全国版2021高考物理一轮复习专题九恒定电流精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题九恒定电流精练含解析

专题九　恒定电流 一、选择题(共5小题,30分)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1.如图所示,R1、R2、R3为三个阻值相同的电阻,平行板电容器的电容为C,电源的电动势为E,内阻不计.开始时,开关S断开,电容器所带电荷量为Q1.现将开关S闭合,稳定后电容器所带电荷量为Q2,则Q‎1‎Q‎2‎的值为(　　)‎ A.‎3‎‎2‎ B.‎3‎‎4‎ C.‎2‎‎3‎ D.‎‎4‎‎3‎ ‎2.在如图甲所示的电路中,电源电动势为3.0 V,内阻不计,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,当开关S闭合后(　　)‎ A.通过L1的电流为通过L2的电流的2倍 B.L1的电阻为7.5 Ω C.L1消耗的电功率为0.75 W D.L2消耗的电功率为0.375 W ‎3.如图所示为多用电表欧姆挡的原理图,表头内阻为Rg,调零电阻为R0,电池的电动势为E,内阻为r,则下列说法错误的是(　　)‎ A.它是根据闭合电路欧姆定律制成的 B.接表内电池负极的应是红表笔 C.欧姆挡对应的“∞”刻度一般在刻度盘的右端 D.调零后刻度盘的中央刻度值是r+Rg+R0‎ ‎4.如图所示,电源电动势为E,内阻为r.开关S闭合后,将滑动变阻器的滑片向下滑动,理想电压表V1、V2的示数分别为U1、U2,示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,理想电流表A1、A2的示数分别为I1、I2,示数变化量的绝对值为ΔI1、ΔI2,则下列说法正确的是(　　)‎ A.电流表A2示数I2减小 - 11 -‎ B.电压表V2示数U2增大 C.ΔU1小于ΔU2‎ D.U‎2‎I‎1‎和ΔU‎2‎ΔI‎1‎都变小 ‎5.某同学测电阻的实物图如图所示,电压表V、电流表A均为理想电表,滑动变阻器R的最大阻值为20 Ω,电源电动势E=3 V,内阻r=1 Ω,定值电阻阻值R1=4 Ω.现将开关闭合,在滑动变阻器的滑片从左端滑到右端的过程中,下列说法正确的是(　　)‎ A.电路中电流逐渐减小 B.滑动变阻器消耗的最大功率为0.45 W C.当滑动变阻器接入电路的有效电阻为1 Ω时,R1消耗的功率最大 D.当滑动变阻器接入电路的有效电阻为0时,电源的效率最大 二、非选择题(共7小题,60分)‎ ‎6.[新情境,8分]充电宝是给手机及时充电的一种重要工具.可将充电宝视为跟蓄电池和干电池一样的可移动直流电源.一同学想测量某充电宝在充满电后的电动势(约5 V)和内阻,实验室还提供了如下器材:‎ A.量程是3 A,内阻约为0.2 Ω的电流表;‎ B.量程是6 V,内阻约为6 kΩ的电压表;‎ C.量程是15 V,内阻约为30 kΩ的电压表;‎ D.阻值为0~1 kΩ,额定电流为0.5 A的滑动变阻器;‎ E.阻值为0~10 Ω,额定电流为3 A的滑动变阻器;‎ F.阻值为2.5 Ω的定值电阻;‎ G.阻值为20 Ω的定值电阻;‎ H.开关S一个,导线若干.‎ ‎(1)实验中滑动变阻器应选用　　　　.(选填相应器材前的字母) ‎ ‎(2)根据所给器材,该同学设计了如图甲所示的电路,其中R0应选择　　　　　(选填相应器材前的字母),它在电路中的作用是　　　　　　　　　　　　　　. ‎ ‎(3)该同学记录的8组数据如表中所示,请在图乙的坐标纸上画出该充电宝的U-I图线.