北京专用高考物理总复习必考部分专题十恒定电流习题.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,专题十恒定电流,A组,自主命题,北京卷题组,1.,(2015北京理综,19,6分,0.48)如图所示,其中电流表A的量程为0.6 A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02 A;,R,1,的阻值等于电流表内阻的,;,R,2,的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流,表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是,(),A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04 A,B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 A,C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 A,D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A,五年高考,答案,C设电流表的内阻为,R,A,则,R,1,=,R,A,R,2,=2,R,A,将接线柱1、2接入电路时,流过接线柱1的电,流,I,1,=3,I,0,其中,I,0,为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06 A;将接线柱1、3接入电路时,流过,接线柱1的电流,I,1,=3,I,0,其中,I,0,为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06 A。选项A、B、D错,误,C正确。,考查点,电流表的改装。,思路点拨,首先弄清干路电流与流过电流表的电流的关系,然后确定每小格表示的读数。,2.,2014北京理综,24(2),0.20若导线,MN,的质量,m,=8.0 g、长度,L,=0.10 m,感应电流,I,=1.0 A,假设一,个原子贡献1个自由电子,计算导线,MN,中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率,v,e,(下表中列,出一些你可能会用到的数据)。,阿伏加德罗常数,N,A,6.0,10,23,mol,-1,元电荷,e,1.6,10,-19,C,导线,MN,的摩尔质量,6.0,10,-2,kg/mol,答案,7.8,10,-6,m/s,解析,导线,MN,中含有的原子数为,N,=,N,A,因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线,MN,中的自由电子数也是,N,。,导线,MN,单位体积内的自由电子数,n,=,其中,S,为导线,MN,的横截面积。,因为电流,I,=,nv,e,Se,所以,v,e,=,=,=,解得,v,e,=7.8,10,-6,m/s,考查点,电流的微观表达式。,思路点拨,建立电流的微观模型是解答本题的关键:长,L,、横截面积,S,的导线中的自由电子均以,速度,v,e,定向移动,则形成的电流,I,=,neSv,e,结合阿伏加德罗常数求出单位体积中的电子个数,n,代入,电流的微观表达式即可求得,v,e,。,考点一电路的基本概念和规律,1.,(2017上海单科,9,4分)将四个定值电阻,a,、,b,、,c,、,d,分别接入电路,测得相应的电流、电压值如,图所示。其中阻值最接近的两个电阻是,(),A.,a,和,b,B.,b,和,d,C.,a,和,c,D.,c,和,d,B组,统一命题、省(区、市)卷题组,答案,A本题考查,U,-,I,图像的意义。根据,R,=,知,定值电阻的,U,-,I,图线的斜率表示定值电阻的,阻值。在,U,-,I,图中分别连接,O,与4个点,根据它们的倾斜度可知,a,和,b,的阻值最接近,故选A。,方法技巧,图像题的解决方法,图像题是物理中最常见的题型之一。解题步骤是:一看轴,即看清横轴及纵轴的意义;二看点,即,看清图像中坐标点的位置;三看斜率,即看清斜率的意义及大小;四看面,即看清图像与坐标轴所,包围面积的意义。,2.,(2016课标,17,6分)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,Q,1,;闭合开关S,电流再次稳定后,C,所带的电荷量,为,Q,2,。