2021届高考物理一轮复习8第1讲电流电阻电功及电功率练习含解析

2021届高考物理一轮复习8第1讲电流电阻电功及电功率练习含解析

第1讲 电流 电阻 电功及电功率 考点一　电流、电阻和电阻定律的理解与应用 电流的微观解释 ‎【典例1】一段粗细均匀的金属导体两端加一定电压后产生了恒定电流，已知该导体单位体积内的自由电子数为n，电子的电荷量为e，自由电子定向移动的速率为v，要想得出通过导体的电流，除以上给出的条件外，还需要以下哪个条件 (　　)‎ A.导体的长度L　　　　　　 B.导体的电阻R C.导体的横截面积S D.导体两端的电压U ‎【解析】选C。由I=以及微观表达式I=nqvS可知，知道导体的长度L不能求解导体的电流，选项A错误；只知道导体的电阻R不能求解导体的电流，选项B错误；知道导体的横截面积S可以求解导体的电流，选项C正确；只知道导体两端的电压U不能求解导体的电流，选项D错误。‎ ‎【多维训练】(多选)(2020·石家庄模拟)两根不同金属导体制成的长度相等、横截面积相同的圆柱形杆，串联后接在某一直流电源两端，如图所示。已知杆a的质量小于杆b的质量，杆a金属的摩尔质量大于杆b金属的摩尔质量，杆a的电阻大于杆b的电阻，假设两种金属的每个原子都提供相同数目的自由电子(载流子)。当电流达到不变时，若a、b内存在电场，则该电场可视为均匀电场。下列结论中正确的是 (　　)‎ A.两杆内的电场强度都不等于零，且a内的电场强度大于b内的电场强度 B.两杆内的电场强度都等于零 C.两杆内载流子定向运动的速度一定相等 D.a内载流子定向运动的速度一定大于b内载流子定向运动的速度 ‎【解析】选A、D。两杆串联，所以电流相等，因为Ra>Rb，由欧姆定律可知Ua>Ub，根据匀强电场关系式U=Ed可知，两杆内电场强度都不为零，且a内的电场强度大于b内的电场强度，故A正确，B错误；根据电流的微观表达式I=nqvS可知，载流子的定向运动速率 13‎ v=，由题意可知杆内单位体积内的自由电荷数navb ，故C错误，D正确。‎ 电阻定律的应用 ‎【典例2】电线是家庭装修中不可或缺的基础建材，电线的质量直接关系到用电安全。某型号电线每卷长度为100 m，铜丝直径为1.6 mm。为检验其是否采用了导电性能比较差的劣质铜，现给整卷电线加上1.50 V恒定电压，测得通过电线的电流为1.20 A，由此可知此电线所用铜的电阻率约为 (　　)‎ A.1.7‎‎×10-9 Ω·m B.2.5×10-8 Ω·m C.1.1×10-7 Ω·m D.5.0×10-6 Ω·m ‎【通型通法】‎ ‎1.题型特征：公式法+定量思想。‎ ‎2.思维导引：‎ ‎(1)应用欧姆定律求出导线的电阻。‎ ‎(2)应用电阻定律可以求出导线的电阻率。‎ ‎【解析】选B。给整卷电线加上1.50 V恒定电压，测得通过电线的电流为 ‎1.20 A，则导线的电阻值为：‎ R== Ω=1.25 Ω 又：R=ρ=ρ=，d=1.6 mm=0.001 6 m，代入数据可得：ρ=2.5×10-8Ω·m 故B正确，A、C、D错误。‎ ‎【多维训练】(2020·福州模拟)如图甲所示，由两根横截面积和长度均相同、材料不同的导线Ⅰ和Ⅱ，串联后接入电路。将电源负极端接地，导线上任意一点的电势φ随该点与a点距离x的变化关系如图乙所示。导线Ⅰ和Ⅱ的电阻率分别为ρ1、ρ2，电阻分别为R1、R2，则它们的关系正确的是 (　　)‎ 13‎ A.ρ1<ρ2，R1ρ2，R1R2 D.ρ1>ρ2，R1>R2‎ ‎【解析】选A。由图可知，Ⅰ分担的电压为U1=φ0，Ⅱ分担的电压为U2=2φ0。两导线流过的电流相等，由R=可知，R1Rc；在图乙中，图线e、f的斜率表示导体电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，ReR2，故C、D错误。‎ 电表的改装 ‎【典例6】(2019·平谷区模拟)某同学将一毫安表改装成双量程电流表。