1、专题九恒定电流一、选择题(共5小题,30分)1.如图所示,R1、R2、R3为三个阻值相同的电阻,平行板电容器的电容为C,电源的电动势为E,内阻不计.开始时,开关S断开,电容器所带电荷量为Q1.现将开关S闭合,稳定后电容器所带电荷量为Q2,则Q1Q2的值为()A.32B.34C.23D.432.在如图甲所示的电路中,电源电动势为3.0 V,内阻不计,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,当开关S闭合后()A.通过L1的电流为通过L2的电流的2倍B.L1的电阻为7.5 C.L1消耗的电功率为0.75 WD.L2消耗的电功率为0.375 W3.如图所示为多用电表
2、欧姆挡的原理图,表头内阻为Rg,调零电阻为R0,电池的电动势为E,内阻为r,则下列说法错误的是()A.它是根据闭合电路欧姆定律制成的B.接表内电池负极的应是红表笔C.欧姆挡对应的“”刻度一般在刻度盘的右端D.调零后刻度盘的中央刻度值是r+Rg+R04.如图所示,电源电动势为E,内阻为r.开关S闭合后,将滑动变阻器的滑片向下滑动,理想电压表V1、V2的示数分别为U1、U2,示数变化量的绝对值分别为U1、U2,理想电流表A1、A2的示数分别为I1、I2,示数变化量的绝对值为I1、I2,则下列说法正确的是()A.电流表A2示数I2减小B.电压表V2示数U2增大C.U1小于U2D.U2I1和U2I1都
3、变小5.某同学测电阻的实物图如图所示,电压表V、电流表A均为理想电表,滑动变阻器R的最大阻值为20 ,电源电动势E=3 V,内阻r=1 ,定值电阻阻值R1=4 .现将开关闭合,在滑动变阻器的滑片从左端滑到右端的过程中,下列说法正确的是()A.电路中电流逐渐减小B.滑动变阻器消耗的最大功率为0.45 WC.当滑动变阻器接入电路的有效电阻为1 时,R1消耗的功率最大D.当滑动变阻器接入电路的有效电阻为0时,电源的效率最大二、非选择题(共7小题,60分)6.新情境,8分充电宝是给手机及时充电的一种重要工具.可将充电宝视为跟蓄电池和干电池一样的可移动直流电源.一同学想测量某充电宝在充满电后的电动势(约
4、5 V)和内阻,实验室还提供了如下器材:A.量程是3 A,内阻约为0.2 的电流表;B.量程是6 V,内阻约为6 k的电压表;C.量程是15 V,内阻约为30 k的电压表;D.阻值为01 k,额定电流为0.5 A的滑动变阻器;E.阻值为010 ,额定电流为3 A的滑动变阻器;F.阻值为2.5 的定值电阻;G.阻值为20 的定值电阻;H.开关S一个,导线若干.(1)实验中滑动变阻器应选用.(选填相应器材前的字母)(2)根据所给器材,该同学设计了如图甲所示的电路,其中R0应选择(选填相应器材前的字母),它在电路中的作用是.(3)该同学记录的8组数据如表中所示,请在图乙的坐标纸上画出该充电宝的U-I
5、图线.由图线可知该充电宝的电动势E=V,内阻r=.(保留到小数点后2位)次数12345678电流I/A0.170.310.660.931.181.371.631.89电压U/V5.055.035.004.974.944.924.894.867.2020福建五校第二次联考,8分某物理兴趣小组欲用图示电路将电流表改装成欧姆表,使欧姆表的中央刻度为15,倍率为“1”.实验室提供的器材有:A.一节1.5 V干电池E(内阻不计); B.电流表(量程0100 mA,内阻为2.5 ); C.电流表(量程00.6 A,内阻为0.2 );D.滑动变阻器R1(030 ); E.滑动变阻器R2(03 k);F.一对
6、表笔及导线若干.(1)图中a为(填“红”或“黑”)表笔.(2)电流表应选用(填“B”或“C”),滑动变阻器应选用(填“D”或“E”).(3)在正确选用器材的情况下,正确连接好实验电路,并正确操作,若电流表满偏电流为Ig,则电阻刻度盘上原14Ig处应标上“”(填写具体数值).8.2020河北唐山高三摸底,8分为了测量长为1.0 m的均匀材料制成的金属圆柱的电阻率,实验室能够提供的实验器材有:电源E(电动势为12 V,内阻约为10 );螺旋测微器和多用电表;电压表V(量程为015 V,内阻约为5 k);电流表mA(量程为050 mA,内阻约为100 );滑动变阻器R(阻值为020 );待测金属圆柱
