届物理二轮 电路分析 专题卷 全国通用.docx
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届物理二轮电路分析专题卷全国通用
专题强化十三 电路分析
一、选择题:
本题共12小题,每小题5分,在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求的,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.
1.[2018·北京学业测试]中国是全球最大的家用电器生产和消费国.家用电器拥有量的迅速增长带来了巨大的能源消耗,同时也加重了对环境的污染.因此,我国通过制定和实施能效标准、推广能效标识制度来提高用能产品的能源效率,促进节能减排,减少对环境的污染.
如图是某型号空调的能效标识.其中,能效等级是依据能效比来划分的,目前中国的能效等级根据能效比由高到低依次分为1、2、3三个等级.能效比是指空调在额定工作条件下制冷时,制冷量与输入功率之比.制冷量是指空调制冷时,单位时间内从密闭空间内去除的热量总和.
若空调在额定工作条件下制冷,根据以上资料可以判断,下列说法中正确的是( )
A.在制冷量相同的情况下,能效比大的空调输入功率大
B.在能效比相等的情况下,制冷量大的空调输入功率小
C.在输入功率相同的情况下,能效比大的空调制冷量大
D.在输入功率相同的情况下,制冷量大的空调能效比小
2.(多选)[2018·洛阳市第一次统考]如图所示,直线a、抛物线b和c为某一稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率PE、输出功率PR、电源内部发热功率Pr,随路端电压U变化的图象,但具体对应关系未知,根据图象可判断( )
A.PE-U图象对应图线a,由图知电动势为9V,内阻为3Ω
B.Pr-U图象对应图线b,由图知电动势为3V,内阻为1Ω
C.PR-U图象对应图线c,图象中任意电压值对应的功率关系为PE=Pr+PR
D.外电路电阻为1.5Ω时,输出功率最大为2.25W
3.(多选)[2018·成都市高三质检一]如图所示的电路中,电源电动势E=4V,内阻r=1Ω,定值电阻R0=1Ω,R为滑动变阻器,电容器的电容C=40μF.闭合开关S,下列说法中正确的是( )
A.将R的阻值调至2Ω时,电容器的电荷量为8×10-5C
B.将R的阻值调至2Ω时,滑动变阻器的功率为最大值
C.将R的阻值调至2Ω时,电源的输出功率为最大值
D.在R的滑动触头P由左向右移动的过程中,电容器的电荷量增加
4.[2018·郑州市一模]如图所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,定值电阻的阻值R1=r,当滑动变阻器R2的滑片向右滑动过程中,理想电流表A1,A2的示数变化量的绝对值分别为ΔI1、ΔI2,理想电压表示数变化量的绝对值为ΔU,下列说法不正确的是( )
A.电压表V的示数减小
B.电流表A1、A2的示数均减小
C.ΔU与ΔI2的比值等于电源内阻r
D.电源的输出功率逐渐增大
5.(多选)[2018·四川遂宁市高三一模]如图所示,电源电动势E=3V,内电阻r=2Ω,定值电阻R1=2Ω,滑动变阻器的最大阻值R2=4Ω,其滑片P置于正中央,电容器C的正中央A处固定一个带正电的点电荷q,右极板N接地,现将开关K1、K2闭合,则( )
A.若变阻器的滑片从中央向右滑动,电压表的读数变大
B.若变阻器的滑片从中央向右滑动,电源的输出功率变小
C.若变阻器的滑片从中央向左滑动,电容器内的电场强度变小,A位置的电势降低
D.若将开关K1、K2闭合一段时间后再断开K2,将电容器左极板M稍稍向右移,点电荷q的电势能不变
6.(多选)[2018·天津市和平区三模]如图1所示的电路,电源电动势E=3.0V,内阻不计,L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的I-U特性曲线如图2所示.当开关闭合后,下列关于电路中的灯泡的说法中,正确的是( )
A.灯泡L1消耗的电功率为0.30W
B.灯泡L1的电阻为75Ω
C.灯泡L3的电阻为12Ω
D.三灯泡消耗的总电功率为0.90W