如图所示，已知毫安表表头的内阻为100 Ω，满偏电流为1 mA；R1和R2为定值电阻，且R1=5 Ω，R2=20 Ω，则下列说法正确的是 (　　)‎ A.若使用a和b两个接线柱，电表量程为24 mA B.若使用a和b两个接线柱，电表量程为25 mA C.若使用a和c两个接线柱，电表量程为4 mA D.若使用a和c两个接线柱，电表量程为10 mA ‎【解析】选B。若使用a和b两个接线柱，则R2与表头串联然后共同与R1并联，根据并联电路两端电压相等，可得(100 Ω+R2)×1 mA=R1×(I-1 mA)；解得I=‎ ‎25 mA，故A错误，B正确；若使用a和c两个接线柱，则R2与R1串联然后共同与表头并联，根据并联电路两端电压相等，可得100 Ω×1 mA=(R1+R2)×(I-1 mA)，解得I=5 mA，故C错误，D错误。‎ ‎【多维训练】如图所示，虚线框内为改装好的电表，M、N为新电表的接线柱。已知灵敏电流计G的满偏电流为100 μA，内阻为495.0 Ω，电阻箱读数为5.0 Ω。根据以上数据计算可知改装好的电表 (　　)‎ 13‎ A.电压量程为1 mV　　　　 B.电压量程为50 mV C.电流量程为1 μA D.电流量程为10 mA ‎【解析】选D。由图可知，电流计与电阻箱并联，此为电流表，M、N两端电压为：U=IgRg=100×10-6×495.0 V=0.049 5 V=49.5 mV，电流表满偏时，流过M、N的电流为：I=Ig+=100×10-6 A+ A=10×10-3A=10 mA，故D正确，A、B、C错误。‎ 1.串并联电路的几个有用的结论：‎ ‎(1)串联电路的总电阻大于电路中的任意一个电阻，串联电阻增多时，总电阻增大。‎ ‎(2)并联电路的总电阻小于任意支路的电阻，并联支路增多时，总电阻减小。‎ ‎(3)不论串联电路还是并联电路，只要某个电阻增大，总电阻就增大，反之则减小。‎ ‎(4)某电路中无论电阻怎样连接，该电路消耗的电功率P总等于各个电阻消耗的电功率之和。‎ ‎2.两表改装对比：‎ 改装成电压表V 改装成电流表A 内部电路 扩大后 的量程 U I 电阻R 的作用 分压 分流 电阻R 的数值 R=-Rg ‎=(n-1)Rg n=‎ R==‎ n=‎ 电表的 总内阻 RV=Rg+R=‎ RA==‎ 注意两点 ‎(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变。‎ 13‎ ‎(2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　1.如图所示电路中，定值电阻R1=4 Ω，R2=2 Ω，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω，输入的电流I1=1 A，I2=2 A。检测时发现a点电势为0，b点电势为4 V，则下列说法正确的是 (　　)‎ A.流过电流表的电流为1 A，方向向右 B.滑动变阻器的滑片置于中间位置时，图示部分的等效电阻为 Ω C.向左移动滑动变阻器的滑片时接入电路中的电阻变小 D.改变滑动变阻器的滑片的位置，不影响通过电阻R2的电流 ‎【解析】选D。由图可知，两电流只能由a点流进电流表，因此电流表中电流为3 A，方向向右，故A错误；a点电势为零，b点电势为4 V，故ba间电势差为4 V；则由欧姆定律可知，流过R2的电流为I2= A=2 A；根据电流结构可知，I1只能流过R1，则R1两端的电势差为4 V，故滑动变阻器两端电势差为零，故图示中相当于R1与R2并联，故等效电阻R等== Ω= Ω，故B错误；由B的分析可知，滑动变阻器被短路，故改变滑片位置不会影响电流的大小，也不会改变总电阻大小，故C错误，D正确。‎ ‎2.(多选)四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2。已知电流表A1的量程大于A2的量程，电压表V1的量程大于V2的量程，改装好后把它们按图示接法连入电路，则 (　　)‎ A.电流表A1的读数大于电流表A2的读数 B.