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22届高中物理一轮总复习 课时练25 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律
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这是一份22届高中物理一轮总复习 课时练25 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律，共7页。试卷主要包含了1×105 J，9×108 J等内容，欢迎下载使用。
1.(电流)铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子中有n个自由电子。今有一根横截面积为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子平均定向移动的速率为( )
A.光速cB.IneS
C.ρIneSmD.mIneSρ
2.(电阻定律)有Ⅰ、Ⅱ两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1∶l2=1∶5,横截面积之比为S1∶S2=2∶3,电阻之比为R1∶R2=2∶5,外加电压之比为U1∶U2=1∶2,则它们的电阻率之比为( )
A.2∶3B.4∶3
C.3∶4D.8∶3
3.(电功率)(2020浙江宁波高三下学期二模)有一位同学想估算一下全校学生在家上直播课时消耗的总电能,他查阅了相关资料,信息如下表:
仅考虑信息表中的用电器,试估算全校学生在家上直播课时一天消耗的总电能约为( )
A.4.1×105 J
B.8.9×108 J
C.1.5×109 J
D.2.0×109 J
4.(电阻率、电导率)(2020湖南张家界模拟)电导率σ是电阻率ρ的倒数,即σ=1ρ。下列说法正确的是( )
A.电导率的单位是1Ω·m
B.材料的电导率与材料的形状有关
C.材料的电导率越小,其导电性能越强
D.电导率大小与温度无关
5.(伏安特性曲线)(2020北京顺义高三下学期模拟)某研究性学习小组描绘了三种电学元件的伏安特性曲线,如图所示,下列判断中正确的是( )
A.图甲反映该电学元件的导电性能随电压的增大而增强
B.图乙反映该电学元件的导电性能随温度的升高而减弱
C.图丙反映该电学元件加正向电压和反向电压时导电性能一样
D.图丙反映该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流急剧变大
6.(电功率、焦耳定律)某简易电吹风简化电路如图所示,其主要部件为电动机M和电热丝,部分技术参数如下表,电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是( )
A.开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风
B.该电吹风中电动机的内电阻为440 Ω
C.吹热风时电热丝的功率为990 W
D.吹热风时通过电热丝的电流为4 A
素养综合练
7.(2020河北衡水高三第二次质检)如图所示的U-I图像中,甲为某电池的路端电压与电流的关系图线,乙、丙为两种电子元件的U-I图线,三个图线交于同一点,若电池的电动势不变,内阻变大,再将乙、丙分别接在这个电池两端,乙、丙元件两端的电压分别为U1、U2,通过两元件的电流分别为I1、I2,则下列关系正确的是( )
A.U1>U2B.I1>I2
C.U1I1>U2I2D.U1I1>U2I2
8.(2020上海高三一模)如图所示,A、B两盏电灯的额定电压都为110 V,额定功率分别为PA=25 W,PB=100 W。把它们接到220 V的电路上,下面四种接法中,两灯不可能正常发光的是( )
9.
(2020山东泰安模拟)如图所示为一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,理想电压表示数UV=110 V。试求:
(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2)
10.(2020北京延庆高三下学期模拟)对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。一段横截面积为S、长为l的直导线,单位体积内有n个自由电子,一个电子的电荷量为e。该导线通有恒定电流时,导线两端的电势差为U,假设自由电子定向移动的速率均为v。
(1)求导线中的电流I。
(2)所谓电流做功,实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。为了求解在时间t内电流做功W为多少,小红和小明给出了不同的想法:
