高考物理二轮复习专练 模型46 含电容电路和电动机电路模型（解析版）

2024高考物理二轮复习80热点模型

最新高考题模拟题专项训练

模型46含电容电路和电动机电路模型

最新高考题

1.（2023高考海南卷）如图所示电路，己知电源电动势为£,内阻不计，电容器电容为C,

闭合开关K,待电路稳定后，电容器上电荷量为（）

1—11

R4R

B.一CE

2

2

C.-CED.-CE

55

【参考答案】C

【名师解析】

电路稳定后，由于电源内阻不计，则整个回路可看成3R、2R的串联部分与R、4R的串联部

分并联，若取电源负极为零电势点，则电容器上极板的电势为

电容器下极板的电势为

则电容两端的电压

则电容器上的电荷量为。=CU上下二|CE,C正确。

2.（2022新高考江苏卷）如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为凡=2C,冗2=30

%=2C,R,=4C,电源电动势E=12V,内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是（）

C.%D.R4

【参考答案】A

【命题意图】本题考查电路功率、闭合电路欧姆定律、串并联电路规律及其相关知识点。

【解题思路】

由电路图可知R3与知串联后与&并联，再与凡串联。并联电路部分的等效电阻为

_&(&+g)

并(6+6+q)

E

由闭合电路欧姆定律可知，干路电流即经过R的电流为乙=1==3A

N+%

根据并联电路规律，并联部分各支路电流大小与电阻成反比，则Rz中电流

IR怆

R3、R4串联支路中电流，3二‘4="Z~=1A

%十尺4

四个灯泡的实际功率分别为片=/：为=18W,^=/^2=l2W,4=/；R,=2W,

4=/：%=4W

所以四个灯泡中功率最大的是Q，选项A正确。

3..（2021高考江苏物理卷）有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到

另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为IxIO-gF的电容器，在2ms内细胞膜两侧的电势

差从一70mV变为30mV,则该过程中跨膜电流的平均值为（）

A.1.5X10-7AB.2x10-7八C.3.5X10-7AD.5x10-7A

【参考答案】D

【命题意图】本题考查电容、电流定义及其相关知识点。

【解题思路】电势差从-70mV变为30mV,即△U=100mV,由电容定义C=Q/U可知,C=A

Q/AU,△Q=CAU=1X10'8X0.1C=1X109C,电流上△Q/t=5X10"A,选项D正确。

5.（2016全国理综甲）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Qi,；闭合开关S,电流再次稳

定后，C所带的电荷量为Q2。Qi与Q2的比值为

E

A.2/5B.1/2

C.3/5D.2/3

【参考答案】C

【名师解析］

设每个电阻的阻值为R,电池电动势为E,开关S断开且电流稳定时，其等效电路如图1

所示。电路总电阻为R+2R/3=5R/3,干路电流为匕E+5R/3=3E/5R,根据电流分流规律，上

侧两电阻串联中电流为1/3=E/5R,取电池负极为零电势，则电容器上侧极板电势为日5.电

容器两极板电压为E/5,C所带的电荷量为Q产CE/5。闭合开关S,电流再次稳定后，其等

UiU2

效电路如图2所示。电路总电阻为R+R/2=3即2,干路电流为仁E+3R/2=2E/3R,根据电流分

流规律，右侧电阻中电流为1/2;E/3R。取电池负极为零电势，则电容器上侧极板电势为E/3.

电容器两极板电压为E/3,C所带的电荷量为Q产CE/3。Qi与Q2的比值为：Qi:Qi=CE/5:

CE/3=3：5,选项C正确.

