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【大题型专练之—得分关键题】2014高考物理增值增分特训:电容器和直流电路的动态分析 Word版含解析


电容器和直流电路的动态分析
(限时:45 分钟) 一、单项选择题 1. (2013· 安徽· 19)用图 1 所示的电路可以测量电阻的阻值.图中 Rx 是待测电阻,R0 是定值电 阻, 是灵敏度很高的电流表,MN 是一段均匀的电阻丝.闭合开关,改变滑动头 P 的位 置,当通过电流表 的电流为零时,测得 MP=l1,PN=l2,则 Rx 的阻值为 ( )

/>图1 l1 A. R0 l2 l2 C. R0 l1 答案 C 解析 设 R0、Rx 与 三者的结点为 Q,当通过电流表的电流为零时,说明 φP=φQ,则 l1 B. R l1+l2 0 l2 D. R l1+l2 0

UR0=URMP,URx=URPN,IR0=IRx=I0,IRMP=IRPN=I,故 I0R0=IRMP,I0Rx=IRPN.两式 R0 RMP RPN l2 相除有 = ,所以 Rx= R = R ,正确选项为 C. Rx RPN RMP 0 l1 0 2. 如图 2 所示,为一小灯泡的伏安特性曲线,横轴和纵轴分别表示电压 U 和电流 I.图线上 点 A 的坐标为(U1,I1),过点 A 的切线与纵轴交点的纵坐标为 I2.小灯泡两端电压为 U1 时, 电阻等于 ( )

图2 I1 U1 U1 U1 A. B. C. D. U1 I1 I2 I1-I2 答案 B 解析 由于小灯泡的伏安特性曲线上,每一点的电压坐标与电流坐标的比值,对应这一

U1 状态下的电阻,所以小灯泡两端电压为 U1 时,电阻等于 ,B 正确. I1 3. 如图 3 所示,甲、乙两电路中电源完全相同,外电阻 R1>R2,两电路中分别通过相同的电 荷量 q 的过程中,下列判断正确的是 ( )

图3 A.电源内部产生电热较多的是甲电路 B.R1 上产生的电热比 R2 上产生的电热少 C.电源做功较多的是甲电路 D.电源效率较高的是甲电路 答案 D 解析 电源内部产生电热 Q=I2rt=Iqr,由于外电阻 R1>R2,甲电路电流较小,电源内部 产生电热较少的是甲电路,选项 A 错误.外电阻产生电热 Q=I2Rt=IqR=Uq,U1>U2, R1 上产生的电热比 R2 上产生的电热多,选项 B 错误.两电路中分别通过相同的电荷量 q 的过程中,两电源做功相等,选项 C 错误.电源效率较高的是甲电路,选项 D 正确. 4. 在如图 4 所示的电路中,电源的电动势为 E,内阻为 r,灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r. 闭合开关 S, 在滑动变阻器的滑片 P 由 a 向 b 移动的过程中, 下列各物理量的变化情况正 确的是 ( )

图4 A.电流表的读数先减小后增大 B.灯泡 L 变亮 C.电源输出功率先增大后减小 D.电压表的读数先增大后减小 答案 D 解析 由简化电路图可知,滑动变阻器的右半部分与电流表 A 串联,再与左半部分并联, 并联部分与灯泡串联后再与电压表并联,电压表测路端电压.滑片 P 向左滑动,当两支 路电阻相等,即 RA+Ra=Rb 时,并联路段电阻最大,因此并联路段的电阻先增大后减小, 外电路总电阻先增大后减小,由串联分压可知路端电压先增大后减小,选项 D 正确;电 流表刚开始测干路电流,随着 P 由 a 向 b 移动,电流表示数逐渐变小,P 滑到 b 端,电阻 R 和电流表被短路, 电流表示数为零, A 错误; 外电路电阻增大时, 流过灯泡的电流减小, 灯泡分压减小,灯泡变暗,选项 B 错误;外电路电阻越接近电源内阻,电源输出功率越 大,由于灯泡电阻大于电源内阻,因此外电路电阻总大于电源内阻,随着外电阻的增大, 输出功率逐渐减小,选项 C 错误.