由图线可知该充电宝的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω.(保留到小数点后2位) ‎ - 11 -‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 电流I/A ‎0.17‎ ‎0.31‎ ‎0.66‎ ‎0.93‎ ‎1.18‎ ‎1.37‎ ‎1.63‎ ‎1.89‎ 电压U/V ‎5.05‎ ‎5.03‎ ‎5.00‎ ‎4.97‎ ‎4.94‎ ‎4.92‎ ‎4.89‎ ‎4.86‎ ‎7.[2020福建五校第二次联考,8分]某物理兴趣小组欲用图示电路将电流表改装成欧姆表,使欧姆表的中央刻度为15,倍率为“×1”.实验室提供的器材有:‎ A.一节1.5 V干电池E(内阻不计); ‎ B.电流表(量程0~100 mA,内阻为2.5 Ω); ‎ C.电流表(量程0~0.6 A,内阻为0.2 Ω);‎ D.滑动变阻器R1(0~30 Ω); ‎ E.滑动变阻器R2(0~3 kΩ);‎ F.一对表笔及导线若干.‎ ‎(1)图中a为　　　　(填“红”或“黑”)表笔. ‎ ‎(2)电流表应选用　　　　(填“B”或“C”),滑动变阻器应选用　　　　(填“D”或“E”). ‎ ‎(3)在正确选用器材的情况下,正确连接好实验电路,并正确操作,若电流表满偏电流为Ig,则电阻刻度盘上原‎1‎‎4‎Ig处应标上“　　　　”(填写具体数值). ‎ ‎8.[2020河北唐山高三摸底,8分]为了测量长为1.0 m的均匀材料制成的金属圆柱的电阻率,实验室能够提供的实验器材有:‎ 电源E(电动势为12 V,内阻约为10 Ω);‎ 螺旋测微器和多用电表;‎ - 11 -‎ 电压表V(量程为0~15 V,内阻约为5 kΩ);‎ 电流表mA(量程为0~50 mA,内阻约为100 Ω);‎ 滑动变阻器R(阻值为0~20 Ω);‎ 待测金属圆柱体;‎ 开关及导线若干.‎ ‎　　　　 　图甲　　　　　　　　　　图乙 ‎(1)用螺旋测微器测量圆柱直径,其示数如图甲所示,则该圆柱直径的测量值d=　　　 mm. ‎ ‎(2)用多用电表欧姆挡的“×10”挡粗测圆柱体的电阻值时,表盘上指针如图乙所示,则圆柱体的电阻约为　　　　 Ω. ‎ ‎(3)为了获得多组数据,尽量精确测量其电阻值,请在实物图中完成实验电路.‎ ‎　　 　　　图丙　　　　　　　　　　　　　图丁 ‎(4)电路正确连接后,滑片置于最　　　　(填“左”或“右”)端,闭合开关,通过调节滑片位置,得到如表中所示的多组U、I数据,请在图丁的坐标纸中作出U-I关系图线. ‎ U/V ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ ‎7.0‎ I/mA ‎10.9‎ ‎16.4‎ ‎21.9‎ ‎27.3‎ ‎32.8‎ ‎38.3‎ ‎(5)由图丁可得电阻值为　　　　 Ω,由以上数据可得待测材料的电阻率.(结果保留3位有效数字) ‎ ‎9.‎ - 11 -‎ ‎[8分]发光二极管(LED)是由镓(Ga)、砷(As)与磷(P)等的化合物制成的一种能够发光的半导体电子元件,通常用在电路及仪器中作为指示灯,或组成文字或数字显示,其显著的特点就是具有单向导电性.某物理小组欲研究测量发光二极管正向伏安特性,设计了如图甲、乙、丙所示的三种电路,小组最终选择了图丙.操作步骤如下:‎ a.