小红记得老师上课讲过,W=UIt,因此将第(1)问求出的I代入,就可以得到W的表达式,但是小红不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的。小明提出,既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功,那么应该先求出导线中的恒定电场的电场强度,即E=Ul,设导体中全部电荷为q后,再求出电场力做的功W=qEvt=qUlvt,但是小明没有得出W=UIt的结果。
请问你认为小红和小明的说法对吗?若小红的说法对,请给出公式的推导过程;若小明的说法对,请补充完善这个问题中电流做功的求解过程。
(3)为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单位时间内通过单位面积的电荷量。若已知该导线中的电流密度为j,导线的电阻率为ρ,试证明:Ul=jρ。
参考答案
课时练25 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律
1.D 由电流表达式I=n'eSv可得v=In'eS,其中n'=nmρ=nρm,故v=mIneSρ,选项D正确。
2.B 由R=ρlS得ρ=RSl,ρ1∶ρ2=R1S1l2R2S2l1=4∶3,选项B正确。
3.C 学生每天在线学习的时间t=0.5×6 h+2 h=5 h=1.8×104 s,学生每天使用电脑的总功率P1=50×2 000×0.8 W=8×104 W,学生每天使用手机的总功率P2=5×2 000×0.2 W=2×103 W,学生每天学习使用手机和电脑需要消耗的电能为E=(P1+P2)·t=1.48×109 J,故只有选项C正确。
4.A 根据R=ρLS,得σ=1ρ=LRS,则电导率的单位是mΩ·m2=1Ω·m,故A正确;材料的电导率与材料的形状无关,故B错误;材料的电导率越小,电阻率越大,则其导电性能越弱,故C错误;导体的电阻率与温度有关,则电导率大小与温度有关,故D错误。
5.D 由题图甲可知随着电压增加图线斜率不变,即该元件电阻阻值的倒数不变,阻值不变,导电性能不变,故A错误;由题图乙可知随着电压增加图线斜率变小,该元件电阻阻值的倒数变小,阻值增加,导电性能随电压的增大而减弱,但不能说明和温度的关系,故B错误;由题图丙可知加正向电压和反向电压时图线关于原点不对称,因为横坐标不一样的,故导电性能不一样,故C错误;根据题图丙可知该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流急剧变大,故D正确。
6.D 由题中电路图可知,开关S1、S2都闭合时,电动机和电热丝同时接入电路,电吹风吹热风,故A错误;只闭合开关S2时,仅电动机接入电路,若电动机为纯电阻,则电阻为r=2202110 Ω=440 Ω,由于电动机为非纯电阻,故电动机内电阻不为440 Ω,故B错误;开关S1、S2都闭合时,电动机和电热丝同时接入电路,电吹风吹热风,总功率为990 W,即为电动机的功率和电热丝的功率之和,则吹热风时电热丝的功率为880 W,故C错误;吹热风时电热丝的功率为880 W,通过电热丝的电流为I=880220 A=4 A,故D正确。
7.B
当电池的内阻增大后,电池的U-I图像变为虚线,如图所示,可知U1I2,故A错误、B正确;两元件消耗的功率分别为I1U1、I2U2,由U1I2知不能确定图中虚线所围矩形面积的大小关系,因而不能确定两元件消耗功率的大小关系,故C错误;由图像看出U1I1和U2I2分别为两条割线的斜率,U1I18.A 根据公式P=U2R可知,灯泡A的电阻RA=UA2PA=110225 Ω=484 Ω,灯泡B的电阻RB=UB2PB=1102100 Ω=121 Ω。选项A中灯泡B和可变电阻并联后又和灯泡A串联,灯泡要想正常工作,必须满足灯泡B与可变电阻并联后和灯泡A的电阻相等;并联电路,电阻更小;故灯泡A和灯泡B不能正常工作,故A符合题意。选项B中灯泡A和可变电阻并联后又和灯泡B串联,灯泡要想正常工作,必须满足灯泡A与可变电阻并联后和灯泡B的电阻相等;并联电路中,电阻越并越小,小于任何一个分电阻,所以此电路中灯泡A和灯泡B能正常工作,故B不符合题意。选项C中两灯都可以正常工作,故C不符合题意;选项D中灯泡A和灯泡B并联后又与可变电阻串联,灯泡要想正常工作,必须满足灯泡A与灯泡B并联后和可变电阻R的阻值相等;通过调节电阻使两灯泡的电压为110 V,可以正常发光,故D不符合题意。
9.答案(1)5 A (2)550 W (3)53 kg
解析(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=U-UV=160 V-110 V=50 V,
