2024-2025學年新教材高中物理第十一章電路及其應用進階突破含解析新人教版必修3

PAGEPAGE6第十一章進階突破1．如圖所示，厚度勻稱的矩形金屬薄片邊長ab＝10cm，bc＝5cm．當將A與B接入電壓為U的電路中時，電流為1A；若將C與D接入同一電路中，則電流為()A．4A B．2AC．eq\f(1,2)A D．eq\f(1,4)A【答案】A【解析】設沿A、B方向的橫截面積為S1，沿C、D方向的橫截面積為S2，則eq\f(S1,S2)＝eq\f(1,2)，A、B接入電路中時的電阻為R1，C、D接入電路中時的電阻為R2，則有eq\f(R1,R2)＝eq\f(ρ\f(lab,S1),ρ\f(lbc,S2))＝eq\f(4,1)．兩種狀況下電壓相等，電流之比為eq\f(I1,I2)＝eq\f(R2,R1)＝eq\f(1,4)，I2＝4I1＝4A．故A正確．2．如圖所示，一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e．在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為()A．eq\f(mv2,2eL) B．eq\f(mv2Sn,e)C．ρnev D．eq\f(ρev,SL)【答案】C【解析】由電流定義可知I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv．由歐姆定律可得U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，C正確．3．(多選)某同學探討白熾燈得到某白熾燈的伏安特性曲線如圖所示．圖像上A點與原點的連線與橫軸成α角，A點的切線與橫軸成β角，則()A．白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B．在A點，白熾燈的電阻可表示為tanβC．在A點，白熾燈的電功率可表示為U0I0D．在A點，白熾燈的電阻可表示為eq\f(U0,I0)【答案】CD【解析】白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大，A錯誤；在A點，白熾燈的電阻可表示為eq\f(U0,I0)，不能表示為tanβ，B錯誤，D正確；在A點，白熾燈的功率可表示為U0I0，C正確．4．在長度為l，橫截面積為S、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的金屬導體兩端加上電壓，導體中就會產(chǎn)生勻強電場．導體內(nèi)電荷量為e的自由電子在電場力作用下先做加速運動，然后與做熱運動的陽離子碰撞而減速，如此往復……，所以，我們通常將自由電子的這種運動簡化成速率為v(不隨時間變更)的定向運動．已知阻礙電子運動的阻力大小與電子定向移動的速率v成正比，即Ff＝kv(k是常量)，則該導體的電阻應當?shù)扔?)A．eq\f(kl,neS) B．eq\f(kl,ne2S)C．eq\f(kS,nel) D．eq\f(kS,ne2l)【答案】B【解析】電子定向移動，由平衡條件得，kv＝eeq\f(U,l)，則U＝eq\f(kvl,e)，導體中的電流I＝neSv，電阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(kl,ne2S)，B正確．5．將一內(nèi)阻是3kΩ電壓表的量程由0～3V擴大到0～15V，須要給它()A．并聯(lián)12kΩ電阻 B．并聯(lián)15kΩ電阻C．串聯(lián)12kΩ電阻 D．串聯(lián)15kΩ電阻【答案】C【解析】把量程為3V的電壓表改裝成15V的電壓表須要串聯(lián)分壓電阻，由串聯(lián)電路特點可知，分壓電阻分壓為12V，是電壓表的4倍，串聯(lián)電路兩端電壓與電阻成正比，由此可知，串聯(lián)電阻阻值為電壓表內(nèi)阻的4倍，串聯(lián)電阻阻值為3kΩ×4＝12kΩ，故C正確，A、B、D錯誤．6．某金屬導線的電阻率為ρ，電阻為R，現(xiàn)將它勻稱拉長到直徑為原來的一半，那么該導線的電阻率和電阻分別變?yōu)?)A．4ρ和4R B．ρ和4RC．ρ和16R D．