(北京专)高考物理一轮复习专题十恒定电流课件.ppt

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0.6 A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02 A;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0.04 AB.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 AC.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 AD.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A12五年高考答案答案 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0.06 A;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0.06 A。选项A、B、D错误,C正确。12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=8.0 g、长度L=0.10 m,感应电流I=1.0 A,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NA6.01023 mol-1元电荷e1.610-19 C导线MN的摩尔质量6.010-2 kg/mol答案答案7.810-6 m/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=7.810-6 m/smNSLInSeILNeAILmN e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b B.b和dC.a和c D.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。UI方法技巧方法技巧图像题的解决方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. 25123523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Q2=CE。所以=,C项正确。1515131312QQ35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MMRRRR1MMRRR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12 V,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10 VB.电源的总功率为10 WC.a、b间电压的大小为5 VD.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A答案答案 AC外电路的总电阻R=10 ,由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I=1 A,因此路端电压U=E-Ir=12 V-12 V=10 V,A选项正确;电源的总功率P=EI=12 W,B选项错误;由图(a)可知Uab=UaO-UbO=-150.5 V+50.5 V=-5 V,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= A1 A,D选项错误。ERrERr129.5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.(2016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。UI6.(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。3UI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,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.R0 B.R0 C.R0 D.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。12ll112lll21ll212llllS12RR12ll0 xRR12RR12ll21ll2.(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=ERr总可知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。22URA A组组 2015201720152017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,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3.7 V)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(5 V)。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()A.这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8 000 mAhB.这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37 WhC.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10 000 mAh,mAh是电量的单位,则A、D错。E能=UIt=3.7 V10 Ah=37 Wh,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3.7 V、容量1 430毫安时的电池充电,可以在半小时内将电池充到满容量的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3.7 V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3.7 V的锂电池充电,其充电电压应高于3.7 V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.0.2 AB. AC.5 AD.5 A5 222答案答案 D电热壶正常工作时的电流I= A=5 A故正常工作时电热壶中电流的最大值Im=I=5 A,故选D。PU1 100220224.(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=0.6 A,限流电阻R2=12 ,灯泡L上标有“6 V,3 W”字样,电源电动势E=6 V,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0.5 AB.当灯泡正常发光时,通过R2的电流为0.5 AC.当灯泡L发生故障短路时,通过R1的电流为1 AD.当灯泡L发生故障短路时,通过R2的电流为0.5 A答案答案 B若灯泡正常发光,通过灯泡的额定电流I=0.5 A,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=0.6 A,则R1=6 ,I干=1.5 A,则通过R1的电流为1 A,通过R2的电流为0.5 A,C、D对。PU3W6VER总6V126126 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.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2.45109 Hz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20 L 输入电源220 V/50 Hz操控方式电脑式额定功率1 100 W烹饪方式微波/光波内腔尺寸180 mm315 mm329 mm内胆材质纳米银产品尺寸271 mm457 mm395 mm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.0.2 A0.12 mB.5 A0.12 mC.0.2 A8.17 mD.5 A8.17 m答案答案 B由题表可知,该微波炉的额定功率是1 100 W,额定电压是220 V,由P=UI可知,额定电流:I= A=5 A;由c=f可得:= m=0.12 m。故选B。PU1 100220cf893.0 102.45 107.(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。UILS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ULUeL0UetmLv02v02UetmLqtnSvtetv202nSUe tmLUI202UnSUe tmL202mLne t S202mne tLS间t0。B B组组 2015201720152017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(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+rrRrRRrC.乙图中的E=E,r=D.乙图中的E=E,r= RrRrRRrRrRr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。ERRrRrRr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。Qt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、r2。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,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。RRr5.(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=1 300 N/m、自然长度L0=0.5 m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=0.5 m2,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=12 V,内阻r=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=3.0 V,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=2.0 V。(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1.3 kg/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,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。UILSLS答案答案(1)260 N(2)20 m/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=0.3 m弹簧的压缩量x=L0-L=0.2 m根据平衡条件得,此时的风力F=kx=260 N(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1ERRr11()U RrEU2ERRr22()URrEU21RRFt=S0v2t得v=20 m/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)0FSm2v02at2eEmUIELneSv02ELatneS02ELeEneStm202mne tLSLS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=40 W,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 。答案答案(1)1 584 kJ或0.44 kWh(2)Sv3(3)E=E0(xN+xP) r= 12120NP()2Exxne解析解析(1)路灯在这段时间内消耗的电能为:E电=P0t=40 W(113 600 s)=1 584 kJ(或0.44 kWh )(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。1212We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r=联立可得:r=(xP+xN)02eE02EqtEI02Ene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 2015201720152017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6 m/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2 000 ,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,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12 m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=610-3 C(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=6 V,电源电动势E=6 V。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。UR答案答案 a.见解析 b.(1)610-3 C(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=18 mJ电容器充电过程中,非静电力做功提供的总能量E总=EQm=36 mJ电容器充电过程中电源内部产生的热量Qr=E总-EC=18 mJ说明:其他方法正确同样给分。结束结束