流过电阻R的电流IR=URR=5010 A=5 A,即通过电动机的电流IM=IR=5 A。
(2)电动机的分压UM=UV=110 V,
输入电动机的电功率P电=IMUM=550 W。
(3)电动机的发热功率P热=IM2r=20 W,
电动机输出的机械功率P出=P电-P热=530 W,
又因为P出=mgv,所以m=P出gv=53 kg。
10.答案(1)neSv (2)见解析 (3)见解析
解析(1)电流定义式I=Qt,在t时间内,流过横截面的电荷量Q=nSvte,因此I=neSv。
(2)小红和小明说的都有一定道理。
a.小红的说法对。由于I=Qt,故在t时间内通过某一横截面的电荷量Q=It,对于一段导线来说,每个横截面通过的电荷量均为Q,则从两端来看,相当于Q的电荷电势降低了U,则W=QU=UIt。
b.小明的说法对。恒定电场的电场强度E=Ul,导体中全部电荷为q=nSle,
电场力做的功W=qEvt=qUlvt=nSelUlvt=nSevUt;
又因为I=neSv,故W=UIt。
(3)由欧姆定律U=IR和电阻定律R=ρlS,得U=IρlS,则Ul=ρIS,
由电流密度的定义j=QSt=IS,
得Ul=jρ。
学生总人数
上课时间/节
每天/节
网络作业时间/h
2 000
30 min
6
2
使用手机人数占比
使用电脑人数占比
手机的功率/W
电脑的功率/W
20%
80%
5
50
电吹风额定电压
220 V
电吹风额定功率
热风时:990 W
冷风时:110 W
1.(电流)铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子中有n个自由电子。今有一根横截面积为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子平均定向移动的速率为( )
A.光速cB.IneS
C.ρIneSmD.mIneSρ
2.(电阻定律)有Ⅰ、Ⅱ两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1∶l2=1∶5,横截面积之比为S1∶S2=2∶3,电阻之比为R1∶R2=2∶5,外加电压之比为U1∶U2=1∶2,则它们的电阻率之比为( )
A.2∶3B.4∶3
C.3∶4D.8∶3
3.(电功率)(2020浙江宁波高三下学期二模)有一位同学想估算一下全校学生在家上直播课时消耗的总电能,他查阅了相关资料,信息如下表:
仅考虑信息表中的用电器,试估算全校学生在家上直播课时一天消耗的总电能约为( )
A.4.1×105 J
B.8.9×108 J
C.1.5×109 J
D.2.0×109 J
4.(电阻率、电导率)(2020湖南张家界模拟)电导率σ是电阻率ρ的倒数,即σ=1ρ。下列说法正确的是( )
A.电导率的单位是1Ω·m
B.材料的电导率与材料的形状有关
C.材料的电导率越小,其导电性能越强
D.电导率大小与温度无关
5.(伏安特性曲线)(2020北京顺义高三下学期模拟)某研究性学习小组描绘了三种电学元件的伏安特性曲线,如图所示,下列判断中正确的是( )
A.图甲反映该电学元件的导电性能随电压的增大而增强
B.图乙反映该电学元件的导电性能随温度的升高而减弱
C.图丙反映该电学元件加正向电压和反向电压时导电性能一样
D.图丙反映该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流急剧变大
6.(电功率、焦耳定律)某简易电吹风简化电路如图所示,其主要部件为电动机M和电热丝,部分技术参数如下表,电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是( )
A.开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风
B.该电吹风中电动机的内电阻为440 Ω
C.吹热风时电热丝的功率为990 W
D.吹热风时通过电热丝的电流为4 A
素养综合练
7.(2020河北衡水高三第二次质检)如图所示的U-I图像中,甲为某电池的路端电压与电流的关系图线,乙、丙为两种电子元件的U-I图线,三个图线交于同一点,若电池的电动势不变,内阻变大,再将乙、丙分别接在这个电池两端,乙、丙元件两端的电压分别为U1、U2,通过两元件的电流分别为I1、I2,则下列关系正确的是( )
A.U1>U2B.I1>I2
C.U1I1>U2I2D.U1I1>U2I2
8.(2020上海高三一模)如图所示,A、B两盏电灯的额定电压都为110 V,额定功率分别为PA=25 W,PB=100 W。把它们接到220 V的电路上,下面四种接法中,两灯不可能正常发光的是( )
9.