,Q,1,与,Q,2,的比值为,(),A.,B.,C.,D.,答案,C当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器,C,两端的电压,U,=,E,所带的电荷量,Q,1,=,CU,=,CE,;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电容器,C,两端的电压,U,=,E,所带的电荷量,Q,2,=,CE,。,所以,=,C项正确。,图1,图2,方法技巧,化简电路时会熟练应用电势排列法,才能又准又快地画出等效电路。,评析,本题为恒定电路中含容电路问题,考查考生化简电路的能力及对串并联电路相关问题的,计算能力。属于中等难度的题。,3.,(2013江苏单科,4,3分)在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警,装置,电路如图所示。,M,是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻,R,M,发生变化,导致S两端电,压,U,增大,装置发出警报,此时,(),A.,R,M,变大,且,R,越大,U,增大越明显,B.,R,M,变大,且,R,越小,U,增大越明显,C.,R,M,变小,且,R,越大,U,增大越明显,D.,R,M,变小,且,R,越小,U,增大越明显,答案,C当传感器接触药液时,其阻值发生变化,导致,S,两端电压,U,增大,则,M,两端电压减小,可,知,R,M,应变小;,R,与,R,M,构成并联电路,其并联总电阻为,R,并,=,=,可知当,R,越大,R,M,减小相同,值时,R,并,减小得越多,因此,S,两端电压增大越明显,选项C正确。,考点二闭合电路欧姆定律,4.,(2016江苏单科,8,4分)(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2,四个电阻的阻,值已在图中标出。闭合开关S,下列说法正确的有,(),A.路端电压为10 V,B.电源的总功率为10 W,C.,a,、,b,间电压的大小为5 V,D.,a,、,b,间用导线连接后,电路的总电流为1 A,答案,AC外电路的总电阻,R,=10,由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流,I,=,=1 A,因,此路端电压,U,=,E,-,Ir,=12 V-1,2 V=10 V,A选项正确;电源的总功率,P,=,EI,=12 W,B选项错误;由图(a),可知,U,ab,=,U,aO,-,U,bO,=-15,0.5 V+5,0.5 V=-5 V,故选项C正确;当,a,、,b,间用导线连接后,其等效电路如,图(b)所示,电路中的外电阻,R,=7.5,电路中总电流,I,=,=,A,1 A,D选项错误。,图(a),图(b),方法技巧,两部分电路间的电势差,U,ab,=,a,-,b,可知,U,ab,=,a,-,b,+,O,-,O,=(,a,-,O,)-(,b,-,O,)=,U,aO,-,U,bO,。,评析,本题考查闭合电路的欧姆定律、电源功率、等效电路,试题运算较为复杂,尤其,a,、,b,间电,压的计算是难点。,5.,(2016上海单科,18,4分)(多选)如图所示电路中,电源内阻忽略不计。闭合开关,电压表示数为,U,电流表示数为,I,;在滑动变阻器,R,1,的滑片,P,由,a,端滑到,b,端的过程中,(),A.,U,先变大后变小,B.,I,先变小后变大,C.,U,与,I,比值先变大后变小,D.,U,变化量与,I,变化量比值等于,R,3,答案,BC据题意,由于电源内阻不计,电压表的示数总是不变,故选项A错误;滑片滑动过程,中,变阻器,R,1,的等效阻值,R,1,先增大后减小,又,R,1,、,R,2,两端总电压不变,且,R,1,+,R,1,=,所以电流表示,数先减小后增大,故选项B、C正确;由于电压表示数没有变化,故选项D错误。,6.,(2014上海单科,18,4分)(多选)如图,电路中定值电阻阻值,R,大于电源内阻阻值,r,。将滑动变阻器,滑片向下滑动,理想电压表V,1,、V,2,、V,3,示数变化量的绝对值分别为,U,1,、,U,2,、,U,3,理想电流表,A示数变化量的绝对值为,I,则,(),A.A的示数增大,B.V,2,的示数增大,C.,U,3,与,I,的比值大于,r,D.,U,1,大于,U,2,电压,因电流变大,所以V,1,示数增大。电压表V,2,测量定值电阻和滑动变阻器两端的总电压即路端电压,示数变小,选项B错。,U,1,=,I,R,U,2,=,I,r,所以,U,1,U,2,选项D对。