2023年高考物理一轮复习课时分层集训23电流电阻电功率及焦耳定律新人教版

课时分层集训(二十三)电流电阻电功率及焦耳定律(限时：40分钟)[根底对点练]电流的理解1．智能耗电量大，移动充电宝应运而生，它是能直接给移动设备充电的储能装置．充电宝的转化率是指电源放电总量占电源容量的比值，一般在0.60～0.70之间(包括移动电源和被充电池的线路板、接头和连线的损耗)．如图8­1­12为某一款移动充电宝，其参数见下表，以下说法正确的选项是()图8­1­12容量20000mAh兼容性所有智能边充边放否保护电路是输入DC5V2AMA×输出DC5V0.1A－2.5A尺寸156*82*22mm转换率0.60产品名称索扬SY10-200重量约430gA．充电宝充电时将电能转化为内能B．该充电宝最多能储存能量为3.6×106JC．该充电宝电量从零到完全充满电的时间约为2hD．该充电宝给电量为零、容量为3000mAh的充电，那么理论上能充满4次D[充电宝充电时将电能转化为化学能，不是内能，故A错误；该充电宝的容量为：q＝20000mAh＝20000×10－3×3600C＝7.2×104C；该电池的电动势为5V，所以充电宝储存的能量：E＝E电动势·q＝5×7.2×104J＝3.6×105J，故B错误；以2A的电流为用电器供电，那么供电时间t＝eq\f(q,I)＝eq\f(7.2×104,2)s＝3.6×104s＝10h，故C错误；由于充电宝的转化率是0.6，所以可以释放的电能为：20000mAh×0.6＝12000mAh，给容量为3000mAh的充电的次数：n＝eq\f(12000,3000)＝4次，故D正确．应选D.]2．(2023·威海模拟)一根长为L、横截面积为S的金属棒，其电阻率为ρ.棒内单位体积内的自由电子数为n，电子的电量为e，在棒两端加上恒定电压U时，棒内产生电流，那么自由电子定向移动的速率为()【导学号：84370306】A.eq\f(U,neρL) B.eq\f(US,neρL)C.eq\f(US,neρL2) D.eq\f(UL,neρS)A[导体中的电流为I＝neSv，导体的电阻为R＝eq\f(ρL,S)，导体两端的电压为U＝RI，解得：v＝eq\f(U,neρL)，应选A.]3．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q.此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()A．nvS B．nvΔtC.eq\f(IΔt,q) D.eq\f(IΔt,Sq)C[根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt，所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝eq\f(Q,q)＝eq\f(IΔt,q)，所以C项正确，D项错误．由于自由电子定向移动的速度是v，因此在时间Δt内，位于以横截面S、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面(如下图)．这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过横截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt，选项A、B均错误．]如下图，某种材料确定的圆柱形导体长为L，横截面的直径为d，其两端所加的电压为U.当这三个物理量中仅有一个物理量改变时，关于导体中自由电子定向运动的平均速率，以下说法正确的选项是()A．电压变为2U，导体中自由电子定向运动的平均速率不变B．导体的长度变为2LC．导体横截面的直径变为2d，导体中自由电子定向运动的平均速率不变D．导体横截面的直径变为0.5d，导体中自由电子定向运动的平均速率变为原来的2倍C[根据电流的微观表达式I＝nqvS、欧姆定律I＝eq\f(U,R)和电阻定律R＝ρeq\f(L,S)，可得v＝eq\f(U,nqρL)，自由电子定向运动的平均速率由U、n、q、ρ和L共同决定，与d无关．分析可知C正确．]电阻、电阻定律的理解应用4．欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律．有一个长方体金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且a>b>c.电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻阻值最小的是()A[选项A中电阻横截面积最大，长度最小，根据R＝ρeq\f(l,S)可知，其电阻最小．选A.]5．如图8­1­13所示，厚度均匀的矩形金属薄片边长lab＝10cm，lbc＝5cm.当将A与B接入电压为U的电路中时，通过的电流为1A．