53讲 电学专有讲义（习题解析） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共48 页 初中物理自主招生讲义53 答与解析 一．半导体材料的特点与作用（共3 小题） 1．如图所示的电子体温计通过流过半导体制成的感温头的电流来反映人的体温，这利用了 半导体（ ） ．良好的导电特性 B．良好的绝缘特性 ．电阻随温度变化而变化的特性 D．电阻随光照变化而变化的特性 答与解析：半导体的阻值随着温度的变化而发生变化，根据欧姆定律，流过感温头的电 流也随之发生变化，以此来反映人的体温。 故选：。 2．阅读下面短文，回答问题： 二极管的导电特性，二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性。 图1 甲所示是二极管的实物图和它的电路图符号。在电路中，电流只能从二极管的正极 流入，负极流出。 下面通过简单的实验说明二极管的单向导电性。 方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端。闭合开关后，若灯泡 亮，表明二极管的连接方式是图1 乙所示，这种连接方式相当电路中的通路状态；若灯 泡不亮，表明二极管的连接方式是图1 丙所示。这种连接方式相当于电路中的断路状 第1 页/ 共48 页 态。这个实验很直观地说明了二极管的单向导电性。把二极管、小灯泡。电池、开关分 别连接成图2 所示电路，请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光？ 甲 图中小灯泡发光，乙图中小灯泡不发光 。 答与解析：因为甲图中的电流是从二极管的正极流入，负极流出的，而乙图中是从二极 管的负极流出正极流出的，所以甲图中的小灯泡发光，乙图中的小灯泡不发光。 故答为：甲图中小灯泡发光，乙图中小灯泡不发光。 3．半导体二极管具有单向导电性，其电路图符号为 ，当电流从图左向右流过 二极管时，电路导通。当电流从图右向左流过二极管时，电路截止不通。 二极管在家用电器中广泛应用，冬天小明家买来一只电热取暖器。说明书中标有该取暖 “ 器电炉220V，200” “ 字样。小明将取暖器接入照明电路中，再将开关调至1”位置，电炉 “ 丝不亮，将开关调至2” “ 位置时，电炉丝暗红，将开关调至3”位置时，电炉丝工作正常 （如图）。他拆开调节开关，发现内部接有一个二极管。 （1）画出该取暖器符合上述现象的电路图。 （2 “ ）当开关调至2”位置时，该电炉的实际电功率是多少？要求推导计算。 答与解析：（1）根据分析，开关电路实际由三个开关组成，其中一个开关是二极管， 开关电路如图所示。 （2）开关2 是一个二极管，二极管具有单向导电性，在开关闭和的时间t 内，电路有一 半时间 是导通的，电炉两端的电压U＝U 额，电流＝额，通电时间t'＝ ， 则电炉的实际功率P＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ 100。 答：（1）电路如图所示。（2）电炉的实际功率是100。 第1 页/ 共48 页 二．电压表的使用（共2 小题） 4．如图所示，有一电路暗盒，盒内有一电源和一阻值大的定值电阻，、B、为表面的三个 接线柱。现有一电压表，其正、负接线柱分别与红、蓝两线连接，并去试触暗盒中的三 个接线柱，测试结果如下表所示，则下列判断中正确的是（ ） 实验次 数 实验过程 实验现象 1 红线头接接线柱 蓝线头试触接线柱 偏转较大 蓝线头试触B 接线柱 不偏转 2 红线头接B 接线柱 蓝线头试触接线柱 偏转较小 蓝线头试触接线柱 不偏转 ．、B 间连接的是电阻，、间连接的是电源，端接电源正极 B．