2020新教材高中物理第十一章电路及其应用单元素养评价练含解析 人教版必修第三册 15页

电路及其应用 ‎(90分钟　100分)‎ ‎【合格性考试】(60分钟　60分)‎ 一、选择题(本题共6小题,每小题4分,共24分)‎ ‎1.有一横截面积为S的铝导线,当有电压加在该导线上时,导线中的电流强度为I。设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子电量为e,此时电子定向移动的速度为v,则在Δt时间内,通过导体横截面的自由电子数目可表示为(　　)‎ A.nvSΔt　　　B.nvΔt　　　C.　　　D.‎ ‎【解析】选A。在Δt时间内,以速度v移动的电子在铝导线中经过的长度为vΔt,由于铜导线的横截面积为S,则在Δt时间内,电子经过的导线对应体积为vΔtS。又由于单位体积的导线中有n个自由电子,在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为N=nvSΔt,A正确,B错误;由于流经导线的电流为I,则在Δt时间内,流经导线的电荷量为IΔt,而电子的电荷量为e,则Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为N=,C、D错误。‎ ‎2.在如图所示的电路中,电阻R1=4 Ω,R2=6 Ω,R3=3 Ω,电流表内阻不计,在A、B两点间加上9 V的电压时,电流表的读数为 (　　) ‎ A.0 B.1 A C.1.5 A D.2 A ‎【解析】选B。图中电阻R2与R3并联后与R1串联,电路的总电阻为:‎ R=4 Ω+ Ω=6 Ω 根据欧姆定律,干路电流为:‎ I== A=1.5 A 由于并联电路的电流与电阻成反比,故:‎ - 15 -‎ IR3=×1.5 A=1 A;‎ 选项B正确。‎ ‎3.甲、乙、丙、丁是四个长度、横截面积均相同的金属导体,某同学对它们各进行了一次测量,把每个导体中通过的电流和两端的电压在I-U坐标系中描点,如图所示,四个导体中电阻率最大的是 (　　)‎ A.甲　　 B.乙　　 C.丙　　 D.丁 ‎【解析】选A。根据电阻定律R=ρ可知,导体的电阻率ρ=。分别把甲、乙、丙、丁所在的位置与坐标原点O连接,I-U图线的斜率表示电阻的倒数,由题图可知甲导体的电阻最大,丁导体的电阻最小。因甲、乙、丙、丁四个导体的长度、横截面积均相同,则甲的电阻率最大,A正确。‎ ‎4.如图所示是某导体的I-U图线,图中α=45°,下列说法错误的是(　　)‎ A.通过该导体的电流与其两端的电压成正比 B.此导体的电阻R不变 C.I-U图线的斜率表示电阻的倒数,所以电阻R= Ω=1 Ω D.在该导体的两端加6 V的电压时,每秒通过导体横截面的电荷量是3 C ‎【解析】选C。由题图可知,电流随着导体两端电压的增大而增大,电流与导体两端的电压成正比,选项A正确;由I=可知,I-U图线的斜率表示电阻的倒数,则导体的电阻R不变,且R=2 Ω,选项B正确,选项C错误;在该导体的两端加6 V的电压时,电路中电流I==3 A,每秒通过导体横截面的电荷量q=It=3×1 C=3 C,选项D正确。所以错误的选C。‎ - 15 -‎ ‎5.如图所示用电压表和电流表测电阻,Rx为待测电阻,如果电压表的读数是 ‎3.50 V,电流表的读数是10.0 mA,电压表的内阻是1.50 kΩ,电流表的内阻是 ‎10 Ω,那么Rx的精确值为 (　　)‎ A.457 Ω B.350 Ω C.360 Ω D.1 200 Ω ‎【解析】选A。通过电压表的电流IV== A=×10-3 A,则Rx== Ω≈457 Ω,故选A。‎ ‎6.用两只完全相同的灵敏电流表分别改装成一只电流表和一只电压表。将它们串联起来接入电路中,如图所示,此时 (　　)‎ A.两只电表的指针偏转角相同 B.两只电表的指针都不偏转 C.电流表指针的偏转角小于电压表指针的偏转角 D.电流表指针的偏转角大于电压表指针的偏转角 ‎【解析】选C。电流表改装成电压表是串联较大的分压电阻;电流表改装成大量程电流表是并联较小的分流电阻;两表串联后,通过电流表的总电流与通过电压表的电流相等,由于电流表改装成大量程电流表是并联较小的分流电阻,所以大部分电流通过了分流电阻,通过表头的电流很小,电流表指针的偏转角小于电压表指针的偏转角,故A、B、D错误,C正确。