假设将C与D接入同一电路中，那么通过的电流为()图8­1­13A．4A B．2AC.eq\f(1,2)A D.eq\f(1,4)AA[设沿AB方向的横截面积为S1，沿CD方向的横截面积为S2，那么eq\f(S1,S2)＝eq\f(1,2).设A与B接入电路中时的电阻为R1，C与D接入电路中时的电阻为R2，那么eq\f(R1,R2)＝eq\f(ρ\f(lab,S1),ρ\f(lbc,S2))＝eq\f(4,1).由欧姆定律得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U/R1,U/R2)＝eq\f(1,4)，故I2＝4I1＝4A．选项A正确．]6．(2023·保定模拟)如图8­1­14所示，一段长为a、宽为b、高为c(a>b>c)的长方体金属导体，将其中的两个对立面接入电路中时，最大的电阻为R，那么最小的电阻为()【导学号：84370307】图8­1­14A.eq\f(c2R,a2) B.eq\f(c2R,ab)C.eq\f(a2R,bc) D．RA[根据电阻定律知，最大电阻为R＝ρeq\f(a,bc)，最小电阻为R′＝ρeq\f(c,ab)＝ρeq\f(a,bc)×eq\f(c2,a2)＝eq\f(c2R,a2)，故A正确．]7．两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同电压后，那么在相同时间内通过它们的电荷量之比为()A．1∶4 B．1∶8C．1∶16 D．16∶1C[对于第一根导线，均匀拉长到原来的2倍，那么其横截面积必然变为原来的eq\f(1,2)，由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍，第二根导线对折后，长度变为原来的eq\f(1,2)，横截面积变为原来的2倍，故其电阻变为原来的eq\f(1,4).给上述变化后的裸导线加上相同的电压，由欧姆定律得：I1＝eq\f(U,4R)，I2＝eq\f(U,R/4)＝eq\f(4U,R)，由I＝eq\f(q,t)可知，在相同时间内，电荷量之比q1∶q2＝I1∶I2＝1∶16.]欧姆定律及U­I图线8．(2023·宜昌模拟)如图8­1­15所示，a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线，以下判断中正确的选项是()图8­1­15A．a代表的电阻丝较粗B．b代表的电阻丝较粗C．a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值D．图线表示电阻丝的阻值与电压成正比B[图线的斜率表示电阻的倒数，故Ra>Rb，C错误；由R＝ρeq\f(l,S)知a的横截面积较小，A错误，B正确；由图象知导体的电阻与电压无关，D错误．]9.某导体中的电流随其两端电压的变化如图8­1­16所示，那么以下说法中正确的选项是()图8­1­16A．加5V电压时，导体的电阻约为5ΩB．加11V电压时，导体的电阻约是1.4ΩC．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小D．此导体为线性元件A[对某些导电器材，其伏安特性曲线不是直线，但曲线上某一点的eq\f(U,I)值仍表示该点所对应的电阻值．当导体在加5V电压时，电阻R1＝eq\f(U,I)＝5Ω，A正确；当导体加11V电压时，由图知电流约为1.4A，电阻大于1.4Ω，B错误；当电压增大时，eq\f(U,I)值增大，即电阻增大，导体为非线性元件，C、D错误．]10．(2023·杭州五校联考)如图8­1­17所示为A、B两电阻的伏安特性曲线，关于两电阻的描述正确的选项是()图8­1­17A．电阻A的阻值随电流的增大而减小，电阻B阻值不变B．在两图线交点处，电阻A的阻值等于电阻B的阻值C．在两图线交点处，电阻A的阻值大于电阻B的阻值D．在两图线交点处，电阻A的阻值小于电阻B的阻值B[由题图可知，电阻A图线的斜率越来越大，故A的阻值随电流的增大而增大，电阻B阻值不变，选项A错误；两图线的交点处电流和电压均相同，由欧姆定律可知，两电阻的阻值大小相等，选项B正确，C、D错误．]电功、电功率、电热的计算11．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，那么以下说法中正确的选项是()【导学号：84370308】A．电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB．电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC．1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103JD．