、B 间连接的是电阻，、间连接的是电源，端接电源正极 ．B、间连接的是电阻，、间连接的是电源，端接电源正极 D．、间连接的是电阻，B、间连接的是电源，端接电源正极 答与解析：红线头接接线柱、蓝线头接接线柱，偏转较大，说明之间只有电源，且端靠 近电池的正极； 红线头接接线柱、蓝线头接B 接线柱，电压表不偏转，说明B 之间无电源，接的应该是 电阻； 红线头接B 接线柱、蓝线头试触接线柱，电压表偏转较小，说明B 之间有电源和电阻； 红线头接B 接线柱、蓝线头试触接线柱，电压表不偏转，说明B 之间无电源，接的应该 是电阻； 综合以上分析，得电路图如图所示。 第1 页/ 共48 页 故选：。 5．如图所示，L1和L2是两只相同的小灯泡，、b 是电流表或电压表。闭合开关S 后，若两 灯都能发光，则（ ） ．、b 均为电流表 B．、b 均为电压表 ．为电流表，b 为电压表 D ．为电压表，b 为电流表 答与解析：如果两个灯泡串联，则应是电压表，而b 无论是什么仪表，L2都会被短路， 故电路不可能为串联； 那么两个灯泡的连接方式一定为并联，所以为了使灯L1、L2正确发光，处相当于导线， 即电流表；b 处不能形成通路，否则会形成电源短路，故b 处为电压表。 故选：。 三．电阻的概念、单位及大小（共2 小题） 6．根据电流表和电压表的知识推断，图示表头的仪器是测量 电阻 （填物理量的名称） 的仪表，指针所指示的物理量的大小是 18 欧 ，此仪器的刻度与电流表、电压表的区 别是（写出一点即可）： 刻度不均匀或指针右偏，示值越小 。 答与解析： “ 从表盘看出标志是：Ω”，是电阻的单位符号，所以此电表是测量电阻的仪 表； 此仪表的示数在10～20Ω 之间，最小分度值是2Ω，所以欧姆表的示数是10+2×4Ω＝ 第1 页/ 共48 页 18Ω； “ 欧姆表的0” “ 刻线在表盘的右侧，刻度值不均匀；电压表和电流表的0”刻线在表盘的左 侧，刻度值均匀。 故答为：电阻、18 欧、刻度不均匀或指针右偏，示值越小。 7．同学从络上查询到电子体温计和空调温控装置都用到了热敏电阻，并查阅到一些数据。 如图为某热敏电阻阻值随温度变化的图像，若将此热敏电阻制成的电子体温计用绝缘膜 包好置于正常人腋窝中央测量体温，请计算此时热敏电阻的阻值。 答与解析：由甲图可设热敏电阻阻值RT与温度t 的关系式为：RT＝kt+b， 可知当电阻值为600Ω 时，温度为32℃，则：600Ω＝k×32 +b… ℃ ① 当电阻值为400Ω 时，温度为42℃，则：400Ω＝k×42 +b… ℃ ② 由①②得：k＝﹣20Ω/℃，b＝1240Ω， 推导出关系为：RT＝﹣20Ω/ ×t+1240 ℃ Ω， 若将此热敏电阻制成的电子体温计用绝缘膜包好置于正常人腋窝中央测量体温， 正常人腋窝温度为37℃，则RT的阻值为：RT′＝﹣20Ω/ ×37 +1240 ℃ ℃ Ω＝500Ω。 答：此时热敏电阻的阻值为500Ω。 四．影响电阻大小的因素（共7 小题） 8．如果在粗细相同中的铜丝、铁丝、镍铬合金丝中选择做电学实验连接电路用的导线，最 好选用（ ） ．铜丝 B．铁丝 ．镍铬合金丝 D．三种材料都一样 答与解析：对于长度、粗细相同的铜丝和铁丝、镍铬合金丝来说，铜丝的电阻较小（电 阻率小），铁丝、镍铬合金丝的电阻较大（电阻率大）；电阻率小时，损耗电能少，因 此在电路连接时需要用铜丝。 故选：。 第1 页/ 共48 页 9．将电阻为1 欧姆的均匀铜棒拉成半径为原来的 的铜线，则这时铜线的电阻为（ ） ．3Ω B．81Ω ．9Ω D．18Ω 答与解析：∵半径变为原来的 ， ∴由公式S＝πr2可知，截面积变为原来的1/9， 根据导体的电阻与横截面积的关系可知，此时电阻变为原来的9 倍， 截面积变为原来的1/9 的同时，长度变为原来的9 倍， 根据导体电阻与长度的关系可知，电阻又变为9 倍。 