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2015年高考物理真题分类汇编:恒定电流


2015 年高考物理真题分类汇编:恒定电流
(2015 新课标 I-23).(9 分) 图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。

(1)已知毫安表表头的内阻为 100Ω.满偏电流为 1 mA ,R1 和 R2 为阻值固定的电阻。若 使用 a 和 b 两个接线柱. 电表量程为 3 mA: 若使用 a 和 c 两个接线

拄,电表量程为 10mA. 由 题给条件和数据,可以求出 R1=_______Ω,R2=_______Ω。 (2)现用一量程为 3mA,内阻为 150Ω 的标准电流表 A 对改装电表的 3mA 挡进行校准, 校准时需选取的刻度为 0.5.1.0、I.5、2.0.2.5、3.0mA。电池的电动势为 1.5 V.内阻忽略 不计;定值电阻 R0 有两种规格.阻值分别为 300Ω 和 1000Ω:滑动变阻器 R 有两种规格.最 大阻值分别为 750Ω 和 3000Ω,则 R0 应选用阻值为_________Ω 的电阻,R 应选用最大阻值 为_________Ω 的滑动变阻器。 (3)若电阻 R1 和 R2 中有一个因损坏而阻值变为无穷大, 利用图(b)的电路可以判断出损坏的 / 电阻。图(b)中的 R 为保护电阻。虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。则图中 的 d 点应和接线柱_______(填“b”或“c”)相连。判断依据是:__________ 【答案】 (1)15(2 分) 35(2 分) (2)300(1 分) 3000(1 分) (3)c(1 分) 闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏电阻是 R1,若电表指针不动,则损坏电阻是 R2(2 分) 【考点】欧姆定律;电阻的串、并联;闭合电路的欧姆定律 【解析】 (1)定值电阻和毫安表都是并联连接,电压相等,由欧姆定律变形式 U = IR,使用 a、b 两个接线柱时有:I 满 R 表=(I 表 1-I 满)(R1+R2);使用 a 和 c 两个接线柱时有:I 满(R 表+R2) =(I 表 2-I 满) R1 , I 表 1 和 I 表 2 为改装电表的量程,解以上各式得:R1 =15 Ω ,R2 = 35Ω 。 (2)根据 R= ,电流表校准时需选取的刻度为 0.5.1.0、I.5、2.0.2.5、3.0mA,可知

电路中总电阻最大为:Rmax =

= 3000Ω , 最小阻值为 Rmin =

= 500Ω , 若定值电

阻选用 1000Ω ,则无法校准 3mA 的刻度,所以定值电阻选用 500Ω,由于最大电阻要达到 3000Ω,所以变阻器要选择 3000Ω。 (3)因为只有一个电阻损坏,所以 d 点应与 c 连接。原因是 R1 与 A 表并联,则当 R1 损坏 时电表 A 仍有示数指针偏转;而 R2 与 A 表串联,则当 R2 损坏时电表 A 无示数指针不动,据 此闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏电阻是 R1,若电表指针不动,则损坏电阻是 R2 (2015 新课标 I-24). (12 分) 如图, 一长为 10cm 的金属棒 ab 用两个完全相同的弹簧水平 地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为 0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固

定, 下端与金属棒绝缘, 金属棒通过开关与一电动势为 12V 的电池相连, 电路总电阻为 2Ω 。 已知开关断开时两弹簧的伸长量均为 0.5cm;闭合开关, 系统重新平 衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3cm,重力加速 2 度大小取 10m/s 。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出 金属棒的质量。 【答案】 (1)闭合开关后,金属棒所受安培力的方向为竖直向下; 金属棒的质量 m=0.01kg 【考点】形变、弹性、胡克定律;共点力的平衡;安培力、安培力的方向;匀强磁场中的安 培力;闭合电路的欧姆定律 【解析】依题意,开关闭合后,电流方向由 b 到 a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力 方向竖直向下。 (2 分) 开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长为Δ l1=0.5cm,由胡克定律和力的平衡条件得:
1 2kΔ l1=mg· · · · · ·○