7、体;开关及导线若干. 图甲图乙(1)用螺旋测微器测量圆柱直径,其示数如图甲所示,则该圆柱直径的测量值d= mm.(2)用多用电表欧姆挡的“10”挡粗测圆柱体的电阻值时,表盘上指针如图乙所示,则圆柱体的电阻约为 .(3)为了获得多组数据,尽量精确测量其电阻值,请在实物图中完成实验电路. 图丙图丁(4)电路正确连接后,滑片置于最(填“左”或“右”)端,闭合开关,通过调节滑片位置,得到如表中所示的多组U、I数据,请在图丁的坐标纸中作出U-I关系图线.U/V2.03.04.05.06.07.0I/mA10.916.421.927.332.838.3(5)由图丁可得电阻值为 ,由以上数据可得待测材料的电
8、阻率.(结果保留3位有效数字)9.8分发光二极管(LED)是由镓(Ga)、砷(As)与磷(P)等的化合物制成的一种能够发光的半导体电子元件,通常用在电路及仪器中作为指示灯,或组成文字或数字显示,其显著的特点就是具有单向导电性.某物理小组欲研究测量发光二极管正向伏安特性,设计了如图甲、乙、丙所示的三种电路,小组最终选择了图丙.操作步骤如下:a.根据电路图丙连接电路;b.闭合开关S1,调节各可变电阻,使得开关S2由断开到闭合时,灵敏电流表G指针无偏转,并记录此时电压表V的示数U和电流表A的示数I;c.调节可变电阻,重复步骤b,读出多组不同的U值和I值,记录数据;d.根据数据在坐标纸上描绘出二极管正
9、向伏安特性曲线如图丁所示.图丁根据以上内容,回答下列问题.(1)从设计原理上讲,对于图甲和图乙的误差分析,下列说法正确的是.A.图甲误差的来源在于电流表的分压作用,图乙的误差来源在于电流表的分压作用B.图甲误差的来源在于电流表的分压作用,图乙的误差来源在于电压表的分流作用C.图甲误差的来源在于电压表的分流作用,图乙的误差来源在于电流表的分压作用D.图甲误差的来源在于电压表的分流作用,图乙的误差来源在于电压表的分流作用(2)从描绘的图线来看,当发光二极管导通时,发光二极管的电阻随着U的增大而迅速(选填“增大”或“减小”).(3)从设计原理上讲,图丙电路中的二极管电阻测量值真实值(选填“大于”“等
10、于”或“小于”).(4)若该型号发光二极管的最佳工作电压为2.5 V,现用电动势为5 V、内阻为2.0的电源供电,则需要在电路中串联一个电阻R才能使其处于最佳工作状态,请根据所画出的该型号二极管的伏安特性曲线进行分析,串联的电阻R的阻值为(结果保留3位有效数字).10.8分某研究性学习小组为了测一未知电阻Rx的阻值,先用多用电表欧姆挡粗略测得其电阻大约为10 ,然后在实验室中选择了如下器材用伏安法测量该电阻的阻值.图甲 图乙电源(电动势为3 V,内阻不计);电流表(量程0300 mA,内阻RA约为0.5 );电压表(量程03 V,内阻RV约为2 k);滑动变阻器(最大阻值为30 );开关一个、
11、导线若干.(1)按照实验要求在图甲中将实物图连接起来.(2)若已按实验要求接线,闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0.写出产生这种现象的一种原因:.(3)由于系统误差,用图甲所示电路求出的电阻测量值真实值(选填“大于”或“小于”).(4)为了消除伏安法测电阻时电路引起的系统误差,该小组寻找另一未知电阻和单刀双掷开关,设计了另一种电路,电路的原理图如图乙所示.该学习小组在测量过程中得到以下数据:单刀双掷开关接位置1时,电流表示数为I1,电压表示数为U1;单刀双掷开关接位置2时,电流表示数为I2,电压表示数为U2,滑动变阻器滑片位置始终不变,用以上数据
12、表示待测电阻Rx的表达式为Rx=.11.2020陕西百校第一次联考,10分某同学欲将一阻值为27 的电阻R与一微安表(量程为250 A)连接而改装为大量程的毫安表,因不知改装后的毫安表的量程,他利用一标准毫安表,根据图甲所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表).(1)根据图甲和题中所给条件,完成图乙中的实物连接.(2)闭合开关S,当标准毫安表的示数为6.48 mA时,微安表的指针位置如图丙所示,请回答下列问题:图丙中该微安表的示数为A;可以推测出改装后的毫安表的量程为(填正确答案标号);A.12 mAB.9 mAC.8 mAD.6 mA可以推测出该微安表的内阻为.12.2020
13、吉林长春监测,10分某同学设想利用如图甲所示的实验电路,测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势,实验过程中电流表的读数始终符合实验要求.(1)为了测量未知电阻Rx的阻值,他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至(填“最大”或“最小”),然后闭合开关K1,将K2拨至1位置,调节R2,稳定后电流表A读数为I0;接着将开关K2拨至2位置,保持R2不变,调节R1,当R1=34.2 时,电流表A读数仍为I0,则该未知电阻的阻值Rx= .图甲 图乙(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源的电动势E,他将R1的阻值调到某一值,将R2的阻值调到最大,将开关K2拨至2位置,闭合开关