电流表A1的偏转角小于电流表A2的偏转角 C.电压表V1的读数小于电压表V2的读数 D.电压表V1的偏转角等于电压表V2的偏转角 ‎【解析】选A、D。改装后的电流表A1的量程大于电流表A2的量程，故电流表A1‎ 13‎ 的电阻值小于电流表A2的电阻值，并联电路中，电阻小的支路电流大，故电流表A1的读数大于电流表A2的读数，选项A正确；两电流表的表头并联，电压相同，故偏转角相等，选项B错误；改装后，电压表V1的电阻值大于电压表V2的电阻值，故电压表V1的读数大于电压表V2的读数，选项C错误；两电压表的表头串联，电流相等，故偏转角相等，选项D正确。‎ 考点四　电功、电热、电功率 纯电阻电路 ‎【典例7】如图甲所示，在材质均匀的圆形薄电阻片上，挖出一个偏心小圆孔。在彼此垂直的直径AB和CD两端引出四个电极A、B、C、D。先后分别将A、B或C、D接在电压恒为U的电路上，如图乙和图丙所示。比较两种接法中电阻片的热功率大小，应有 (　　)‎ A.接在AB两端电阻片热功率大 B.接在CD两端电阻片热功率大 C.两种接法电阻片电阻图丙的大 D.两种接法电阻片电阻一样大 ‎【解析】选B。将A、B接入电路时，电阻RAB相当于上半部分电阻和下半部分电阻并联；将C、D接入电路时，电阻RCD相当于左半部分电阻和右半部分电阻并联；图乙中AB将圆分为上下两半，并且上下两部分电阻相等；同样在图乙中CD将圆分为左右两半，并且右半部分的电阻小于左半部分的电阻，则四部分电阻大小关系为R左>R上=R下>R右，故RAB>RCD。根据P=可知接在CD两端电阻片热功率大，故B正确，A、C、D错误。‎ 非纯电阻电路 ‎【典例8】如图甲所示为一款儿童电动汽车，该款电动汽车的部分参数如图乙所示，则下列说法正确的是 (　　)‎ 13‎ A.电机正常工作时的电阻为6 Ω B.正常工作下电机的输出功率为24 W C.电源从无电状态到充满电需要消耗1.944×105 J能量 D.用该充电器给完全无电的玩具车充电，需4.5 h可充满 ‎【解析】选D。电动机是非纯电阻电路，不适用欧姆定律，不能直接用电压除以电流来计算电阻，故A错误；电动机的额定电压12 V，电流2 A，所以消耗的电功率为24 W，输出功率必然小于24 W，故B错误；电源从无电状态到充满电储存了12 V×4.5 A·h=1.944×105 J 能量，但充电过程中还要发热，所以消耗能量大于1.944×105 J，故C错误；充电器的规格为电压12 V，电流1 A，所以经过4.5 h可以给电动机电源充1 A×4.5 h=4.5 A·h的电量，即充满，故D正确。‎ ‎1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较：‎ ‎2.电动机的三个功率及关系：‎ 输入功率 电动机的总功率P总=P入=UI 输出功率 电动机的有用功的功率，也叫机械功率 热功率 电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率P热=I2r 三者关系 P总=P出+P热 效率 η=×100%=×100%‎ 13‎ ‎3.非纯电阻电路的分析方法：‎ ‎(1)抓住两个关键量。‎ 确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键。‎ ‎(2)用好“定律”，找准“关系”：‎ 首先利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流；然后根据闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压UM和电流IM。‎ ‎4.分析生活中的用电器问题的两条思路：‎ ‎(1)了解用电器的结构，含有电动机且正常工作的为非纯电阻；不含电动机或含电动机但电动机不转的则为纯电阻。‎ ‎(2)从能量转化角度来区分，若消耗的电能全部转化为电热，则为纯电阻；若消耗的电能有一部分转化为其他能量，则为非纯电阻。 ‎ 13‎