所以，现在的电阻是原来的9×9＝81 倍。 故选：B。 10．在生活中我们有这样的发现，电水壶的插头线比台灯的插头线要粗，经过细心的观 察，我们发现大功率的用电器的插头线都较粗！请问这样设计的道理是 其它条件一定 时，导线越粗，电阻就越小 。 答与解析：因为大功率的用电器工作时，电流较大，为了使与其相连的导线或插头能够 承受住，则电阻需要更小，根据影响电阻大小的因素考虑，导线越粗，电阻将越小，单 位时间内产生的热量就小。 故答为：其它条件一定时，导线越粗，电阻就越小。 11．如图是四根高压输电线上的一个装置，利用这个装置将四根导线并联起来，相当于增 大了导线的 横截面积 ，从而减小了导线的 电阻 ，以达到减少输电线上电能损 失的目的。 答与解析：四根导线并联在一起，等效成一根导线，相对于其中的任何一根导线，其横 截面积变大了。 导体的电阻大小与导体的横截面积有关，在其他因素不变的情况下，其电阻的大小与导 体的横截面积成反比。所以横截面积增大，导体的电阻减小。 故答为：横截面积；电阻 12．一根粗细均匀的细导线，其电阻为18Ω，将它折起来重叠成三段等长部分，作为一根 第1 页/ 共48 页 导线，则其电阻为 02 Ω。 答与解析：将导线折起来重叠成三段等长后，导体的材料和温度都没有变化，但导体的 长度变为原来的三分之一，根据电阻与长度的关系可知阻值变为原来定的三分之一；长 度变为原来三分之一时，横截面积变为原来的三倍，根据导体电阻与横截面积的关系可 知，电阻又变为三分之一。所以现在的电阻为18Ω× × ＝02Ω。 故答为02Ω。 13．阅读短文，回答问题： PT 是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成，目前 家用的陶瓷暖风器、陶瓷电热水壶等就是用这种材料做成的。PT 有一个根据需要设定 的温度，低于这个温度时，其电阻值随温度的升高而减小，高于这个温度时，电阻值随 “ ” 温度的升高而增大，我们把这个温度叫做居里点温度。用PT 材料制成的电热器具有 发热、控温双重功能。应用十分广泛。 （1）家用固体电热灭蚊器就使用PT 陶瓷电热元件，如图为电阻随温度变化的图象，由 图可知，该PT 材料的居里点温度为 100 ℃。 （2）家用固体电热灭蚊器工作时的温度基本恒定在165℃左右，若它的温度高于165℃ 时，电阻会 变大 ，其温度会 变小 “ ” “ ” （以上选填变大或变小）；反之，也能自 动调节。因此用PT 材料制成的电热器具有自动调节的功能。 答与解析：由题意可知，低于这个温度时，其电阻值随温度的升高而减小，高于这个温 度时，电阻值随温度的升高而增大，结合图象可知，该PT 材料的居里点温度为 100℃；家用固体电热灭蚊器工作时的温度基本恒定在165℃左右，若它的温度高于 165℃时，电阻会变大，其温度会变小；反之，也能自动调节； 故答为：（1）100；（2）变大，变小。 14 “ ” ．小明和小华做探究导体电阻大小与长度关系的实验他们准备在图中的、B 两点间接 入待研究的电阻丝，电源电压恒定，忽略灯丝电阻随温度变化的影响，待用电阻丝的规 第1 页/ 共48 页 格如下： 序号 材料 长度 横截面积 1 炭钢合金丝 L S 2 镍铬合金丝 L S 3 镍铬合金丝 L 2S 4 镍铬合金丝 2L S （1）他们应选择序号为 2 和 4 的两根电阻丝来探究； （2）正确选择后，他们将所选电阻丝分别接入、B 两点间，闭合开关，通过观察灯泡 的亮暗或电流表的示数来比较电阻丝电阻的大小。