高考物理稳恒电流技巧小结及练习题

《高考物理稳恒电流技巧小结及练习题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理稳恒电流技巧小结及练习题（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、高考物理稳恒电流技巧小结及练习题 一、稳恒电流专项训练 1如图， ab 和 cd 是两条竖直放置的长直光滑金属导轨，MN 和 M N是两根用细线连接的 金属杆，其质量分别为m 和 2m.竖直向上的外力F 作用在杆MN 上，使两杆水平静止，并 刚好与导轨接触；两杆的总电阻为R，导轨间距为l.整个装置处在磁感应强度为B的匀强 磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直导轨电阻可忽略，重力加速度为g.在 t0 时刻将 细线烧断，保持F不变，金属杆和导轨始终接触良好求： (1)细线烧断后，任意时刻两杆运动的速度之比； (2)两杆分别达到的最大速度 【答案】（ 1） 1 2 2 1 v v （2） 1 22 4

2、 3 mgR v B l ；2 2 2 2 3 mgR v B l 【解析】 【分析】 细线烧断前对MN 和 MN受力分析，得出竖直向上的外力F=3mg，细线烧断后对MN 和 MN 受力分析，根据动量守恒求出任意时刻两杆运动的速度之比分析MN 和 MN的运动 过程，找出两杆分别达到最大速度的特点，并求出 【详解】 解：（ 1）细线烧断前对MN 和 MN 受力分析，由于两杆水平静止，得出竖直向上的外力 F=3mg设某时刻MN 和 MN速度分别为v1、v2 根据 MN 和 MN 动量守恒得出：mv1 2mv2=0 解得： 1 2 2 v v ： （2）细线烧断后，MN 向上做加速运动，MN 向下做

3、加速运动，由于速度增加，感应电动 势增加， MN 和 MN 所受安培力增加，所以加速度在减小当MN 和 MN的加速度减为零 时，速度最大对MN受力平衡： BIl=2mg ， E I R ，E=Blv1+Blv2 由 得： 1 2 2 4 3 mgR v B l 、 2 2 2 2 3 mgR v B l 【点睛】 能够分析物体的受力情况，运用动量守恒求出两个物体速度关系在直线运动中，速度最 大值一般出现在加速度为0 的时刻 2为了测量一个阻值较大的末知电阻，某同学使用了干电池（1.5V），毫安表（ 1mA）， 电阻箱（ 09999W），电键，导线等器材该同学设计的实验电路如图甲所示，实验时，

4、将电阻箱阻值置于最大，断开 2 K ，闭合1 K ，减小电阻箱的阻值，使电流表的示数为1 I 1.00mA，记录电流强度值；然后保持电阻箱阻值不变，断开 1 K，闭合 2 K，此时电流表示 数为 1 I0.80mA，记录电流强度值由此可得被测电阻的阻值为_W 经分析，该同学认为上述方案中电源电动势的值可能与标称值不一致，因此会造成误 差为避免电源对实验结果的影响，又设计了如图乙所示的实验电路，实验过程如下： 断开 1 K，闭合 2 K，此时电流表指针处于某一位置，记录相应的电流值，其大小为I；断开 2 K，闭合 1 K，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数为_ ，记录此时电阻箱的阻值，其 大小为

5、0 R 由此可测出x R 【答案】 0 375, , I R 【解析】 解：方案一中根据闭合电路欧姆定律，有 E=I1（r+R1+R2） （其中 r 为电源内阻，R1为电阻箱电阻，R2为电流表内阻） E=I2（r+R1+R2+R） 由以上两式可解得 R=375 方案二是利用电阻箱等效替代电阻R0，故电流表读数不变，为I，电阻箱的阻值为R0 故答案为 375，I， R0 【点评】本题关键是根据闭合电路欧姆定律列方程，然后联立求解；第二方案是用等效替 代法，要保证电流相等 3对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系， 从而更加深刻地理解其物理本质。如图所示：一段横

