两表笔间的电阻无穷大,则指针指在“3 mA”处,此处刻度应标阻值为,闭合开关,将两表笔断开,调节电阻箱,使指针指在Ig=3 mA处,则此时Ig=E1Rg+r+R0,代入数据解得r+R0=400 ,当两表笔间接入R时,电流计示数为I=2 mA,则URg=IRg=0.2 V,则Ur+R0=E1-URg=1.3 V,则干路总电流I总=Ur+R0r+R0=3.25 mA,因此流过R的电流IR=I总-I=1.25 mA,则R=URgIR=160 .3.某物理学习兴趣小组为了测量待测电阻Rx,设计了如下实验,用到的实验器材有:学生电源、灵敏电流计、电流表、滑动变阻器、电阻箱、定值电阻、开关、导线若干.(1)按设计方案完成以下实验步骤:按照图甲所示的原理图连接好实验电路;将滑动变阻器R2滑片调至适当位置,滑动变阻