‎ 二、实验题(本题共3小题,共21分)‎ ‎7.(5分)如图所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时,表针指示如图所示,则:‎ - 15 -‎ ‎(1)所测电阻的阻值为　　　　 Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是　　　　(选填“×10”“×100”或“×1k”)。 ‎ ‎(2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为　　　　 mA;当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为　　　　 mA。 ‎ ‎(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为　　　　 V。 ‎ ‎【解析】(1)欧姆表读数:对应最上一行刻度值为15,倍率为“×100”,读数为1.5×103 Ω;测2.0×104 Ω的电阻时应选“×1 k”的欧姆挡。‎ ‎(2)选50 mA电流挡,则每一小格表示1 mA,测量的精确度为1 mA,应估读到0.1 mA,指针对应的读数为30.4 mA;选择量程为250 mA的电流挡,则每一小格表示5 mA,测量的精确度为5 mA,应估读到1 mA(此时为估读),指针对应的读数为152 mA。‎ ‎(3)选择10 V电压挡,则每一小格表示0.2 V,测量的精确度为0.2 V,应估读到0.1 V,指针对应的读数为6.1 V。‎ 答案:(1)1.5×103　×1 k　(2)30.4(30.3～30.5都正确)　152　(3)6.1‎ ‎8.(8分)某同学利用图甲所示电路测量一表头的电阻。供选用的器材如下:‎ A.待测表头G1(内阻r1约为300 Ω,量程为5.0 mA);‎ B.灵敏电流表G2(内阻r2 =300 Ω,量程为1.0 mA);‎ C.定值电阻 R(R=1 200 Ω);‎ D.滑动变阻器R1 (最大阻值为10 Ω);‎ E.滑动变阻器R2 (最大阻值为1 000 Ω);‎ F.电源E(电动势E=1.5 V,内阻不计);‎ G.开关S,导线若干。‎ - 15 -‎ ‎(1)请根据图甲所示电路将图乙的实物图补充完整。‎ ‎(2)滑动变阻器应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。开关S闭合前,滑动变阻器的滑片P应滑动至　　　　(选填“a”或“b”)端。 ‎ ‎(3)该同学接入定值电阻R的主要目的是　　　　。 ‎ ‎(4)实验中某次待测表头G1的示数如图丙所示,示数为　　　　 mA。 ‎ ‎(5)该同学多次移动滑片P ,记录相应的G1、G2示数I1、I2 ;以I1为纵坐标I2为横坐标,作出相应图线。测得图线的斜率k=4.8,则待测表头内阻r1=　　　 Ω。 ‎ ‎【解析】(1)参照图甲电路连线,结果如图所示:‎ ‎(2)为方便实验操作,应选择最大阻值较小的滑动变阻器R1,滑动变阻器采用分压接法时,为保护电路闭合开关前滑片要置于分压电路分压为零的位置,即滑动变阻器要移到b端;‎ ‎(3)由于两电流表的内阻相当,但满偏电流相差很大,所以为不致于使指针偏角相差很大,要接入定值电阻R,其作用是保护G2,使两表均能接近满偏;‎ ‎(4)从图丙中读出电流I1=3.40 mA;‎ - 15 -‎ ‎(5)根据欧姆定律和并联电路电压相等的关系有:I1r1=I2(r2+R),那么I1=,结合题意图像的斜率k=,所以r1== Ω=312.5 Ω。‎ 答案:(1)如图所示:‎ ‎(2)R1　b　(3)保护G2,使两表均能接近满偏 ‎(4)3.40(3.38～3.42)　(5)312.5‎ ‎9.