物理稳恒电流练习全集含解析

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1、物理稳恒电流练习全集含解析 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 3

2、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 向下做加速运

3、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 ；

4、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 （）.00 3.006.006.166.286.326.366.386.396.40 （ 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

5、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，这样电压表 应该接在P点。 视频 3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

6、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 4山师附中一研究性学习小组制作了一辆以蓄电池为驱动能源的环保电动汽车，其电池每 次充电仅需三至五个小时，蓄电量可让小汽车一次性跑500m，汽车时速最高可达10m/s， 汽车总质量为9kg驱动电机直接接在蓄电池的两极，且蓄电池的内阻为r=0.20 当该汽 车在水平路面上以v2m/s 的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I1.5A，电压 U3.0V，内电阻RM=0.40 在此行驶状态

7、下（取 g10 m/s 2），求： （1）驱动电机输入的电功率P入； （2）驱动电机的热功率P热； （3）驱动电机输出的机械功率P机； （4）蓄电池的电动势E 【答案】 （1）4.5W（2）0.9W（3）3.6W（4）3.3V 【解析】 试题分析：根据P=UI 求出驱动电机的输入功率；由P=I2r 可求得热功率；由输入功率与热 功率的差值可求出机械功率；由闭合电路欧姆定律可求得电源的电动势 （1）驱动电机输入的电功率：P入IU1.5 3.0W 4.5W （2）驱动电机的热功率：P热I 2R (1.5)2 0.40W 0.9W （3）驱动电机输出的机械功率：P机 P入-P热3.6W （4）蓄电池

8、的电动势：E=U+IR=（3.0+1.5 0.2）V=3.3V 点睛：本题主要考查了功率的公式P=UI，以及机械功率的公式P=Fv 的应用；要注意体会 能量的转化与守恒关系 5如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距L =1m ， 导轨平面与水平面成? = 30 0角，下端连接阻值为R = 0.8 的电阻 ，匀强磁场方向与导轨平 面垂直 ，磁感应强度大小为 B=1T；质量为 m = 0.1kg 、电阻 r = 0.2 金属棒放 在两导轨 上， 棒与导轨垂直并保持良好接触g 取 10m/s2，求： （1）金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小； （2）金属棒ab 所

9、能获得的最大速度； （3）若金属棒ab 沿斜面下滑 0.2m 时恰好获得最大速度，求在此过程中回路一共生热多 少焦 ？ 【答案】（ 1）5m/s 2（2）0.5m/s （3） 0.0875J 【解析】 试题分析：（ 1）金属棒开始下滑的初速度为零，根据牛顿第二定律得：mgsinma 代人数据解得： 2 5/am s （2）设金属棒运动达到稳定时，速度为v，所受安培力为 F，棒在沿导轨方向受力平衡 有： A mgsinF ， 22 A BlvB L v FBILBL RrRr ， 22 m B L v mgsin Rr ， 最大速度为： 22 0.5/ m mgsinRr vm s B L （3

10、）根据全过程中能的转化和守恒规律，有： 21 2 mgxsinmvQ， 所以全过程中系统产生的热为： 21 0.0875 2 QmgxsinmvJ 考点：导体切割磁感线时的感应电动势 【名师点睛】电磁感应中导体切割引起的感应电动势在考试中涉及较多，关键要正确分析 导体棒受力情况，运用平衡条件、牛顿第二定律和功能关系进行求解 6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，

11、写出电动势 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

12、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半径为r，因电流变化而产生的 磁感应强度随时间的变化率为 B k t （k 为一定值）。求电子在圆形轨道中加速一周的过 程中，感生电场对电子所做功W及电子所受非静电力 F 的大小。 【答案】 (1) 1 E W q (2)a.外力充当非静电力，2EBLv ； b.f Bev (3) 2

13、 Wke r ， 2 kre F 【解析】 【详解】 (1)根据电动势的定义可知： 1 E W q (2)a.在金属棒产生电势的过程中外力充当非静电力；由题意可知金属棒在外力和安培力的 作用下做匀速直线运动，则： =FFBIL 安 所以根据电动势的定义有： 2 = WFxBILvt EBLv qqIt b.从微观角度看，导线中的自由电子与金属离子发生了碰撞，可以看做是安全弹性碰撞， 碰后自由电子损失动能，损失的动能转化为焦耳热。从整体上看，可以视为金属离子对自 由电子整体运动的平均阻力导致自由电子动能的的损失。 设导线 MN 的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，自由电子沿导线长度方向运

14、动 的平均速度为ve，则导线MN 内的自由电子总数为： NnSL 导线中的电流为： e IneSv 在极短时间 ?t 内，导线内所有自由电子克服金属离子做功导致自由电子的动能损失为： e WNfvt 损 从宏观角度看，力F对导线做功，而导线的速度不变，即导线的动能不变，所以力F 的功 完全转化为焦耳热。?t 时间内，力F做功： WFv t 又因为： =WW损 即： e Fv tNfvt 当导线 MN 做匀速运动时外力等于安培力，即： FFBIL 安 联立以上各式可解得： fBev (3)据法拉第电磁感应定律可知产生的感应电动势为： 22B Erk r t 加速一周感生电场对电子所做的功： 2

15、WeEke r 设非静电力为F，电子运动一周，非静电力做功为： 2WFSFr 非 根据电动势的定义： W E e 非 联立解得： 2 kre F 答： (1) 电动势 1 E的表达式 1 E W q ； (2)a.在金属棒产生电势的过程中，外力充当非静电力；这个非静电力产生的电动势 2 EBLv； b. 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fBev； (3)电子在圆形轨道中加速一周的过程中，感生电场对电子所做功 2 Wke r ，电子所受非 静电力 2 kre F。 7如图所示 ，电源电动势E27 V，内阻 r2 ，固定电阻 R2 4 ，R1为光敏电阻 C 为 平行板电容

16、器 ，其电容 C3pF，虚线到两极板距离相等，极板长L0.2 m，间距 d1.0 10 2 mP 为一圆盘 ，由形状相同透光率不同的二个扇形 a、b 构成 ，它可绕 AA 轴 转动当细光束通过扇形a、b 照射光敏电阻R1时，R1的阻值分别为 12 、3 .有带电量 为 q 1.0 10 4 C微粒沿图中虚线以速度 v010 m/s 连续射入C的电场中假设照在R1 上的光强发生变化时R1阻值立即有相应的改变重力加速度为 g 10 m/s 2. (1)求细光束通过a 照射到 R1上时 ，电容器所带的电量； (2)细光束通过a照射到 R1上时 ，带电微粒刚好沿虚线匀速运动 ，求细光束通过b 照射到 R1上时带电微粒能否从C的电场中射出 【答案】 （1） 11 1.8 10CQ（2）带电粒子能从C 的电场中射出 【解析】 【分析】 由闭合电路欧姆定律求出电路中电流，再由欧姆定律求出电容器的电压，即可由Q=CU求 其电量；细光束通过a 照射到 R1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，电场力与重力二力 平衡细光束通过b 照射到 R1上时，根据