5. 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻随一氧化碳浓度的变 化而变化.在如图 5 所示电路中,不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值,电压 表的示数与一氧化碳的浓度一一对应,观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超 标.已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比,那么,电压表示数 U 与一 氧化碳浓度 ρ 之间的对应关系正确的是 ( )

图5 A.U 越大,表示 ρ 越大,ρ 与 U 成正比 B.U 越大,表示 ρ 越小,ρ 与 U 成反比 C.U 越大,表示 ρ 越大,但 ρ 与 U 不成正、反比关系 D.U 越大,表示 ρ 越小,但 ρ 与 U 不成正、反比关系 答案 C k 解析 根据题意,设氧化锡传感器的电阻为 R1= ,电源的电动势为 E,内阻为 r,电压 ρ 表的示数 U= ER0 ,ρ 越大,U 越大,但 U 与 ρ 既不成正比也不成反比,选项 C k +r+R+R0 ρ

正确. 6. 在如图 6 所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为 E、内电阻为 r,R1、R2 为定值电 阻,R3 为滑动变阻器,C 为电容器, 、 为理想电流表和理想电压表.在滑动变阻器滑 动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中,下列说法中正确的是 ( )

图6 A.a 点的电势降低 C.电流表示数变小 答案 A 解析 在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中,外电路电阻减小,电源输出 电流变大,路端电压减小,R1 两端电压升高,故 a 点的电势降低,电压表示数变大,电 流表示数变大;因 R2 与 R3 并联,R2 两端电压降低,故电容器 C 两端电压降低,电容器 C B.电压表示数变小 D.电容器 C 所带电荷量增多

所带电荷量减少,选项 A 正确,B、C、D 错误. 7. 如图 7 所示, 两极板间距为 d 的平行板电容器与一电源相连, 距上极板 d 处有一质量为 m、 带电量为 q 的小球自由释放,穿过上极板的小孔后,恰好能到达下极板,若将下极板向 d 上平移 ,小球仍从同一位置释放,则下列说法正确的是 4 ( )

图7 A.仍能到达下极板,且速度恰好为 0 B.仍能到达下极板,且速度大于 0 3d C.不能到达下极板,距离上极板最大距离为 5 d D.不能到达下极板,距离上极板最大距离为 2 答案 C 解析 由动能定理,开始有 2mgd-qEd=0,下极板平移后,设小球在平行板电容器中下 3 3 降高度为 x,则有 mg(d+x)-qE′x=0,又 U=Ed=E′·d,联立解得 x= d,选项 C 正 4 5 确,选项 A、B、D 错误. 8. A、B 两块正对的金属板竖直放置,在金属板 A 的内侧表面系一绝缘细线,细线下端系 一带电小球.两块金属板接在如图 8 所示的电路中,R1 为光敏电阻,R2 为滑动变阻器, R3 为定值电阻,当 R2 的滑动触头 P 在中间时闭合开关 S,此时电流表和电压表的示数分 别为 I 和 U,带电小球静止且绝缘细线与金属板 A 的夹角为 θ.已知电源电动势 E 和内阻 r 一定,光敏电阻随光照的增强电阻变小,以下说法正确的是 ( )

图8 A.保持光照强度不变,将 R2 的滑动触头 P 向 b 端滑动,则 R3 消耗的功率变大 B.保持滑动触头 P 不动,让光敏电阻周围光线变暗,则小球重新平衡后 θ 变小

C.滑动触头向 a 端滑动,用更强的光照射 R1,则电压表示数变小 D.保持滑动触头不动,用更强的光照射 R1,则 U 的变化量的绝对值与 I 的变化量的绝对 值的比值变小 答案 C 解析 R2 的滑动触头 P 的滑动对全电路无影响,保持光照强度不变,R3 中电流不变,则 R3 消耗的功率不变,选项 A 错误.让光敏电阻周围光线变暗,光敏电阻阻值变大,两金 属板之间的电压增大,小球所受电场力变大,则小球重新平衡后 θ 变大,选项 B 错误.用 更强的光照射 R1,光敏电阻阻值变小,电源输出电流变大,路端电压变小,则电压表示 数变小,选项 C 正确.用更强的光照射 R1,则 U 的变化量的绝对值与 I 的变化量的绝对 值的比值等于电源内阻,不发生变化,选项 D 错误. 二、多项选择题 9. 某同学将一直流电源的总功率 PE、输出功率 PR 和电源内部的发热功率 Pr 随电流 I 变化的 图线画在了同一坐标上,如图 9 中的 a、b、c 所示,以下判断正确的是 ( )

图9 A.直线 a 表示电源的总功率 PE—I 图线 B.曲线 c 表示电源的输出功率 PR—I 图线 C.电源的电动势 E=3 V,内电阻 r=1 Ω D.电源的最大输出功率 Pm=2 W 答案 AD 解析 电源的总功率 PE=EI,直线 a 表示电源的总功率 PE—I 图线,选项 A 正确.电源 的输出功率 PR=UI=(E-Ir)I=EI-I2r,曲线 b 表示电源的输出功率 PR—I 图线,曲线 c 表示电源内部的发热功率 Pr-I 图线,选项 B 错误.由直线 a 的斜率可得电源的电动势 E =4 V.选项 C 错误.当 I=1 A 时,电源的最大输出功率 Pm=2 W,选项 D 正确. 10.如图 10 为测量某电源电动势和内阻时得到的 U-I 图线,用此电源与三个阻值均为 3 Ω 的电阻组成如下四个电路.则外电路功率相等的是 ( )