7.(多选)[2018·山东二模]如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,开关S闭合后,平行板电容器中的带电液滴P处于静止状态,电流表和电压表均为理想电表,则( )
A.带电液滴P一定带正电
B.R4的滑片向上端移动时,电流表示数减小,电压表示数增大
C.若仅将电容器下极板稍微向上平移,带电液滴P将向上极板运动
D.若将开关S断开,带电液滴M将向下极板运动
8.(多选)[2018·济宁市高三一模]如图甲所示,理想变压器的原、副线圈共接有四个规格完全相同的小灯泡,在原线圈所在电路的A、B端输入的交流电的电压如图乙所示,四个灯泡均正常发光.下列说法正确的是( )
A.原、副线圈的匝数比4:
1
B.灯泡的额定电压为55V
C.原线圈两端的电压为220V
D.若副线圈再并联一规格相同的灯泡,灯泡L1有可能被烧坏
9.[2018·银川一中一模]如图所示,边长为L、匝数为N,电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动,转轴OO′垂直于磁感线,在线圈外接一含有理想变压器的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.保持线圈以恒定角速度ω转动,下列判断正确的是( )
A.从图位置计时,矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBωL2sinωt
B.电压表V1示数等于NBωL2,电压表V2示数等于
C.当可变电阻R的滑片P向上滑动时,电压表V2的示数变大
D.当可变电阻R的滑片P向上滑动时,变压器的输入功率减小
10.(多选)[2018·哈尔滨市第三中学一模]如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4:
1,电压表和电流表均为理想电表,原线圈接在u=36
sin100πt(V)的正弦交流电上,图中D为理想二极管(正向电阻不计,反向电阻为无穷大),定值电阻R=9Ω,则下列说法正确的是( )
A.t=
s时,原线圈输入电压的瞬时值为18
V
B.电压表示数为18V
C.电流表示数为1A
D.变压器的输入功率为
W
11.如图,电路中有四个完全相同的灯泡,额定电压均为U,额定功率均为P,现在四个灯泡在含有理想变压器的交流电路中都能正常发光,则变压器的原副线圈匝数比n1:
n2、电源电压U1分别为( )
A.1:
2;2UB.1:
2;4U
C.2:
1;4UD.2:
1;2U
12.(多选)[2018·河南省六校联考]用图示装置可以检测霍尔效应.利用电磁铁产生磁场,电流表检测输入霍尔元件的电流,电压表检测元件输出的电压.已知图中的霍尔元件是半导体,与金属导体不同,它内部形成电流的“载流子”是空穴,空穴可视为能自由移动的带正电的粒子.图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端.当开关S1、S2闭合后,电流表A和电流表B、C都有明显示数,下列说法中正确的是( )
A.电表B为电压表,电表C为电流表
B.接线端4的电势低于接线端2的电势
C.若调整电路,使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向相反,但大小不变,则电压表的示数将保持不变
D.若增大R1、增大R2,则电压表示数增大
二、实验题:
本题3小题,共18分.
13.(6分)[2018·张掖市高三模拟]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,备用实验器材如下:
A.小灯泡(标称值为“2.5V,1.25W”)B.电流表(量程0.6A,内阻约1Ω)
C.电流表(量程3A,内阻约0.2Ω)D.电压表(量程1.5V,内阻3KΩ)
E.滑动变阻器(010Ω)F.滑动变阻器(0200Ω)
G.定值电阻(阻值为100Ω)H.定值电阻(阻值为3KΩ)
I.电源(电动势3V,内阻很小)J.开关,导线若干
备选电路图如下(各电路图中R为滑动变阻器,R0为定值电阻):
为了实现实验测量目标,并使测量结果尽量准确,回答以下问题(填写器材前的字母序号或电路图下的字母序号):
(1)电路图应选择.
(2)电流表应选择.
(3)滑动变阻器应选择.
(4)定值电阻应选择.