式中 m 为金属棒的质量,k 为弹簧的劲度系数,g 为重力加速度的大小。 (2 分) 2 开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为:F=BIL · · · · · · ·○ 式中 I 是回路电流,L 是金属棒的长度。 (2 分) 两弹簧各自伸长了Δ i2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡条件得: 3 (2 分) 2k(Δ l1+Δ l2)=mg+F· · · · · · ·○ 4 由欧姆定律有:E=IR· · · · · · ·○ 式中 E 是电池的电动势,R 是电路总电阻。 (2 分) 1 2 3 4 5 (2 分) 联立○○○○式,并代入题给的数据得:m=0.01kg · · · · ·○ 【2015 新课标 II-23】23. (9 分)电压表满偏时通过该表的电流是半偏是通过该表的电流的 两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)实验室提供材料器材如下: 待测电压表(量程 3V,内阻约为 3000 欧) ,电阻箱 R0 (最大阻值为 99999.9 欧),滑动变阻器 R1(最大阻值 100 欧,额定电压 2A) ,电源 E(电动 势 6V,内阻不计) ,开关两个,导线若干 (1)虚线框内为同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整 (2)根据设计的电路写出步骤 (3)将这种方法测出的电压表内阻记为 R1v 与内阻的真实值 Rv 先比 R1v ________. (添“>”“=”或“<”)主要理由是 Rv

【答案】 (1) (2)见解析; (3)>;见解析 【解析】

[来源:学科网 ZXXK]

试题分析: (1)实验电路如图所示

考点:半偏法测电表内阻 【2015 重庆-6(2) 】同学们测量某电阻丝的电阻 Rx ,所用电流表的内阻与 Rx 相当,电压表 可视为理想电压表. ① 若使用题 6 图 2 所示电路图进行实验, 要使得 Rx 的测量值更接近真实值, 电压表的 a 端应 连接到电路的 点(选填“b”或“c” ).

② 测得电阻丝的 U ? I 图如题 6 图 3 所示,则 Rx 为

? (保留两位有效数字) 。

③ 实验中,随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态.某同学发现对炽热电阻丝吹气,其阻 值会变化.他们对此现象进行探究,在控制电阻丝两端的电压为 10V 的条件下,得到电阻丝 的电阻 Rx 随风速 v (用风速计测)的变化关系如题 6 图 4 所示.由图可知当风速增加时, Rx 会 (选填“增大”或“减小” ) 。在风速增加过程中,为保持电阻丝两端电压为 端调节(选填“M”或“N” ).

10V,需要将滑动变阻器 RW 的滑片向

④ 为了通过电压表的示数来显示风速, 同学们设计了如题 6 图 5 所示的电路.其中 R 为两只阻 值相同的电阻, Rx 为两根相同的电阻丝,一根置于气流中, 另一根不受气流影响,○ V 为待 接入的理想电压表.如果要求在测量中,风速从零开始增加,电压表的示数也从零开始增加, 则电压表的“+”端和“—”端应分别连接到电路中的 “c” “d”中选填). 点和 点(在“a” “b”

【答案】① c;② 4.1 (4.0~4.2);③ 减小 ,M;④ b,d

考点:本题考查伏安法测电阻。 (2015 浙江-14)下列说法正确的是 A 电流通过导体的热功率与电流大小成正比 B 力对物体所做的功与力的作用时间成正比 C 电容器所带电荷量与两极板间的电势差成正比 D 弹性限度内,弹簧 的劲度系数与弹簧伸长量成正比 【答案】C

考点:电功率,功,电容,胡克定律 (2015 浙江-22)图 1 是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连 接图。

(1)根据图 1 画出实验电路图 (2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图 2 中的① ② ③ ④ 所示,电流表量程 为 0.6A, 电压表量程为 3V。 所示读数为: ① __________② __________③ __________④ __________。 两组数据得到的电阻分别为__________和__________。 【答案】 (1)如图
[来源:学§科§网]

(2)① 0.10A、② 0.24A、③ 2.0V、④ 0.27V。 (8.3 ? 0.1)? 和 (2.7 ? 0.1)? ,如填为 (2.7 ? 0.1)?

和 (8.3 ? 0.1)? 也行 【解析】

考点:“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验 (2015 四川-8(2) ) (11 分)用实验测一电池的内阻 r 和一待测电阻的阻值 Rx。已知电池的 电动势约 6V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有: 电流表 A1(量程 0~30mA) ; 电流表 A2(量程 0~100mA) ; 电压表 V(量程 0~6V) ; 滑动变阻器 R1(阻值 0~5Ω) ; 滑动变阻器 R2(阻值 0~300Ω) ; 开关 S 一个,导线若干条。 某同学的实验过程如下: Ⅰ .设计如图 3 所示的电路图,正确连接电路。

Ⅱ .将 R 的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小 R 的阻值,测出多组 U 和 I 的值,并记录。 以 U 为纵轴,I 为横轴,得到如图 4 所示的图线。 Ⅲ .断开开关,将 Rx 改接在 B、C 之间,A 与 B 直接相连,其他部分保持不变。重复Ⅱ 的步骤, 得到另一条 U-I 图线,图线与横轴 I 的交点坐标为(I0,0) ,与纵轴 U 的交点坐标为(0,U0) 。 回答下列问题: ① 电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 Ω; ;

