(北京专)2019高考物理一轮复习专题十恒定电流课件.ppt

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1、专题十恒定电流高考物理高考物理(北京市专用)A A组组自主命题自主命题北京卷题组北京卷题组1.(2015北京理综,19,6分,0.48)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,每一小格表示0.02A;R1的 阻 值 等 于 电 流 表 内 阻 的;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0.04AB.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02AC.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06AD.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01A五年高考答案答案

2、C设电流表的内阻为RA,则R1=RA,R2=2RA,将接线柱1、2接入电路时,流过接线柱1的电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06A;将接线柱1、3接入电路时,流过接线柱1的电流I1=3I0,其中I0为流过电流表A的电流,因此每一小格表示0.06A。选项A、B、D错误,C正确。考查点考查点电流表的改装。思路点拨思路点拨首先弄清干路电流与流过电流表的电流的关系,然后确定每小格表示的读数。2.2014北京理综,24(2),0.20若导线MN的质量m=8.0g、长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,假设一个原子贡献1个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定

3、向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据)。阿伏加德罗常数NA6.01023mol-1元电荷e1.610-19C导线MN的摩尔质量6.010-2kg/mol答案答案7.810-6m/s解析解析导线MN中含有的原子数为N=NA因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线MN中的自由电子数也是N。导线MN单位体积内的自由电子数n=其中,S为导线MN的横截面积。因为电流I=nveSe所以ve=解得ve=7.810-6m/s考查点考查点电流的微观表达式。思路点拨思路点拨建立电流的微观模型是解答本题的关键:长L、横截面积S的导线中的自由电子均以速度ve定向移动,则形成的电流I=neSve,结合阿

4、伏加德罗常数求出单位体积中的电子个数n,代入电流的微观表达式即可求得ve。考点一电路的基本概念和规律考点一电路的基本概念和规律1.(2017上海单科,9,4分)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路,测得相应的电流、电压值如图 所 示。其 中 阻 值 最 接 近 的 两 个 电 阻 是()A.a和bB.b和dC.a和cD.c和dB B组组统一命题、省统一命题、省(区、市区、市)卷题组卷题组答案答案A本题考查U-I图像的意义。根据R=知,定值电阻的U-I图线的斜率表示定值电阻的阻值。在U-I图中分别连接O与4个点,根据它们的倾斜度可知,a和b的阻值最接近,故选A。方法技巧方法技巧图像题的解决方

5、法图像题是物理中最常见的题型之一。解题步骤是:一看轴,即看清横轴及纵轴的意义;二看点,即看清图像中坐标点的位置;三看斜率,即看清斜率的意义及大小;四看面,即看清图像与坐标轴所包围面积的意义。2.(2016课标,17,6分)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为()A.B.C.D.答案答案C当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器C两端的电压U=E,所带的电荷量Q1=CU=CE;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电容器C两端的电压U=E,所带的电荷量Q

6、2=CE。所以=,C项正确。图1图2方法技巧方法技巧化简电路时会熟练应用电势排列法,才能又准又快地画出等效电路。评析评析本题为恒定电路中含容电路问题,考查考生化简电路的能力及对串并联电路相关问题的计算能力。属于中等难度的题。3.(2013江苏单科,4,3分)在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时()A.RM变大,且R越大,U增大越明显B.RM变大,且R越小,U增大越明显C.RM变小,且R越大,U增大越明显D.RM变小,且R越小,U增大越明显答案答案C当传

7、感器接触药液时,其阻值发生变化,导致S两端电压U增大,则M两端电压减小,可知RM应变小;R与RM构成并联电路,其并联总电阻为R并=,可知当R越大,RM减小相同值时,R并减小得越多,因此S两端电压增大越明显,选项C正确。考点二闭合电路欧姆定律考点二闭合电路欧姆定律4.(2016江苏单科,8,4分)(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2,四个电阻的阻值 已 在 图 中 标 出。闭 合 开 关 S,下 列 说 法 正 确 的 有()A.路端电压为10VB.电源的总功率为10WC.a、b间电压的大小为5VD.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1A答案答案AC外电路的总电阻R=10,由