电压表V,3,测量滑动变阻器两端的电压,电压表V,3,示数的变化量,U,3,=,I,(,r,+,R,),所以,=,r,+,R,r,选项C对。,答案,ACD滑动变阻器的滑片向下滑动,导致滑动变阻器连入电路的阻值变小,总电阻变小,又电源电动势不变,则电流变大,即电流表示数变大,选项A对。电压表V,1,测量定值电阻,R,两端的,C组教师专用题组,1.,(2013安徽理综,19,6分)用图示的电路可以测量电阻的阻值。图中,R,x,是待测电阻,R,0,是定值电,阻,是灵敏度很高的电流表,MN,是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动头,P,的位置,当通过,电流表,的电流为零时,测得,MP,=,l,1,PN,=,l,2,则,R,x,的阻值为,(),A.,R,0,B.,R,0,C.,R,0,D.,R,0,答案,C对均匀的电阻丝有,R,=,得,=,对于桥式电路,当,I,G,=0时满足,=,=,得,R,x,=,R,0,所以C项正确。,2.,(2011北京理综,17,6分,0.60)如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器,R,0,的滑,动端向下滑动的过程中,(),A.电压表与电流表的示数都减小,B.电压表与电流表的示数都增大,C.电压表的示数增大,电流表的示数减小,D.电压表的示数减小,电流表的示数增大,答案,A由变阻器,R,0,的滑动端向下滑可知,R,0,连入电路的有效电阻减小,则,R,总,减小,由,I,=,可知,I,增大,由,U,内,=,Ir,可知,U,内,增大,由,E,=,U,内,+,U,外,可知,U,外,减小,故电压表示数减小。由,U,1,=,IR,1,可知,U,1,增大,由,U,外,=,U,1,+,U,2,可知,U,2,减小,由,I,2,=,可知电流表示数变小,故A正确。,A组,2015,2017年高考模拟,基础题组,（时间:30分钟分值:50分）,一、选择题(每题6分,共36分),1.,(2017北京东城二模,20)移动电源(俗称充电宝)解决了众多移动设备的“缺电之苦”,受到越,来越多人的青睐。目前市场上大多数充电宝的核心部件是锂离子电池(电动势3.7 V)及其充放,电保护电路、充放电管理电路、升压电路等。其中的升压电路可以将锂离子电池的输出电压,提升到手机、平板电脑等移动设备所要求的输入电压(5 V)。,由于锂离子电池的材料特性,在电池短路、过高或过低温度、过度充电或放电等情况下都有可,能引起电池漏液、起火或爆炸。为安全起见,中国民航总局做出了相关规定,如图1所示。,三年模拟,为了给智能手机充电,小明购买了一款移动电源,其铭牌如图2所示。给手机充电时该移动电源,的效率按80%计算。,根据以上材料判断下列说法正确的是,(),A.这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8 000 mAh,B.这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37 Wh,C.乘飞机出行时,这款移动电源可以托运,D.Wh与mAh均为能量单位,答案,B由表格可知电池容量为10 000 mAh,mAh是电量的单位,则A、D错。,E,能,=,UIt,=3.7 V,1,0 Ah=37 Wh,B正确。由图1知,所有充电宝都不可托运,C错。,考查点,电能的计算、阅读获取信息能力。,思路分析,由,Q,=,It,可知mAh是电量的单位。,2.,(2017北京西城二模,20)智能手机电池“快速充电技术”可以使用户在短时间内完成充电。,比如对一块额定电压3.7 V、容量1 430毫安时的电池充电,可以在半小时内将电池充到满容量,的75%。结合本段文字和你所学知识,关于“快速充电技术”,你认为下列叙述中比较合理的是,(),A.这里所提到的“毫安时”指的是一种能量单位,B.这里所提到的“满容量的75%”是指将电池电压充到3.7 V的75%,C.快速充电技术提高了锂电池的原有容量,D.对额定电压3.7 V的锂电池充电,其充电电压应高于3.7 V,答案,D毫安时是电量的单位,A错误。容量指的是电量,B错误。由电池容量不变知C错误。,充电电压应高于电池的额定电压,否则不能充电,D正确。,3.,(2017北京朝阳二模,16)某家用电热壶铭牌如图所示,其正常工作时电流的最大值是,(),A.0.2 AB.,A,C.5 AD.5,A,答案,D电热壶正常工作时的电流,I,=,=,A=5 A,故正常工作时电热壶中电流的最大值,I,m,=,I,=5,A,故选D。