2018年山东省济南一中高三物理三轮冲刺电流和电源-精美

电流和电源一、单选题（本大题共5小题，共30.0分）电源电动势反映了电源把其它形式的能量转化为电能的能力，因此()A.电动势是一种非静电力B.电动势越大，表明电源储存的电能越多C.电动势的大小是非静电力做功能力的反映D.电动势就是闭合电路中电源两端的电压C（济南一中）解：A、电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极搬运到正极所做的功，不是一种非静电力，故A错误．BC、电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能本领的物理量，是非静电力做功能力的反映，电动势越大，表明电源将其它形式的能转化为电能的本领越大，故B错误，C正确．D、电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，在闭合电路中电源两极间的电压是路端电压，小于电源电动势，故D错误．故选：C．电动势等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极搬运到正极所做的功，描述电源把其它形式的能量转化为电能本领的物理量．本题考查对电动势的理解，要注意电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，抓住电动势的物理意义和闭合电路欧姆定律进行分析．铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为()A.光速c B.IneS C.ρIneSm D（济南一中）解：单位长度质量为：m'=ρ⋅S⋅1；单位长度原子数为：；每个铜原子可以提供一个自由电子，故电子数为n=ρSNA而t=l解得：v=l故选：D。设自由电子定向移动的速率为v和导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t，求出导线中自由电子的数目，根据电流的定义式推导出电流的微观表达式，解得自由电子定向移动的速率．本题关键是建立物理模型，根据电流的定义式推导电流的微观表达式，它是联系微观与宏观的桥梁．已知干电池的电动势为1.5V，下列说法正确的是()A.当外电路闭合时，干电池两极间的电压等于1.5VB.当外电路断开时，干电池两极间的电压等于零C.当外电路闭合时，在1s内有1.5C的电荷通过该电池D.当1C的电荷通过干电池时，干电池能够把1.5J的化学能转化为电能D（济南一中）解：A、当外电路闭合时，两极间的电压为路端电压，小于电动势1.5V，故A错误；B、当外电路断开时，干电池两极间的电压等于电动势，故B错误；C、根据电动势无法求出单位时间内通过的电量，故C错误；D、由电动势的定义式E=Wq可知，当1C的电荷通过干电池时，干电池能够把1.5J的化学能转化为电能，故故选：D．电池的电动势等于电池没有接入电路时两极间的电压.可根据W=qE求电池提供的电能.结合电动势的定义式E=W解决本题的关键要掌握电动势的定义式E=W为了体现物理概念的本质特点，科学家会用比值定义法来定义物理量，下列属于比值定义法的是()A.a=Fm B.E=Fq C.B（济南一中）解：A、a=Fm是牛顿第二定律的表达式，不是加速度的定义式，故B、公式E=Fq是电场强度的定义式，电场强度的大小由本身决定，是比值定义法，故C、I=FBL是磁感应强度定义式的变形式，不是比值定义法，故D、U=QC电容定义式的变形式，不是比值定义法，故故选：B。所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法；比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性，它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变。本题关键抓住用比值定义法定义的物理量反映了物质最本质的属性，与分子和分母的两个物理量无关的特点进行分析。一节干电池的电动势为1.5V，表示该电池()A.一定有1.5J的化学能转变成电能B.在工作状态下两极间的电压恒定为1.5VC.比电动势为1.2V的电池存储的电能多D.将1C电量由负极输送到正极过程中，非静电力做了1.5J的功D（济南一中）解：A、D、电源电动势的大小表征了电源把其它形式的能转化为电能的本领大小，电动势在数值上等于将1C电量的正电荷从电源的负极移到正极过程中非静电力做的功，即一节干电池的电动势为1.5V，表示该电池能将1C电量的正电荷由负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5J的功，故D正确，A错误；B、工作状态时两极间的电压为路端电压，小于电源的电动势；故B错误；C、电动势大的说明电源把其它形式的能转化为电能的本领大，但电动势大的存储的电能不一定多，故C错误．故选：D．电源是一种把其它形式的能转化为电能的装置，电动势E的大小等于非静电力做的功与电量的比值，即E=W电动势E大小表征电源把其它形式能转化为电能本领大小，而电压U大小表征电能转化为其它形式的能的大小，要注意区分．二、多选题（本大题共4小题，共24分）如图所示，甲、乙两电路中电源完全相同，电阻R1>R2，在两电路中分别通过相同的电荷量q的过程中，下列判断正确的是(A.电源内部产生电热较多的是乙电路B.R1上产生的电热比RC.电源做功较多的是甲电路D.甲、乙两电路中电源做功相等ABD（济南一中）解：A.甲、乙两电路中电源完全相同，即电动势E与内电阻r相同，电阻R1>R2，根据闭合电路欧姆定律再比较I12rt1与I22B.由公式W=qE，可知，两电源做功相等，整个电路产生的电热相等，而甲电源内部产生的电热小于乙电源内部产生的电热，所以甲图外电路产生的电热大于乙图外电路.