高考物理稳恒电流解析版汇编及解析

1、高考物理稳恒电流解析版汇编及解析一、稳恒电流专项训练1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m 3 10 3 kg 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p04 1026 w

2、 ，太阳到地球的距离，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） p电1.5103 w（2） f / mg0.045（3） s101m2【解析】试题分析： p电iu1.5 103 w p机0.9p电fvfvf电f / mg 0.0450.9p / v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s04r 2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psp0s0设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为p，所以 p130% p由于p15% p，所以电池板的最小面积ps电p0 1 30%s

3、0ps042电2srp101?m0.7p00.15 0.7p0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2 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。u 1i 2 u 2 i1u 1u 2【答案】 ：e=r=i1i 2 i1i 2【解析】【分析】由闭合电路欧姆定律列出两次的表

4、达式，联立即可求解【详解】由全电路欧姆定律得：e=u1+i1 re=u2+i2 r解得：u1i 2u 2 i1e=i1i 2u 1u 2r= i 2i13 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在此行驶状态下（取g 10 m/s 2），求：（ 1）驱动电机输入的电功率 p 入；（

5、 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 iu 1.5 3.0w 4.5w（ 2）驱动电机的热功率： p 热 i2r (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）蓄电池的电动势： e=u+ir=（ 3.0+1

6、.5 ）0v=3.2.3v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 4 如图所示，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：（ 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

7、中， ab 杆可以达到的速度最大值【答案】 （1） blvgsinb2 l2v（ 2） mgrsinrmrb2 l2【解析】（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：eirblv，方向由 a 到 b故 ir由安培力公式：fbil根据牛顿第二定律：mgsinfma整理可以得到：a （ mgsinb2 l2 v ) / m g sinb2 l2vrmr(2)当 a0 时 ab 杆的速度可以达到最大值即： mgsinblblvmrmgr sin所以 ：vmb2 l25 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

8、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/s2（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

9、：mgsin ma代人数据解得： a5m / s2 （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：mgsinfa ， fabilblvb2 l2v， mgsinb2l2vm，brlrrrrr最大速度为：vmmgsinrr0.5m / sb2 l2（3）根据全过程中能的转化和守恒规律，有：mgxsin1 mv2q ，2所以全过程中系统产生的热为：qmgxsin1 mv20.0875j 2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

10、6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） ublvr ；（ 2） pb2 l2v2 r；（ 3）wb2l2vd r r(

11、 r r ) 2r r【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= blv，故电压表的示数 u irblvr ；r rr r（2）电阻 r 产生焦耳热的功率p=i2r=b2 l2v2 r ；(r r )2（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= b2 l2vd r r考点：电磁感应，欧姆定律，焦耳定律，安培力7 平行导轨p、 q 相距 l 1 m，导轨左端接有如图所示的电路其中水平放置的平行板电容器两极板 m 、n 相距 d 10 mm ，定值电阻 r1 2123 r，r 2 ，金属棒 ab 的电阻 r2，其他电阻

12、不计磁感应强度b0.5 t 的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，质量m 110 14kg，电荷量 q1 14210 c 的微粒恰好静止不动取g 10 m/s ，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好且速度保持恒定试求：(1)匀强磁场的方向和mn 两点间的电势差(2)ab 两端的路端电压；(3)金属棒 ab 运动的速度【答案】 (1) 竖直向下； 0.1 v(2)0.4 v. (3) 1 m/s.【解析】【详解】（1）负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故m 板带正电 ab 棒向右做切割磁感线运动产生感应

13、电动势，ab 棒等效于电源，感应电流方向由ba，其 a 端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有mgeq又 e u mn dmgd所以 umn 0.1 vq（2）由欧姆定律得通过r3 的电流为 iu mn0.05 ar3则 ab 棒两端的电压为 uab umn i0.5r1 0.4 v.（3）由法拉第电磁感应定律得感应电动势eblv由闭合电路欧姆定律得e uab ir 0.5 v联立解得v1 m/ s.8 如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d，管道高度为h ，上、下两面是绝缘板，前后两侧m 、n

14、是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关s 和定值电阻r 相连。整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为b 、方向沿z 轴正方向。管道内始终充满导电液体，m 、n两导体板间液体的电阻为r，开关s 闭合前后，液体均以恒定速率v0 沿 x 轴正方向流动。忽略液体流动时与管道间的流动阻力。（ 1）开关 s 断开时，求 m 、 n 两导板间电压 u 0 ，并比较 m 、n 导体板的电势高低；（ 2）开关 s 闭合后，求：a. 通过电阻 r 的电流 i 及 m 、 n 两导体板间电压u ；b. 左右管道口之间的压强差vp 。【答案】（ 1） u0=bdv0， mn （ 2） a ubdrv0 ；b v pb