16ρ和16R【答案】C【解析】因溫度和材料不變，所以電阻率不變；將導線勻稱拉長到直徑為原來的一半，則橫截面積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，長度為原來的4倍，依據(jù)電阻定律公式R0＝ρeq\f(4L,\f(1,4)S)＝16·ρeq\f(L,S)＝16R，C正確．7．有兩個同種材料制成的導體，兩導體為橫截面為正方形的柱體，柱體高均為h，大柱體截面邊長為a，小柱體截面邊長為b，則()A．從圖示電流方向看，大、小柱體電阻比為a∶bB．從圖示電流方向看，大、小柱體電阻比為1∶1C．若電流方向豎直向下，大、小柱體電阻比為a∶bD．若電流方向豎直向下，大、小柱體電阻比為a2∶b2【答案】B【解析】由電阻定律得R＝ρeq\f(l,S)，所以大柱體的電阻為eq\f(ρ,h)，小柱體的電阻為eq\f(ρ,h)，所以大、小柱體的電阻之比為1∶1，A錯誤，B正確；若電流方向豎直向下，大、小柱體的電阻之比為b2∶a2，C、D錯誤．8．關(guān)于電阻的計算式R＝eq\f(U,I)和確定式R＝ρeq\f(l,S)，下列說法中正確的是()A．導體的電阻與其兩端電壓成正比，與通過它的電流成反比B．導體的電阻僅與導體的長度、橫截面積和材料有關(guān)C．導體的電阻不隨工作溫度的變更而變更D．對一段確定的導體來說，在恒溫下比值eq\f(U,I)是恒定的，導體電阻不隨U或I的變更而變更【答案】D【解析】導體的電阻是導體本身的特性，與其兩端電壓和電流強度無關(guān)，故選項A不符合題意；依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)可知導體的電阻與導體的長度、橫截面積和材料有關(guān)，導體的電阻率隨溫度變更而變更，所以電阻也隨溫度而變更，故B、C不符合題意；導體的電阻是導體本身的特性，對一段確定的導體來說，在恒溫下比值eq\f(U,I)是恒定的，導體電阻不隨U或I的變更而變更，故D符合題意．9．(多選)將兩截阻值均為R、長度均為L的勻稱銅棒A和鋁棒B沿中軸線對接后串聯(lián)接入電路中，已知兩棒的橫截面積分別為SA和SB，忽視溫度變更對電阻的影響，下列說法正確的是()A．通過銅棒和鋁棒的電流大小肯定相同B．銅棒兩端的電壓與鋁棒兩端電壓之比為SB∶SAC．銅和鋁的電阻率之比為SA∶SBD．電路穩(wěn)定后兩棒中電場強度均為零【答案】AC【解析】由串聯(lián)電路的特點知，IA＝IB＝I，故A正確；銅棒和鋁棒的電阻相等，通過它們的電流相等，則依據(jù)U＝IR得銅棒兩端的電壓與鋁棒兩端電壓相等，故B錯誤；銅棒和鋁棒的電阻相等，由R＝ρeq\f(L,S)可知，銅和鋁的電阻率之比為SA∶SB，故C正確；電路穩(wěn)定后兩棒中電場強度不為零，在電場力作用下電荷定向移動形成電流，故D錯誤．10．如圖所示，其中電流表A的量程為0.6A，表盤勻稱劃分為30個小格，每一小格表示0.02A；R1的阻值等于電流表內(nèi)阻的eq\f(1,2)；R2的阻值等于電流表內(nèi)阻的2倍．若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值，則下列分析正確的是()A．將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示0.04AB．將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示0.02AC．將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示0.06AD．將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示0.01A【答案】C【解析】設電流表A的內(nèi)阻為RA，用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值時，若將接線柱1、2接入電路，依據(jù)并聯(lián)電路的特點，(I1－IA)R1＝IARA，解得I1＝3IA，則每一小格表示0.06A；若將接線柱1、3接入電路，則(I2－IA)R1＝IARA，解得I2＝3IA，則每一小格表示0.06A，C正確．11．在探討金屬電阻阻值與溫度的關(guān)系時，為了能夠較精確地測出金屬電阻的阻值，設計了如圖甲所示的電路．除了金屬電阻Rx外，還供應的試驗器材有：學生電源E，靈敏電流計G，滑動變阻器R、R3，定值電阻R1、R2，電阻箱R0，開關(guān)S，控溫裝置，導線若干．