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1、高考物理稳恒电流技巧小结及练习题及解析 一、稳恒电流专项训练 1如图 10 所示， P、Q 为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，相距为L1 ，处在竖直 向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中一导体杆 ef 垂直于 P、Q 放在导轨上，在外力 作用下向左做匀速直线运动质量为m、每边电阻均为r、边长为 L2的正方形金属框 abcd 置于倾斜角=30的光滑绝缘斜面上(adMN，bcFG，abMG, dcFN)，两顶点a、d 通 过细软导线与导轨P、 Q 相连，磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直斜面向下，金属框恰 好处于静止状态不计其余电阻和细导线对a、d 点的作用力 （1）通过 ad 边的电流Ia
2、d是多大？ （2）导体杆 ef 的运动速度v 是多大？ 【答案】 (1) 2 3 8 mg B L (2) 12 3 8 mgr B B dL 【解析】 试题分析： (1)设通过正方形金属框的总电流为I，ab 边的电流为Iab，dc 边的电流为 Idc， 有 Iab 3 4 I Idc 1 4 I 金属框受重力和安培力，处于静止状态，有mgB2IabL2B2IdcL2 由 ，解得 Iab 22 3 4 mg B L (2)由(1)可得 I 22 mg B L 设导体杆切割磁感线产生的电动势为E ，有 EB1L1v 设 ad、dc、cb 三边电阻串联后与ab 边电阻并联的总电阻为R，则 R 3
3、4 r 根据闭合电路欧姆定律，有I E R 由 ，解得 v 1212 3 4 mgr B B L L 考点：受力分析，安培力，感应电动势，欧姆定律等 2要描绘某电学元件（最大电流不超过m，最大电压不超过）的伏安特性曲线， 设计电路如图，图中定值电阻为 ，用于限流；电流表量程为m，内阻约为 ；电压表（未画出）量程为，内阻约为 ；电源电动势为，内阻不 计。 （）实验时有两个滑动变阻器可供选择： a、阻值到 ，额定电流 b、阻值到 ，额定电流 本实验应选的滑动变阻器是（填 “a”或“b”） （）正确接线后，测得数据如下表 （）.003.006.006.166.286.326.366.386.396.
4、40 （ m ） 0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50 a）根据以上数据，电压表是并联在与之间的（填 “ ” 或“ ” ） b）画出待测元件两端电压 随间电压变化的示意图为（无需数值） 【答案】 (1) a (2) a) P b） 【解析】（ 1）选择分压滑动变阻器时，要尽量选择电阻较小的，测量时电压变化影响小， 但要保证仪器的安全。B 电阻的额定电流为，加在它上面的最大电压为10V，所以仪 器不能正常使用，而选择a。（ 2）电压表并联在M 与 P 之间。因为电压表加电压后一定 有电流通过，但这时没有电流流过电流表，所以电流表不测量电压表的电流，这样
5、电压表 应该接在P点。 视频 3环保汽车将为2008 年奥运会场馆服务某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量 3 3 10 kgm当它在水平路面上以v=36km/h 的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流 I=50A，电压 U=300V在此行驶状态下 （1）求驱动电机的输入功率P 电 ； （2）若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车 所受阻力与车重的比值（g 取 10m/s 2）； （3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面 积结合计算结果，简述你对该设想的思考 已知太阳辐射的总功率 26 0 4 10WP，太阳到地球的
6、距离，太阳光传播 到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为 15% 【答案】（ 1） 3 1.5 10 WP电 （2）/0.045fmg （3） 2 101mS 【解析】 试题分析： 3 1.5 10 WPIU 电 0.9PPFvfv 电机0.9/fPv 电 /0.045fmg 当太阳光垂直电磁板入射式，所需板面积最小，设其为S，距太阳中心为r 的球面面积 2 0 4Sr 若没有能量的损耗，太阳能电池板接受到的太阳能功率为 P ，则 00 PS PS 设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P， 所以1 30%PP 由于15%PP 电 ，所以电池板的最小面积
7、00 130% PS PS 2 2 0 00 4 101?m 0.70.150.7 r PPS S PP 电 考点：考查非纯电阻电路、电功率的计算 点评：本题难度中等，对于非纯电阻电路欧姆定律不再适用，但消耗电功率依然是UI 的乘 积，求解第3 问时从能量守恒定律考虑问题是关键，注意太阳的发射功率以球面向外释放 4（18 分） 如图所示，金属导轨MNC 和 PQD，MN 与 PQ平行且间距为L，所在平面与 水平面夹角为 ，N、Q 连线与 MN 垂直， M、 P间接有阻值为R 的电阻；光滑直导轨NC 和 QD 在同一水平面内，与NQ 的夹角都为锐角 。均匀金属棒ab 和 ef 质量均为m，长均
8、为 L，ab 棒初始位置在水平导轨上与NQ 重合； ef 棒垂直放在倾斜导轨上，与导轨间的动 摩擦因数为 （较小），由导轨上的小立柱1和2阻挡而静止。空间有方向竖直的匀强 磁场（图中未画出）。两金属棒与导轨保持良好接触。不计所有导轨和ab 棒的电阻， ef 棒的阻值为R，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，忽略感应电流产生的磁场，重力加 速度为 g。 （1）若磁感应强度大小为B，给 ab 棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平导轨上 沿运动方向滑行一段距离后停止，ef 棒始终静止，求此过程ef 棒上产生的热量； （2）在（ 1）问过程中， ab 棒滑行距离为d，求通过ab 棒某横截面的电荷
