高中物理专题汇编物理稳恒电流一

1、高中物理专题汇编物理稳恒电流（一）一、稳恒电流专项训练1. 41.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）（4）磁场反向，磁敏电阻的阻值不变.【解析】（1）当B= 0.6T时，磁敏电阻阻值约为 6X1500= 900Q,当B=1.0T时，磁敏电阻阻值约为11X150（ 1650a.由于滑动变阻器全电阻 20比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻RxRvRa,所以电流表应内接.电路图如图所示.器选择分压式接法；由于(2)方法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为:0.450.30 10 31500R20.910.60 10 31516.7 ,150015001.5031.0

2、0 10R41.79-Z31.20 101491.7，R52.7131.80 101505 ，故电阻的测量值为R1R2R4R51503( 1500 1503 都算正确.)R 1500 由于R 15010从图1中可以读出B=0.9T方法二：作出表中的数据作出UI图象，图象的斜率即为电阻（略）.（3）在00.2T范围，图线为曲线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或非均匀变化）；在0.41.0T范围内，图线为直线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）；（4）从图3中可以看出，当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时，磁敏电阻的阻值 相等，故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关.本题以最

3、新的科技成果为背景，考查了电学实验的设计能力和实验数据的处理能力.从新材料、新情景中舍弃无关因素，会看到这是一个考查伏安法测电阻的电路设计问题，及如 何根据测得的U、I值求电阻.第（3）、（4）问则考查考生思维的灵敏度和创新能力.总之本题是一道以能力立意为主，充分体现新课程标准的三维目标，考查学生的创新能力、 获取新知识的能力、建模能力的一道好题.2.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

4、设自由电子定向移动的速率均为v。AD(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：j 。 l【答案】(1) I neSv; (2)正确，说明见解析；(3)证明见解析【解析】【详解】(1)电流的定义式Q nSvtenSle,UnSel一vt nSevUt l(1)电流的定义式Q nSvtenSle,UnSel一vt nSevUt lI

5、 1，在t时间内，流过横截面的电何量因此I neSv(2)这种说法正确。在电路中，导线中电流做功为：W UIt在导线中，恒定电场的场强E ,导体中全部自由电荷为导线中的恒定电场对自由电荷力做的功：W qEvt qU vt又因为I neSv,贝UW UIt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：U IR由电阻定律：R -S则UI L则有：U - TOC o 1-5 h z SlS、，一QI电流密度的定义：jSt S3.如图所示，一根有一定电阻的直导体棒质量为巾、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

6、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，t = 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。小电阻X小电阻XX(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0 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四口的定值电阻，则棒将减速运动位移为后停下；而由题干条件，棒将运动位移 M后停下，求功的值。解中上解中上mxi 21；(3)网 1【解析】试题分析：(1)因

7、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 阻为二电流为I,其初速度为M,，加速度大小为a,经时间后，棒的速度变为v,则有:v= - atBL四I =BL四I =珈十 丁，经时间士后棒中电流为:BLvRFt而 m t -。时刻棒中电流为:血？ TOC o 1-5 h z R = /? 0-1由以上各式得：加。尸八R-殳(2)因可控电阻R随时间均匀减小，故所求功率为：2必“二的一 由以上各式得：2m 。(3)将可控电阻改为定值电阻打。,棒将变减速运动，有：见二瓦，二 BTE酬，而也岂_恻曲(1一，) 工二上7T二的. r t：由以上各式得1 五一，而上2口，由以上各式X2得X2得mv

8、oCflo + r)2B2L2X 2所求11。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。.在如图所示的电路中，电源内阻 r=0.5 0,当开关S闭合后电路正常工作，电压表的读数 U=2.8V,电流表的读数I=0.4A。若所使用的电压表和电流表均为理想电表。求： 电阻R的阻值；电源的内电压 U内；电源的电动势E。【答案】7Q;0.2V；3V【解析】【详解】由欧姆定律U IR得U 2.8“R - Q 7 Q

9、I 0.4电阻R的阻值为7Q。电源的内电压为U 内 Ir 0.4 0.5 0.2V电源的内电压为 0.2V。根据闭合电路欧姆定律有E U Ir 2.8V 0.4 0.5V 3V即电源的电动势为 3V。.微波炉的工作应用了一种电磁波一一微波（微波的频率为2.45 X 16Hz）食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的.右下表是某微波炉的部分技术参数，问：AAAAAiS 波炉 3-5021Hff 款定电压，S20V 50Hz 徵波趣定功率二noov 敝波输出功率工TOOf 内惶客根1 2OL 振荡颤率1冽5。叫工(1)该微波炉内磁控管产生的微波波长是