14、K1;然后多次调节R2,并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I;最后根据记录的数据,画出如图乙所示的图象,根据你所学的知识和题中所给字母写出该图象对应的函数表达式:;已知R1=1.5 ,利用图象中的数据可求得,电流表A的内阻RA=,电源的电动势E=V.1.B由串并联电路的特点可知,电容器与电阻R1并联,当开关S断开时,电阻R1、R2串联,设电阻R1、R2、R3的阻值均为R,电容器两端的电压为U1,则有U1=E2RR=12E,故Q1=CU1=12CE;开关S闭合后,电路中的总电阻为R总=32R,设此时电容器两端的电压为U2,则U2=E32RR=23E,故Q2=CU2=23CE,所
15、以Q1Q2=12CE23CE=34,故选项B正确.2.C因电源内阻不计,且灯泡规格相同,所以S闭合后L1两端电压U1=3.0 V,L2、L3两端电压U2=U3=1.5 V,在I-U图象中,可以读出相应的电流I1=0.25 A,I2=I3=0.20 A,故选项A错误.由R=UI知,此时R1=12 ,故选项B错误.由P=UI知此时P1=0.75 W,P2=0.3 W,故选项C正确,D错误.3.C多用电表是根据闭合电路的欧姆定律制成的,A说法正确;电流从黑表笔流出,红表笔流入,B说法正确;欧姆挡对应的“”刻度在刻度盘的左端,C说法错误;当多用电表指针指在中央位置时,Ig2=ERg+R0+r+Rx,I
16、g=ERg+r+R0,所以Rx=Rg+R0+r,即中央刻度值为r+Rg+R0,D说法正确,故应选C.4.C 当滑片向下滑动时,滑动变阻器R接入电路中的阻值变小,并联电阻变小,则电路中总电阻变小,总电流变大(I1变大),由U2=E-I1(r+R1)知并联部分电压变小(U2变小),流过电阻R2的电流变小,结合总电流I1变大可知,流过滑动变阻器的电流变大(I2变大),选项A、B错误;U1=I1R1,而U2=I1(r+R1),所以U2U1,选项C正确;当滑动变阻器R接入电路中的阻值变小时,U2I1变小,而由前面分析有U2I1=r+R1,所以U2I1不变,选项D错误.5.B根据题图可知,电路图如图所示,
17、滑动变阻器的滑片从左端滑到右端的过程中,滑动变阻器接入电路中的有效电阻先增大后减小,电路中电流先减小后增大,A错误;滑动变阻器的滑片从左端滑到右端的过程中,其接入电路中的有效阻值范围是05 ,把R1视为电源内阻的一部分,则当滑动变阻器接入电路中的有效电阻R=R1+r=5 时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大值Pmax=I2R=(E2R)2R=E24R=3245 W=0.45 W,B正确;要使R1消耗的功率最大,则需要使通过R1的电流最大,此时滑动变阻器接入电路中的有效电阻应最小,即为0时,R1消耗的功率最大,C错误;电源的效率=IUIE100%=I(R1+R)I(R1+R+r)100%=11+r
18、R+R1100%,显然当R最大时,电源的效率最大,即当滑动变阻器接入电路中的有效电阻R=5 时,电源的效率最大,D错误.6.(1)E(1分)(2)F(1分)防止滑动变阻器调节过度导致电流表损坏,同时方便测量(2分)(3)如图所示(2分)5.07(1分)0.11(1分)解析:(1)滑动变阻器R用于改变电路中的电流,依照安全性和方便性原则应选E;(2)R0作为保护电阻,除了防止滑动变阻器调节过度导致电流表损坏外,还要方便测量,因此不能选G,只能选F;(3)由E=U+Ir可知,充电宝的电动势为E=5.07 V,U-I图线的斜率大小即为充电宝的内阻大小,则内阻为r=0.11 .7.(1)红(1分)(2
19、)B(2分)D(2分)(3)45(3分)解析:(1)根据“红进黑出”可知题图中a为红表笔.(2)将电流表改装成中央刻度为15,倍率为“1”的欧姆表,即欧姆表的内电阻为15 ,通过的电流最大值为Ig=1.5V15=0.1 A,所以应该选择量程为0100 mA的电流表,即选择B;为方便测量,滑动变阻器应该选择阻值范围为030 的D.(3)由闭合电路欧姆定律有14Ig=ERx+R内,又R内=15 ,解得Rx=45 ,即原14Ig处应该标上45.8.(1)3.908 (3.9073.909均可)(1分)(2)175(172178均可)(1分) (3)如图1所示(2分)(4)右(1分)如图2所示(2分)