(8分)现要较准确地测量量程为 0～3 V、内阻大约为3 kΩ的电压表V1的内阻RV,实验室提供的器材如下:‎ 电流表A1(量程 0～0.6 A,内阻约 0.1 Ω)‎ 电流表A2(量程 0～1 mA,内阻约 100 Ω)‎ 电压表V2(量程 0～15 V,内阻约 15 kΩ)定值电阻 R1(阻值 200 Ω)‎ 定值电阻 R2(阻值 2 kΩ)‎ 滑动变阻器 R3(最大阻值 100 Ω,最大电流 1.5 A)‎ 电源 E1(电动势 6 V,内阻约 0.5 Ω)‎ 电源 E2(电动势 3 V,内阻约 0.5 Ω)‎ 开关S,导线若干 - 15 -‎ ‎(1)选用上述的一些器材,甲、乙两个同学分别设计了图甲、乙两个电路。在图甲的电路中,电源选择 E1,则定值电阻R应该选择　　　　;在图乙的电路中, 电源选择E2,电流表应该选择　　　　　　　　。(填写对应器材的符号) ‎ ‎(2)根据图甲电路,多次测量得到多组电压表V1和V2的读数U1、U2,用描点法得到U1-U2图像,若图像的斜率为k1,定值电阻的阻值为R,则电压表V1的内阻RV=　　　　;根据图乙电路,多次测量得到多组电压表V1和电流表A的读数U′1、I,用描点法得到U′1-I 图像,若图像的斜率为k2,则电压表V1的内阻R′V=　　　　　　　　。(用题中所给字母表示) ‎ ‎【解析】(1)在甲图的电路中,由于电源电动势为6 V,电阻R起到串联分压的作用,且电压表量程为0～3 V,所以应选和电压表内阻差不多的电阻,故选R2;‎ 电压表中最大电流为Imax== A=1 mA,所以电流表应该选择量程为0～1 mA的电流表A2;‎ ‎(2)在图甲的电路中,电阻R两端电压为UR=U2-U1,通过电阻R的电流为:I==,根据欧姆定律得:RV==,即U1=U2,又=k1,则RV=R;‎ 在图乙的电路中,根据欧姆定律得:U1′=IRV′,又U1′-I图像的斜率为k2,、‎ 则RV′=k2。‎ 答案:(1)R2　A2　(2)R　k2‎ 三、计算题(本题共2小题,共15分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)‎ ‎10.(6分)某金属导体两端所加电压为8 V时,10 s内通过某一横截面的电荷量为0.16 C,求:‎ ‎(1)导体的电阻;‎ ‎(2)若导体两端电压为10 V,求通过导体的电流。‎ ‎【解析】(1)电压U1=8 V,10 s内通过的电荷量Q=0.16 C, (1分)‎ 则电流I1== A=0.016 A, (1分)‎ - 15 -‎ 电阻R== Ω=500 Ω。 (1分)‎ ‎(2)若导体两端电压为U2=10 V, (1分)‎ 则电流I2== A=0.02 A。 (2分)‎ 答案:(1)500 Ω　(2)0.02 A ‎11.(9分)有一块满偏电流Ig=1 mA、内阻Rg=100 Ω的小量程电流表G;‎ ‎(1)它的满偏电压为多大;‎ ‎(2)把它改装成量程U=15 V的电压表;‎ ‎(3)把它改装成量程I=3 A的电流表。‎ ‎(要求画出改装的电路图,算出有关数据)。‎ ‎【解析】(1)根据欧姆定律可知,G的满偏电压为:‎ Ug=IgRg=1×10-3×100 V=0.1 V (2分)‎ ‎(2)把它改装成15 V的电压表应串联一个电阻,则有:U=Ug+IgR,即: (1分)‎ R== Ω=14 900 Ω (2分)‎ 电路图如下:‎ ‎ (1分)‎ ‎(3)把它改装成3 A的电流表应并联一个电阻,则有:‎ R′== Ω=0.033 Ω (2分)‎ 电路图如下:‎ ‎(1分)‎ - 15 -‎ 答案:(1)0.1 V　(2)串联一个14 900 Ω的电阻　　(3)并联一个0.033 Ω的电阻　‎ ‎【等级性考试】(30分钟　40分)‎ ‎12.(5分)(多选)一根粗细均匀的金属导线阻值为R,两端加上恒定电压U时,通过金属导线的电流强度为I,金属导线中自由电子定向移动的平均速率为v,若将金属导线均匀拉长,使其长度变为原来的2倍,仍给它两端加上恒定电压U,则下列说法正确的是 (　　)‎ A.此时金属导线的阻值为4R B.此时通过金属导线的电流为 C.此时自由电子定向移动的平均速率为 D.此时自由电子定向移动的平均速率为 ‎【解析】选A、B、C。将金属导线均匀拉长,使其长度变为原来的2倍,横截面积变为原来的 ,根据电阻定律R=ρ 分析得到,电阻变为原来的4倍,电压U恒定不变,根据欧姆定律I=可知,电流变为,故A、B正确。电流的微观表达式I=nevS,其中n、e不变,电流I为原来的,横截面积变为原来的 ,则自由电子定向移动的平均速率为,故C正确,D错误。