根据电路图丙连接电路;‎ b.闭合开关S1,调节各可变电阻,使得开关S2由断开到闭合时,灵敏电流表G指针无偏转,并记录此时电压表V的示数U和电流表A的示数I;‎ c.调节可变电阻,重复步骤b,读出多组不同的U值和I值,记录数据;‎ d.根据数据在坐标纸上描绘出二极管正向伏安特性曲线如图丁所示.‎ 图丁 根据以上内容,回答下列问题.‎ ‎(1)从设计原理上讲,对于图甲和图乙的误差分析,下列说法正确的是　　　　. ‎ A.图甲误差的来源在于电流表的分压作用,图乙的误差来源在于电流表的分压作用 B.图甲误差的来源在于电流表的分压作用,图乙的误差来源在于电压表的分流作用 C.图甲误差的来源在于电压表的分流作用,图乙的误差来源在于电流表的分压作用 D.图甲误差的来源在于电压表的分流作用,图乙的误差来源在于电压表的分流作用 ‎(2)从描绘的图线来看,当发光二极管导通时,发光二极管的电阻随着U的增大而迅速　　　　(选填“增大”或“减小”). ‎ ‎(3)从设计原理上讲,图丙电路中的二极管电阻测量值真实值(选填“大于”“等于”或“小于”).‎ ‎(4)若该型号发光二极管的最佳工作电压为2.5 V,现用电动势为5 V、内阻为‎2.0Ω - 11 -‎ 的电源供电,则需要在电路中串联一个电阻R才能使其处于最佳工作状态,请根据所画出的该型号二极管的伏安特性曲线进行分析,串联的电阻R的阻值为　　　　Ω(结果保留3位有效数字). ‎ ‎10.[8分]某研究性学习小组为了测一未知电阻Rx的阻值,先用多用电表欧姆挡粗略测得其电阻大约为10 Ω,然后在实验室中选择了如下器材用伏安法测量该电阻的阻值.‎ 图甲 图乙 电源(电动势为3 V,内阻不计);‎ 电流表(量程0~300 mA,内阻RA约为0.5 Ω);‎ 电压表(量程0~3 V,内阻RV约为2 kΩ);‎ 滑动变阻器(最大阻值为30 Ω);‎ 开关一个、导线若干.‎ ‎(1)按照实验要求在图甲中将实物图连接起来.‎ ‎(2)若已按实验要求接线,闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0.写出产生这种现象的一种原因:　. ‎ ‎(3)由于系统误差,用图甲所示电路求出的电阻测量值　　　　真实值(选填“大于”或“小于”). ‎ ‎(4)为了消除伏安法测电阻时电路引起的系统误差,该小组寻找另一未知电阻和单刀双掷开关,设计了另一种电路,电路的原理图如图乙所示.该学习小组在测量过程中得到以下数据:单刀双掷开关接位置1时,电流表示数为I1,电压表示数为U1;单刀双掷开关接位置2时,电流表示数为I2,电压表示数为U2,滑动变阻器滑片位置始终不变,用以上数据表示待测电阻Rx的表达式为Rx=　　　　. ‎ ‎11.[2020陕西百校第一次联考,10分]某同学欲将一阻值为27 Ω的电阻R与一微安表(量程为250 μA)连接而改装为大量程的毫安表,因不知改装后的毫安表的量程,他利用一标准毫安表,根据图甲所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表).‎ ‎(1)根据图甲和题中所给条件,完成图乙中的实物连接.‎ ‎(2)闭合开关S,当标准毫安表的示数为6.48‎ - 11 -‎ ‎ mA时,微安表的指针位置如图丙所示,请回答下列问题:‎ ‎①图丙中该微安表的示数为　　　　　μA; ‎ ‎②可以推测出改装后的毫安表的量程为　　　　　(填正确答案标号); ‎ A.12 mA　　　B.9 mA　　　C.8 mA　　　D.6 mA ‎③可以推测出该微安表的内阻为　　　　　Ω. ‎ ‎12.