② 由图 4 的图线,得电源内阻 r=

[来源:学。科。网 Z。X。X。K]

③ 用 I0、U0 和 r 表示待测电阻的关系式 Rx=

,代入数值可得 Rx;

④ 若电表为理想电表,Rx 接在 B、C 之间与接在 A、B 之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位 置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围 围 。 (选填“相同”或“不同” ) R2 ② 25 ③
U0 -r I0

,电压表示数变化范

【答案】① A2

④ 相同

不同

② 根据图 3 电路结构可知,电压表测量了电路的路端电压,电流表测量了电路的总电流,因 此图 4 中,图线斜率绝对值即为电源的内阻,有:r=|k|=|
5.5 ? 4.5 |Ω=25Ω。 (60 ? 20) ? 10?3

③ 当改接电路后,将待测电阻与电源视为整体,即为一“等效电源” ,此时图线的斜率为等效 电源的内阻,因此有:r′ =r+Rx=|k′ |=
U0 ? 0 U ,解得:Rx= 0 -r I0 ? 0 I0

④ 若电表为理想电表,Rx 接在 B、C 之间与接在 A、B 之间,电路的总电阻可变范围不变,因 此电流表的示数变化范围相同,Rx 接在 B、C 之间时,电压表测量的是滑动变阻器两端的电 压,而 Rx 接在 A、B 之间时,电压表测量的是滑动变阻器与 Rx 两端电压的和,由于对应某 一滑动变阻器阻值时,电路的电流相同,因此电压表的读数不同,所以电压表示数变化范围 也不同。 考点:测定电源电动势和内阻、伏安法测电阻的实验 【2015 山东-22】. 如图甲所示的电路图中,恒流源可作为电路提供恒定电流 I0,R 为定值电 阻,电流表、电压表均可视为理想电表。某同学利用该电路研究滑动变阻器 RL 消耗的电功 率。改变 RL 的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的 U-I 关系图线。

回答下列问题: (1)滑动触头向下滑动时,电压表示数将 (2)I0= A。 W(保留一位有效数字) 。 (填“增大”或“减小” ) 。

(3)RL 消耗的最大功率

【答案】 (1)减小; (2)1.0(3)5 【解析】 试题分析: (1)滑动头向下移动时,RL 阻值减小,则总电阻减小,电压变小,则电压表读数 变小; (2)由电路图可知: I 0 ? I ?

U ,即:U=I0R-IR,由 U-I 图线可知,I0R=20; R

R?k ?

20 ? ? 20? ,则 I0=1.0A; 1.0

(3)RL 消耗的功率为 P=IU=20I-20I2,则当 I=0.5 时,功率的最大值为 P m ? 5W 考点:测量电阻的电功率。 【2015 广东-34】 (2) (10 分)某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性,使用的器 材包括电压表(内阻约为 3 k ? ) 、电流表(内阻约为 1 ? ) 、定值电阻等。

①使用多用电表粗测元件 X 的电阻。选择“×1”欧姆档测量,示数如图 15(a)所示,读 数为

? 。据此应选择图 15 中的

(填“b”或“c” )电路进行实验。

②连接所选电路,闭合 S;滑动变阻器的滑片 P 从左向右滑动,电流表的示数逐渐 (填“增大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件 X 换成元件 Y,重复实验。

③图 16(a)是根据实验数据作出的 U-I 图线,由图可判断元件 非线性元件。

(填“X”或“Y” )是

④该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R ? 21? 的定值电阻,测量待测电池组的电动 势 E 和电阻 r, 如图 16 (b) 所示。 闭合 S1 和 S2, 电压表读数为 3.00V; 断开 S2, 读数为 1.00V, 利用图 16(a)可算得 E= 表为理想电压表) 。 V,r=

? (结果均保留两位有效数字,视电压

1 10 【答案】○

2 增大 b ○

3 Y ○

4 3.2 ○

0.50

【考点】练习使用多用电表实验;描绘小电珠的伏安特性曲线实验;测定电源的电动势和内 阻实验
1 读数为 10,欧姆档“×1” 【解析】○ ,故电阻为 10×1 = 10Ω 。采用外接法的原因是 RX =10