10、多少？(2)该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？(3)如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30min,则做这道菜需消耗的电能为多少【答案】(1)0.12m (2) 5A (3) 1.98 106J【解析】【分析】 由c=X求得入；额定电流=额定功率除以额定电压；消耗的电能等于功率与时间的乘积.【详解】(1)波长为3 1082450 1060.12m .(1)波长为3 1082450 1060.12m .(2)额定电流:1100 A2205A.(3)消耗的电能 E=W=Pt=1100 X 1800=1.98 6J. X 10【点睛】 本题主要考查了电功率和电能的计算，属于基础题.如图所示

11、，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为 。的绝缘斜面上，两导轨间距为L. M、P两点间接有电阻值为 R的电阻，一根质量为 m的均匀直金属杆 ab放在两导轨上，并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让 ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦.求:触良好，不计它们之间的摩擦.求:甲乙(1)在加速下滑过程中，当 ab杆的速度大小为 v时杆中的电流及杆的加速度大小;(2)在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.(1)BLvgsin2, 2BLv(2)在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.(1

12、)BLvgsin2, 2BLvmR(2)mgRsin_ 2 2B L(1)当(1)当ab加速下滑时，速度大小为v时，则E BLv根据闭合电路欧姆定律，有：IERBLv故I ,万向由a至ij b由安培力公式：F BIL根据牛顿第二定律：mgsin F ma_ 22B2L2_ 22B2L2vmR整理可以得至ka (mgsin-)/ m g sin (2)当a 0时ab杆的速度可以达到最大值即： mgsin BL 3vm所以：mgRsin所以：ZT22B L.如图所示，竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L,导轨的两端 分别与电源(串有一滑动变阻器 R)、定值电阻、电容器(原来不带电)和开关 K

13、相连.整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，其磁感应强度的大小为B. 一质量为m,电阻不计的金属棒ab横跨在导轨上.已知电源电动势为 E,内阻为r,电容器的电容为 C,定值电 阻的阻值为R0,不计导轨的电阻.(1)当K接1时，金属棒ab在磁场中恰好保持静止，则滑动变阻器接入电路的阻值R为多大？(2)当K接2后，金属棒ab从静止开始下落，下落距离 s时达到稳定速度，则此稳定速 度的大小为多大？下落 s的过程中所需的时间为多少？(3) ab达到稳定速度后，将开关 K突然接到3,试通过推导，说明 ab作何种性质的运 动？求ab再下落距离s时，电容器储存的电能是多少？(设电容器不漏电，此时电容器

14、没 有被击穿)Lc44_ 2 _ i-2_ 2 2【答案】（1） - r （2） 2-52风（3）匀加速直线运动mgsCB2 L2mgmgRB Lm cB L【解析】【详解】(1)金属棒ab在磁场中恰好保持静止，由BIL=mgebl得R 一mg由mg2.2由mg2.2B L vR0mgR得v g 0b2l2由动量定理，得mgt BILtmv其中由动量定理，得mgt BILtmv其中q4.4B L s得4.4B L s得t m2gR2mgR0B2L2(3) K接3(3) K接3后的充电电流CBLCBL， ttCBLamg-BIL=ma/口mg得a 岛中二常数 m CB L匀加速直线运动”，电流是

15、恒定的.所以ab棒的运动性质是 v22-v2=2as匀加速直线运动”，电流是恒定的.1 o 1 o根据能重转化与寸恒得E mgs ( mv2mv )2222解得：e 饰叱L2 m cB L本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，关键要会推导加速度的表达式，通过分析棒的 受力情况，确定其运动情况.8.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。一段长为l、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为 e、质量为m。(1)该导线通有电流时，假设自由电子定向移动的速率恒为Vo求导线中的电流I;为了更精细地描述电流的分布

16、情况，引入了电流面密度J,电流面密度被定义为单位面积的电流强度，求电流面密度 J的表达式；经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为ko请根据以上描述构建物理模型，求出金属导体的电阻率p的微观表达式。(2*)将上述导线弯成一个闭合圆线圈，若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平 面的轴匀速率转动，线圈中不会有电流通过，若线圈转动的线速度大小发生变化，线圈中会有电流通过，这个现象