8、闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I=1A,因此路端电压U=E-Ir=12V-12V=10V,A选项正确;电源的总功率P=EI=12W,B选项错误;由图(a)可知Uab=UaO-UbO=-150.5V+50.5V=-5V,故选项C正确;当a、b间用导线连接后,其等效电路如图(b)所示,电路中的外电阻R=7.5,电路中总电流I=A1A,D选项错误。图(a)图(b)方法技巧方法技巧两部分电路间的电势差Uab=a-b,可知Uab=a-b+O-O=(a-O)-(b-O)=UaO-UbO。评析评析本题考查闭合电路的欧姆定律、电源功率、等效电路,试题运算较为复杂,尤其a、b间电压的计算是难点。5.(201

9、6上海单科,18,4分)(多选)如图所示电路中,电源内阻忽略不计。闭合开关,电压表示数为U,电流表示数为I;在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端 的 过 程 中()A.U先变大后变小B.I先变小后变大C.U与I比值先变大后变小D.U变化量与I变化量比值等于R3答案答案BC据题意,由于电源内阻不计,电压表的示数总是不变,故选项A错误;滑片滑动过程中,变阻器R1的等效阻值R1先增大后减小,又R1、R2两端总电压不变,且R1+R1=,所以电流表示数先减小后增大,故选项B、C正确;由于电压表示数没有变化,故选项D错误。6.(2014上海单科,18,4分)(多选)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻

10、阻值r。将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为U1、U2、U3,理想电流表A示数变化量的绝对值为I,则()A.A的示数增大B.V2的示数增大C.U3与I的比值大于rD.U1大于U2电压,因电流变大,所以V1示数增大。电压表V2测量定值电阻和滑动变阻器两端的总电压即路端电压,示数变小,选项B错。U1=IR,U2=Ir,所以U1U2,选项D对。电压表V3测量滑动变阻器两端的电压,电压表V3示数的变化量U3=I(r+R),所以=r+Rr,选项C对。答案答案ACD滑动变阻器的滑片向下滑动,导致滑动变阻器连入电路的阻值变小,总电阻变小,又电源电动势不变,则电流变大,

11、即电流表示数变大,选项A对。电压表V1测量定值电阻R两端的C C组教师专用题组组教师专用题组1.(2013安徽理综,19,6分)用图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()A.R0B.R0C.R0D.R0答案答案C对均匀的电阻丝有R=,得=,对于桥式电路,当IG=0时满足=,得Rx=R0,所以C项正确。2.(2011北京理综,17,6分,0.60)如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器R0的滑动 端 向 下

12、滑 动 的 过 程 中()A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大答案答案A由变阻器R0的滑动端向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小,则R总减小,由I=可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由U1=IR1可知U1增大,由U外=U1+U2可知U2减小,由I2=可知电流表示数变小,故A正确。A A组组2015201520172017年高考模拟年高考模拟基础题组基础题组（时间:30分钟分值:50分）一、选择题(每题6分,共36分)1.(2017北京东城二模,

13、20)移动电源(俗称充电宝)解决了众多移动设备的“缺电之苦”,受到越来越多人的青睐。目前市场上大多数充电宝的核心部件是锂离子电池(电动势3.7V)及其充放电保护电路、充放电管理电路、升压电路等。其中的升压电路可以将锂离子电池的输出电压提升到手机、平板电脑等移动设备所要求的输入电压(5V)。由于锂离子电池的材料特性,在电池短路、过高或过低温度、过度充电或放电等情况下都有可能引起电池漏液、起火或爆炸。为安全起见,中国民航总局做出了相关规定,如图1所示。三年模拟为了给智能手机充电,小明购买了一款移动电源,其铭牌如图2所示。给手机充电时该移动电源的效率按80%计算。根据以上材料判断下列说法正确的是()

14、A.这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8000mAhB.这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37WhC.乘飞机出行时,这款移动电源可以托运D.Wh与mAh均为能量单位答案答案B由表格可知电池容量为10000mAh,mAh是电量的单位,则A、D错。E能=UIt=3.7V10Ah=37Wh,B正确。由图1知,所有充电宝都不可托运,C错。考查点考查点电能的计算、阅读获取信息能力。思路分析思路分析由Q=It可知mAh是电量的单位。2.(2017北京西城二模,20)智能手机电池“快速充电技术”可以使用户在短时间内完成充电。比如对一块额定电压3.7V、容量1430毫安时的电池充电,可以在半小时内将电