①依據(jù)電路圖連接好電路后，將R0調(diào)至適當數(shù)值，R的滑片調(diào)至最右端，R3的滑片調(diào)至最下端，閉合開關(guān)S；②把R的滑片調(diào)至適當位置，調(diào)整R0，并逐步減小R3的阻值，直到R3為零時，電流計G指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，記錄R0的阻值和Rx的溫度；③多次變更溫度，重復試驗；④試驗完畢，整理器材．依據(jù)上述試驗回答以下問題：(1)上述②中，電流計G指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，a點電勢(填“大于”“等于”或“小于”)b點電勢．(2)某次測量時，R0的旋鈕如圖乙所示，則R0的讀數(shù)為Ω．(3)用R0、R1、R2表示Rx，Rx＝．(4)求出的阻值Rx和對應溫度如下表所示：溫度t/℃35.040.045.050.055.0阻值Rx/Ω58.359.460.661.762.8請在圖丙所示的坐標紙上描繪出Rx－t圖線．(5)本試驗中R3的作用為．【答案】(1)等于(2)40.0(3)eq\f(R1,R2)R0(4)見解析圖(5)愛護電流計【解析】(1)上述②中，電流計G指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，說明電流計中無電流，即a點電勢等于b點電勢．(2)R0的讀數(shù)為40.0Ω．(3)設上邊支路的電流為I1，下邊支路的電流為I2，當a點電勢等于b點電勢時I1Rx＝I2R0；I1R1＝I2R2；兩式相除可知eq\f(Rx,R1)＝eq\f(R0,R2)，即Rx＝eq\f(R1,R2)R0．(4)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)描繪出Rx－t圖線如圖．(5)本試驗中R3的作用為愛護電流計．12．某同學在練習運用多用電表．(1)測量電阻阻值，正確運用歐姆表“×10”擋，指針偏轉(zhuǎn)如圖甲所示，該同學認為此時讀數(shù)誤差較大，應當將歐姆表量程調(diào)換為(填“×1”或“×100”)擋，變更量程后應當，然后再進行電阻測量．(2)利用圖乙電路測量電源電動勢和內(nèi)電阻，正確連接電路，閉合開關(guān)，觀測到電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而電流表指針不動，移動變阻器滑動片，電流表指針讀數(shù)始終為零．在不斷開電路的狀況下，運用多用電表檢查電路故障，應將多用表旋鈕撥到擋(填“歐姆”“直流電流”“直流電壓”或“溝通電壓”)，在a、e間檢測，當檢查滑動變阻器時，應將紅表筆與(填“c”或“d”)接線柱接觸，若此時多用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電路故障應是滑動變阻器(填“短路”或“斷路”)．(3)圖丙所示黑盒子有三個接線柱，用多用電表歐姆擋探究其內(nèi)部電路(其中二極管“”，具有單向?qū)щ娞攸c，即正向電阻忽視不計，反向電阻無窮大)．當黑、紅表筆分別接觸1、2時電表指針發(fā)生瞬間偏轉(zhuǎn)后又偏轉(zhuǎn)消逝；當黑、紅表筆分別接觸2、3時電表指針發(fā)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)角度；當紅、黑表筆分別接觸2、3時電表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；則黑盒內(nèi)電路可能是下列選項中的．【答案】(1)×1重新歐姆調(diào)零(2)直流電壓c斷路(3)A【解析】(1)指針偏轉(zhuǎn)角度過大，說明電阻偏小，選擇量程偏大，由于指針在刻度盤中心旁邊時讀數(shù)誤差較小，為了精確測量應換較小擋位“×1”測量，換擋后要進行重新歐姆調(diào)零，然后再進行電阻測量．(2)依據(jù)題意可知圖乙電路某處斷路，由于不斷開電路的狀況下，運用多用電表檢查電路故障，所以不能運用多用電表的歐姆擋檢測，由于電源是直流，所以不能運用多用電表的溝通電壓擋檢測，若運用多用電表的直流電流擋在a、e間