(5)如图所示,是此次实验所得出的小灯泡的伏安特性曲线,若把该小灯泡与一个电动势为3V,内阻为0.8Ω的电源直接相连接,构成闭合回路,小灯泡(能、不能)正常发光,理由是灯泡两端电压2.5V(填“大于”、“等于”或“小于”).
14.(6分)[2018·沈阳市高三模拟]现有一电池,电动势E约为5V,内阻r约为50Ω,允许通过的最大电流为50mA.为测定该电池的电动势和内阻,某同学利用如图甲所示的电路进行实验.图中R为电阻箱,阻值范围为0999.9Ω,R0为定值电阻,V为理想电压表.
(1)可供选用的R0有以下几种规格,本实验应选用的R0的规格为(填选项序号字母).
A.15Ω 1.0WB.50Ω 0.01W
C.60Ω 1.0WD.1500Ω 6.0W
(2)按照图甲所示的电路图,将图乙所示的实物连接成实验电路.
(3)连接好电路,闭合开关S,调节电阻箱的阻值,记录阻值R和相应的电压表示数U,测得多组实验数据,并作出如图丙所示的
-
关系图象,则电动势E=V,内阻r=Ω.(结果均保留2位有效数字)
15.(6分)[2018·河北省武邑中学高三调研]为了测量某种材料制成的电阻丝的电阻Rx,提供的器材有:
A.电流表G,内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=6mA
B.电压表V,量程为6V
C.螺旋测微器,毫米刻度尺
D.电阻箱R0(099.99Ω)
E.滑动变阻器R(最大阻值为5Ω)
F.电池组E(电动势为6V,内阻约为0.05Ω)
G.一个开关S和导线若干
(1)用多用电表粗测电阻丝阻值,用“×10”挡时发现指针偏转角度过大,应该换用挡(选填“×1”或“×100”),进行一系列正确操作后,指针静止时位置如图甲所示;
(2)电流表G与电阻箱并联改装成量程为0.6A的电流表,则电阻箱的阻值应调为R0=Ω;(结果保留3位有效数字)
(3)为了用改装好的电流表测量电阻丝Rx的阻值,请根据提供的器材和实验需要,将图乙中电路图补画完整.(要求在较大范围内测量多组数据)
(4)电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适位置,电压表V的示数为U,电流表G的示数为I.请用已知量和测量的字母符号,写出计算电阻的表达式Rx=.
三、计算题:
本题共2小题,共22分.
16.(10分)[2018·慈溪市期末]新概念汽车的制动能量回收系统是为了实现能源的充分利用.大致的工作原理如图甲所示.当汽车刹车减速时,线圈受到辐向磁场的阻尼作用助汽车减速,同时产生电能储存,图中线圈匝数为N,ab长度为L1,bc长度为L2,图(b)是此装置的侧视图.切割处磁场的磁感应强度大小恒为B,有理想边界的两个扇形磁场区边线夹角都是90°.某次刹车时,线圈以角速度ω逆时针匀速转动,线圈中的最大电流为I,取ab边刚开始进入右侧的扇形磁场为t=0时刻,且设定此时的电流为正方向,不计一切摩擦,则:
(1)线圈在图甲(b)所示位置时,线圈中电流方向如何;
(2)在图乙中画出线圈产生的电动势e随时间t的变化图象,要求在图象中标明相应的最大值Em与周期T;
(3)线圈转动一圈,系统回收的电能为多少.
17.(12分)[2018·北京市东城区一模]两根材料相同的均匀直导线a和b串联在电路上,a长为l0,b长为2l0.
(1)若沿长度方向的电势随位置的变化规律,如图所示,
求:
①a、b两导线内电场强度大小之比
;
②a、b两导线横截面积之比
.
(2)以下对直导线内部做进一步分析:
设导线单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e,自由电子定向移动的平均速率为v.
现将导线中电流I与导线横截面积S的比值定义为电流密度,其大小用j表示.