,4.,(2017北京丰台二模,20)如图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,I,C,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,R,1,=6,临界电流,I,C,=0.6 A,限流电阻,R,2,=12,灯泡L上标,有“6 V,3 W”字样,电源电动势,E,=6 V,内阻忽略不计,则下列判断,不正确,的是,(),A.当灯泡正常发光时,通过灯泡L的电流为0.5 A,B.当灯泡正常发光时,通过,R,2,的电流为0.5 A,C.当灯泡L发生故障短路时,通过,R,1,的电流为1 A,D.当灯泡L发生故障短路时,通过,R,2,的电流为0.5 A,答案,B若灯泡正常发光,通过灯泡的额定电流,I,=,=,=0.5 A,电阻,R,2,被短路,A对,B错。,若灯泡被短路,电源内阻忽略不计,电路中电流无穷大,大于,I,C,=0.6 A,则,R,1,=6,I,干,=,=,=,1.5 A,则通过,R,1,的电流为1 A,通过,R,2,的电流为0.5 A,C、D对。,5.,(2016北京通州2月摸底,8)如图所示电路,闭合开关,灯泡发光。若滑动变阻器,R,2,的滑片,P,由,b,端,向,a,端移动,关于灯泡L,1,、L,2,的亮度变化情况正确的是,(),A.L,1,、L,2,都变暗,B.L,1,变暗,L,2,变亮,C.L,1,、L,2,都变亮,D.L,1,变亮,L,2,变暗,答案,D当滑动变阻器的滑片,P,由,b,端向,a,端移动时,滑动变阻器连入电路的阻值变大,外电路,总电阻变大,总电流变小,则路端电压变大,R,1,两端的电压变小,可得灯泡L,1,两端的电压变大,所以,L,1,变亮。总电流变小,通过L,1,的电流变大,所以通过L,2,的电流变小,因此L,2,变暗,故D正确。,6.,(2015北京顺义一模,18)利用微波炉烹饪食物在家庭生活中已被广泛应用。其基本原理是应,用微波发生器,产生振动频率为2.45,10,9,Hz的微波,使食物中的水分子随之振动,产生大量的内,能。若某微波炉的产品参数如表所示,产品容量,20 L,输入电源,220 V/50 Hz,操控方式,电脑式,额定功率,1 100 W,烹饪方式,微波/光波,内腔尺寸,180 mm,315 mm,329 mm,内胆材质,纳米银,产品尺寸,271 mm,457 mm,395 mm,其他性能,薄膜按键,电子除味功能,则该微波炉的额定电流和微波波长约为(),A.0.2 A0.12 mB.5 A0.12 m,C.0.2 A8.17 mD.5 A8.17 m,答案,B由题表可知,该微波炉的额定功率是1 100 W,额定电压是220 V,由,P,=,UI,可知,额定电,流:,I,=,=,A=5 A;由,c,=,f,可得:,=,=,m=0.12 m。故选B。,7.(2016北京丰台一模,24)(14分)经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中产生恒定电场,这种恒定电场的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用,导体内自由电子定向移动的速率增加,而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速,因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失,碰撞时间不计。,某种金属中单位体积内的自由电子数量为,n,自由电子的质量为,m,带电荷量为,e,。现取由该种金属制成的长为,L,横截面积为,S,的圆柱形金属导体,将其两端加上恒定电压,U,自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为,t,0,。如图所示。,(1)求金属导体中自由电子定向移动受到的电场力大小;,(2)求金属导体中的电流,I,;,二、非选择题(共14分),(3)电阻的定义式为,R,=,电阻定律,R,=,是由实验得出的。事实上,不同途径认识的物理量之间,存在着深刻的本质联系,请从电阻的定义式出发,推导金属导体的电阻定律,并分析影响电阻率,的因素。,答案,见解析,解析,(1)恒定电场的场强,E,=,则自由电子所受电场力,F,=,Ee,=,(2)设自由电子在恒定电场中由静止加速时间,t,0,时的速度为,v,由动量定理有:,Ft,0,=,mv,-0,解得,v,=,自由电子定向移动的平均速率,=,=,金属导体中产生的电流,I,=,=,=,neS,=,(3)由电阻定义式可得,R,=,=,=,其中,为定值,此定值即为电阻率,所以,R,=,电阻率影响因素有:单位体积内自由电子的数目,n,自由电子在恒定电场中由静止加速的平均时,间,t,0,。