(2020山东泰安模拟)如图所示为一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,理想电压表示数UV=110 V。试求:
(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2)
10.(2020北京延庆高三下学期模拟)对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。一段横截面积为S、长为l的直导线,单位体积内有n个自由电子,一个电子的电荷量为e。该导线通有恒定电流时,导线两端的电势差为U,假设自由电子定向移动的速率均为v。
(1)求导线中的电流I。
(2)所谓电流做功,实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。为了求解在时间t内电流做功W为多少,小红和小明给出了不同的想法:
小红记得老师上课讲过,W=UIt,因此将第(1)问求出的I代入,就可以得到W的表达式,但是小红不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的。小明提出,既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功,那么应该先求出导线中的恒定电场的电场强度,即E=Ul,设导体中全部电荷为q后,再求出电场力做的功W=qEvt=qUlvt,但是小明没有得出W=UIt的结果。
请问你认为小红和小明的说法对吗?若小红的说法对,请给出公式的推导过程;若小明的说法对,请补充完善这个问题中电流做功的求解过程。
(3)为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单位时间内通过单位面积的电荷量。若已知该导线中的电流密度为j,导线的电阻率为ρ,试证明:Ul=jρ。
参考答案
课时练25 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律
1.D 由电流表达式I=n'eSv可得v=In'eS,其中n'=nmρ=nρm,故v=mIneSρ,选项D正确。
2.B 由R=ρlS得ρ=RSl,ρ1∶ρ2=R1S1l2R2S2l1=4∶3,选项B正确。
3.C 学生每天在线学习的时间t=0.5×6 h+2 h=5 h=1.8×104 s,学生每天使用电脑的总功率P1=50×2 000×0.8 W=8×104 W,学生每天使用手机的总功率P2=5×2 000×0.2 W=2×103 W,学生每天学习使用手机和电脑需要消耗的电能为E=(P1+P2)·t=1.48×109 J,故只有选项C正确。
4.A 根据R=ρLS,得σ=1ρ=LRS,则电导率的单位是mΩ·m2=1Ω·m,故A正确;材料的电导率与材料的形状无关,故B错误;材料的电导率越小,电阻率越大,则其导电性能越弱,故C错误;导体的电阻率与温度有关,则电导率大小与温度有关,故D错误。
5.D 由题图甲可知随着电压增加图线斜率不变,即该元件电阻阻值的倒数不变,阻值不变,导电性能不变,故A错误;由题图乙可知随着电压增加图线斜率变小,该元件电阻阻值的倒数变小,阻值增加,导电性能随电压的增大而减弱,但不能说明和温度的关系,故B错误;由题图丙可知加正向电压和反向电压时图线关于原点不对称,因为横坐标不一样的,故导电性能不一样,故C错误;根据题图丙可知该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流急剧变大,故D正确。
6.D 由题中电路图可知,开关S1、S2都闭合时,电动机和电热丝同时接入电路,电吹风吹热风,故A错误;只闭合开关S2时,仅电动机接入电路,若电动机为纯电阻,则电阻为r=2202110 Ω=440 Ω,由于电动机为非纯电阻,故电动机内电阻不为440 Ω,故B错误;开关S1、S2都闭合时,电动机和电热丝同时接入电路,电吹风吹热风,总功率为990 W,即为电动机的功率和电热丝的功率之和,则吹热风时电热丝的功率为880 W,故C错误;吹热风时电热丝的功率为880 W,通过电热丝的电流为I=880220 A=4 A,故D正确。
7.B
当电池的内阻增大后,电池的U-I图像变为虚线,如图所示,可知U1
9.答案(1)5 A (2)550 W (3)53 kg
解析(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=U-UV=160 V-110 V=50 V,
流过电阻R的电流IR=URR=5010 A=5 A,即通过电动机的电流IM=IR=5 A。
(2)电动机的分压UM=UV=110 V,
输入电动机的电功率P电=IMUM=550 W。
(3)电动机的发热功率P热=IM2r=20 W,
电动机输出的机械功率P出=P电-P热=530 W,
又因为P出=mgv,所以m=P出gv=53 kg。
10.答案(1)neSv (2)见解析 (3)见解析
解析(1)电流定义式I=Qt,在t时间内,流过横截面的电荷量Q=nSvte,因此I=neSv。
(2)小红和小明说的都有一定道理。
a.小红的说法对。由于I=Qt,故在t时间内通过某一横截面的电荷量Q=It,对于一段导线来说,每个横截面通过的电荷量均为Q,则从两端来看,相当于Q的电荷电势降低了U,则W=QU=UIt。
b.小明的说法对。恒定电场的电场强度E=Ul,导体中全部电荷为q=nSle,
电场力做的功W=qEvt=qUlvt=nSelUlvt=nSevUt;
又因为I=neSv,故W=UIt。
(3)由欧姆定律U=IR和电阻定律R=ρlS,得U=IρlS,则Ul=ρIS,
由电流密度的定义j=QSt=IS,
得Ul=jρ。
学生总人数
上课时间/节
每天/节
网络作业时间/h
2 000
30 min
6
2
使用手机人数占比
使用电脑人数占比
手机的功率/W
电脑的功率/W
20%
80%
5
50
电吹风额定电压
220 V
电吹风额定功率
热风时:990 W
冷风时:110 W
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