2024年高中物理新教材同步学案 必修第三册 第11章　章末素养提升（含解析）

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章末素养提升例1　(多选)(2022·重庆市第七中学校高二期中)下列关于电流的说法中正确的是(　　)A．电流既有大小，又有方向，负电荷的定向移动方向即电流的方向B．在电源内部，电流从正极流向负极C．根据电流的微观表达式I＝nqSv可知，其他条件相同时，电子移动的平均速率越大通过导体的电流越大D．根据电流的定义式I＝eq \f(q,t)，单位时间内通过导体的电荷量越多，电流就越大答案　CD解析　电流既有大小，又有方向，但电流是标量，物理学上规定正电荷定向移动的方向为电流方向，故A错误；在电源内部，电流从电源负极流向正极，故B错误；根据电流的微观表达式可知，其他条件相同时，电子移动的平均速率越大，通过导体的电流越大，故C正确；根据电流的定义式可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大，故D正确。例2　(2022·招远市第二中学高二阶段练习)某科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料，据介绍该材料的电导率是石墨烯的1 000倍。电导率σ就是电阻率ρ的倒数，即σ＝eq \f(1,ρ)。下列说法正确的是(　　)A．材料的电导率越小，其导电性能越强B．材料的电导率与材料的形状有关C．电导率的单位是Ω－1·m－1D．电导率大小与温度无关答案　C解析　电导率越小，材料的电阻率越大，其导电性能越差，A错误；材料的电导率与材料的形状无关，由材料本身的性质决定，受温度的影响，当温度发生变化时，电导率的大小会改变，B、D错误；根据电阻定律R＝ρeq \f(l,S)可知，电阻率的单位是Ω·m，则电导率的单位是Ω－1·m－1，C正确。例3　(2022·咸阳市高二期中)一根长为L，横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积的自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e，在棒两端加上恒定的电压U，金属棒内自由电子定向移动的平均速率为(　　)A.eq \f(U,neρL) B.eq \f(US2,neρL)C．neρL D.eq \f(neρL,U)答案　A解析　根据电流的微观表达式可知I＝neSv，由欧姆定律可知R＝eq \f(U,I)，由电阻定律可知R＝ρeq \f(L,S)，联立解得v＝eq \f(U,neρL)，故A正确。例4　如图所示为某控制电路的一部分，已知UAA′＝24 V，如果电阻R＝6 kΩ，R1＝6 kΩ，R2＝3 kΩ，则UBB′不可能为(　　)A．12 V B．8 VC．6 V D．3 V答案　D解析　由题图可知，BB′输出的是下半部分电阻两端的电压，当两电阻均不接入电路时，UBB′＝24 V；当只有R1接入时，输出电压UBB′＝eq \f(R1,R1＋R)UAA′＝12 V；当只有R2接入时，输出电压UBB′＝eq \f(R2,R2＋R)UAA′＝8 V；当两电阻均接入时，R1和R2并联部分的电阻R′＝eq \f(R1R2,R1＋R2)＝2 kΩ，则UBB′＝eq \f(R′,R′＋R)UAA′＝6 V，故选D。例5　(2022·衡阳县江山高级中学高二期中)某灯泡的U－I图像如图所示，下列说法正确的是(　　)A．小灯泡的电阻随着电流的增大而减小B．小灯泡的电阻随着电压的增大而减小C．小灯泡是非线性电阻，所以不能计算出其在某状态下的电阻D．当小灯泡两端的电压为0.5 V时，它的电阻约为eq \f(1,12) Ω答案　D解析　由题图可知，随着电流的增加图像上各点与原点连线的斜率变大，则小灯泡的电阻随着电压、电流的增大而增大，选项A、B错误；小灯泡是非线性电阻，用某状态下的电压与电流可计算在某状态下的电阻，选项C错误；由图像可知，当小灯泡两端的电压为0.5 V时，电流为6 A，则它的电阻约为R＝eq \f(U,I)＝eq \f(0.5,6) Ω＝eq \f(1,12) Ω，故D正确。例6　某同学要测量一待测电阻Rx(约300 Ω)的阻值，现提供了下表中的器材：为了使实验便于操作，且使实验误差尽可能小，则：(1)电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填写字母代号)；(2)在图甲所示虚线框内画出测量电路的原理图(电路中各器材要求用题中给定的符号标出)；(3)若该同学已正确选用器材，并连接好部分实验电路如图乙所示，请在图乙中完成其余的电路连接。答案　(1)A1　R2　(2)见解析图　(3)见解析图解析　(1)流过待测电阻的最大电流约为Imax＝eq \f(U,Rx)≈10 mA，故电流表选A1；因为待测电阻的阻值约为300 Ω，若采用限流式接法，则R1过大，而R2偏小；所以应采用分压式接法，为了便于调节，滑动变阻器选R2。(2)待测电阻阻值较大(eq \f(Rx,RA)>eq \f(RV,Rx))，故采用电流表内接法；如图所示。(3)实物连接如图所示。物理观念电流1.电流的定义式：I＝eq \f(q,t)，其物理意义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向2.电流的微观表达式：I＝nqSv电阻1.定义式：导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值R＝eq \f(U,I)2.决定式：R＝ρeq \f(l,S)，式中ρ叫作这种材料的电阻率串、并联电路1.串联电路：各处电流相等，总电压等于各部分电压之和，总电阻等于各部分电阻之和2.并联电路：总电流等于各支路电流之和，各支路两端电压相等，总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和多用电表1.了解多用电表的基本结构，知道多用电表的测量功能2.会使用多用电表测量电压、电流和电阻3.会使用多用电表测量二极管的正反向电阻，会排查电路故障科学思维1.能从微观视角和宏观表现分析电流的形成2.会用控制变量法设计探究电阻与长度、横截面积及材料的定量关系的实验方案3.熟练掌握伏安法测电阻的内接和外接的误差分析和对电路的选择4.理解滑动变阻器的限流式接法和分压式接法科学探究1.知道游标卡尺和螺旋测微器的测量原理，会正确使用游标卡尺和螺旋测微器，能根据实际情况选择合适的测量工具2.能够掌握测量金属电阻率的实验原理和方法3.会根据实验数据描绘U－I图像，求出电阻值。能根据串、并联电路的规律，对实验误差进行分析4.认识多用电表的表盘结构及选择开关的功能，掌握多用电表的操作程序与使用要求，会使用多用电表测量电压、电流和电阻及判断二极管的极性，知道减小实验误差的方法科学态度与责任1.养成自觉遵守实验操作规程和谨慎操作的习惯2.能认识物理测量的精度依赖于实验器材，而且测量是有误差的3.通过分组实验，讨论、交流，培养团队合作意识电池组U提供3 V电压滑动变阻器R1(0～40 kΩ，额定电流1 A)电压表V(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)滑动变阻器R2(0～20 Ω，额定电流2 A)电流表A1(量程0～10 mA，内阻约2 Ω)开关S电流表A2(量程0～0.6 A，内阻约0.25 Ω)导线若干