9、量； （3）若 ab 棒以垂直于NQ 的速度 v2在水平导轨上向右匀速运动，并在 NQ 位置时取走小 立柱 1 和 2，且运动过程中ef 棒始终静止。求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下 ab 棒运动的最大距离。 【答案】（ 1）Qef ；（ 2）q；（ 3）Bm，方 向竖直向上或竖直向下均可，xm 【解析】 解：（ 1）设 ab 棒的初动能为Ek， ef 棒和电阻 R 在此过程产生热量分别为Q 和 Q1，有 Q+Q1=Ek 且 Q=Q1 由题意 Ek= 得 Q= （2）设在题设的过程中，ab 棒滑行的时间为t，扫过的导轨间的面积为S，通过 S的 磁通量为 ，ab 棒产生的电动势为E，ab
10、 棒中的电流为I，通过 ab 棒某截面的电荷量为 q，则 E= 且 =B S 电流 I= 又有 I= 由图所示， S=d（Ldcot ） 联立 ，解得： q= （10） （3）ab 棒滑行距离为x 时， ab 棒在导轨间的棒长Lx为： Lx=L2xcot （11） 此时， ab 棒产生的电动势Ex为： E=Bv2Lx （ 12） 流过 ef 棒的电流Ix 为 I x= （13） ef 棒所受安培力Fx为 Fx=BIxL （14） 联立（ 11）（ 14），解得： Fx= （15） 有（ 15）式可得， Fx在 x=0 和 B为最大值 Bm时有最大值F1 由题意知， ab 棒所受安培力方向必水平
11、向左，ef 棒所受安培力方向必水平向右，使F1为最 大值的受力分析如图所示， 图中 fm为最大静摩擦力，有： F1cos =mgsin +（mgcos +F1sin ） （16） 联立（ 15）（ 16），得： Bm= （17） Bm就是题目所求最强磁场的磁感应强度大小，该磁场方向可竖直向上，也可竖直向下 有（ 15）式可知， B为 Bm时， Fx随 x 增大而减小， x 为最大 xm时， Fx为最小值，如图可知 F2cos +（mgcos +F2sin ）=mgsin （18） 联立（ 15）（ 17）（ 18），得 xm= 答：（ 1）ef 棒上产生的热量为； （2）通过 ab棒某横截面的
12、电量为 （3）此状态下最强磁场的磁感应强度是，磁场下 ab 棒运动 的最大距离是 【点评】本题是对法拉第电磁感应定律的考查，解决本题的关键是分析清楚棒的受力的情 况，找出磁感应强度的关系式是本题的重点 5能量守恒是自然界基本规律，能量转化通过做功实现。研究发现，电容器存储的能最表 达式为 c E= 21 CU 2 ，其中 U为电容器两极板间的电势差.C 为电容器的电容。现将一电容 器、电源和某定值电阻按照如图所示电路进行连接。已知电源电动势为 0 E，电容器电容为 0 C，定值电阻阻值为R，其他电阻均不计，电容器原来不带电。现将开关S闭合，一段时 间后，电路达到稳定状态。求：在闭合开关到电路稳
13、定的过程中，该电路因电磁辐射、电 流的热效应等原因而损失的能量。 【答案】 2 0 1 2 CE 【解析】 【详解】 根据电容定义，有C=Q U ，其中 Q 为电容器储存的电荷量，得：Q=CU 根据题意，电容器储存能量：EC= 1 2 CU 2 利用电动势为E0的电源给电容器充电，电容器两极间电压最终为 E0， 所以电容器最终储存的能量为：E充= 2 0 1 2 CE， 则电容器最终储存的电荷量为：Q=CE0， 整个过程中消耗消耗能量为：E放=W电源=E0It=E0Q=C 2 0 E 根据能量守恒得：E损=E放-E充=C 2 0 E- 2 0 1 2 CE= 2 0 1 2 CE 6把一只“
14、1.5V，0.3A”的小灯泡接到6V 的电源上，为使小灯泡正常发光，需要串联还 是并联一个多大电阻？ 【答案】串联一个15的电阻 【解析】 【分析】 【详解】 要使灯泡正常发光则回路中电流为0.3A，故回路中的总电阻为 6 =20 0.3 U R I 总 灯泡的电阻为 1.5 =5 0.3 L L U R I 由于电源电压大于灯泡额定电压，故需要串联一个电阻分压，阻值为 20515 L RRR 总- 7已知电流表的内阻Rg120 ，满偏电流 Ig3 mA，要把它改装成量程是6 V 的电压 表，应串联多大的电阻？要把它改装成量程是3 A的电流表，应并联多大的电阻？ 【答案】改装成量程是6 V 的
15、电压表，应串联1 880 的电阻 ; 要把它改装成量程是3 A 的 电流表，应并联0.12 的电阻 【解析】 【分析】 【详解】 根据欧姆定律和串联电路特点可知，需串联的电阻 1880 g g U RR I ； 同理，根据欧姆定律的并联电路的特点可知，改装成3A 电流表需并联的电阻 0.12 gg g I R R II 8电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，在不同的电源中，非静 电力做功的本领也不相同，物理学中用电动势来表明电源的这种特性。 （1）电动势在数值上等于非静电力把1C的电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，如 图甲所示，如果移送电荷q时非静电力所做的功为W，写出
16、电动势 1 E的表达式； （2）如图乙所示，固定于水平面的U 形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强 度为B，金属框两平行导轨间距为L。金属棒MN在外力的作用下，沿框架以速度v向右 做匀速直线运动，运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷 量为 e a.在金属棒产生电势的过程中，请说明是什么力充当非静电力，求出这个非静电力产生的 电动势 2 E 的表达式； b.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f的表达式； （3）现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的 设备。它的基本原理如图丙所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空 室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电 场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针 方向运动。已知电子的电荷量为e，电子做圆周运动的轨道