最新模拟题

1..（2024湖北黄冈外国语学校质检）如图所示，电源电动势E=7V,内阻尸2Q,电阻

/e=/?i=/?2=5Q,/?3=ion,可流表为理想电表，电容器的电容c=6",闭合开关s,电路稳定

后，下列说法正确的是（）

A.电流表示数为0.67A

B.R3两端的电压为5V

C.电容器所带的电景为3xl0-5c

D.若S断开通过后的电荷量为7.5X1CT6c

【参考答案】B

【名师解析】

由闭合电路欧姆定律，可得

1=—^—

R外十广

依题意，电路稳定后，电容器所在支路断路，有

"卜二一p-r

-------+---

N+R2R、

联立，解得

Z=1A

故A错误；

B.A两端的电压为路端电压，即

U=E-Ir=5\

故B正确；

电容器与电阻R|并联，极板间电压为u0二丁二-•K=2.5V

电容器所带的电量为Q=CU©=1.5x10-5c

故C错误；

若S断开，电容器放电，相当于电源，他与以串联后再与Q并联，通过两支路的甩流关系

为

7.g+&3

则通过R2的电荷量为Q&=Qx[=3.75xl(r6C

4

故D错误

O

2.(2023湖南“一起考“大联考).如图所示的电路中，电源电动势为12V,内阻为2C。四个

电阻的阻值已在图中标出，电容器的电容C=4.4RF。闭合开美舟、S2,电路稳定后，则

()

A.电源的输出功率为12W

B.电容器所带电荷量为2.2xl()TC

c.断开开关s2,稳定后电容器上极板所带电荷量与断开前相比的变化量为i/xio^c

D.断开开关S2,电源的输出功率增大

【参考答案】BC

【名师解析】

外电阻R=(5+15)X(I5+5)Q=|OQ

5+15+15+5

E

根据欧姆定律可知/二”=从

R+r

则电源的总功率为P=E/=12W

输出功率/=/2R=10W,A错误；

B.选电源负极为。势点，则电容器下极板的电势为

奴二—^-xlOV=7.5V

x15+5

上极板的电势为

=^—xlOV=2.5V

$15+5

则必间的绝对值电压为

M=I^-^|=|2.5V-7.5V|=5V

电容器电荷量为Q=C|t/"|=4.4xlO^x5C=2.2x10-5C

故B正确；

断开开关S2,外电阻为*=50+150=200

由「•闭合前外电阻R=10Q

内阻r=2n

则断开开关后，外电阻阻值远离电源内阻，则电源的输出功率减小，稳定后电路电流为

12

A：

2+5+15打

电容器的电压

Uf=—x[5\/=—V

1111

电容器上极板所带电荷量与断开前相比的变化量为

9()、

A2=CA[/=4.4X10-6X——5C=1.4X10-5C

11)

故C正确，D错误。

3.（2023重庆名校联盟二模）如图所示，C=6AF,R/=3Q,R=6C,电源电动势E=18V,

内阻不计。下列说法正确的是（）

A.开关S断开时，电容器C不带电

B.开关S断开时，通过R2的电流是3A

C.开关S闭合时，电容器C带的电荷量为3.6x|()rc

D.开关S由闭合到断开，电容器C带的电荷量增加了1.44XI0FC

【参考答案】C

.【名师解析】.开关S断开时，电容器接在电源两端，电路中没有电流，电容器两端电压

为电源电动势•，则电容器带电，故AB错误；开关S闭合时，肉,小两电阻串联，电路的

p18

电流为/=T-V=-r^A=：2A，电容器两端电压等于电阻飞两端的阻压

Aj+K-yJ+0

R3

U=U=LE=X18V=6V

cRtT-T777，电容器C带的电荷量为

A1+A2J+0

(2=Ct/=6xl0-6x6C=3.6xl0-5C,故C正确；开关S断开时，电容器接在电源两端，电路

中没有电流，电容器两端电压为电源电动势，此时电荷量为

(2=CE=6X10^X18C=10.8X10-5C,增力口的电荷为

△Q=-Q=(10.8-3.6)x10-5C=7.2x10-5C,故D错误c

4.(2023安徽马鞍山高二期末)在如图所示的电路中，Ri是滑动变阻器，&、/？3、&是定

值电阻，电源的电动势为E,内阻为，•.当开关S闭合时，电容器C不带电.现将滑动变阻器

滑片向右滑动到某•位置且电路稳定时，下列说法正确的是

E,rc

T|~勿

A.电源提供的总功率变小B.R2两端电压变大

C.凡两端电压变大D.电容器C的下极板带正电

【参考答案】.BD

【名师解析】现将滑动变阻器滑片向右滑动到某一位置射，用电阻减小，电路总电阻减小，

故总电流增大、所以路端电压U=E—〃•减小，电源提供的总功率P=£7变大，选项A错

误；通过心、R4的电流减小，所以通过R、&的电流增大，故&两端电压变大，R4两端

的电压变小，选项B正确，C错误；R电阻减小，那么凡、R2上电压降的比值减小，而R、

凡上电压降的比值不变，故电容器。上极板电压比下极板电压低，所以电容器C的下极板

带正电，选项D正确.