15、2 dv0r rh( r r )【解析】【详解】（1）该发电装置原理图等效为如图，管道中液体的流动等效为宽度为d 的导体棒切割磁感线，产生的电动势e=bdv0则开关断开时u0=bdv0由右手定则可知等效电源mn 内部的电流为n 到 m，则 m 点为等效正极，有mn ；（2） a由闭合电路欧姆定律u 0bdv0irr rr外电路两端的电压：u iru 0 rbdrv0r rr rb设开关闭合后，管道两端压强差分别为v p ，忽略液体所受的摩擦阻力，开关闭合后管道内液体受到安培力为f 安 ，则有v phdf安f安 =bid联立可得管道两端压强差的变化为：2vpb dv09 如图a所示，处于匀强磁场

16、中的两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距l1m，导轨平面与水平面成 370 角，下端连接阻值为r 0.4 的电阻匀强磁场方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度为b 0.4t，质量 m 0.2kg、电阻 r0.4 的金属杆放在两导轨上，杆与导轨垂直且保持良好接触，金属导轨之间连接一理想电压表现用一外力f 沿水平方向拉杆，使之由静止沿导轨开始下滑，电压表示数u 随时间 t 变化关系如图 b所示取 g10m/s 2， sin370 0.6， cos370 0.8 求：金属杆在第5s 末的运动速率；第 5s 末外力 f 的功率；【答案】 (1)1m/s (2)-0.8w【解析】【分析】金属杆沿金属导

17、轨方向在三个力作用下运动，一是杆的重力在沿导轨向下方向的分力g1，二是拉力f 在沿导轨向下方向的分力f1，三是沿导轨向上方向的安培力，金属杆在这几个力的作用下，向下做加速运动【详解】(1) 如下图所示， f1 是 f 的分力， g1 是杆的重力的分力，沿导轨向上方向的安培力未画出，由题设条件知，电压表示数u 随时间 t 均匀增加，说明金属杆做的是匀加速运动，由b 图可得金属杆在第 5s 末的电压是 0.2v ，设此时杆的运动速率为 v ，电压为 u，电流 i ，由电磁感应定律和欧姆定律有eblv因电路中只有两个相同电阻，有11ueblv22解得v 1m/s故金属杆在第5s 末的运动速率是1m/

18、s(2) 金属杆做的是匀加速运动，设加速度为a ，此时杆受的安培力为f ，有a v =0.2m/s2tb2 l2vf btl0.2 n2rg1 mg sin=1.2n由牛顿第二定律得g1ff1maf1g1fma0.8 n由功率公式得pf1v0.8 w因 f1 的方向与棒的运动方向相反，故在第5s 末外力 f 的功率是 -0.8w 【点睛】由电阻的电压变化情况来分析金属棒的运动情况10 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6150 900，当 b1.0t 时，磁敏电阻阻值约为

19、 11150 1650由于滑动变阻器全电阻 20比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于 rx rv ，所以电流表应内接电路图如图所示rarx（2）方法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为：0.4515000.911516.7r110 3， r210 3，0.300.601.501500r310 3，1.001.791491.7， r52.711505r410 310 3，1.201.80故电阻的测量值为r1 r2 r3 r4r51503 （ 1500 1503 都算正确）r5r150010 ，从图1 中可以读出 b0.9t由于150r0方法二：作出表中的数据作出ui

20、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

21、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11 电动自行车是目前一种较为时尚的代步工具，某厂生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f2 3 1 kmgv ，其中 g 取 10m/s， k 5.010s?m

22、求：f（ 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该车供电，其他条件不变，已知太阳辐射的总功率p0261130%的能4 10w，太阳到地球的距离 r 1.5 10m，太阳光传播到达地面的过程中大约有量损耗，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 。（ 2） 42 m/s 。（ 3 ）101m2【解析】【详解】（1）根据公式： piu， i 5a，再根据电池容量可得： tq2h。ip 热 p 电 80%pi2r解得内阻为： r

23、 1.44 。（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而 f 牵p电，vm联立代入数据可得：vm 42 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% p0s 15%p4 r 2电解得所需的太阳能电池板的最小面积为：32r ps电。70%15% p0代入数据解得：2s101m。12 如图甲，电阻为r=2的金属线圈与一平行粗糙轨道相连并固定在水平面内，轨道间距为 d =0.5m，虚线右侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为b1=01t，磁场内外分别静置垂直于导轨的金属棒p 和 q，其质量 m1=m 2=