<

=

,电流表的分压作用影响大,应使用电流表外接法。

2 当 P 向右边滑动时,未知元件上分到的电压增大,因此电流增大。 ○ 3 由图 16(a)可知,Y 的电压与电流的比值并不固定,因此是非线性元件。 ○

4 由图 16(a)可知,RX = 10Ω ,由闭合电路欧姆定律 E = U + ○

r 可得,当 S2 闭合时,E = 3 +

r ,当 S2 断开时有 E = 1 + (r + 21( )此时把 R 当作电源内阻) , 联立解得 E = 3.2V , r = 0.50Ω 。 【2015 福建-18】18.如图,由某种粗细均匀的总电阻为 3R 的金属条制成的矩形线框 abcd, 固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场 B 中。一接入电路电阻为 R 的导体棒 PQ, 在水平拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 匀速滑动,滑动过程 PQ 始终与 ab 垂直,且与线框接 触良好,不计摩擦。在 PQ 从靠近 ad 处向 bc 滑动的过程中( )

A.PQ 中电流先增大后减小 B.PQ 两端电压先减小后增大 C.PQ 上拉力的功率先减小后增大 D.线框消耗的电功率先减小后增大 【答案】 :C

[来源:学+科+网 Z+X+X+K]

【2015 福建-19】 (2) (12 分)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验 器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。 ①实验要求滑动变阻器的 滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开 始逐渐增大。请 按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;

②某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为 ③该小组描绘的伏安特性曲线如图丙所示, 根据图线判断, 将

A 只相同的小电珠并联后,

直接与电动势为 3V、内阻为 1 欧的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功 率的值约为 W(保留两位小数) 2.25

【答案】 :见解析;0.44A;4 【解析】

试题分析:实物图如图所示;由图知电流表量程为 0.6A,所以读数为 0.44A;电源内阻为 1 欧,所以当外

电路总电阻等于电源内阻时,消耗电功率最大,此时外电路电压等于内电压等于 1.5V,由 图知当小电珠电压等于 1.5V 时电流约为 0.38A,此时电阻约为 R ?

U ? 3.95? ,并联后的 I

U 2 1.5 2 总电阻为 1 欧, 所以需要 4 个小电珠, 小电珠消耗的总功率约为 P ? ? ? 2.25W 。 R外 1
【2015 北京-19】 .如图所示,其中电流表 A 的量程为 0.6A,表盘均匀划分为 30 个小格, 每小格表示 0.02A;R1 的阻值等于电流表内阻的 1/2;R2 的阻值等于电流表内阻的 2 倍, 若用电流表 A 的表盘刻度表示流过接线柱 1 的电流值, 则下列分析 正确的是( ) A.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示 0.04A B.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示 0.02A C.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示 0.06A D.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示 0.01A 【答案】C 【难度】★★★ 【考点】电表改装 【解析】考生需要分清楚在连接不同接线柱时,电路具体的连接方式。当接线柱 1 和 2 入 电路时,R1 与电流表并联,量程扩大为原来的 3 倍,每个小格表示的电流应该是 0.06A。 当接线柱 1 和 3 连入电路时, R1 与电流表并联再整体与 R2 串联, 每个小格表示的电流仍 然是 0.06A。故选 C 【2015 北京-24】.(20 分)真空中放置的平行金属板可以作为光电转换装置,如图所示, 光照前两板都不带电。以光照射 A 板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。假设所有 逸出的电子都垂直于 A 板向 B 板运动,忽略电子之间的相互作用。保持光照条件不变 , a 和 b 为接线柱。 已知单位时间内从 A 板逸出的电子数为 N,电子逸出时的最大动能 为 ,元电荷为 e。 ( 1 ) 求 A 板和 B 板之间的最大电势差

U m ,以及将 a、b 短接时回路中的电流 I 短

( 2 ) 图示装置可看作直流电源,求其电动势 E 和内阻 r。 ( 3 ) 在 a 和 b 之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为 U,外电阻上的消耗电功率 设为 P;单位时间内到达 B 板的电子,在从 A 板运动到 B 板的过程中损失的动能之和设

为 ?EK 。 请推导证明: P ? ?EK 。( 注意:解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理 量,要在解题中做必要的说明 )

【答案】(1) U m ? (2) E ?

E Km e

E Km , I 短 ? Ne e E r ? Km Ne 2

(3)见解析 【难度】★★★ 【考点】光电效应、闭合电路欧姆定律、电流的微观解释、电场 【解析】 (1) A 板中逸出的电子累积在 B 板上, 在 A、 B 两板间形(1) A 板中逸出的电子累积在 B 板 上,在 A、B 两板间形成由 A 指向 B 的电场。从 A 板后续逸出的电子在向 B 板运 动的过程中会受到电场力的作用而做减速运动。达到稳定状态时,从 A 板逸出的最大 动能的电子到 B 板时动能恰好为零。 根据动能定理 0 ? EKm ? ?eUm ① 从而得到

Um ?