20、(5)183(181185均可)(1分) 图1图2解析:(1)固定刻度读数为3.5 mm,可动刻度读数为40.80.01 mm=0.408 mm,两者相加得3.908 mm.(2)刻度盘读数约为17.5,再乘以倍率10,即电阻约为175 .(3)待测电阻的阻值与电压表的内阻差别较大,应采用电流表外接法,实物连线如答图1所示.(4)滑动变阻器的滑片应调到最右端使待测电阻支路的电压为零,电压从零开始变化以防止烧毁电表,根据表中数据描点连线作图.(5)求得U-I图线的斜率等于待测电阻的阻值,约为183 .9.(1)C(1分)(2)减小(2分)(3)等于(2分)(4)112(110114均可)(3分)
21、解析:(1)由图示电路图可知,题图甲采用电流表外接法,题图乙采用电流表内接法,题图甲误差的来源在于电压表的分流作用,题图乙的误差来源在于电流表的分压作用,故选项C正确.(2)通过发光二极管的电流随电压增大而增大,由题图丁可知,发光二极管的正向电阻随电压增大而减小.(3)由题图丙所示电路图可知,电路避免了电表内阻对实验的影响,发光二极管电阻测量值等于真实值.(4)根据I-U图线,当发光二极管的工作电压为2.5 V时,工作电流约为22 mA,则串联电阻和电源内阻上分到的电压应为2.5 V,故应串联的电阻R的阻值为2.52.210-2 -2.0 112 .【易错警示】在求解本题时常见易错之处是不能将
22、描绘小灯泡伏安特性曲线的实验原理迁移到本题中来,不能正确理解实验原理.本题中不论是应用电流表内接法还是外接法都存在较大的误差,而图丙可以通过补偿法消除因电流表和电压表内阻引起的系统误差.10.(1)如图所示(3分)(2)待测电阻断路(2分)(3)小于(1分) (4)U2I2-U1I1(2分)解析:(1)由于RVRxRxRA,则电流表用外接法,滑动变阻器阻值约为待测电阻的3倍,用限流接法.(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0,产生这种现象的原因可能是待测电阻断路,由于电压表内阻非常大,导致电流表电流接近零,电压表示数是电源电压.(3)使用电流
23、表外接法时,电流表测量的是干路电流,由于电压表的分流作用,导致电阻测量值小于真实值.(4)单刀双掷开关接位置1时,电流表示数为I1,电压表示数为U1,根据欧姆定律有R+RA=U1I1,单刀双掷开关接位置2时,电流表读数为I2,电压表示数为U2,Rx+R+RA=U2I2,解得Rx=U2I2-U1I1.11.(1)如图所示(3分)(2)180(2分)B(2分)945(3分)解析:(1)微安表改装为大量程的毫安表时,微安表应与定值电阻R并联,实物连接如答图所示.(2)题图丙中微安表的示数为180 A.设微安表的内阻为r,通过标准毫安表的电流为I时,通过微安表的电流为I,则有IRrR+r=Ir,解得I
24、=RIR+r,即I与I成正比,故Imax6.48mA=250180,解得改装后的毫安表的量程Imax=9 mA,选项B正确.由I=RIR+r可得r=(II-1)R=(6.48103180-1)27 =945 .12.(1)最大(2分)34.2(2分)(2)1I=1ER2+R1+RAE(2分)0.5(2分)4(2分)解析:(1)在闭合开关之前,为保护电源和电路中的电表,两个电阻箱的电阻都应该调至最大.闭合开关K1,将K2拨至1位置,调节R2,稳定后电流表读数为I0;将K2拨至2位置,保持R2阻值不变,调节R1,当R1=34.2 时,电流表读数仍为I0,说明此时两次电路中电阻相等,即未知电阻的阻值Rx= R1=34.2 .(2)将K2拨至2位置,闭合开关K1,由闭合电路欧姆定律有E=I(R1+R2+RA),对照题图乙,可变形为1I=1ER2+RA+R1E.由图线斜率k=1E=1.0-0.52.0 V-1,可得电动势E=4 V;由图线在纵轴上的截距RA+R1E=0.5 A-1,又R1=1.5 ,可解得电流表A的内阻RA=0.5 .【实验攻略】(1)为了保护电路中的元件,开关闭合前电阻箱、滑动变阻器等接入电路的阻值都应该调至最大.(2)处理实验数据时,先利用闭合电路欧姆定律得出函数关系式,再根据题给图象进行变形,最后根据图线斜率、截距等的物理意义得出所求物理量.