物理稳恒电流题20套

物理稳恒电流题20套(带答案)一、稳恒电流专项训练如图10所示，P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，相距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中.一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动.质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于倾斜角9=30°的光滑绝缘斜面上(ad〃MN,bc〃FG,ab〃MG,dc〃FN)，两顶点a、d通过细软导线与导轨P、Q相连，磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直斜面向下，金属框恰好处于静止状态.不计其余电阻和细导线对a、d点的作用力.(1)通过ad边的电流Iad是多大？(2)导体杆ef的运动速度v是多大？3mg3mgr［答案］⑴8BL⑵8BBdL212【解析】试题分析：(1)设通过正方形金属框的总电流为I，ab边的电流为Iab，dc边的电流为Idc，3八有Iab=4I①Idc=4i②金属框受重力和安培力，处于静止状态，有mg=B2IabL2+B2IdcL2③3mg由①〜③，解得Iab=4BJ|-④mg⑵由(1)可得|=bl⑤设导体杆切割磁感线产生的电动势为E，有E=B1L1v⑥3—设ad、dc、cb三边电阻串联后与ab边电阻并联的总电阻为R，则R=4r⑦E根据闭合电路欧姆定律，有I=;⑧R3mgr由⑤〜⑧，解得v=4BBLL⑨1212考点：受力分析，安培力，感应电动势，欧姆定律等.

（1）用螺旋测微器测量金属导线的直径，其示数如图所示，该金属导线的直径为mm.电池组E（电动势3V，内阻不计）；（2电池组E（电动势3V，内阻不计）；微安表PA（量程200四A，内阻约200Q）；电压表V（量程3V，内阻约100）；电阻R。（阻值约20k0）；滑动变阻器R（最大阻值500，额定电流1A）；【答案】(1)1.880(1.878〜1.882均正确)(2)（注意半刻度线是否漏出；可动刻度需要估读）【解析】（1）首先读出固定刻度1.5mm再读出可动刻度38.0x0.01mm="0.380"mm金属丝直径为(1.5+0.380)mm="1.880"mm.（注意半刻度线是否漏出；可动刻度需要估读）f—©-r

(2)描绘一个电阻的伏安特性曲线一般要求电压要从0开始调节，因此要采用分压电R一一R…路.由于丈=1°°，R=°・5，因此於表要采用内接法，其电路原理图为连线时按照上图中所标序号顺序连接即可.如图所示，已知电源电动势E=20V,内阻r=lQ，当接入固定电阻R=3Q时，电路中标有“3V,6W”的灯泡L和内阻Rd=1Q的小型直流电动机D都恰能正常工作.试求：DL流过灯泡的电流固定电阻的发热功率电动机输出的机械功率【答案】(1)2A(2)7V(3)12W【解析】(1)接通电路后，小灯泡正常工作，由灯泡上的额定电压U和额定功率P的数值可得流过灯泡的电流为：'=2A(2)根据热功率公式“-；*■，可得固定电阻的发热功率：''=12W(3)根据闭合电路欧姆定律，可知电动机两端的电压：•；'•-灯•:n/：=9V电动机消耗的功率：f；=「*=18W一部分是线圈内阻的发热功率：七-"==4W另一部分转换为机械功率输出，^『出土-14W【点睛】(1)由灯泡正常发光，可以求出灯泡中的电流；(2)知道电阻中流过的电流，就可利用热功率方程「''''■，求出热功率；(3)电动机消耗的电功率有两个去向：一部分是线圈内阻的发热功率；另一部分转化为机械功率输出。四川省"十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4技!。已知水的密度为-二F-，重力加速度取10"：52。求电动机内阻消耗的热功率；将蓄水池蓄入864，，：：的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。【答案】(1)p=lX103W(2)t=2x1045【解析】试题分析：⑴设电动机的电功率为P，则p=ui设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则P=I2r代入数据解得P=1x103Wr⑵设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t.已知抽水高度为h，容积为V，水的密度为P，则M=PV设质量为M的河水增加的重力势能为%则AE=Mgh设电动机的输出功率为P0，则P)=P—P?根据能量守恒定律得Ptx60%x80%=AE0p代入数据解得t=2x104s。考点：能量守恒定律、电功、电功率【名师点睛】根据电动机的功率和电压求解出电流，再根据焦耳定律求解发热功率；水增加的重力势能等于消耗的电能(要考虑效率)，根据能量守恒定律列式求解；本题关键是根据能量守恒定律列方程求解，要熟悉电功率和热功率的区别。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.(JJlIl」J——.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UI图像与两坐标轴交点的物理意义.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.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：U(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