24、 002kg，电阻 r1=r2= 2 t=0时起对左侧圆形线圈区域施加一个垂直于纸面的交变磁场b2，使得线圈中产生如图乙所示的正弦交变电流（从 m 端流出时为电流正方向），整个过程两根金属棒都没有滑动，不考虑 p 和 q 电流的磁场以及导轨电阻取重力加速度g= l0m/s 2，（ 1）若第 1s 内线圈区域的磁场 b2 正在减弱，则其方向应是垂直纸面向里还是向外？（ 2）假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，金属棒与导轨间的滑动摩擦因数至少应是多少？（ 3）求前 4s 内回路产生的总焦耳热【答案】 (1) 垂直纸面向里 (2) 0.25 (3) 24j【解析】试题分析：（ 1）第 1s 内线圈区域的

25、磁场b2 正在减弱，由图乙知：线圈中电流方向沿顺时针方向，根据楞次定律判断得知，磁场b2 的方向垂直纸面向里（2）由图乙知，线圈中电流最大值为i 0 2a ，则通过 q 棒的电流最大值为 i m1a; 要使金属棒静止，安培力不大于最大静摩擦力，则有b1 i m dmg得 ，故金属棒与导轨间的滑动摩擦因数至少应是0.25（3）前 4s 内电流的有效值为回路的总电阻为 i2 i02 a =2 +1 =32回路产生的总焦耳热q i 2 r总t24j考点：楞次定律；物体的平衡；焦耳定律13 如图 25 甲为科技小组的同学们设计的一种静电除尘装置示意图，其主要结构有一长为l、宽为b 、高为d 的矩形通道

26、，其前、后板使用绝缘材料，上、下板使用金属材料图25乙是该主要结构的截面图，上、下两板与输出电压可调的高压直流电源(内电阻可忽略不计)相连质量为m、电荷量大小为q 的分布均匀的带负电的尘埃无初速度地进入a、 b 两极板间的加速电场已知a、 b 两极板间加速电压为u0，尘埃加速后全都获得相同的水平速度，此时单位体积内的尘埃数为n尘埃被加速后进入矩形通道，当尘埃碰到下极板后其所带电荷被中和，同时尘埃被收集通过调整高压直流电源的输出电压u 可以改变收集效率 （被收集尘埃的数量与进入矩形通道尘埃的数量的比值）尘埃所受的重力、空气阻力及尘埃之间的相互作用均可忽略不计在该装置处于稳定工作状态时：（1）求在

27、较短的一段时间t内， a、b 两极板间加速电场对尘埃所做的功；（2）若所有进入通道的尘埃都被收集，求通过高压直流电源的电流；（3）请推导出收集效率随电压直流电源输出电压u 变化的函数关系式【答案】 （1） nbd tqu2qu02qu0（ 3）若 yd，即l2ud，则收0m（ 2） nqbd4dum0集效率 y l2u(u4d 2u 0) ；若 yd 则所有的尘埃都到达下极板，收集效率d4d 2u 0l24d2u 0 100% (u)2l【解析】试题分析：（ 1）设电荷经过极板b 的速度大小为v0 ，对于一个尘埃通过加速电场过程中，加速电场做功为 w0qu 0在 t 时间内从加速电场出来的尘埃

28、总体积是vbdv0 t其中的尘埃的总个数 n总nvn bdv0 t故 a、 b 两极板间的加速电场对尘埃所做的功wn总 qu 0n bdv0 t qu 0对于一个尘埃通过加速电场过程，根据动能定理可得qu 01mv022故解得 w nbd tqu 02qu 0m（2）若所有进入矩形通道的尘埃都被收集，则t 时间内碰到下极板的尘埃的总电荷量q n总q nq bdv0t通过高压直流电源的电流iq2qu0nqbdv0nqbdtm（3）对某一尘埃，其在高压直流电源形成的电场中运动时，在垂直电场方向做速度为v0的匀速直线运动，在沿电场力方向做初速度为0 的匀加速直线运动根据运动学公式有：垂直电场方向位移

29、x v0t ，沿电场方向位移 y1 at 22根据牛顿第二定律有fqequammdm距下板 y 处的尘埃恰好到达下板的右端边缘，则x=ll2u解得 y4du 0若 yd ，即l2ud ，则收集效率yl2u(u4d 2u 0 )4du 0d4d 2u 0l2若 yd ，则所有的尘埃都到达下极板，效率为100 (u4d 2u 0)l2考点：考查了带电粒子在电场中的运动【名师点睛】带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同先分析受力情况再分析运动状态和运动过程（平衡、加速、减速，直线或曲线），然后选用恰当的规律解题解决这类问题的基本方法有两种，第一种利用力和运动的观点，选用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二种利用能量转化 的观点，选用动能定理和功能关系求解14 如图，在竖直向下的磁感应强度为b 的匀强磁场中，两根足够长的平行光滑金属轨道mn 、 pq 固定在水平面内，相距为l一质量为上