[2020吉林长春监测,10分]某同学设想利用如图甲所示的实验电路,测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势,实验过程中电流表的读数始终符合实验要求.‎ ‎(1)为了测量未知电阻Rx的阻值,他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至　　　　(填“最大”或“最小”),然后闭合开关K1,将K2拨至1位置,调节R2,稳定后电流表A读数为I0;接着将开关K2拨至2位置,保持R2不变,调节R1,当R1=34.2 Ω时,电流表A读数仍为I0,则该未知电阻的阻值Rx=　　　　 Ω. ‎ 图甲 图乙 ‎(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源的电动势E,他将R1的阻值调到某一值,将R2的阻值调到最大,将开关K2拨至2位置,闭合开关K1;然后多次调节R2,并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I;最后根据记录的数据,画出如图乙所示的图象,根据你所学的知识和题中所给字母写出该图象对应的函数表达式:　　　　　　　;已知R1=1.5 Ω,利用图象中的数据可求得,电流表A的内阻RA=　　　　Ω,电源的电动势E=　　　　　　　　V. ‎ - 11 -‎ ‎1.B　由串并联电路的特点可知,电容器与电阻R1并联,当开关S断开时,电阻R1、R2串联,设电阻R1、R2、R3的阻值均为R,电容器两端的电压为U1,则有U1=E‎2R×R=‎1‎‎2‎E,故Q1=CU1=‎1‎‎2‎CE;开关S闭合后,电路中的总电阻为R总=‎3‎‎2‎R,设此时电容器两端的电压为U2,则U2=E‎3‎‎2‎R×R=‎2‎‎3‎E,故Q2=CU2=‎2‎‎3‎CE,所以Q‎1‎Q‎2‎=‎1‎‎2‎CE‎2‎‎3‎CE=‎3‎‎4‎,故选项B正确.‎ ‎2.C　因电源内阻不计,且灯泡规格相同,所以S闭合后L1两端电压U1=3.0 V,L2、L3两端电压U2=U3=1.5 V,在I-U图象中,可以读出相应的电流I1=0.25 A,I2=I3=0.20 A,故选项A错误.由R=UI知,此时R1=12 Ω,故选项B错误.由P=UI知此时P1=0.75 W,P2=0.3 W,故选项C正确,D错误.‎ ‎3.C　多用电表是根据闭合电路的欧姆定律制成的,A说法正确;电流从黑表笔流出,红表笔流入,B说法正确;欧姆挡对应的“∞”刻度在刻度盘的左端,C说法错误;当多用电表指针指在中央位置时,Ig‎2‎=ERg‎+R‎0‎+r+‎Rx,Ig=ERg‎+r+‎R‎0‎,所以Rx=Rg+R0+r,即中央刻度值为r+Rg+R0,D说法正确,故应选C.‎ ‎4.C　 当滑片向下滑动时,滑动变阻器R接入电路中的阻值变小,并联电阻变小,则电路中总电阻变小,总电流变大(I1变大),由U2=E-I1(r+R1)知并联部分电压变小(U2变小),流过电阻R2的电流变小,结合总电流I1变大可知,流过滑动变阻器的电流变大(I2变大),选项A、B错误;ΔU1=ΔI1R1,而ΔU2=ΔI1(r+R1),所以ΔU2>ΔU1,选项C正确;当滑动变阻器R接入电路中的阻值变小时,U‎2‎I‎1‎变小,而由前面分析有ΔU‎2‎ΔI‎1‎=r+R1,所以ΔU‎2‎ΔI‎1‎不变,选项D错误.