,B组,2015,2017年高考模拟,综合题组,（时间:40分钟分值:60分）,一、选择题(每题6分,共24分),1.,(2017北京丰台一模,16)在如图所示电路中,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器,R,2,的滑动端由,b,向,a,缓慢滑动的过程中,下列说法正确的是,(),A.电流表的示数增大,B.电压表的示数减小,C.电容器,C,的电容增大,D.电容器,C,所带电荷量增大,答案,D滑动端由,b,向,a,滑动的过程中,R,2,接入电路部分的阻值增大,由闭合电路欧姆定律可知,电流表的示数减小,A项错误;由串联电路的分压规律可知电压表的示数增大,B项错误;由,Q,=,CU,可知,D项正确;电容器的电容由自身结构决定,跟它的带电荷量或它两端电压大小无关,故C项错,误。,考查点,串联电路的分压作用、闭合电路欧姆定律、电容器的电容。,思路分析,“动态电路”分析的基本思路是局部整体局部,同时注意正确应用闭合电路欧,姆定律和欧姆定律。在北京高考试题中此类问题屡次出现,考生应当引起足够重视。,2.,(2017北京海淀二模,20)电源的两个重要参数分别是电动势,E,和内电阻,r,。对一个电路有两种,特殊情况:当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势;当外电路短路时,短路电流等于电,动势和内电阻的比值。现有一个电动势为,E,、内电阻为,r,的电源和一阻值为,R,的定值电阻,将它,们串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源,这两种连接方式构成的等效电源分别如图甲,和乙中虚线框所示。设新的等效电源的电动势为,E,内电阻为,r,。试根据以上信息,判断下列说,法中正确的是,(),A.甲图中的,E,=,E,r,=,R,+,r,B.甲图中的,E,=,E,r,=,R,+,r,C.乙图中的,E,=,E,r,=,D.乙图中的,E,=,E,r,=,答案,D当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势,甲的等效电源外电路断开时,I,=0,R,相当于导线,电源两端的电压即原电源的电动势,E,R,与,r,串联形成新电源的内阻,所以内阻为,R,+,r,。乙的等效电源外电路断开时,新电源两端电压即,R,两端电压为,R,与,r,并联形成新的电源,内阻,所以内阻为,综上选择D。,考查点,等效电源、电阻串并联知识的应用。,易错警示,乙图中等效电源的电动势等于,R,与,r,形成的串联电路中,R,两端的电压,而不是原电源,的电动势。,3.,(2016北京西城一模,19)某同学利用电流传感器研究电容器的放电过程,他按如图1所示连接电,路。先使开关S接1,电容器很快充电完毕。然后将开关掷向2,电容器通过,R,放电,传感器将电流,信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的,I,-,t,曲线如图2所示。他进一步研究滑动变阻,器的阻值变化对曲线的影响,断开S,先将滑片,P,向右移动一段距离,再重复以上操作,又得到一条,I,-,t,曲线。关于这条曲线,下列判断正确的是,(),A.曲线与坐标轴所围面积将增大,B.曲线与坐标轴所围面积将减小,C.曲线与纵轴交点的位置将向上移动,D.曲线与纵轴交点的位置将向下移动,答案,D两次实验中,电容器所存储的电荷量相同。根据,I,=,可知,曲线与坐标轴所围的面积,表示通过电路中任意横截面的总电荷量,等于电容器所带的电荷量,因此两次曲线与坐标轴所围,面积不变,A、B选项错误。滑片,P,向右移动一段距离,变阻器连入电路的阻值增大,初始时电容,器两板间的电压不变,电路中的电流减小,即,t,=0时,I,值减小,所以D正确。,考查点,电流、欧姆定律。,解题关键,电容器放电过程的,I,-,t,图线跟横轴所围面积表示电容器释放的电荷量,即电容器储存,的电荷量,可以与,v,-,t,图线进行类比,深刻理解图线所代表的物理意义。,4.,(2015北京朝阳一模,19)在“测电源电动势和内阻”的实验中,某同学作出了两个电源路端电,压,U,与电流,I,的关系图线,如图所示。两个电源的电动势分别为,E,1,、,E,2,内阻分别为,r,1,、,r,2,。如果外,电路分别接入相同的电阻,R,则两个电源的,(),A.路端电压和电流不可能同时相等,B.输出功率不可能相等,C.总功率不可能相等,D.