①请建立微观模型,利用电流的定义I=
推导:
j=nev;
②从宏观角度看,导体两端有电压,导体中就形成电流;从微观角度看,若导体内没有电场,自由电子就不会定向移动.设导体的电阻率为ρ,导体内场强为E,试猜想j与E的关系并推导出j、ρ、E三者间满足的关系式.(解题过程中需要用到的物理量要在解题时作必要的说明)
专题强化十三 电路分析
1.C 能效比k是指空调在额定工作条件下制冷时,制冷量PQ与输入功率P之比,则PQ=kP.在制冷量相同的情况下,能效比大的空调输入功率小,A选项错误;在能效比相等的情况下,制冷量大的空调输入功率大,B选项错误;在输入功率相同的情况下,能效比大的空调制冷量大,C选项正确;在输入功率相同的情况下,制冷量大的空调能效比大,D选项错误.
2.BC 根据闭合电路欧姆定律可知,电源的总功率PE=EI=E·
=-
·U+
,PE-U图象为一倾斜的直线,对应图线a,图象斜率的绝对值k=
=3,当U=0时,PE=
,联立解得,E=3V,r=1Ω,A选项错误;电源内部消耗的功率Pr=
,根据数学知识可知,Pr-U图象对应图线b,B选项正确;根据能量守恒可知,PR=PE-Pr=-
·U2+
·U,则PR-U图象对应图线c,C选项正确;根据功率分配知识可知,当内、外电阻相等,外电路电阻为1Ω时,电源的输出功率最大,Pm=
=2.25W,D选项错误.
3.AB 分析电路可知,闭合开关S,定值电阻R0与滑动变阻器R串联,电容器测量滑动变阻器两端的电压,将R的阻值调至2Ω时,根据闭合电路欧姆定律可知,U=E·
=2V,电容器的电荷量Q=CU=8×10-5C,A选项正确;根据功率分配原则可知,把定值电阻R0看作等效内阻,当外电阻等于内阻时,等效电源的输出功率最大,即当R=R0+r=2Ω时,滑动变阻器的输出功率最大,B选项正确;将R的阻值调至0时,电源的输出功率为最大值,C选项错误;在R的滑动触头P由左向右移动的过程中,滑动变阻器的阻值减小,电容器两端电压减小,电容器的电荷量减小,D选项错误.
4.A 分析电路可知,定值电阻R1与滑动变阻器R2并联连接,电压表测量电源两端的电压,当滑动变阻器R2的滑片向右滑动过程中,滑动变阻器阻值增大,电压表示数增大,A选项错误;电路总阻值增大,则干路电流减小,故电流表A1的示数减小,流过滑动变阻器的电流减小,故电流表A2的示数减小,B选项正确;电压表测量路端电压,根据闭合电路欧姆定律可知,
=r,C选项正确;当电路的外电阻等于内阻时,电源的输出功率最大,定值电阻的阻值R1=r,滑动变阻器阻值增大,则两者并联的电阻接近内阻,电源的输出功率逐渐增大,D选项正确.
5.BCD 分析电路可知,定值电阻R1和滑动变阻器R2串联,电压表测量R1两端的电压,电容器测量R2两端的电压,若变阻器的滑片从中央向右滑动,电阻增大,则电容器两端电压增大,电压表的读数变小,A选项错误;当电路的外电阻等于内阻时,电源的输出功率最大,故变阻器的滑片从中央向右滑动,电源的输出功率变小,B选项正确;若变阻器的滑片从中央向左滑动,电容器两端电压减小,电场强度变小,根据匀强电场中电势差与电场强度的关系可知,UAN=EdAN,A位置的电势降低,C选项正确;若将开关K1、K2闭合一段时间后再断开K2,电容器电荷量不变,将电容器左极板M稍稍向右移,根据E=
=
·
可知,电场强度不变,点电荷q的电势能不变,D选项正确.
6.AC 电源的内阻不计,当开关闭合后,灯泡L3的电压U3=3V,根据图2读出电流I3=0.25A,根据功率公式可知,灯泡L3消耗的功率P=U3I3=0.75W,根据欧姆定律可知,灯泡L3的电阻R3=
=12Ω,C选项正确;灯泡L1、L2串联,电压U1=U2=1.5V,根据图2可知,电流I1=I2=0.20A,根据欧姆定律可知,电阻R1=7.5Ω,B选项错误;灯泡L1、L2的功率P1=P2=U1I1=0.30W,A选项正确;三灯消耗的总功率为:
2×0.30+0.75=1.35W,D选项错误.