E Km e



若将 a、b 短接,则两板间电势差为零,从而两板间无电场,从 A 板逸出的电子 均能完整通过整个回路,即短路电流 I 短 ? Ne ③ (2)当外电路断路时,A、B 两板间电压为该直流电源的电动势。

E ? Um ?

EKm ④ e

电源内阻 r ?

E EKm ⑤ ? I 短 Ne 2

(3)证明: 设连接外电阻之后, 单位时间内到达 B 板的电子个数为则回路中电流 I ? N ?e ⑥ 外电阻上消耗的电功率 P=UI ⑦ 单位时间内到达 B 板的电子,从 A 板运动到 B 板过程中损失的动能之和为

?EK ? N ?Ue ⑧
综合⑥⑦⑧式可得, P ? ?EK ⑨ 【2015 安徽-17】 .一根长为 L ,横截面积为 S 的金属棒,其材料的电阻率为 ρ 。棒内单位 体积自由电子数为 n,电子的质量为 m,电荷量为 e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产 生电流、自由电子定向运动的平均速率为 v。则金属棒内的电场强度大小为

A.

mv

2

2eL

B.

mv Sn e

2

C.ρ nev

D.

? ev SL

【答案】C 【解析】
[来源:学科网]

试题分析: I ?

U U L ,I=neSv , R ? ? , E ? ,联立得 E=ρ nev,故选 C。 R L S

考点:考查电路和电场知识 【2015 安徽-21(II) 】.某同学为了测 量一节电池的电动势和内阻, 从实验室找到以下器材, 一个满偏电流为 100μ A,内阻为 2500Ω 的表头,一个开关,两个电阻箱( 0 ~ 999.9? )和 若干导线; (1)由于表头量程偏小,该同学首先需要将表头改装成量程为 50mA 的电流表,则应将表头 与电阻箱__________(填“串联”或者“并联” ) ,并将电阻箱阻值调为________Ω 。 (2) 接着该同学用改装的电流表对电池的电动势和内阻进行测量, 实验电路图如图 1 所示, 通过改变电阻 R 测相应的电流 I,并且作相关计算后一并记录如下表

①根据表中的数据,图 2 中已描绘出四个点,请将第 5、6 两组数据也描绘在图 2 中,并画 出 IR ? I 图线

②根据图线可得电池的电动势 E 是________V,内阻 r 是_________Ω 。 【答案】 (1)并联 5.0 (2)①如图所示 ②1.53 2.0

[来源:学|科|网]

考点:考查了电表的改装和测量电源的电动势 和内阻实验 【2015 江苏-10】10. (8 分)小明利用如题 10-1 图所示的实验装置测量一干电池的电动势 和内阻

(1)题 10-1 图中电流表的示数为__________A (2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下

请根据表中的数据,在答题卡的方格纸上作出 U-I 图线

由图线求得:电动势 E=_________V;内阻 r=_________________Ω (3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合,其实 从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为_______________ 【答案】 (1)0.44(2)U-I 图像见解析 1. 60 (1. 58 ~ 1. 62 都算对) 1.2(1.18 ~1.26 都算对)

(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大.

【2015 海南-11】 11 某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度, 测量结果如图(a)和(b)所示。该工件的直径为______cm,高度为________mm。

【答案】 1.220cm , 6.861mm

【2015 海南-12】12 某同学利用图(a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间 的变化。实验中使用的器材为:电池 E(内阻很小) 、开关 S1 和 S2 、电容器 C(约 100 ? F ) 、 电阻 R2 (约 200k ? ) 、电阻 R2 (1k ? ) 、电压表 V(量程 6V) 、秒表、导线若干。 (1)按图(a)所示的电路原理将图(b)中实物图连线。

(2)先闭合开关 S2 ,再断开开关 S2 :闭合开关 S1 ,同时按下秒表开始计时。若某时刻电压 表示数如图(c)所示,电压表的读数为________V(保留 2 位小数) 。 (3)该同学每隔 10s 记录一次电压表的读数 ,记录的数据如下表所示,在答题卡给出的坐标 纸上绘出图线,已知只有一个数据点误差较大,该数据点对应的表中的时间是______s。

(4)电路中 C、 R2 和 S1 构成的回路的作用是___________。 【答案】 (1)图略(2)3.6V(3)40s(4)使实验前电容器两极板上的电荷相中和


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