15、池充到满容量的75%。结合本段文字和你所学知识,关于“快速充电技术”,你认为下列叙述中比较合理的是()A.这里所提到的“毫安时”指的是一种能量单位B.这里所提到的“满容量的75%”是指将电池电压充到3.7V的75%C.快速充电技术提高了锂电池的原有容量D.对额定电压3.7V的锂电池充电,其充电电压应高于3.7V答案答案D毫安时是电量的单位,A错误。容量指的是电量,B错误。由电池容量不变知C错误。充电电压应高于电池的额定电压,否则不能充电,D正确。3.(2017北京朝阳二模,16)某家用电热壶铭牌如图所示,其正常工作时电流的最大值是()A.0.2AB.AC.5AD.5A答案答案D电热壶正常工作时

16、的电流I=A=5A故正常工作时电热壶中电流的最大值Im=I=5A,故选D。4.(2017北京丰台二模,20)如图所示是某电路的示意图,虚线框内是超导限流器。超导限流器是一种短路故障电流限制装置,它由超导部件和限流电阻并联组成。当通过超导部件的电流大于其临界电流IC时,超导部件由超导态(可认为电阻为零)转变为正常态(可认为是一个纯电阻),以此来限制故障电流。超导部件正常态电阻R1=6,临界电流IC=0.6A,限流电阻R2=12,灯泡L上标有“6V,3W”字样,电源电动势E=6V,内阻忽略不计,则下列判断不正确的是()A.当灯泡正常发光时,通过灯泡L的电流为0.5AB.当灯泡正常发光时,通过R2的

17、电流为0.5AC.当灯泡L发生故障短路时,通过R1的电流为1AD.当灯泡L发生故障短路时,通过R2的电流为0.5A答案答案B若灯泡正常发光,通过灯泡的额定电流I=0.5A,电阻R2被短路,A对,B错。若灯泡被短路,电源内阻忽略不计,电路中电流无穷大,大于IC=0.6A,则R1=6,I干=1.5A,则通过R1的电流为1A,通过R2的电流为0.5A,C、D对。5.(2016北京通州2月摸底,8)如图所示电路,闭合开关,灯泡发光。若滑动变阻器R2的滑片P由b端向a端移动,关于灯泡L1、L2的 亮 度 变 化 情 况 正 确 的 是()A.L1、L2都变暗B.L1变暗,L2变亮C.L1、L2都变亮D.

18、L1变亮,L2变暗答案答案D当滑动变阻器的滑片P由b端向a端移动时,滑动变阻器连入电路的阻值变大,外电路总电阻变大,总电流变小,则路端电压变大,R1两端的电压变小,可得灯泡L1两端的电压变大,所以L1变亮。总电流变小,通过L1的电流变大,所以通过L2的电流变小,因此L2变暗,故D正确。6.(2015北京顺义一模,18)利用微波炉烹饪食物在家庭生活中已被广泛应用。其基本原理是应用微波发生器,产生振动频率为2.45109Hz的微波,使食物中的水分子随之振动,产生大量的内能。若某微波炉的产品参数如表所示,产品容量20L 输入电源220V/50Hz操控方式电脑式额定功率1100W烹饪方式微波/光波内腔

19、尺寸180mm315mm329mm内胆材质纳米银产品尺寸271mm457mm395mm其他性能薄膜按键,电子除味功能则该微波炉的额定电流和微波波长约为()A.0.2A0.12mB.5A0.12mC.0.2A8.17mD.5A8.17m答案答案B由题表可知,该微波炉的额定功率是1100W,额定电压是220V,由P=UI可知,额定电流:I=A=5A;由c=f可得:=m=0.12m。故选B。7.(2016北京丰台一模,24)(14分)经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中产生恒定电场,这种恒定电场的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用,导体内自由电子定向移动的速率增加,而运动过程中会与导

20、体内不动的粒子发生碰撞从而减速,因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失,碰撞时间不计。某种金属中单位体积内的自由电子数量为n,自由电子的质量为m,带电荷量为e。现取由该种金属制成的长为L,横截面积为S的圆柱形金属导体,将其两端加上恒定电压U,自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为t0。如图所示。(1)求金属导体中自由电子定向移动受到的电场力大小;(2)求金属导体中的电流I;二、非选择题(共14分)(3)电阻的定义式为R=,电阻定律R=是由实验得出的。事实上,不同途径认识的物理量之间存