效率不可能相等,答案,D路端电压,U,=,E,-,rI,由此得出1、2图线在纵轴上的截距分别为,E,1,、,E,2,且,E,1,E,2,斜率的,绝对值表示两电源内阻,r,1,r,2,当外电路分别接入相同电阻,R,时,若,R,的,U,-,I,图线为图线3,即斜率,k,=,R,则两个电源的路端电压和电流相等,大小为,U,3,、,I,3,选项A错;对应此时输出功率,P,=,U,3,I,3,相等,选,项B错;若定值电阻,R,的,U,-,I,图线为图线4,则该电阻接在电动势为,E,1,和,E,2,的电源上时的总功率分别,为,P,总1,=,E,1,I,1,P,总2,=,E,2,I,2,因为,E,1,E,2,而,I,1,I,2,故有可能,P,总1,=,P,总2,C选项错误;电源效率,=,100%,R,相,同而,r,不同,效率不可能相等,D选项正确。,5.(2017北京顺义二模,23)(18分)某课外小组设计了一种测定风速的装置,其原理如图所示,一个劲度系数,k,=1 300 N/m、自然长度,L,0,=0.5 m的弹簧一端固定在墙上的,M,点,另一端,N,与导电的迎风板相连,弹簧穿在光滑水平放置粗细均匀的电阻率较大的金属杆上,弹簧是由不导电的材料制成的。迎风板面积,S,0,=0.5 m,2,工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连,另一端在,M,点与金属杆相连。迎风板可在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好,不计摩擦。定值电阻,R,=1.0,电源的电动势,E,=12 V,内阻,r,=0.5。闭合开关,没有风吹时,弹簧处于自然长度,电压表的示数,U,1,=3.0 V,某时刻由于风吹迎风板,待迎风板再次稳定时,电压表的示数变为,U,2,=2.0 V。(电压表可看做理想电表),试分析求解:,二、非选择题(共36分),(1)此时风作用在迎风板上的力的大小;,(2)假设风(运动的空气)与迎风板作用后的速度变为零,空气的密度为1.3 kg/m,3,求风速的大小;,(3)对于金属导体,从宏观上看,其电阻定义式为:,R,=,。金属导体的电阻满足电阻定律:,R,=,。,在中学教材中,我们是从实验中总结出电阻定律的,而“金属经典电子论”认为,电子定向运动,是一段一段加速运动的接替,各段加速都是从定向速度为零开始。设有一段通电金属导体,其长,为,L,横截面积为,S,自由电子电荷量为,e,、质量为,m,单位体积内自由电子数为,n,自由电子两次碰,撞之间的时间为,t,0,。试利用“金属经典电子论”,从理论上推导金属导体的电阻,R,。,答案,(1)260 N(2)20 m/s(3)见解析,解析,(1)无风时金属杆接入电路的电阻为,R,1,有,U,1,=,R,1,得,R,1,=,=0.5,有风时金属杆接入电路的电阻为,R,2,有,U,2,=,R,2,得,R,2,=,=0.3,此时,弹簧的长度,L,=,L,0,=0.3 m,弹簧的压缩量,x,=,L,0,-,L,=0.2 m,根据平衡条件得,此时的风力,F,=,kx,=260 N(6分),(2)设风速为,v,。在,t,时间内接触到迎风板的空气质量为,m,m,=,S,0,v,t,根据动量定理可得,F,t,=,S,0,v,2,t,得,v,=,=20 m/s(6分),(3)设导体两端的电压为,U,自由电子定向运动的平均速率为,v,;,由牛顿运动定律和运动学规律得:,v,=,=,=,t,0,从微观上看,电流,I,=,neSv,综上,由电阻的定义式得,R,=,=,=,=,=,所以,R,(6分),考查点,电路、力的平衡、动量定理、电阻。,思路点拨,(1)弄清电路的连接,求出无风和有风时金属杆接入电路的电阻,进一步就可求出弹,簧的压缩量,再根据胡克定律求出风力大小。(2)对风先建立流体模型,再应用动量定理求出风,的速度。(3)先建立电子运动模型:在电场力作用下的初速度为零的匀加速直线运动,再结合电,流的微观表达式求解出电阻与,L,、,S,的关系式。,6.,(2016北京朝阳一模,24)(18分)节能环保的“风光互补路灯”获得广泛应用。图1是利用自然,资源实现“自给自足”的风光互补的路灯,图2是其中一个路灯的结构示意图,它在有阳光时可,通过太阳能电池板发电,有风时可通过风力发电机发电。,(1)北京市路灯的开灯时间为某日19:00到次日6:00,若路灯的功率为,P,0,=40 W,求一盏灯在这段时,间内消耗的电能,E,电,。,(2)风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为,S,运动的空气与受风面作用后速度变为,零,若风力发电机将风能转化为电能的效率为,空气平均密度为,当风速为,v,且风向与风力发电,机受风面垂直时,求该风力发电机的电功率,P,。