‎ ‎5.B　根据题图可知,电路图如图所示,滑动变阻器的滑片从左端滑到右端的过程中,滑动变阻器接入电路中的有效电阻先增大后减小,电路中电流先减小后增大,A错误;滑动变阻器的滑片从左端滑到右端的过程中,其接入电路中的有效阻值范围是0~5 Ω,把R1视为电源内阻的一部分,则当滑动变阻器接入电路中的有效电阻R'=R1+r=5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大值Pmax=I2R'=(E‎2R'‎)2R'=E‎2‎‎4R'‎=‎3‎‎2‎‎4×5‎ W=0.45 W,B正确;要使R1消耗的功率最大,则需要使通过R1的电流最大,此时滑动变阻器接入电路中的有效电阻应最小,即为0时,R1消耗的功率最大,C错误;电源的效率η=IUIE×100%=I(R‎1‎+R″)‎I(R‎1‎+R″+r)‎×100%=‎ - 11 -‎ ‎1‎‎1+‎rR″+‎R‎1‎‎×100%,显然当R″最大时,电源的效率最大,即当滑动变阻器接入电路中的有效电阻R″=5 Ω时,电源的效率最大,D错误.‎ ‎6.(1)E(1分)　(2)F(1分)　防止滑动变阻器调节过度导致电流表损坏,同时方便测量(2分)　(3)如图所示(2分)　5.07(1分)　‎ ‎0.11(1分)‎ 解析:(1)滑动变阻器R用于改变电路中的电流,依照安全性和方便性原则应选E;(2)R0作为保护电阻,除了防止滑动变阻器调节过度导致电流表损坏外,还要方便测量,因此不能选G,只能选F;(3)由E=U+Ir可知,充电宝的电动势为E=5.07 V,U-I图线的斜率大小即为充电宝的内阻大小,则内阻为r=0.11 Ω.‎ ‎7.(1)红(1分)　(2)B(2分)　D(2分)　(3)45(3分)‎ 解析:(1)根据“红进黑出”可知题图中a为红表笔.(2)将电流表改装成中央刻度为15,倍率为“×1”的欧姆表,即欧姆表的内电阻为15 Ω,通过的电流最大值为Ig=‎1.5V‎15Ω=0.1 A,所以应该选择量程为0~100 mA的电流表,即选择B;为方便测量,滑动变阻器应该选择阻值范围为0~30 Ω的D.(3)由闭合电路欧姆定律有‎1‎‎4‎Ig=ERx‎+‎R内,又R内=15 Ω,解得Rx=45 Ω,即原‎1‎‎4‎Ig处应该标上45.‎ ‎8.(1)3.908 (3.907~3.909均可)(1分)　(2)175(172~178均可)(1分) 　(3)如图1所示(2分)　(4)右(1分)　如图2所示(2分)‎ ‎(5)183(181~185均可)(1分)‎ ‎　　　　　　 　图1　　　　　　　　　　　图2‎ 解析:(1)固定刻度读数为3.5 mm,可动刻度读数为40.8×0.01 mm=0.408 mm,两者相加得3.908 mm.(2)刻度盘读数约为17.5,再乘以倍率10,即电阻约为175 Ω.(3)待测电阻的阻值与电压表的内阻差别较大,应采用电流表外接法,实物连线如答图1所示.(4)滑动变阻器的滑片应调到最右端使待测电阻支路的电压为零,电压从零开始变化以防止烧毁电表,根据表中数据描点连线作图.(5)求得U-I图线的斜率等于待测电阻的阻值,约为183 Ω.‎ ‎9.(1)C(1分)　(2)减小(2分)　(3)等于(2分)　(4)112(110~114均可)(3分)‎ - 11 -‎ 解析:(1)由图示电路图可知,题图甲采用电流表外接法,题图乙采用电流表内接法,题图甲误差的来源在于电压表的分流作用,题图乙的误差来源在于电流表的分压作用,故选项C正确.(2)通过发光二极管的电流随电压增大而增大,由题图丁可知,发光二极管的正向电阻随电压增大而减小.