实验中，两次电流表指针均有偏转， 但第二次的示数小于第一次的示数，说明第二次接入电路的电阻丝的阻值 较大 （选 “ ” “ ” 填较大或较小），同时小华发现第二次实验中灯泡不亮，你认为原因是 灯泡的实 际功率太小 （3）以上（2）中判断电阻大小关系的方法在初中物理中经常用到，以下描述中能体现 这种方法的是（ ） 、水压使水管中形成水流，类似地，电压使电路中形成电流 B、根据物质在常态下的形状和体积是否固定，可将物质分为三态 ．通过观察木块被运动物体撞后移动距离的大小，可比较运动物体动能的大小 D、研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系，应控制接触面粗糙程度相同 （4）科学研究表明：在导体的材料、横截面积和温度相同的条件下，导体电阻的大小 与长度成正比。你认为他们用上述（2）中的方能否得到这个结论？请用欧姆定律加以 解释。 （5）若电流表损坏，换用一只电压表，仍然利用上述器材来探究导体电阻的大小与长 度是否成正比，请画出一个能反映该实验原理的电路图。（电阻丝用电阻符号表示，导 线根数不限。） 答与解析：（1 “ ” ）探究导体电阻大小与长度关系时，应控制导体的横截面积和材料不 变，所以选择2 和4； 第1 页/ 共48 页 （2）第二次的示数小于第一次的示数，说明第二次接入电路的电阻丝的阻值较大； 小华发现第二次实验中灯泡不亮，可能的原因是灯泡的实际功率太小； （3）该实验判断电阻大小关系的方法是转换法，其中选项也是这种研究方法； （4）不能； 根据欧姆定律，在电压一定的条件下，通过导体的电流与导体的电阻成反比； 此方不能控制电阻丝两端的电压一定，故不能。 （5）如图所示： 五．滑动变阻器的使用（共5 小题） 15．如图所示，图甲为某可调节亮度台灯，图乙为其用于调光的电位器结构图，、b、是它 的是三个接线柱，、分别与弧形电阻丝的两端相连，b 与金属滑片相连，转动旋钮，滑 片在弧形电阻丝上同向滑动即可调节灯泡亮度，下列分析正确的是（ ） ．电位器与灯泡并联 B．若只将、接入电路，顺时针转动旋钮时灯泡变亮 ．若只将b、接入电路，顺时针转动旋钮时灯泡变暗 D．电位器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变灯泡亮度的 答与解析： 、电位器串联在电路中能改变电路中电流的大小，所以图中电位器应与灯泡串联，故错 误； B、若只将、接入电路，电位器的全部电阻丝都接入电路，不能改变电路的电流，所以 不能改变灯泡的亮度，故B 错误； 第1 页/ 共48 页 、若只将b、接入电路，滑片右边的电阻丝接入电路；顺时针转动旋钮时，电位器接入 电路的电阻变小，电路中电流变大，灯泡变亮，故错误； D、电位器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻，从而改变电路的电流达到 改变灯泡亮度的目的，故D 正确。 故选：D。 16．在如图所示的电路中，用滑动变阻器调节灯的亮度，若要求滑片P 向右端滑动时灯逐 渐变亮，应选择下列哪种接法（ ） ．M 接，接B B．M 接，接D ．M 接，接B D．M 接，接D 答与解析：滑动变阻器的滑片右移，灯泡变亮，功率变大，根据P＝2R，电路中电流变 大。电源电压不变，电流变大，电阻变小，滑动变阻器接入电路的电阻丝变短。M 应该 接或B，接D。 故选：B。 17 ．在如图所示的各电路中，能用滑动变阻器调节灯泡亮度的是（ ） ． B． ． D． 答与解析：、D、灯泡被短路，灯泡始终不会发光，故D 选项不符合题意； B、该电路为并联电路，并联电路各支路互不影响，因此灯泡的亮度不变，故B 选项不 符合题意； 、灯泡与滑动变阻器串联，滑动变阻器可以改变灯泡中的电流，即灯泡亮度可以调节， 故选项符合题意。 故选：。 18．