17、首先由斯泰瓦和托尔曼在1917会有电流通过，这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现，被称为斯泰瓦 托尔曼效应。这一现象可解释为：当线圈转动的线速度大小均匀变化时，由于惯性，自由电子与线 圈中的金属离子间产生定向的相对运动，从而形成电流。若此线圈在匀速转动的过程中突 然停止转动，由于电子在导线中运动会受到沿导线的平均阻力，所以只会形成短暂的电 流。已知电子受到的沿导线的平均阻力满足(1)问中的规律，求此线圈以由角速度速转动突然停止转动(减速时间可忽略不计)之后，通过线圈导线横截面的电荷量【答案】(1)neSv;【答案】(1)neSv;nev ；k2nenem lS .2水【解析】【详解】(

18、1)导线中的电流neSv;电流面密度nev;取长度为L一段导体，则电子做定向移动时满足电场力与阻力相等，即kv eE eULIRneSv联立解得k2ne(2)设线圈经过时间？t停止运动，则对内部的粒子，由动量定理:f t mv m r其中kvkv tQ nS le联立可得nem ISQ 2 k9.如图所示电路中， Ri=6 Q R2=12 R R3=3 Q C=30%F当开关 S断开，电路稳定时, 电源总功率为4 W,当开关S闭合，电路稳定时，电源总功率为8 W,求：_j |_(1)电源的电动势E和内电阻r；(2)在S断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少?【答案】(1) 8V ,1 Q (

19、2) 1.8 X10C ,0 C【解析】【详解】(1) S断开时有：E=I1 (R2+R3) +hr P1=EI1 RRS 闭合时有：E=2 (R3+) +I2r R R2P2=EI2由可得：E=8V ; I1=0.5A; r=1留I2=1A(3) S断开时有：U=I1及得：Q=CU=30X 10 x 0.5 X 12C=1.8-4C10S闭合，电容器两端的电势差为零，则有：Q2=010.材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度.如图所示为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中 Rb、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值.为了测量磁感应强度B

20、,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值Rb.请按要求完成下列实验.图士图3（1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，并在图中的虚线框内画出实验电路原 理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.61.0 T,不考虑磁场对电路其他部分的影响）.要求误差较小.提供的器材如下：A.磁敏电阻，无磁场时阻值 R0=150 QB.滑动变阻器 R,总电阻约为20 QC.电流表A,量程2.5 mA,内阻约30 QD.电压表V,量程3 V,内阻约3 k QE.直流电源E,电动势3 V,内阻不计F.开关S,导线若干（2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表:123456U(

21、V)0.000.450.911.501.792.71I(mA)0.000.300.601.001.201.80根据上表可求出磁敏电阻的测量值Rb=Q .结合题图可知待测磁场的磁感应强度B=T.（3）试结合题图简要回答，磁感应强度B在00.2 T和0.41.0 T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？ .（4）某同学在查阅相关资料时看到了图所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻一磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？. 【答案】（11500; 0.90（3）在00.2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或不均匀变化）；在.电动自行车是目前一种较为时尚的代步工具，某厂生

22、产的一种电动自行车，设计质量（包括人）为 m = 90kg,动力电源选用能量存储量为“36V 15Ah”（即输出电压恒为 36V,工作电流与工作时间的乘积为15Ah）的蓄电池（不计内阻），所用电源的额定输出功率 P电=180W,由于电动机发热造成的损耗(其他损耗不计)，自行车的效率为r=80%,如果自行车在平直公路上行驶时所受阻力跟行驶速率和自行车对地面的压力的乘积成正比，即 Ff=kmgv,其中 g 取 10m/s2, k=5.0 xi03s?m 1 .求：(1)该自行车保持额定功率行驶的最长时间和自行车电动机的内阻；(2)自行车在平直的公路上能达到的最大速度；(3)有人设想改用太阳能电池给