21、在着深刻的本质联系,请从电阻的定义式出发,推导金属导体的电阻定律,并分析影响电阻率的因素。答案答案见解析解析解析(1)恒定电场的场强E=则自由电子所受电场力F=Ee=(2)设自由电子在恒定电场中由静止加速时间t0时的速度为v,由动量定理有:Ft0=mv-0解得v=自由电子定向移动的平均速率=金属导体中产生的电流I=neS=(3)由电阻定义式可得R=其中为定值,此定值即为电阻率,所以R=电阻率影响因素有:单位体积内自由电子的数目n,自由电子在恒定电场中由静止加速的平均时间t0。B B组组2015201520172017年高考模拟年高考模拟综合题组综合题组（时间:40分钟分值:60分）一、选择题(

22、每题6分,共24分)1.(2017北京丰台一模,16)在如图所示电路中,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R2的滑动端由b向a缓 慢 滑 动 的 过 程 中,下 列 说 法 正 确 的 是()A.电流表的示数增大B.电压表的示数减小C.电容器C的电容增大D.电容器C所带电荷量增大答案答案D滑动端由b向a滑动的过程中,R2接入电路部分的阻值增大,由闭合电路欧姆定律可知电流表的示数减小,A项错误;由串联电路的分压规律可知电压表的示数增大,B项错误;由Q=CU可知,D项正确;电容器的电容由自身结构决定,跟它的带电荷量或它两端电压大小无关,故C项错误。考查点考查点串联电路的分压作用、闭合电路

23、欧姆定律、电容器的电容。思路分析思路分析“动态电路”分析的基本思路是局部整体局部,同时注意正确应用闭合电路欧姆定律和欧姆定律。在北京高考试题中此类问题屡次出现,考生应当引起足够重视。2.(2017北京海淀二模,20)电源的两个重要参数分别是电动势E和内电阻r。对一个电路有两种特殊情况:当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势;当外电路短路时,短路电流等于电动势和内电阻的比值。现有一个电动势为E、内电阻为r的电源和一阻值为R的定值电阻,将它们串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源,这两种连接方式构成的等效电源分别如图甲和乙中虚线框所示。设新的等效电源的电动势为E,内 电 阻 为r。试根据以

24、上信息,判断下列说法中正确的是()A.甲图中的E=E,r=R+rB.甲图中的E=E,r=R+rC.乙图中的E=E,r=D.乙图中的E=E,r=答案答案D当外电路断开时,电源两端的电压等于电源电动势,甲的等效电源外电路断开时,I=0,R相当于导线,电源两端的电压即原电源的电动势E,R与r串联形成新电源的内阻,所以内阻为R+r。乙的等效电源外电路断开时,新电源两端电压即R两端电压为,R与r并联形成新的电源内阻,所以内阻为,综上选择D。考查点考查点等效电源、电阻串并联知识的应用。易错警示易错警示乙图中等效电源的电动势等于R与r形成的串联电路中R两端的电压,而不是原电源的电动势。3.(2016北京西城

25、一模,19)某同学利用电流传感器研究电容器的放电过程,他按如图1所示连接电路。先使开关S接1,电容器很快充电完毕。然后将开关掷向2,电容器通过R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t曲线如图2所示。他进一步研究滑动变阻器的阻值变化对曲线的影响,断开S,先将滑片P向右移动一段距离,再重复以上操作,又得到一条I-t曲线。关于这条曲线,下列判断正确的是()A.曲线与坐标轴所围面积将增大B.曲线与坐标轴所围面积将减小C.曲线与纵轴交点的位置将向上移动D.曲线与纵轴交点的位置将向下移动答案答案D两次实验中,电容器所存储的电荷量相同。根据I=可知,曲线与坐标轴所围的面积表示通

26、过电路中任意横截面的总电荷量,等于电容器所带的电荷量,因此两次曲线与坐标轴所围面积不变,A、B选项错误。滑片P向右移动一段距离,变阻器连入电路的阻值增大,初始时电容器两板间的电压不变,电路中的电流减小,即t=0时I值减小,所以D正确。考查点考查点电流、欧姆定律。解题关键解题关键电容器放电过程的I-t图线跟横轴所围面积表示电容器释放的电荷量,即电容器储存的电荷量,可以与v-t图线进行类比,深刻理解图线所代表的物理意义。4.(2015北京朝阳一模,19)在“测电源电动势和内阻”的实验中,某同学作出了两个电源路端电压U与电流I的关系图线,如图所示。两个电源的电动势分别为E1、E2,内阻分别为r1、r