(3)由题图丙所示电路图可知,电路避免了电表内阻对实验的影响,发光二极管电阻测量值等于真实值.(4)根据I-U图线,当发光二极管的工作电压为2.5 V时,工作电流约为22 mA,则串联电阻和电源内阻上分到的电压应为2.5 V,故应串联的电阻R的阻值为‎2.5‎‎2.2×‎‎10‎‎-2‎ Ω-2.0 Ω≈112 Ω.‎ ‎【易错警示】　在求解本题时常见易错之处是不能将描绘小灯泡伏安特性曲线的实验原理迁移到本题中来,不能正确理解实验原理.本题中不论是应用电流表内接法还是外接法都存在较大的误差,而图丙可以通过补偿法消除因电流表和电压表内阻引起的系统误差.‎ ‎10.(1)如图所示(3分)　(2)待测电阻断路(2分)　(3)小于(1分) (4)U‎2‎I‎2‎-U‎1‎I‎1‎(2分)‎ 解析:(1)由于RVRx>RxRA,则电流表用外接法,滑动变阻器阻值约为待测电阻的3倍,用限流接法.(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0,产生这种现象的原因可能是待测电阻断路,由于电压表内阻非常大,导致电流表电流接近零,电压表示数是电源电压.(3)使用电流表外接法时,电流表测量的是干路电流,由于电压表的分流作用,导致电阻测量值小于真实值.(4)单刀双掷开关接位置1时,电流表示数为I1,电压表示数为U1,根据欧姆定律有R+RA=U‎1‎I‎1‎,单刀双掷开关接位置2时,电流表读数为I2,电压表示数为U2,Rx+R+RA=U‎2‎I‎2‎,解得Rx=U‎2‎I‎2‎-U‎1‎I‎1‎.‎ ‎11.(1)如图所示(3分)　(2)①180(2分)　②B(2分)　③945(3分)‎ 解析:(1)微安表改装为大量程的毫安表时,微安表应与定值电阻R并联,实物连接如答图所示.(2)①题图丙中微安表的示数为180 μA.②设微安表的内阻为r,通过标准毫安表的电流为I时,通过微安表的电流为I',则有I·RrR+r=I'r,解得I'=RIR+r,即I'与I成正比,故Imax‎6.48mA=‎‎250‎‎180‎ - 11 -‎ ‎,解得改装后的毫安表的量程Imax=9 mA,选项B正确.③由I'=RIR+r可得r=(II'‎-1)R=(‎6.48×1‎‎0‎‎3‎‎180‎-1)×27 Ω=945 Ω.‎ ‎12.(1)最大(2分)　34.2(2分)　(2)‎1‎I=‎1‎ER2+R‎1‎‎+‎RAE(2分)　0.5(2分)　4(2分)‎ 解析:(1)在闭合开关之前,为保护电源和电路中的电表,两个电阻箱的电阻都应该调至最大.闭合开关K1,将K2拨至1位置,调节R2,稳定后电流表读数为I0;将K2拨至2位置,保持R2阻值不变,调节R1,当R1=34.2 Ω时,电流表读数仍为I0,说明此时两次电路中电阻相等,即未知电阻的阻值Rx= R1=34.2 Ω.(2)将K2拨至2位置,闭合开关K1,由闭合电路欧姆定律有E=I(R1+R2+RA),对照题图乙,可变形为‎1‎I=‎1‎ER2+RA‎+‎R‎1‎E.由图线斜率k=‎1‎E=‎1.0-0.5‎‎2.0‎ V-1,可得电动势E=4 V;由图线在纵轴上的截距RA‎+‎R‎1‎E=0.5 A-1,又R1=1.5 Ω,可解得电流表A的内阻RA=0.5 Ω.‎ ‎【实验攻略】　(1)为了保护电路中的元件,开关闭合前电阻箱、滑动变阻器等接入电路的阻值都应该调至最大.(2)处理实验数据时,先利用闭合电路欧姆定律得出函数关系式,再根据题给图象进行变形,最后根据图线斜率、截距等的物理意义得出所求物理量.‎ - 11 -‎