而外电路产生的电热就是电阻R上产生的电热.故B对．C.由公式W=qE，可知，通过的电量q和电动势E都相同，所以两电源做功相等.故C错，D对．故选ABD．A.比较甲乙两电路的电流大小，再根据电热公式Q=IB.先比较整个电路产生的电热，再通过电源内部产生电热大小从而比较出外电路产生的电热．CD.比较电源做功，可根据公式W=qE得知．解决本题的关键是抓住通过的电量相等，再结合电热的公式去求解.注意通过的电量相等，不能代表时间相等．如图所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入恒定的交变电压.开始时，开关S断开，当开关S闭合时，以下说法正确的有()A.等效电阻R的电压增加 B.通过灯泡L1的电流增加C.副线圈输出的电压增加 D.原线圈输入的功率增加AD（济南一中）解：A、开关S闭合后，电阻减小，而电压不变，副线圈的电流增大，电阻R电阻不变，电压变大，故A正确；B、副线圈电流增大，R两端的电压增大，所以灯泡上电压减小，故通过灯泡L1电流减小，故BC、副线圈电压由原线圈和匝数比决定，而原线圈电压和匝数比都没有变，所以副线圈输出电压不变，故C错误；D、原线圈的电压不变，而电流增大，故原线圈的输入功率增大，故D正确；故选：AD开关S闭合后改变了副线圈的电流和功率，根据变压器原副线圈电压、电流与匝数比的关系即可求解．本题主要考查了变压器的原理，要知道开关S闭合后，副线圈的电流和功率都变大，难度不大，属于基础题两个有界匀强磁场方向均垂直纸面，但方向相反，磁感应强度均为B，宽度分别为L和2L.有一边长为L的正方形闭合线圈在外力作用下，向右匀速通过整个磁场，如图所示，用i表示电路中的感应电流，F表示外力，FA表示线框受到的安培力，PQ表示线圈中的热功率，并以逆时针方向为感应电流正方向，向右为力的正方向，线圈在图示位置为位移起点，则下列图象中正确的是()A. B.C. D.ACD（济南一中）解：在0～L的位移内，感应电动势E=BLv，根据右手定则，感应电流方向为顺时针，电流大小I=BLvR.所受的安培力FA=BIL=在L～2L位移内，电流I=2BLvR，方向为逆时针方向，所受安培力FA=2BIL=4在2L～3L位移内，电流I=0，安培力为0，拉力F=0，线圈产生的热功率为在3L～4L位移内，电流大小I=BLvR.方向为顺时针方向.所受的安培力FA=BIL=B2L2vR，方向向左，而F=故选ACD．根据E=BLv求出感应电动势的大小，根据闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小，再根据FA=BIL求出安培力的大小，根据匀速运动，得出拉力的大小.根据解决本题的关键掌握切割产生的感应电动势大小，掌握右手定则判断感应电流的方向以及左手定则判断安培力的方向．截面直径为d、长为L的导线，两端电压为U，当这三个量中的一个改变时，对自由电子定向移动平均速率的影响，下列说法正确的是()A.电压U加倍时，自由电子定向移动的平均速率加倍B.导线长度L加倍时，自由电子定向移动的平均速率减为原来的一半C.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变D.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率加倍ABC（济南一中）解：A、电压U加倍时，由欧姆定律得知，电流加倍，由电流的微观表达式I=nqvS得知，自由电子定向运动的平均速率v加倍.故A正确．B、导线长度l加倍，由电阻定律得知，电阻加倍，电流减半，则由电流的微观表达式I=nqvS得知，自由电子定向运动的平均速率v减半.故B正确．CD、导线横截面的直径d加倍，由S=πd24得到，截面积变为4倍，由电阻定律得知，电阻变14倍，电流变为原来的4倍，根据电流的微观表达式I=nqvS得知，自由电子定向运动的平均速率v不变.故选：ABC．根据欧姆定律、电流的微观表达式I=nqvS和电阻定律结合分析自由电子定向运动的平均速率如何变化．高中物理中涉及自由电荷定向移动速度的公式只有电流的微观表达式I=nqvS，本题考查欧姆定律、电阻定律和电流的微观表达式I=nqvS综合应用能力．三、填空题（本大题共1小题，共3分）电荷的______形成电流，物理学规定______定向移动的方向为电流的方向.在金属中能够自由移动的是______．定向移动；正电荷；电子（济南一中）解：电流是由电荷的定向移动形成的.同时规定了电流的方向是：正电荷定向移动的方向为电流的方向.金属中能够自由移动的是自由电子，带负电．故答案为：定向移动；正电荷；电子电流的方向是这样规定的：正电荷定向移动的方向为电流的方向.而多数情况下是负电荷定向移动形成电流，负电荷向右移动相当于正电荷向左移动.由此入手分析．无论是正电荷还是负电荷，只要定向移动都会形成电流，不要将电流的形成与电流的方向的规定混淆．四、计算题（本大题共4小题，共38分）如图所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U=12V，电解槽内阻rA=2Ω，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6A；