27、2。如果外电路分别接入相同的电阻R,则两个电源的()A.路端电压和电流不可能同时相等B.输出功率不可能相等C.总功率不可能相等D.效率不可能相等答案答案D路端电压U=E-rI,由此得出1、2图线在纵轴上的截距分别为E1、E2,且E1E2,斜率的绝对值表示两电源内阻,r1r2,当外电路分别接入相同电阻R时,若R的U-I图线为图线3,即斜率k=R,则两个电源的路端电压和电流相等,大小为U3、I3,选项A错;对应此时输出功率P=U3I3相等,选项B错;若定值电阻R的U-I图线为图线4,则该电阻接在电动势为E1和E2的电源上时的总功率分别为P总1=E1I1,P总2=E2I2,因为E1E2,而I1I2,

28、故有可能P总1=P总2,C选项错误;电源效率=100%,R相同而r不同,效率不可能相等,D选项正确。5.(2017北京顺义二模,23)(18分)某课外小组设计了一种测定风速的装置,其原理如图所示,一个劲度系数k=1300N/m、自然长度L0=0.5m的弹簧一端固定在墙上的M点,另一端N与导电的迎风板相连,弹簧穿在光滑水平放置粗细均匀的电阻率较大的金属杆上,弹簧是由不导电的材料制成的。迎风板面积S0=0.5m2,工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连,另一端在M点与金属杆相连。迎风板可在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好,不计摩擦。定值电阻R=1.0,电源的电动势E=12V,内阻r=

29、0.5。闭合开关,没有风吹时,弹簧处于自然长度,电压表的示数U1=3.0V,某时刻由于风吹迎风板,待迎风板再次稳定时,电压表的示数变为U2=2.0V。(电压表可看做理想电表),试分析求解:二、非选择题(共36分)(1)此时风作用在迎风板上的力的大小;(2)假设风(运动的空气)与迎风板作用后的速度变为零,空气的密度为1.3kg/m3,求风速的大小;(3)对于金属导体,从宏观上看,其电阻定义式为:R=。金属导体的电阻满足电阻定律:R=。在中学教材中,我们是从实验中总结出电阻定律的,而“金属经典电子论”认为,电子定向运动是一段一段加速运动的接替,各段加速都是从定向速度为零开始。设有一段通电金属导体,

30、其长为L,横截面积为S,自由电子电荷量为e、质量为m,单位体积内自由电子数为n,自由电子两次碰撞之间的时间为t0。试 利 用“金 属 经 典 电 子 论”,从 理 论 上 推 导 金 属 导 体 的 电 阻R。答案答案(1)260N(2)20m/s(3)见解析解析解析(1)无风时金属杆接入电路的电阻为R1有U1=R1得R1=0.5有风时金属杆接入电路的电阻为R2有U2=R2得R2=0.3此时,弹簧的长度L=L0=0.3m弹簧的压缩量x=L0-L=0.2m根据平衡条件得,此时的风力F=kx=260N(6分)(2)设风速为v。在t时间内接触到迎风板的空气质量为mm=S0vt根据动量定理可得Ft=S

31、0v2t得v=20m/s(6分)(3)设导体两端的电压为U,自由电子定向运动的平均速率为v;由牛顿运动定律和运动学规律得:v=t0从微观上看,电流I=neSv综上,由电阻的定义式得R=所以R(6分)考查点考查点电路、力的平衡、动量定理、电阻。思路点拨思路点拨(1)弄清电路的连接,求出无风和有风时金属杆接入电路的电阻,进一步就可求出弹簧的压缩量,再根据胡克定律求出风力大小。(2)对风先建立流体模型,再应用动量定理求出风的速度。(3)先建立电子运动模型:在电场力作用下的初速度为零的匀加速直线运动,再结合电流的微观表达式求解出电阻与L、S的关系式。6.(2016北京朝阳一模,24)(18分)节能环保

32、的“风光互补路灯”获得广泛应用。图1是利用自然资源实现“自给自足”的风光互补的路灯,图2是其中一个路灯的结构示意图,它在有阳光时可通过太阳能电池板发电,有风时可通过风力发电机发电。(1)北京市路灯的开灯时间为某日19:00到次日6:00,若路灯的功率为P0=40W,求一盏灯在这段时间内消耗的电能E电。(2)风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S,运动的空气与受风面作用后速度变为零,若风力发电机将风能转化为电能的效率为,空气平均密度为,当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时,求该风力发电机的电功率P。(3)太阳能电池的核心部分是P型和N型半导体的交界区域PN结,如图3所示,取P型和N型