图 10

A.图 a 和图 d C.图 a 和图 b 答案 AB

B.图 b 和图 c D.图 c 和图 d

解析 根据电源的 U-I 图线可得电源的电动势为 4 V,内阻为 3 Ω,外电路消耗的功率 P = ?4 V?2· R外 ,当外电阻为 1 Ω 和 9 Ω 时,外电路消耗的功率相等,A 正确;当外电阻为 ?R外+3 Ω?2

4.5 Ω 和 2 Ω 时,外电路消耗的功率相等,B 正确,C、D 错误. 11.已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强阻值越大.为探 测磁场的有无,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图 11 所示电路,电源的电动势 E 和内 阻 r 不变,在没有磁场时调节变阻器 R 使电灯 L 正常发光,若探测装置从无磁场区进入 强磁场区.则 ( )

图 11 A.电灯 L 变暗 C.电流表的示数增大 答案 BD 解析 若探测装置从无磁场区进入强磁场区.磁敏电阻阻值增大,电源输出电流减小, B.电灯 L 变亮 D.电流表的示数减小

路端电压增大,电流表的示数减小,电灯 L 变亮,选项 B、D 正确. 12.电源、开关 S、S′、定值电阻 R1、光敏电阻 R2 和电容器连接成如图 12 所示电路,电容 器的两平行板水平放置.当开关 S、S′闭合,并且无光照射光敏电阻 R2 时,一带电液滴 恰好静止在电容器两板间的 M 点.当用强光照射光敏电阻 R2 时,光敏电阻的阻值变小, 则 ( )

图 12 A.液滴向下运动 B.液滴向上运动 C.R2 两端的电势差是否升高无法分析 D.当光照强度不变时断开 S′,把电容器的上极板向上移一小段距离,则上极板的电势 比 A 点的电势高 答案 BD 解析 当用强光照射光敏电阻 R2 时,光敏电阻的阻值变小,R2 两端的电势差降低,R1 两 端的电势差升高, 电容器极板之间电压升高, 液滴向上运动, 选项 B 正确, A、 C 错误. 当 光照强度不变时断开 S′,电容器带电量不变,把电容器的上极板向上移一小段距离,则 上极板的电势比 A 点的电势高,选项 D 正确. 13.如图 13 所示电路中,定值电阻 R 大于电源内阻 r,当滑动变阻器滑动端向右滑动后,理 想电流表 A1、A2、A3 的示数变化量的绝对值分别为 ΔI1、ΔI2、ΔI3,理想电压表示数变化 量的绝对值为 ΔU,下列说法中正确的是 ( )

图 13 A.电流表 A2 的示数一定变小 B.电压表 V 的示数一定增大 C.ΔI3 一定大于 ΔI2 D.ΔU 与 ΔI1 比值一定小于电源内阻 r 答案 BD 解析 当滑动变阻器滑动端向右滑动后,滑动变阻器连入电路的电阻变大,外电路总电

阻变大,路端电压变大,电压表 V 的示数一定增大,电流表 A3 的示数一定变小,电流表 A2 的示数一定变大,选项 A 错误,B 正确.ΔI3 不一定大于 ΔI2,选项 C 错误.ΔI1 一定 大于 ΔI3,ΔU 与 ΔI3 比值等于电源内阻,ΔU 与 ΔI1 比值一定小于电源内阻 r,选项 D 正 确. 【解题方法技巧 6】 极限分析法

当题干中所涉及的物理量随条件做单调变化时,或者解为集合的题目,可以将某些起决 定性作用的物理量的数值推向极值?如设定动摩擦因数趋近于零、一个量与另一个量的关系是 “远大于”或“远小于”、斜面的倾角趋近于零和 90°、物体的质量趋近于零或无穷大等?,通 过简单计算、推理及合理性判断,并与一些显而易见的结果、结论和熟悉的物理现象进行对 比可得出结论. 比如第 6 题,我们可以把滑动变阻器的滑片 P 向 b 滑动的过程采用极限分析法,即移到 b 端,这样滑动变阻器被短路,再分析问题就会显得非常简单和直接.同样第 12 题中,可把光敏 电阻的阻值变化为零,分析问题也会更简单.


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