7.BC 分析电路可知,电容器上极板与电源正极相连,极板间的电场方向竖直向下,带电液滴P受重力和电场力作用,保持平衡,电场力方向向上,液滴带负电,A选项错误;R4的滑片向上端移动时,滑动变阻器的电阻增大,总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律可知,路端电压增大,总电流减小,R3两端电压增大,流过R3的电流增大,电流表测量流过滑动变阻器的电流,读数减小,R2两端电压减小,电压表读数增大,B选项正确;若仅将电容器下极板稍微向上平移,电容器两端电压不变,场强增大,液滴受到的合力向上,故液滴将向上极板运动,C选项正确;若将开关S断开,电容器两极板电压增大,等于电源电动势,场强增大,合外力向上,液滴向上运动,D选项错误.
8.BD 四个灯泡均正常发光,说明流过灯泡的电流相等,分析副线圈电路可知,三个灯泡并联,则流过副线圈的电流是原线圈的3倍,根据理想变压器电流和匝数的关系可知,原、副线圈的匝数之比为3:
1,A选项错误;根据理想变压器电压和匝数的关系可知,原线圈电压为3U,灯泡L1的电压也为U,则电源的电压为4U=220V,副线圈电压U=55V,原线圈电压3U=175V,C选项错误,B选项正确;若副线圈再并联一规格相同的灯泡,则流过副线圈的电流增大,流过原线圈的电流增大,灯泡L1有可能被烧坏,D选项正确.
9.D 正弦式交流发电机从垂直中性面位置开始计时,电动势表达式为e=NBL2ωcosωt,A选项错误;电压表和电流表读数为有效值,线圈中产生的最大电动势Em=NBL2ω,根据正弦式交变电流的规律可知,电压表V1的示数等于
NBL2ω,电压表V2的示数等于
NBL2ω,B选项错误;交流发电机内电阻不计,变压器输入电压不变,根据理想变压器电压和匝数的关系可知,当P位置向上滑动时,副线圈上的电压不变,电压表V2读数不变,C选项错误;当P位置向上移动时,R增大,根据电功率的表达式可知,变压器的输出功率减小,输入功率减小,D选项正确.
10.AD 将时间的瞬时值代入交变电压的瞬时表达式可知,t=
s时,原线圈输入电压的瞬时值为18
V,A选项正确;电压表的示数为有效值,根据正弦式交变电流中有效值与最大值的关系可知,电压表示数为36V,B选项错误;根据理想变压器电压与匝数的关系可知,理想变压器输出电压的有效值为U2=9V,二极管正向导通时,电流为I2=
=1A,二极管具有单向导通性,根据电流的热效应可知,I
R·
=I2R·T,解得电流表的示数I=
A,C选项错误;理想变压器的输出功率等于输入功率,P=U2I2=
W,D选项正确.
11.C 灯泡的额定电流为I,根据并联电路规律可知,变压器的输出电流为2I,输入电流为I,变压器的输出电压为U,根据理想变压器的工作原理可知,2I·U=IU′,解得变压器的输入电压为2U,根据理想变压器的基本规律可知,2U:
U=n1:
n2=2:
1,电源电压U1=4U,C选项正确.
12.BC 分析电路可知,B表测量通过霍尔元件的电流,为电流表,C表测量霍尔电压,为电压表,A选项错误;根据安培定则可知,霍尔元件处的磁场方向向下,通过霍尔元件的电流由1流向接线端3,根据左手定则可知,带正电的粒子向接线端2偏转,接线端4的电势低于接线端2的电势,B选项正确;当调整电路,使通过电磁铁和霍尔元件的电流方向相反,由左手定则可知洛伦兹力方向不变,即2、4两接线端的电势高低关系不发生改变,C选项正确;增大R1,电磁铁中的电流减小,产生的磁感应强度减小,增大R2,霍尔元件中的电流减小,霍尔电压减小,电压表示数一定减小,D选项错误.