如图所示是一种调节收音机音量兼开关的调节器（也叫电位器）的示意图，若要使收 音机工作时的音量最小，滑片P 应置于图中的哪一点（ ） 第1 页/ 共48 页 ．点 B．b 点 ．点 D．d 点 答与解析：滑片P 应置于图中的b 点，电阻线被连入电路中的长度最长，电路中的电阻 最大，电路中的电流最小，所以选项、、D 的 说法不正确。 故选：B。 19．如图所示，是一种可以改变收音机音量大小的电路元件结构示意图，B 是固定的铜 片，D 是一段弧形电阻，E 是一端连接在B 上的另一端可在D 上滑动的铜片。为了使滑 片E 顺时针转动时音量增大（通过该元件的电流增大），应该将该元件的铜片B 和铜片 接入电路。 答与解析：如图所示，若将该元件的铜片B 和铜片接入电路，当滑片E 顺时针转动时电 阻线的长度变短，电路中的电阻变小，电流变大，收音机的音量增大。 故答为：。 六．探究电流与电压、电阻的关系（共26 小题） 20．在探究串联电路的电压关系时，某同学使用的电路如图所示，他先用电压表正确的测 量了灯泡L1两端的电压，为了测量灯泡L2两端的电压，他想将电压表接点的哪一段导 线改接到电路中的点，而保持接电压表B 点的不动。对这种做法的正确性以及理由三位 同学进行如下的讨论： ①甲同学：这种做法不正确，因为电压表正、负接线柱接反了； ②乙同学：这种做法不正确，因为L2两端的电压值超出电压表的量程； ③丙同学：这种做法正确，点改接到点时，电压表与L2是并联的。 他们的讨论正确的有（ ） 第1 页/ 共48 页 ．只有① B．只有①② ．只有② D．只有③ 答与解析：（1）用电压表正确地测量了灯泡L1两端的电压，说明和电压表的负接线柱 相连，B 和电压表的正接线柱相连。在测量灯泡L2两端的电压时，如果将电压表接点 的那一段导线改接到电路中的点，而保持电压表接B 点的导线不动，这样电压表的正、 负接线柱接反了，指针反偏，会损坏电压表。 （2）由电路可知：电源由两节干电池组成，每节干电池的电压为15V，所以电路的总 电压为3V；根据串联电路电压特点可知，L2 两端的电压值不可能超出电压表3V 的量 程。 （3）电压表正确使用时，要并联到被测灯泡L2的两端，接点的那一段导线改接到电路 中的B 点，接B 点的那一段导线改接到电路中的点。 故选：。 21．小刚同学用如图所示的电路研究电流跟电阻的关系。在实验过程中，当、B 两点间的 电阻由5Ω 更换为10Ω 后，他下一步的操作是（ ） ．记录电流表和电压表的示数 B．将变阻器滑片向左移动 ．将变阻器滑片向右移动 D．增加电池的个数 答与解析：在滑动变阻器的电阻值Rp 不变的情况下，电路中由于将5Ω 的定值电阻换 成10Ω 的定值电阻，使整个电路的电阻值R 总增大。利用公式＝ 可知，电路中的总电 流减小。此时滑动变阻器两端的电压Up＝Rp，由于Rp 不变，减小，导致了Up 的减 小。 第1 页/ 共48 页 而B 两点之间的电压等于总电压减去滑动变阻器两端的电压，由于滑动变阻器两端的电 压减小导致了B 两点之间的电压增大，所以要减小B 两点之间的电压。根据公式U＝R 可知，R 为10Ω 不变，只能减小电路中的电流，所以要使电路中的电阻增大，即滑片P 向右移动增大电阻。 、此时电压表的示数与前面的相比已经变化，所以不能读数，要调节到电压等于5Ω 的 电阻接入时的电压再读数。故错误。 B、向左调节时，电压表的示数会变得更大，故B 错误。 、符合上面的分析故正确 D、适当增加电池的节数，电压表的示数也会变得更大，故D 错误。 故选：。 22．某实验小组利用图甲所示电路进行如下的实验研究。 （1）断开S3，闭合S1、S2，调节滑动变阻器，由伏特表和安培表的测量数据绘制成如 图乙的U﹣关系图象。根据图象分析，可计算出电阻R＝ 10