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍C[由于电饭煲是纯电阻元件，所以R1＝eq\f(U,I1)＝44Ω，P1＝UI1＝1100W，其在1min内消耗的电能W1＝UI1t＝6.6×104J，洗衣机为非纯电阻元件，所以R2≠eq\f(U,I2)，P2＝UI2＝110W，其在1min内消耗的电能W2＝UI2t＝6.6×103J，其热功率P热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍．选C.]12．在研究微型电动机的性能时，应用如图8­1­18所示的实验电路．当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.5V．重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为1A和14V．那么这台电动机正常运转时输出功率以及一分钟内产生的热量分别为()图8­1­18A．14W,220J B．12W,220JC．11W,180J D．9W,180JC[电动机停止转动时为纯电阻元件，其线圈内阻r＝eq\f(U,I)＝eq\f(1.5,0.5)Ω＝3Ω，电动机正常运转时，其输出功率P＝I′U′－I′2r＝11W，电动机一分钟内产生的热量Q＝I′2rt＝180J，应选项C正确．]13．(多项选择)如图8­1­19所示，电源电动势E＝3V，小灯泡L的规格为“2V,0.4W〞，开关S接1，当滑动变阻器调到R＝4Ω时，小灯泡L正常发光，现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作．那么()图8­1­19A．电源内阻为1ΩB．电动机的内阻为4ΩC．电动机正常工作电压为1VD．电源效率约为93.3%AD[小灯泡正常工作时的电阻RL＝eq\f(U2,P)＝10Ω，流过小灯泡的电流I＝eq\f(P,U)＝0.2A，当开关S接1时，R总＝eq\f(E,I)＝15Ω，电源内阻r＝R总－R－RL＝1Ω，A正确；当开关S接2时，电动机M两端的电压UM＝E－Ir－U＝0.8V，C错误；由于电动机为非纯电阻元件，由题条件无法求得电动机的内阻，B错误；电源的效率η＝eq\f(E－Ir,E)＝eq\f(2.8V,3V)≈93.3%，D正确．]如下图，电源内阻不可忽略，电路中接有一小灯泡和一电动机．小灯泡L上标有“6V12W〞字样，电动机的线圈电阻RM＝0.5Ω.假设灯泡正常发光时，电源的输出电压为12V，此时()A．整个电路消耗的电功率为24WB．电动机的热功率为12WC．电动机的输出功率为12WD．电动机的输入功率为12WD[灯泡正常发光，那么电路电流I＝IL＝eq\f(PL,UL)＝2A．电路电流，由于不知电源电动势，无法求出整个电路消耗的电功率，故A错误；电动机的热功率PQ＝I2RM＝22×0.5W＝2W，故B错误；灯泡正常发光时，电动机电压UM＝U－UL＝12V－6V＝6V，电动机的输入功率P＝UMI＝6×2W＝12W，电动机的输出功率P出＝P－PQ＝12W－2W＝10W，故C错误，D正确．][考点综合练]14．(2023·衡水模拟)一根导线两端加上电压U，导体中自由电子定向移动的平均速率为v，现将导线均匀拉长至横截面半径为原来的eq\f(1,2)，然后两端加上电压U，那么导线中自由电子定向移动的平均速率为()【导学号：84370309】A.eq\f(v,2) B.eq\f(\r(2)v,2)C.eq\f(v,4) D.eq\f(\r(2)v,4)C[横截面的半径变为原来的eq\f(1,2)，可知面积变为原来的eq\f(1,4)，由体积V＝LS不变，可知长度变为原来的4倍．由电阻定律的表达式R＝ρeq\f(L,S)，可得变化后的电阻值为：R′＝ρeq\f(4L,\f(1,4)S)＝16R，由I＝eq\f(U,R)可知，电流变为eq\f(I,16).由电流的微观表达式I＝nqSv，可知v＝eq\f(I,nqS)，v′＝eq\f(I′,nqS′)，故v′＝eq\f(\f(1,16)I,nq\f(1,4)S)＝eq\f(1,4)v，C正确．]15．(2023·北京丰台模拟)如图8­1­20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＝6Ω，临界电流IC＝0.6A，限流电阻R2＝12Ω，灯泡L上标有“6V,3W〞字样，电源电动势E＝6V，内阻忽略不计，那么以下判断不正确的选项是()图8­1­20A．当灯泡正常发光时，通过灯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0.5AB[当灯泡正常发光时，通过灯L的电流为IL＝eq\f(P,U)＝eq\f(3,6)A＝0.5A，选项A正确；当灯泡正常发光时，超导部件处于超导状态，那么通过超导部件的电流为0.5A，通过R2的电流为零，选项B错误；当灯泡L发生故障短路时，超导部件处于正常态