33、半导体的交界为坐标原点,PN结左右端到原点的距离分别为xP、xN。无光照时,PN结内会形成一定的电压,对应的电场称为内建电场E场,方向由N区指向P区;有光照时,原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由电子,就产生了电子-空穴对,空穴带正电且电荷量等于元电荷e;不计自由电子的初速度,在内建电场作用下,电子被驱向N区,空穴被驱向P区,于是N区带负电,P区带正电,图3所示的元件就构成了直流电源。某太阳能电池在有光持续照射时,若外电路断开时,其PN结的内建电场场强E场的大小分布如图4所示,已知xP、xN和E0;若该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n,求此太阳能电池的电动势E和内电阻r。

34、答案答案(1)1584kJ或0.44kWh(2)Sv3(3)E=E0(xN+xP)r=解析解析(1)路灯在这段时间内消耗的电能为:E电=P0t=40W(113600s)=1584kJ(或0.44kWh)(2)t时间内与风力发电机旋转叶片发生作用的空气质量m=Svt发电机获得的风能E风=mv2风能转化为电能,有E风=Pt联立可得:P=Sv3(3)根据电动势的定义可得:E=W即为内建电场力所做的功,内建电场力F随位移的变化图像如图所示,W为该图线与坐标轴所围的面积。即:W=(xP+xN)联立可得:E=(xP+xN)电源短路时所有通过N区的电子经外电路回到P区,电流为:I=ne该太阳能电池的内电阻为

35、r=联立可得:r=(xP+xN)考查点考查点电功、电功率、电源的电动势和内电阻。解题关键解题关键求解电源的电动势时,关键是理解电动势的物理意义,并能利用图像求解变力做功,需要考生掌握基本的物理思想,扎实的基本功和较高的运用数学处理物理问题的能力。C C组组2015201520172017年高考模拟年高考模拟创新题组创新题组(2017北京东城一模,24,20分)利用图像分析问题是物理学中常用的方法,其中的斜率、面积通常具有明确的物理意义。a.小明以6m/s的初速度将足球水平踢出,足球在草坪上滚动直到停下来的全过程中的速度-时间图像如图1所示。图1中图线与坐标轴所围的面积等于12个小方格的面积。图

36、1(1)请你判断:足球在滚动过程中受到的阻力大小是变大、变小还是不变?(2)求足球滚动了多远才停下来?b.用如图2所示的电路研究电容器的放电过程,其中电压传感器相当于一个理想电压表,可以显示电阻箱两端电压随时间的变化关系。实验时将电阻箱R的阻值调至2000,将开关S拨到a端,电源向电容器充电,待电路稳定后,将电压传感器打开,再将开关S拨到b端,电容器通过电阻箱放电。以S拨到b端时为t=0时刻,电压传感器测得的电压U随时间t变化的图像如图3所示。忽略导线及开关的电阻,且不考虑电路辐射问题。(1)求电容器所带电荷量的最大值。(2)在图4上定量画出放电过程中电容器两端电压U随电荷量Q变化的关系图像,

37、并据此求出在电容器充电过程中电源内部产生的热量。图4解析解析a.(1)足球在滚动过程中受到的阻力变小。(2)图1中图线与坐标轴所围面积即为足球滚动的距离,足球滚动了12m才停下来。b.(1)在电容器放电过程中的任意瞬时有:Q=It根据欧姆定律有I=U-t图线与t轴所围面积除以电阻R即为电容器所带电荷量的最大值,由图可知该面积等于12个小方格的面积。因此电容器所带电荷量的最大值Qm=610-3C(2)电容器所带电荷量Q与其两端电压U成正比,且由图3知电容器所带电荷量最大时,电容器两端电压U=6V,电源电动势E=6V。放电过程中电容器两端电压U随电荷量Q变化的关系图像如图所示。答案答案a.见解析b.(1)610-3C(2)见解析电容器放电过程中任意瞬时释放的电势能E=UQ。U-Q图线与Q轴所围面积为电容器放电过程中释放的总电势能EC,也是电容器在充电时获得的总电势能。即EC=18mJ电容器充电过程中,非静电力做功提供的总能量E总=EQm=36mJ电容器充电过程中电源内部产生的热量Qr=E总-EC=18mJ说明:其他方法正确同样给分。