高考物理试卷分类汇编物理稳恒电流(及答案)及解析

高考物理试卷分类汇编物理稳恒电流(及答案)及解析一、稳恒电流专项训练1．4～1.0T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6×150Ω＝900Ω，当B＝1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω．由于滑动变阻器全电阻20Ω比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于，所以电流表应内接．电路图如图所示．（2）方法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为：，，，，，故电阻的测量值为（1500－1503Ω都算正确．）由于，从图1中可以读出B＝0.9T方法二：作出表中的数据作出U－I图象，图象的斜率即为电阻（略）．（3）在0～0.2T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0.4～1.0T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．在如图所示的电路中，电源内电阻r=1Ω，当开关S闭合后电路正常工作，电压表的读数U=8.5V，电流表的读数I=0.5A．求：①电阻R；②电源电动势E；③电源的输出功率P．【答案】(1)；(2)；(3)【解析】【分析】【详解】(1)由部分电路的欧姆定律，可得电阻为：(2)根据闭合电路欧姆定律得电源电动势为E＝U＋Ir＝12V(3)电源的输出功率为P＝UI＝20W【点睛】部分电路欧姆定律U=IR和闭合电路欧姆定律E=U+Ir是电路的重点，也是考试的热点，要熟练掌握．3．一电路如图所示，电源电动势E=28v，内阻r=2Ω，电阻R1=4Ω，R2=8Ω，R3=4Ω，C为平行板电容器，其电容C=3.0pF，虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m，两极板的间距d=1.0×10-2m．（1）闭合开关S稳定后，求电容器所带的电荷量为多少?（2）当开关S闭合后，有一未知的、待研究的带电粒子沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入MN的电场中，已知该带电粒子刚好从极板的右侧下边缘穿出电场，求该带电粒子的比荷q/m（不计粒子的重力，M、N板之间的电场看作匀强电场，g=10m/s2）【答案】（1）（2）【解析】【分析】【详解】（1）闭合开关S稳定后，电路的电流：；电容器两端电压：；电容器带电量：（2）粒子在电场中做类平抛运动，则：联立解得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电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2）a如图所示：b.（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：当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为（3）电动势定义式：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，即本题答案是：（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（3）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．（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α，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θ。均匀金属棒ab和ef质量均为m，长均为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μ（μ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=Ek①且Q=Q1②由题意Ek=③得Q=④（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△Φ，ab棒产生的电动势为E，ab棒中的电流为I，通过ab棒某截面的电荷量为q，则E=⑤且△Φ=B△S⑥电流I=⑦又有I=⑧由图所示，△S=d（L﹣dcotθ）⑨联立⑤～⑨，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=L﹣2xcotθ（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Ix=（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：F1cosα=mgsinα+μ（mgcosα+F1sinα）（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F2cosα++μ（mgcosα+F2sinα）=mgsinα（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．6．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=，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，电容器电容为，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】【解析】【详解】根据电容定义，有C=，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=CU2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=，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根据能量守恒得：E损=E放-E充=C-=7．如图所示，闭合电路处于方向竖直向上的磁场中，小灯泡的电阻为10Ω，其它电阻不计．当磁通量在0.1s内从0.2Wb均匀增加到0.4Wb过程中，求：①电路中的感应电动势；②如果电路中的电流恒为0.2A，那么小灯泡在10s内产生的热量是多少．【答案】（1）2V（2）4J【解析】（1）当磁通量发生变化时，闭合电路中要产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小为：（2）当小灯泡上的电流为I=0.2A时，根据焦耳定律，10s钟内产生的热量为：Q=I2Rt=0.22×10×10J=4J8．利用如图所示的电路可以测量电源的电动势和内电阻。当滑动变阻器的滑片滑到某一位置时,电流表和电压表的示数分别为I1和U1。改变滑片的位置后,两表的示数分别为I2和U2。写出这个电源电动势和内电阻的表达式。【答案】：E=r=【解析】【分析】由闭合电路欧姆定律列出两次的表达式，联立即可求解．【详解】由全电路欧姆定律得：E=U1+I1rE=U2+I2r解得：E=r=9．某校科技小组的同学设计了一个传送带测速仪，测速原理如图所示．在传送带一端的下方固定有间距为L、长度为d的平行金属电极．电极间充满磁感应强度为B、方向垂直传送带平面（纸面）向里、有理想边界的匀强磁场，且电极之间接有理想电压表和电阻R，传送带背面固定有若干根间距为d的平行细金属条，其电阻均为r，传送带运行过程中始终仅有一根金属条处于磁场中，且金属条与电极接触良好．当传送带以一定的速度v匀速运动时，（1）电压表的示数（2）电阻R产生焦耳热的功率（3）每根金属条经过磁场区域的全过程中克服安培力做功【答案】（1）；（2）；（3）．【解析】试题分析：（1）金属条产生的感应电动势为E=BLv，电路中的感应电流为I=，故电压表的示数；（2）电阻R产生焦耳热的功率P=I2R=；（3）每根金属条经过磁场区域的全过程中克服安培力做功W=F安d=BILd=．考点：电磁感应，欧姆定律，焦耳定律，安培力．10．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，此时电容器没有被击穿）【答案】（1）（2）（3）匀加速直线运动【解析】【详解】（1）金属棒ab在磁场中恰好保持静止，由BIL=mg