5.（2023湖南长沙名校联考）阻值相等的四个电阻、电容为C的电容器及电动势为E、内

阻可以忽略的电池连接成如图所示电路.开始时，开关S断开且电流稳定，然后闭合开

关S,电流再次稳定.闭合开关前后电容器所带的电荷量（）

A.增加丝

5

B.增加名至

15

C.增加空

3

D.减少在£

15

【参考答案】Bo

【名师解析】由已知条件及电容定义式。=号可得：Q=UC，Qi=UiC.

R+R1

5=RR、E=QE.

R+R+R

。尸竿,

--

2CE

^Q=QI~Q\=-----»故选项B正确

15

6.（2023浙江台州二模）某款电动自行车的内部电路可简化为如图所示，电源铭牌上标

有“36V,12Ah”字样。正常工作时，电源的输出功率为180W,工作效率为75%,电动机

机械效率为80%。己知自行车运动时受到阻力恒为40N。正常工作时（）

B.电动机的电流约为5A

C.自行车匀速行驶的最长时间约为1.8h

D.自行车匀速行驶的最近距离约为30km

【参考答案】C

【名师解析】

正常工作时，电源的输出功率为180W,工作效率为75%,则电源的输入功率为

=-^=—W=240W

场入一

775%

且由公式

P=UI

解得电动机的额定电流约为

帛入

空AP6.7A

U球36

设电动机的内阻为4，电动机的效率为80%,则

2

P-0.SP=lrM

解得

(1-08)x180

Cx0.8Q

6.72

由于电源与电动机都有内殂，故电动机两端电压

“P180”…

U=—=----V«27V

/6.7

故AB错误；

CD.根据电池容量Q=12Ah,电流为6.7A，则可得

z=-^=—h«1.8h

I6.7

自行车匀速行驶时

F=f

则由

80%尸=fv

解得

v=3.6m/s

自行车匀速行驶的最远距离约为

x=vr=1.8x3600x3.6m=23.328km

故C正确，D错误。

7.（2023安徽马鞍山高二期末）在如图甲、乙所示的电路中，电源电动势均为E=6V、内电

阻均为尸3Q,R是定值电阻，开关S闭合，规格为“4V0.8W”的小灯泡L均正常发光，电

动机M正常工作.下列说法正确的是

甲乙

A.甲图中电源效率为90%

B.甲图中定值电阻为5c

C.乙图中电动机的内阻为7Q

D.乙图中电动机正常工作电压为1.4V

【参考答案】.AD

U2

【名师解析】甲图中小灯泡正常工作时的电阻r=7=200,流过小灯泡的电流

pE-IrE

/=）=0.2A,电源效率〃=—^x100%=90%,选项A正确；甲图中勺=7=30。，

R=R忠一一一A、=70,选项B错误；乙图中电动机M两端的电压UM=E-〃-U=1.4V,

电动机为非纯电阻用电器，电动机内阻

RM内工牛=7Q,选项C错误、D正确.