,(3)太阳能电池的核心部分是P型和N型半导体的交界区域PN结,如图3所示,取P型和N型半,导体的交界为坐标原点,PN结左右端到原点的距离分别为,x,P,、,x,N,。无光照时,PN,结内会形成一定,的电压,对应的电场称为内建电场,E,场,方向由N区指向P区;有光照时,原来被正电荷约束的电子获,得光能变为自由电子,就产生了电子-空穴对,空穴带正电且电荷量等于元电荷,e,;不计自由电子的,初速度,在内建电场作用下,电子被驱向N区,空穴被驱向P区,于是N区带负电,P区带正电,图3所示,的元件就构成了直流电源。某太阳能电池在有光持续照射时,若外电路断开时,其PN结的内建,电场场强,E,场,的大小分布如图4所示,已知,x,P,、,x,N,和,E,0,;若该电池短路时单位时间内通过外电路某,一横截面的电子数为,n,求此太阳能电池的电动势,E,和内电阻,r,。,答案,(1)1 584 kJ或0.44 kWh(2),Sv,3,(3),E,=,E,0,(,x,N,+,x,P,),r,=,解析,(1)路灯在这段时间内消耗的电能为:,E,电,=,P,0,t,=40 W,(11,3 600 s)=1 584 kJ(或0.44 kWh),(2),t,时间内与风力发电机旋转叶片发生作用的空气质量,m,=,Sv,t,发电机获得的风能,E,风,=,mv,2,风能转化为电能,有,E,风,=,P,t,联立可得:,P,=,Sv,3,(3)根据电动势的定义可得:,E,=,W,即为内建电场力所做的功,内建电场力,F,随位移的变化图像如图所示,W,为该图线与坐标轴所,围的面积。,即:,W,=,(,x,P,+,x,N,),联立可得:,E,=,(,x,P,+,x,N,),电源短路时所有通过N区的电子经外电路回到P区,电流为:,I,=,=,ne,该太阳能电池的内电阻为,r,=,联立可得:,r,=,(,x,P,+,x,N,),考查点,电功、电功率、电源的电动势和内电阻。,解题关键,求解电源的电动势时,关键是理解电动势的物理意义,并能利用图像求解变力做功,需要考生掌握基本的物理思想,扎实的基本功和较高的运用数学处理物理问题的能力。,C组,2015,2017年高考模拟,创新题组,(2017北京东城一模,24,20分)利用图像分析问题是物理学中常用的方法,其中的斜率、面积通常,具有明确的物理意义。,a.小明以6 m/s的初速度将足球水平踢出,足球在草坪上滚动直到停下来的全过程中的速度-时间,图像如图1所示。图1中图线与坐标轴所围的面积等于12个小方格的面积。,图1,(1)请你判断:足球在滚动过程中受到的阻力大小是变大、变小还是不变?,(2)求足球滚动了多远才停下来?,b.用如图2所示的电路研究电容器的放电过程,其中电压传感器相当于一个理想电压表,可以显示电阻箱两端电压随时间的变化关系。实验时将电阻箱,R,的阻值调至2 000,将开关S拨到,a,端,电源向电容器充电,待电路稳定后,将电压传感器打开,再将开关S拨到,b,端,电容器通过电阻箱放电。以S拨到,b,端时为,t,=0时刻,电压传感器测得的电压,U,随时间,t,变化的图像如图3所示。忽略导线及开关的电阻,且不考虑电路辐射问题。,(1)求电容器所带电荷量的最大值。,(2)在图4上定量画出放电过程中电容器两端电压,U,随电荷量,Q,变化的关系图像,并据此求出在电,容器充电过程中电源内部产生的热量。,图4,解析,a.(1)足球在滚动过程中受到的阻力变小。,(2)图1中图线与坐标轴所围面积即为足球滚动的距离,足球滚动了12 m才停下来。,b.(1)在电容器放电过程中的任意瞬时有:,Q,=,I,t,根据欧姆定律有,I,=,U,-,t,图线与,t,轴所围面积除以电阻,R,即为电容器所带电荷量的最大值,由图可知该面积等于12个小,方格的面积。,因此电容器所带电荷量的最大值,Q,m,=6,10,-3,C,(2)电容器所带电荷量,Q,与其两端电压,U,成正比,且由图3知电容器所带电荷量最大时,电容器两,端电压,U,=6 V,电源电动势,E,=6 V。,放电过程中电容器两端电压,U,随电荷量,Q,变化的关系图像如图所示。,答案,a.见解析b.(1)6,10,-3,C(2)见解析,电容器放电过程中任意瞬时释放的电势能,E,=,U,Q,。,U,-,Q,图线与,Q,轴所围面积为电容器放电过程中释放的总电势能,E,C,也是电容器在充电时获得的总电势能。即,E,C,=18 mJ,电容器充电过程中,非静电力做功提供的总能量,E,总,=,EQ,m,=36 mJ,电容器充电过程中电源内部产生的热量,Q,r,=,E,总,-,E,C,=18 mJ,说明:其他方法正确同样给分。,