23、该车供电，其他条件不变，已知太阳辐射的总功率P0=4X 106W,太阳到地球的距离 r= 1.5 X 1加，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%.则此设想所需的太阳能电池板的最小面积。【答案】(1) 2h, 1.44 Q (2) 4.72 m/s o (3) 101m2 【解析】【详解】Q(1)根据公式：P=IU, I=5A,再根据电池谷量可得：t 一 2h。IP热=P 电一80%P= 12r解得内阻为：r=1.44Q(2)经分析可知，当自行车以最大功率行驶且达匀速时速度最大，因此有：F 牵=kmgvm“P电而F牵 ,vm联立代入数据可得

24、：Vm= 4 J2 m/s。(3)当阳光垂直电池板入射时，所需电池板面积最小，设其为S,由题意得：1 30% P02_0 S 15%4 r解得所需的太阳能电池板的最小面积为:3-凄70% 15% P0代入数据解得：S= 101n2o.如图所示，质量 m=1kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为 37、宽度L=1m 的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内).右侧回路中，电源的电动势 E=8M内阻r=1 Q,额定功率为 8W 额定电压为4V的电动机M正常2工作.取sin37 =0.6 , cos37 =0.8 ,重力加速度大小 g=10m/s .试求：(1)电动机

25、当中的电流Im与通过电源的电流I总.(2)金属棒受到的安培力大小及磁场的磁感应强度大小.【答案】（1）电动机当中的电流是 2A,通过电源白电流是 4A;（2）金属棒受到的安培力大小是6N,磁场的磁感应强度大小3T.【解析】试题分析：（1）由P=UI求出电动机中的电流，由串并联电路的电压关系得到内电阻上的 电压，由欧姆定律得到干路电流；（2）进而得到磁场中导线的电流，由平衡条件得到安培力，由安培力公式得到B.解：（1）电动机的正常工作时，有：PmfUIm代入数据解得：Imf2A通过电源的电流为：I总_=Z=4A I 1（2）导体棒静止在导轨上，由共点力的平衡可知，安培力的大小等于重力沿斜面向下的

26、分力，即：F=mgsin37 =6N流过电动机的电流 I为：I=I总I m=4A 2A=2A f=bil解得：B=3T答：（1）电动机当中的电流是 2A,通过电源的电流是 4A;（2）金属棒受到的安培力大小是6N,磁场的磁感应强度大小3T.【点评】本题借助安培力与电路问题考查了平衡条件的应用，解答的关键是正确找出两个 支路的电流之间的关系.是一道很好的综合题.为了检查双线电缆 CE FD中的一根导线由于绝缘皮损坏而通地的某处，可以使用如 图所示电路。用导线将 AC BD、EF连接，AB为一粗细均匀的长 Lab=100厘米的电阻丝， 接触器H可以在AB上滑动。当K1闭合移动接触器，如果当接触器H

27、和B端距离L1=41厘米时，电流表 G中没有电流通过。试求电缆损坏处离检查地点的距离（即图中 DP的长度 X）。其中电缆 CE=DF=L=7 8千米，AC BD和EF段的电阻略去不计。I11L上江【答案】6.396km【解析】【试题分析】由图得出等效电路图，再根据串并联电路规律及电阻定律进行分析，联立可 求得电缆损坏处离检查地点的距离.等效电路图如图所示:-_l- Z3*(Z 立电流表示数为零，则点 H和点P的电势相等。Rce + Rfp RahIce: + Ipp Guz则 IpD 痴又, .由以上各式得： X=6.396km【点睛】本题难点在于能否正确作出等效电路图，并明确表头电流为零的意

28、义是两端的电 势相等.14.如图甲所示，表面绝缘、倾角0 =30的斜面固定在水平地面上，斜面所在空间有一宽度D=0.40m的匀强磁场区域，其边界与斜面底边平行，磁场方向垂直斜面向上.一个质量m=0.10kg、总电阻R=0.25W的单匝矩形金属框 abcd,放在斜面的底端，其中ab边与斜面底边重合，ab边长L=0.50m.从t=0时刻开始，线框在垂直cd边沿斜面向上大小恒定的拉力作用下，从静止开始运动，当线框的ab边离开磁场区域时撤去拉力，线框继续向上运动，线框向上运动过程中速度与时间的关系如图乙所示.已知线框在整个运动过程中始终匚,jU 未脱离斜面，且保持 ab边与斜面底边平行，线框与斜面之间的动摩擦因数7 ,重力加(3)线框在斜面上运动的过程中产生的焦耳热Q.【答案】(1) F=1.5