13.
(1)C
(2)B (3)E (4)H (5)不能 大于
解析:
(1)“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡的额定电压为2.5V,电压表量程较小,故需要串联定值电阻H来扩大量程为3V,电流表外接连接,滑动变阻器分压连接,电路图选择C.
(2)小灯泡的额定电流为I=
=0.5A,故选择电流表B.
(3)滑动变阻器分压连接,选择阻值较小的E.
(4)根据上述分析可知,定值电阻选择H.
(5)在图中画出电源的U-I图线,两图线的交点即为小灯泡实际的电压和电流,小灯泡的实际电压为2.6V,电流为0.47A,小灯泡不能正常发光,理由是灯泡两端电压大于2.5V.
14.
(1)C
(2)见解析 (3)5.0V 53Ω
解析:
(1)分析题意可知,电路中允许通过的最大电流为50mA,根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的最小电阻Rmin=
=100Ω,则定值电阻R0的最小阻值为50Ω,B选项中额定功率太小,导致额定电流过小,故C选项正确.
(2)根据原理图,连接实物图如图所示:
(3)根据闭合电路欧姆定律可知,
U=
·E.
整理为
=
·
+
.
图象的截距为
=0.20.解得,E=5.0V.
图象的斜率为
=22.5,解得,r≈53Ω.
15.
(1)“×1”
(2)1.21Ω (3)见解析
(4)
解析:
(1)用多用电表粗测电阻丝阻值,用“×10”挡时发现指针偏转角度过大,说明被测电阻阻值较小,说明选择的倍率较大,应选择“×1”倍率.
(2)将电流表G与电阻箱并联改装成量程为0.6A的电压表,根据电表改装原理可知,电阻箱的阻值应调为R0=
≈1.21Ω.
(3)待测电阻阻值为15Ω,电压表内阻很大,远大于被测电阻的阻值,电流表应采用外接法,滑动变阻器最大阻值为5Ω,为测多组实验数据,采用分压接法,电路图如图所示:
(4)根据欧姆定律,
Rx=
=
=
.
16.
(1)abcda
(2)图象见解析,NBL1L2ω,
(3)NBL1L2Iπ
解析:
(1)先使线圈在磁场中转动,切割磁感线,产生感应电流,根据右手定则可知,线圈中电流方向为abcda.
(2)线圈中产生交流电,感应电动势的最大值为
Em=NBL1L2ω.
周期为T=
.
线圈产生的电动势e随时间t的变化图象,如图所示:
(3)线圈转动一圈,半个周期内产生恒定电流.
系统回收的电能E电=NBL1L2ω·I·
.
其中,
=
.
解得线圈转动一圈,系统回收的电能
E电=NBL1L2Iπ.
17.
(1)①6:
1 ②1:
6
(2)①见解析 ②j=
解析:
(1)①分析图象,求出a、b两导线两端电势差,已知Φ1=8V,Φ2=2V,da=l0,db=2l0.
根据U=φ1-φ2可知,a导线两端的电压Ua=6V,b导线两端的电压Ub=2V.
根据匀强电场中电势差与电场强度的关系可知,
E=
.
代入解得,Ea:
Eb=6:
1.
②根据串联电路的规律可知,电流相等,Ia=Ib.
根据欧姆定律可知,I=
.
根据电阻定律可知,R=ρ
.
代入数据可知,Sa:
Sb=1:
6.
(2)①在直导线内任选一个横截面S,在Δt时间内以S为底,vΔt为高的柱体内的自由电子都将从此截面通过.
根据电流及电流密度的定义可知,j=
=
.
其中Δq=neSvΔt.
代入,j=nev.
②猜想j与E成正比.
设横截面积为S,长为l的导线两端电压为U.
则E=
.
电流密度的定义j=
=
.
根据电阻定律可知,导线的电阻R=ρ
.
联立解得,j、ρ、E三者间满足的关系式为j=
.