得

（2）由

得

由动量定理，得

其中得（3）K接3后的充电电流

mg-BIL=ma

得=常数所以ab棒的运动性质是“匀加速直线运动”，电流是恒定的．

v22-v2=2as根据能量转化与守恒得

解得：【点睛】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．11．如图所示，圆形金属线圈半径r＝0.3m，匝数n＝50，电阻R0＝19，竖直放置在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小随时间t按B＝（1+t）T的规律变化，磁场方向水平向里与线圈平面垂直：两个定值电阻的阻值分别为R1＝69Ω，R2＝12Ω，水平平行板电容器C极板长L＝0.1m，两板间距d＝0.05m（1）求线圈中产生的感应电动势E；（2）当滑动变阻器接入电路中的阻值R＝1Ω时，求电阻R1消耗的电功率；（3）调节滑动变阻器，可使速度为v＝3×102m/s、比荷为＝3×104Ckg的带电粒子（重力忽略不计）紧贴电容器C上极板从左侧水平射入电容器后，刚好能从下极板的右边缘射出，求此时滑动变阻器接入电路的阻值。【答案】(1)9V；(2)6W；(3)19【解析】【详解】（1）由法拉第电磁感应定律有：E＝nS线圈面积为：S＝πr2代入数据得：E＝9V（2）当R＝1Ω时，由闭合电路的欧姆定律得：E＝I（R0+R+）流过电阻R1的电流为：R1消耗的电功率为：P＝I12R1代入数据可求得：P1＝6W（3）由楞次定律可知电容器下极板带正电，且电容器的电压等于R2两端电压，带电粒子在两极板间做类平抛运动，所以有：x＝vty＝at2由牛顿第二定律有：由电路规律有：E＝UR2+I（Rx+R0）联立以上方程可得此时滑动变阻器接入电路的阻值为：R＝19Ω12．如图所示，一电荷量q=3×10-5C带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点．电键S合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角α=37°．已知两板相距d=0.1m，电源电动势=15V，内阻r=0.5Ω，电阻R1=3Ω，R2=R3=R4=8Ω．g取10m/s2，已知，．求：（1）电源的输出功率；（2）两板间的电场强度的大小；（3）带电小球的质量．【答案】（1）28W（2）140V/m（3）【解析】(1)R外=7.0ΩR总=7.5ΩI="15/7.5=2A"2’P出=I2R外=22×7.="28w"2’(2)U外=IR=2×7="14V"2’E="U/d=14/0.1=140V/m"2’(3)Eq="mgtg37°"2’m=Eq/gtg37°=（140×3×10-5）/（10×0.75）=5.6×10-4kg13．如图所示，水平面内固定的三条光滑平行金属导轨a、b、c，相距均为d=2m，导轨ac间横跨一质量为m=1kg的金属棒MN，棒与导轨始终良好接触．棒的总电阻r=2Ω，导轨的电阻忽略不计．在导轨bc间接一电阻为R=2Ω的灯泡，导轨ac间接一理想电压表．整个装置放在磁感应强度B=2T匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下．现对棒MN施加一水平向右的拉力F，使棒从静止开始运动，已知施加的水平外力功率恒定，经过t=2s时间棒的速度达到=3m/s且以后稳定．试求：（1）金属棒速度稳定时施加的水平恒力F为多大?（2）水平外力F的功率为多少?（3）在此t=2s时间内金属棒产生的热量是多少?【答案】（1）16N（2）48W（3）30．5J【解析】试题分析：（1）金属棒速度达到稳定，有：而，联立得：F=16N（2）=48W（3）设小灯泡和金属棒产生的热量分别为、，根据焦耳定律得知：由功能关系得：Pt=++代入数据得：=30．5J考点：法拉第电磁感应定律；焦耳定律；功能关系14．如图所示，宽度的足够长的U形金属框架水平放置，框架中连接电阻，框架处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度，框架导轨上放一根质量为、电阻，的金属棒，棒与导轨间的动摩擦因数，现用功率恒定的牵引力使棒从静止开始沿导轨运动（棒始终与导轨接触良好且垂直），当整个回路产生热量时刚好