6、截面积为S 、长为 l 的金属电阻丝，单 位体积内有n 个自由电子，每一个电子电量为e。该电阻丝通有恒定电流时，两端的电势 差为 U，假设自由电子定向移动的速率均为v。 （1）求导线中的电流 I； （2）有人说 “ 导线中电流做功，实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功” 。 这种说法是否正确，通过计算说明。 （3）为了更好地描述某个小区域的电流分布情况，物理学家引入了电流密度这一物理量， 定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量。若已知该导线中的电流密度为j，导线的 电阻率为，试证明： U j l 。 【答案】（ 1）I neSv；（ 2）正确，说明见解析；（ 3）证明见解析 【解

7、析】 【详解】 （1）电流的定义式 Q I t ，在 t 时间内，流过横截面的电荷量QnSvte 因此I neSv （2）这种说法正确。 在电路中，导线中电流做功为：WUIt 在导线中，恒定电场的场强 U E l ，导体中全部自由电荷为 qnSle， 导线中的恒定电场对自由电荷力做的功： UU WqEvtqvtnSelvtnSevUt ll 又因为IneSv，则WUIt 故“ 导线中电流做功，实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功”是正确的。 （3）由欧姆定律：UIR 由电阻定律： l R S 则 l UI S ，则有： UI lS 电流密度的定义： QI j StS 故 U j l

8、 4如图 1 所示，用电动势为E、内阻为 r 的电源，向滑动变阻器R 供电改变变阻器R 的 阻值，路端电压 U与电流I均随之变化 （1）以 U 为纵坐标， I 为横坐标，在图2 中画出变阻器阻值 R 变化过程中U-I 图像的示意 图，并说明U-I 图像与两坐标轴交点的物理意义 （2）a请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此 时电源的输出功率； b请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件 （3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：电源电动势在数值上等于内、 外电路电势降落之和 【答案】 （1）U I 图象如图所示： 图象与纵轴交点的坐标值为电源

9、电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流 （2）a 如图所示 ： b. 2 4 E r （3）见解析 【解析】 （1）U I 图像如图所示， 其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流 （2）a如图所示 b电源输出的电功率： 2 22 2 () 2 EE PI RR rRr Rr R 当外电路电阻R=r 时，电源输出的电功率最大，为 2 max= 4 E P r （3）电动势定义式： W E q 非静电力 根据能量守恒定律，在图1 所示电路中，非静电力做功W 产生的电能等于在外电路和内电 路产生的电热，即 22 WI rtI RtIrqIRq EIrIRUU外 内 本题答

10、案是：（1）U I 图像如图所示， 其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流 （2）a如图所示 当外电路电阻R=r 时，电源输出的电功率最大，为 2 max= 4 E P r （3）E UU外 内 点睛：运用数学知识结合电路求出回路中最大输出功率的表达式，并求出当R=r 时，输出 功率最大 5超导现象是20 世纪人类重大发现之一，日前我国己研制出世界传输电流最大的高温超 导电缆并成功示范运行 （l ）超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零，这种性质可以通过实验研究将一个 闭合超导金属圈环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圈环平面向上，逐渐降低温度使 环发生由正常态

11、到超导态的转变后突然撤去磁场，若此后环中的电流不随时间变化则表 明其电阻为零请指出自上往下看环中电流方向，并说明理由 （2）为探究该圆环在超导状态的电阻率上限，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I ， 并经一年以上的时间t 未检测出电流变化实际上仪器只能检测出大于I的电流变化， 其中 I I ，当电流的变化小于I时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电 流没有变化设环的横截面积为S，环中定向移动电子的平均速率为v，电子质量为m 、电 荷量为 e试用上述给出的各物理量，推导出 的表达式 （3）若仍使用上述测量仪器，实验持续时间依旧为t 为使实验获得的该圆环在超导状态 的电阻率上限 的准确程度更