‎ ‎13.(5分)(多选)用伏安法测未知电阻Rx时,若不知Rx的大约数值,为了选择正确的电流表接法以减小误差,可将仪器按图所示接好,只空出电压表的一个接头K,然后将K分别与a、b接触一下,观察电压表和电流表示数变化情况,则(　　)‎ A.若电流表示数有显著变化,K应接a B.若电流表示数有显著变化,K应接b - 15 -‎ C.若电压表示数有显著变化,K应接a D.若电压表示数有显著变化,K应接b ‎【解析】选B、C。若K从a移到b时,电流表示数有显著变化,说明电压表的分流作用明显,K应接在b处,故A错误,B正确;若K从a移到b时,电压表示数有显著变化,说明电流表的分压作用明显,K应接在a处,故C正确,D错误。‎ ‎14.(5分)(多选)关于多用电表的使用,下列说法正确的有 (　　)‎ A.甲图中用多用电表直流电压挡测量的是电源的路端电压,表笔接法正确 B.甲图中用多用电表直流电压挡测量的是小灯泡两端的电压,表笔接法错误 C.乙图中用多用电表电阻挡测量的是二极管的正向电阻 D.乙图中用多用电表电阻挡测量的是二极管的反向电阻 ‎【解析】选B、C。题图甲中用多用电表直流电压挡测量的是小灯泡两端的电压,电流从黑表笔流出,从红表笔流入,所以表笔接法错误,故A错误,B正确;电流从黑表笔流出,从红表笔流入,所以题图乙中用多用电表电阻挡测量的是二极管的正向电阻,故C正确,D错误。‎ ‎15.(5分)(多选)如图所示是一电路板的示意图,a、b、c、d为接线柱,a、d与220 V的交流电源连接,ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻。发现电路中没有电流,为检查电路故障,用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220 V,由此可知(　　)‎ A.ab间电路通,cd间电路不通 B.ab间电路不通,bc间电路通 C.ab间电路通,bc间电路不通 D.bc间电路不通,cd间电路通 - 15 -‎ ‎【解析】选C、D。bd间电压为220 V,说明ab与电源之间是连通的,断路点必在bd之间,故B错误;ac间电压为220 V,说明cd与电源之间是连通的,断路点又必在ac之间,故A错误;两者共同区间是bc,故bc断路,其余各段均完好,故C、D正确。‎ ‎16.(10分)国标规定自来水在15 ℃时电阻率应大于13 Ω·m。某同学利用图甲电路测量15 ℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动,实验器材还有:电源(电动势约为3 V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3 V,内阻很大),电压表V2(量程为3 V,内阻很大),定值电阻R1(阻值为4 kΩ),定值电阻R2(阻值为2 kΩ),电阻箱R(最大阻值为9 999 Ω),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺,实验步骤如下:‎ A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数 D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R F.断开S,整理好器材 ‎(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙,则d为　　　　 mm; ‎ ‎(2)玻璃管内水柱的电阻的表达式为Rx=　　　　(用R1、R2、R表示); ‎ ‎(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图丙所示的图像,则坐标轴的物理量分别为　　　　; ‎ ‎(4)本实验中若电压表V2内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。 ‎ ‎【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为3.0 cm=30 mm,20分度游标尺上第10个刻度和主尺上刻度对齐,所以最终读数为30.00 mm;‎ - 15 -‎ ‎(2)设把S拨到1位置时,电压表V1示数为U,则此时电路电流为,总电压 E=+U 当把S拨到2位置时,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同也为U,则此时电路中的电流为,总电压 E=+U 由于两次总电压相等,都等于电源电动势E,可得 ‎=,‎ 解得玻璃管内水柱的电阻的表达式 Rx=‎ ‎(3)由电阻定律 Rx=得 电阻箱阻值R,‎ R==‎ 所以纵坐标应该表示电阻箱阻值R,横坐标应该表示对应水柱长度的倒数;‎ ‎(4)若电压表V2内阻不是很大,则把S拨到2位置时,此时电路电流大于,实际总电压将大于 E=+U=+U - 15 -‎ 所以测量的Rx将偏大,因此自来水电阻率测量结果将偏大。‎ 答案:(1)30.00‎ ‎(2)‎ ‎(3)纵坐标应该表示电阻箱阻值R,横坐标应该表示对应水柱长度的倒数 ‎(4)偏大 ‎【补偿训练】‎ 为描绘小灯泡L “3 V,1.5 W”的伏安特性曲线,某同学根据如下可供选择的器材设计了如图所示电路(电路还没有完全接好)。‎ ‎ A.电流表(量程0.6 A,内阻约1 Ω)‎ ‎ B.电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ)‎ ‎ C.滑动变阻器(200 Ω,0.3 A)‎ ‎ D.滑动变阻器(10 Ω,2 A)‎ ‎ E.电池组(3 V,内阻未知)‎ ‎ F.开关,带夹子的导线若干 ‎ G.待测小灯泡 ‎ (1)实验中滑动变阻器应选择　　　　(选填“C”或“D”),请以笔画线代替导线将尚未连接好的电压表连入电路中。‎ ‎ (2)在该同学连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前,请指出其中的两个不当之处:‎ ‎ Ⅰ.　________________________________________________ _______;‎ ‎ Ⅱ.________________________________________________________　。‎ ‎ (3)改正上述两个不当之处后,他在测量中发现,无论如何调节滑动变阻器的滑片,电压表和电流表的示数均不能取到较小值,其原因可能是导线　　　　　(填图中导线代号)没有连接好。‎ - 15 -‎ ‎ (4)正确连接电路并排除故障后,通过调节滑动变阻器,得到多组电压表和电流表的示数如表所示,根据表中数据,在所给方格纸中描点并作出该灯泡的伏安特性曲线。  ‎ U/V ‎0‎ ‎0.49‎ ‎1.00‎ ‎1.51‎ ‎2.00‎ ‎2.52‎ ‎3.00‎ I/A ‎0‎ ‎0.17‎ ‎0.30‎ ‎0.39‎ ‎0.45‎ ‎0.49‎ ‎0.50‎ ‎【解析】(1)根据实物图可知,电路采取的是分压式接法,为方便实验操作,滑动变阻器应选最大阻值较小的D,电路如下:‎ ‎ (2)Ⅰ.由电路图可知,在连接电路时,没有断开开关;Ⅱ.滑片没有移到分压电路分压为零的位置即滑片没有置于b端。‎ ‎ (3)实验时,无论如何调节滑动变阻器的滑片,电压表和电流表的示数均不能取到较小值,滑动变阻器采取的是限流接法,由电路图可知,导线③没有连接好。‎ ‎ (4)通过描点作图得到 ‎ 答案:(1)D - 15 -‎ ‎ (2)Ⅰ.连接电路时没有断开开关　Ⅱ.滑动变阻器的滑片P的位置没有置于b端　(3)③‎ ‎ (4)见解析 ‎17.(10分)如图所示,A、B两点间电压恒定,为12 V,定值电阻R1=2.4 kΩ、R2=‎ ‎4.8 kΩ。‎ ‎(1)若在a、b之间接一个C=100 μF的电容器,闭合开关S,电路稳定后,求电容器上所带的电荷量;‎ ‎(2)若在a、b之间接一个内阻RV=4.8 kΩ的电压表,求电压表的示数。‎ ‎【解析】(1)设电容器上的电压为UC,则 UC=U (2分)‎ 电容器带的电荷量Q=CUC (1分)‎ 解得:Q=8×10-4 C (2分)‎ ‎(2)电压表与R2并联后电阻为:R并= (2分)‎ 则电压表两端的电压为UV=U (2分)‎ 解得:UV=6 V。 (1分)‎ 答案:(1)8×10-4 C　(2)6 V - 15 -‎