8.（2023山东济南期末）电动自行车是日常短途出行的重要交通工具，为确保消费者的生

命财产安全，新国标规定电动自行车的最高速度不能超过25km/h。某品牌电动自行车所用

电动机的额定电压为48V,额定电流为12A,内电阻为1。。若该电动自行车在额定状态下

以国标规定的最高速度在水平地面上匀速行驶，不计其自身机械能损耗，则该电动自行车受

到的阻力约为（）

A.83NB.62NC.23ND.I7N

【参考答案】B

【名师解析】

对电动机有1〃=/2一+弓

由于电动自行车在额定状态下以国标规定的最高速度在水平地面上匀速行驶，则有

%"%，F=f

解得了=62N,故选B。

9.（2023湖南名校联盟期中）在如图所示电路中，电源电动势为10V,内阻为1C,指示

灯勺的阻值为16。，电动机⑭线圈电阻为2C。当开关S闭合时，电动机正常工作，指

示灯勺的电功率为4W。电流表为理想电表，那么卜.列说法中正确的是（）

A.流过电动机⑭的电流为1.5AB.电动机机械功的功率为12W

C.电动机的机械效率为75%D.电源的输出功率为16W

【参考答案】.AD

【名师解析】指示灯耳=/2R=一得〃=0.5A,UR=8V；由£=。犬+/尸得流过电流

表的电流为/=2A,流过电动机的电流为=/—〃=1.5A,所以A正确;

电动机的输人功率为PM=UMIM=8xl.5W=12W，热功率

2

PQ=I1RM=1.5x2W=4.51V,输出的机械功率尸=6,一心=7.5W；电动机效率

Z7=—x100%=62.5%,故BC错误;

PM

电源的输出功率%=U/=8x2W=16W,故D正确。

10..（2024湖北黄冈外国语学校质检）小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的

电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电

路如图所示，已知汽车电源电动势为15V,内阻为0.1C。车灯接通电动机未启动时，电流

表示数为15A（车灯可看咋不变的电阻）；电动机启动的瞬间，电流表示数达到60A,电动

A.车灯接通电动机未启动时，车灯的功率为225W

B.电动机启动时，车灯的功率为90W

C.电动机启动时输出的机械功率为I95W

D.电动机启动时，电源输出的功率为540W

【参考答案】BD

【名师解析】根据题意可知，电动机未启动时，车灯、电流表和电源串联，根据闭合电路欧

姆定律可知此时的路端电压

t/=E-/r=15V-15x0.1V=13.5V

则车灯的功率

p=u/=13.5X15W=202.5W

故A错误；

B.根据欧姆定律可知，车灯的电阻

/?=—=—Q=0.9Q

I15

电动机启动瞬间，车灯两端电压

=E-/r=15V-60x0.1V=9V

车灯的功率

,U,292

P=—=——W=90W

R0.9

故B正确；

C.电动机启动时，流经车灯的电流

U'9

I,=——=——A=10A

LR0.9

电动机启动时，流经电动机的电流

r

/M=/-/,=60A-10A=50A

输出的机械功率

%=-//=50x9W-502xO.IW=200W

故C错误；

D.电动机启动时，电源输出的功率为

R.=/,E-//2r=60xl5W-602x0.1W=540W

故D正确。

11..(2024湖北黄冈外国语学校质检)如图所示的电路中，电源电动势石=10V,内阻

r=0.5Q,电动机的电阻&=LUC,电阻用=1.56。电动机正常工作时，电压表的示数

5=3.0V,求：

(I)电源的总功率；

(2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率;