12、高，请提出你的建议，并简要说明实现方法 【答案】（ 1）见解析 （ 2）（3）见解析 【解析】 （1）逆时针方向。原磁场磁感线垂直于圆环平面向上，当撤去磁场瞬间，环所围面积的原 磁通量突变为零，由楞次定律可知，环中感应电流的磁场方向应与原磁场方向相同，即向 上。由右手螺旋定则可知，环中电流的方向是沿逆时针方向。 （2）设圆环周长为、电阻为R，由电阻定律得 由于有电阻，所以圆环在传导电流过程中，电流做功，把电能全部转化为内能。设t 时间 内环中电流释放焦耳热而损失的能量为，由焦耳定律得 因电流是圆环中电荷的定向移动形成的，故可设环中单位体积内定向移动电子数为n，由 电流强度的定义得： 因式中 n

13、、e、 S不变，所以只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变 化。电流变化大小取时，相应定向移动电子的平均速率变化的大小为，则 在 t 时间内单个电子在环中定向移动时减小的动能为： 圆环中总电子为 设环中定向移动电子减少的动能总和为，则 由于，可得 根据能量守恒定律，得 联立上述各式，得 （3）由看出，在题设条件限制下，适当增大超导电流，可以使实验获得的准 确程度更高，通过增大穿过该环的磁通量变化率可实现增大超导电流。 此题易错点：分析能量的转换关系以及微观量与宏观量关系时出错。 【考点定位】本题考查楞次定律、电阻定律、电流强度和能量转换等知识，是一道电磁学 联系实际的综合问题，意

14、在考查考生灵活应用物理知识解决实际问题的能力。 6如图所示，一根有一定电阻的直导体棒质量为、长为 L，其两端放在位于水平面内间 距也为 L的光滑平行导轨上，并与之接触良好；棒左侧两导轨之间连接一可控电阻；导轨 置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面，时刻，给 导体棒一个平行与导轨的初速度，此时可控电阻的阻值为，在棒运动过程中，通过可控 电阻的变化使棒中的电流强度保持恒定，不计导轨电阻，导体棒一直在磁场中。 （1）求可控电阻R 随时间变化的关系式； （2）若已知棒中电流强度为I，求时间内可控电阻上消耗的平均功率P； （3）若在棒的整个运动过程中将题中的可控电阻改为阻值为

15、的定值电阻，则棒将减速 运动位移后停下；而由题干条件，棒将运动位移后停下，求的值。 【答案】（ 1）；（ 2）；（ 3） 【解析】试题分析：（1）因棒中的电流强度保持恒定，故棒做匀减速直线运动，设棒的电 阻为，电流为I，其初速度为，加速度大小为，经时间后，棒的速度变为，则有： 而，时刻棒中电流为：，经时间后棒中电流为：， 由以上各式得：。 （2）因可控电阻R 随时间均匀减小，故所求功率为：， 由以上各式得：。 （3）将可控电阻改为定值电阻，棒将变减速运动，有：，而 ，由以上各式得，而，由以上各式 得， 所求。 考点：导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化 【名师点睛】解决本题的关键

16、知道分析导体棒受力情况，应用闭合电路欧姆定律和牛顿第 二定律求解，注意对于线性变化的物理量求平均的思路，本题中先后用到平均电动势、平 均电阻和平均加速度。 7把一只“ 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- 8在现代生活中，充电宝是手机一族出行的必备品 .当充电宝电量不足时，需要给充电宝 充电，此时充电宝相当于可充电的电池，充电过程可简化为如图所示电路 .先给一充电宝充 电，充电电压为5V，充电电流为1000mA，充电宝的内阻为0.2 .试求： 1充电宝的输入功率； 2充电宝内阻消耗的热功率； 3 一分钟内充电宝储存的电能 【答案】1 5W；2 ? 0.2W；3 288 【解析】 【