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期末复习总动员·高中
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一、动态电路分析

1.(2014年高考·上海卷)如图1,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表示数V1V2V3变化量的绝对值分别为ΔV1ΔV2ΔV3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则(   

AA的示数增大                       BV2的示数增大

CΔV3ΔI的比值大于r             DΔV1大于ΔV2

解析:据题理想电压表内阻无穷大,相当于断路.理想电流表内阻为零,相当短路,所以R与变阻器串联,电压表V1V2V3分别测量R、路端电压和变阻器两端的电压。当滑动变阻器滑片向下滑动时,接入电路的电阻减小,电路中电流增大,则A的示数增大,选项A正确;电路中电流增大,电源的内电压增大,则路端电压减小,所以V2的示数减小,选项B错误;根据闭合电路欧姆定律得:U3=E-IR+r)(将定值电阻R等效为电源的内阻),则,故△V3I的比值大于r,选项C正确;根据闭合电路欧姆定律得:U2=E-Ir,则,而,又有Rr,则,故△V1大于△V2,选项D正确

答案ACD

点评:本题考查电路的动态分析问题。搞清电路的结构,明确电路电阻的变化及电表各测量哪部分电路的电压或电流,根据闭合电路欧姆定律进行分析,是解题的一般思路。

二、含电容电路分析

2.2014年高考·天津理综卷)如图2所示,电路中R1R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置。闭合电建S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两极板之间静止不动。如果仅给变下列某一条件,油滴仍能静止不动的是

A.增大R1的阻值        B.增大R2的阻值

C.增大两板间的距离     D.断开电键S

解析:由闭合电路欧姆定律知,当增大R1的阻值时,U1增大,UC也增大,又因为两极板间电场场强知,两极板间电场场强增大,故带电油滴所受电场力增大,向上运动,选项A错误;增大R2的阻值时,由于R2中无电流,UC不变,带电油滴所受电场力不变,处于静止状态,选项B正确;当增大两板间的距离时,结合知,两极板间电场场强减小,故带电油滴所受电场力减小,向下运动,选项C错误;当断开电键S时,UC=0,故带电油滴所受电场力为零,向下运动,选项D正确。

答案B

点评:本题考查含电容电路的特点分析、平行板电容器极板间电场场强的决定因素及受力平衡问题,解题时注意电容器自身的电学特性。属于基础试题,易得分。

三、综合试题

3.2014年高考·江苏卷)如图3所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小BI成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足:,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则

A.   霍尔元件前面的电势低于后表面

B.   若电源的正负极对调,电压表将反偏

C.   IHI成正比

D.   电压表的示数与RL消耗的电功率成正比

解析 由左手定则判定可知,电子偏向霍尔元件后表面,所以霍尔元件前面的电势高于后表面,选项A错误;若电源的正负极对调,则电流I向左,磁感应强度B向右,IH向上,根据左手定则判定电子仍偏向霍尔元件后表面,电压表不反偏,选项B错误;由欧姆定律得,选项C正确;由电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,可认为流过RL的电流,其电功率,由磁感应强度大小BI成正比,可设,则电压表的示数,选项D正确。

答案CD

点评:本题是一道综合试题,考查霍尔元件、霍尔效应、左手定则、欧姆定律和电功率等相关知识的综合应用。本题对物理模型的理解和数学推理的能力要求较高。

4.2014年高考·北京理综卷)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识。如图4所示,固定于水平面的U型导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F的方向相同;导线MN始终与导线框形成闭合电路。已知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B。忽略摩擦阻力和导线框的电阻。

1)通过公式推导验证:在时间内,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能,也等于导线MN中产生的焦耳热Q

2)若导线MN的质量m=8.0g、长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,假设一个原子贡献一个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据);

阿伏伽德罗常数NA

元电荷

导线MN的摩尔质量

3)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞。展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型;在此基础上,求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力的表达式。

解析:1)电动势,导线匀速运动,受力平衡。在时间内,外力F对导线做功 。电路获得的电能。导线MN中产生的焦耳热 。可见F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能,也等于导线MN中产生的焦耳热Q

2)导线MN中具有的原子数为。因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线MN中的自由电子数为N。导线MN单位体积内的自由电子数。其中,S为导线MN的横截面积。又有电流的微观表达式。所以,代入数据解得

3)设电子从导线MN一端运动到另一端用时t,在这段时间内,通过导线一段的电子总数。因为电阻上产生的焦耳热是由于克服金属离子对电子的平均作用力做功产生的,故在时间t内,总的焦耳热 ,由能量守恒定律得

联立解得

答案:1)见解析(23

点评:本题考查电磁感应部分的导体棒问题,涉及电功、电流微观表达式等相关知识的综合应用。本题尤其重视考查物理过程的分析和物理模型的建立,强化对物理概念的深刻理解和物理思想的应用,强化数学计算。