(3)电源的输出功率和效率。

【参考答案】⑴20W；(2)12W,8W；(2)18W,90%

【名师解析】(I)电动机正常工作时，电流为

电源的总功率为

R=/E=2X10W=20W

(2)电动机两端电压为

U=E-Ir-U,=(10-2x0.5-3.0)V=6V

电动机消耗的电功率为

[=/U=2x6W=12W

电动机的热功率为

%=/凡=2?xlW=4W

电动机将电能转化为机械能的功率

%=%一%=(12-4)W=8W

(3)电源的输出功率为

/=&-/=P«-/2r=(2O-22xO.5)W=18W

电源的效率

p1Q

=^-xl00%=—x100%=90%

凡20

12.(11分)(2023河北俣定重点高中质检)如图所示，电源电动势E=8V、内阻r=0.4Q,

闭合开关S后标有“6V12W”的灯泡L恰好能正常发光，已知电动机线圈的电阻&=0.5。,

求：

(1)电源的输出功率与创：

（2）电动机输出的机械功率61。

【名师解析】

（1）灯泡正常发光，路端电压U=6V,设干路电流为人根据闭合电路欧姆定律有

E=UIr（2分）

（2分）

解得格=30W。（1分）

（2）设灯泡的额定电流为/灯，通过电动机的电流为4，则有

/二』（1分）

Ju额

&=/一/灯（1分）

?=以「2K）（2分）

解得%=13.5W。（2分）

13.（2023江苏南通重点高中质检）如图所示的电路中，电源内阻r=2C,电动机的线圈电

阻R/=1Q,电动机正常工作，理想电压表的示数Uo=6V,电动机消耗的功率为20W,电源

输出功率为26W,求：

（1）定值电阻的阻值Ro；（4分）

（2）电源的电动势及电助机对外输出的机械功率。（5分）

R。

［名师解析】（1）根据题意可知，电阻品消耗的功率

/J=26W-20W=6W

又因

6号

解得

RQ=6Q

（2）电路中的电流

,母A

根据能量守恒有

%=IE-I2r

解得

E=28V

对电动机，根据能量守恒，有

以=%+尸医

%"W

解得

14.（9分）（2023辽宁六校协作体高二期中）一提升重物用的直流电动机工作时的电路图如图

所示。电动机内电阻ro=O.4Q,电路中另一电阻R=10Q,电源电动势E=180V,内阻片2C,

电压表的示数U=12（）V。求：

⑴通过电动机的电流；

⑵输入电动机的电功率；

⑶若电动机以u=lm/sftt速度匀速竖直向上提升重物，则该重物的质量。（x10m/s2）

【名师解析】.（9分）（1）由电路中的电压关系可得电阻R和电源内阻厂上的分压

UR+r=E-1/=180V-120V=60V（1分）

通过电动机的电流I=察=缥=5A（2分）

R+r1211

（2）电动机的分压%=U=120V,

输入电动机的电功率。电=/%=600川（2分）

（3）电动机的发热功率。热=产-0=10\¥（1分）

电动机输出的机械功率P出=2电一P热=590W（l分）

又一出=mgv（l分）

Pa.

所以机=葭=594（1分）

15.（12分）（2024河北邢台名校联考）如图所示，⑭为一线圈电阻A.=0-4Q的电动机，

电阻火=24。，电源电动势E=40V,当开关S断开时，理想电流表的示数乙=1.6A；

当开关S闭合时，电流表的示数，2=4.0人。

（1）求电源内阳r：

（2）开关S闭合时，求通过电动机的电流和电动机的机械功率。

【名师解析】：（1）当开关S断开时，由闭合电路欧姆定律得（R+r）x/|=E（2分）

解得尸=1。。（2分）

（2）当开关S闭合时，rrt=/2r=4V（1分）

。外=后一。内=36V（1分）

通过电阻R的电流。=|^A=1.5A（1分）

流过电动机的电流/=，2-//?=2.5A（1分）

电动机的电功率尸=U外/=90W（I分）

2

电动机的热功率P然=IRM=2.5W（1分）

电动机输出的机械功率P^=P%=87.5Wo（2分）

16.（2023北京丰台期末）如图所示，绝缘支架悬挂一金属槽，槽中盛有导电液体，槽底部

有一小孔，此小孔可以让槽中的液体一滴一滴无初速度地滴落。在槽下端通过绝缘支架水

平挂一金属板A,

A板中间挖•小孔且正对槽的小孔，两孔距离较为接近。现将槽和极板A接入电源，电源

电压为U,当槽中液滴位于A板小孔（不与A板接触）但未滴落时，可将槽和液滴所构

成的整体视作与A板共同构成电容器，电容大小为G,液滴滴落时所带电荷量与总净剩

电荷量的比值称为带电系数k（k为定值）。

在A板正下方的绝缘底座上水平放置另一金属极板B,A板与B板构成电容为C2的电

容器，通过调节槽中的液滴下落频率，保证A、B极板间不会同时存在两滴液滴。已知A、

B板间距为h,重力加速度为g,A板接地，槽中导电液体的液面变化可以忽略不计，

A板相较于小孔尺寸可视为无限大金属板，不考虑空气中带电粒子对装置的影响以及液滴

对A、

B板间电容的影响，开始时B极板不带电。

（1）求滴落时液滴所带电荷量Q:

（2）若液滴质量为m,求极板B可获得的最高电势（PB；

（3）