当S2闭合、S1(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？解：(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律I1R=U其发热功率为：PR=UI1=12×6(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热总功率为：P总故电能转化为化学能的功率为：P化答：(1)电炉子的电阻为2Ω，发热功率为72W；(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为16W．（济南一中）(1)当S1闭合、S(2)根据P=UI求解电功率，根据P出电解槽电路在正常工作时是非纯电阻电路，不能用欧姆定律求解其电流，只能根据电路中电流关系求电流、根据焦耳定律求解发热功率．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质．(1)一段横截面积为S、长为l的直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电量为e.该导线通有电流时，假设自由电子定向移动的速率均为v．(a)求导线中的电流I；(b)将该导线放在匀强磁场中，电流方向垂直于磁感应强度B，导线所受安培力大小为F安，导线内自由电子所受洛伦兹力大小的总和为F，推导F(2)正方体密闭容器中有大量运动粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量n为恒量.为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；其速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与器壁垂直，且速率不变.利用所学力学知识，导出器壁单位面积所受粒子压力f与m、n和v的关系．(注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明)解：(1)(a)：(1)导体中电流大小

I=qtt时间内电子运动的长度为vt，则其体积为Svt，通过导体某一截面的自由电子数为nSvt该时间内通过导体该截面的电量：q=nSvte②由①②式得I=nesv；(b)令导体的长度为L，则导体受到安培力的大小F安又因为I=nesv所以F安长为L的导体中电子数为N=nsl每个电子所受洛伦兹力为evB所以N个粒子所受洛伦兹力的合力为F=NevB=nslevB即：F安(2)考虑单位面积，t时间内能达到容器壁的粒子所占据的体积为V=Svt=1×vt，其中粒子有均等的概率与容器各面相碰，即可能达到目标区域的粒子数为16由动量定理可得：f=△p答：(1)a、导线中电流I=nesvb、推导过程见解答；(2)f=1（济南一中）(1)取一时间段t，求得相应移动长度l=vt，体积为为Svt.总电量为nesvt，再除以时间，求得表达式；(2)根据电流的微观表达式，代入F=BIL，可得．(3)粒子与器壁有均等的碰撞机会，即相等时间内与某一截面碰撞的粒子为该段时间内粒子数的16，据此根据动量定理求与某一个截面碰撞时的作用力f考查电流的宏观和微观表达式及其关系，安培力是电荷定向移动所受洛伦兹力的宏观体现，碰撞时根据动量定理求作用力.联系宏观和微观题目有一定难度．电流是国际单位制中七个基本物理量之一，也是电学中常用的概念.金属导体导电是由于金属导体内部存在大量的可以自由移动的自由电子，这些自由电子定向移动形成电流．(1)电子绕核运动可等效为一环形电流.设处于基态氢原子的电子绕核运动的半径为R，电子质量为m，电量为e，静电力常量为k，求此环形电流的大小．(2)一段横截面积为S、长为l的金属导线，单位体积内有n个自由电子，电子电量为e.自由电子定向移动的平均速率为v．a.求导线中的电流；b.按照经典理论，电子在金属中运动的情形是这样的：在外加电场(可通过加电压实现)的作用下，自由电子发生定向运动，便产生了电流.电子在运动的过程中要不断地与金属离子发生碰撞，将动能交给金属离子(微观上使其热运动更加剧烈，宏观上产生了焦耳热)，而自己的动能降为零，然后在电场的作用下重新开始加速运动(为简化问题，我们假定：电子沿电流方向做匀加速直线运动)，经加速运动一段距离后，再与金属离子发生碰撞.电子在两次碰撞之间走的平均距离叫自由程，用L表示.请从宏观和微观相联系的角度，结合能量转化的相关规律，求金属导体的电阻率．解：(1)电子绕原子核做匀速圆周运动，有：ke周期为：T=2πR解得：T=2π电子绕原子核运动的等效电流为：I=e(2)a.导体中电流大小为：I=qt时间内电子运动的距离长度为vt，则其体积为svt，通过导体某一截面的自由电子数为nSvt，该时间内通过导体该截面的电量：q=nSvte所以得：I=nesvb.导体中电流强度的微观表达式为：I=nesv自由程L段内根据电阻定律：R=ρL根据欧姆定律：R=U自由程内，电子在电场作用下，速度从0增加到；由动能定理：又由于v=v'可得出电阻率ρ的表达式为：ρ=2mv答：(1)此环形电流的大小为e2(2)a、导线中的电流为nesvb、电阻率ρ的表达式为ρ=（济南一中）(1)电子在库仑力作用下做匀速圆周运动，根据运动规律可求得周期，再根据电流的定义可求得等效电流；(2)a、根据电流形成的微观意义可明确其对应的微观表达式；b、根据题意进行分析，明确电流的微观表达式，再根据电阻定律进行分析，即可求得电阻率．本题考查电流的微观表达式及电流定律的应用，在解题时要注意明确题意，从题干中找出有用的信息，在建立我们常见的物理模型，即可根据物理规律分析求解．如图所示，虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图，其主要部件为缓冲滑块K和质量为m的“U”框型缓冲午厢.在车厢的底板上固定着两个光滑水平绝缘导轨PQ、MN，缓冲车的底部固定有电磁铁(图中未画出)，能产生垂直于导轨平面并随车厢一起运动的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，设导轨右端QN是磁场的右边界.导轨内的缓冲滑块K由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，匝数为n