,入，,—P=12R=(E)2R=Eb.电源输出的电功率：R+rr2R+2r+—R当外电路电阻R当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为PE2max4r(3)电动势定义式：E=一非静电力q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W=12rt+12Rt=Irq+IRqE=Ir+IR=U内+U外本题答案是：(1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P=—max4r(3)E=〃内+U外点睛：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.6.如图所示，M为一线圈电阻Rm=0.5Q的电动机，R=8Q,电源电动势E=10V.当S断开时，电流表的示数I]=1A，当开关S闭合时，电流表的示数为I2=3A.求：电源内阻r；开关S断开时，电阻R消耗的功率P.开关S闭合时，通过电动机M的电流大小IM,【答案】(1)20(2)8W(3)2.5A【解析】(1)当S断开时，根据闭合电路欧姆定律：E=I(R+r)，10=1x(8+r)，r=2Q电阻R消耗的功率：P=12R=12X8W=8Wi路端电压：U=E-12r=(10—3x2)V=4VR之路电流：1=了=河A=05ARR8电动机的电流：Im=I2—Ir~(3—0.5)A=2.5A点睛：当S断开时，根据闭合电路欧姆定律求解电源的内阻.当开关S闭合时，已知电流表的示数，根据闭合电路欧姆定律求出路端电压，由欧姆定律求出通过R的电流，得到通过电动机的电流.7.如图所示的电路中，电阻7.如图所示的电路中，电阻R1=60，R2=30.S断开时，电流表示数为0.9A；S闭合时，电流表示数为0.8A，设电流表为理想电表，则电源电动势E=V，内电阻r=0.【答案】E=5.76Vr=0.40【解析】根据闭合电路欧姆定律，两种状态，列两个方程，组成方程组，就可求解.当S断开时_一：.-+「(1)

当S闭合时E=I2R1+(12I—)r=I2R1+l'5lir!'■-(2)由(1).(2)式联立，解得E=5.76Vr=0.4Q一交流电压随时间变化的图象如图所示.若用此交流电为一台微电子控制的电热水瓶供电，电热水瓶恰能正常工作.加热时的电功率P=880W,保温时的电功率P'当S闭合时E=I2R1+-22WT卜-该交流电电压的有效值U；电热水瓶加热时通过的电流/；.电热水瓶保温5h消耗的电能E.【答案】①220V②4A③3.6x105J【解析】①根据图像可知，交流电电压的最大值为：U=220应V,则该交流电电压的有效值为：U=^m=220V；P880...电热水瓶加热时，由P=UI得：R大小、R发生断路前R上的电压、及R阻值各是多少？(R发生断路时R上没有132232电流)电源电动势E和内电阻r各是多少？【答案】(1)1V10(2)10V；2Q=万=A=4A电热水瓶保温5h消耗的电能为：W=Pt=20x5x3600J=R大小、R发生断路前R上的电压、及R阻值各是多少？(R发生断路时R上没有132232电流)电源电动势E和内电阻r各是多少？【答案】(1)1V10(2)10V；2Q如图所示，已知R3=3Q，理想电压表读数为3v，理想电流表读数为2A，某时刻由于电路中R3发生断路，电流表的读数2.5A，%上的电压为5v，求：【解析】试题分析：（1）R3断开时电表读数分别变为5v和2.5A可知R1=2欧R3断开前R1上电压U1=R1I=4VU1=U2+U3所以U=1V2U2：U3=R2：R3=1:3R=1Q2（2）R3断开前总电流I「3AE=U1+I1rR3断开后总电流I2=2.5AE=U2+I2r联解方程£=10Vr=2Q考点：闭合电路的欧姆定律【名师点睛】导线中自由电子的定向移动形成电流，电流可以从宏观和微观两个角度来认识。（1）一段通电直导线的横截面积为S，它的摩尔质量为M,密度为P，阿伏伽德罗常数位、。导线中每个带电粒子定向运动的速率为"，粒子的电荷量为e，假设每个电子只提供一个自由电子。推导该导线中电流的表达式；如图所示，电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力。按照这个思路，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。（2）经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的作用下，定向运动形成电流。自由电子在定向运动的过程中，不断地与金属离子发生碰撞。碰撞后自由电子定向运动的速度变为零，将能量转移给金属离子，使得金属离子的热运动更加剧烈，这就是焦耳热产生原因。某金属直导线电阻为R，通过的电流为/。请从宏观和微观相结合的角度，证明：在时间t内导线中产生的焦耳热为Q=/2Rt（可设电子与离子两次碰撞的时间间隔t0,碰撞时间忽略不计，其余需要的物理量可自设）。XXXXXXXa厂Wx五it~nf[8AWS\klxxxxxIscIm\65IJxxxxxxxK【答案】（1）①^^②见解析（2）见解析M【解析】【详解】

①金属导线单位体积内电子个数在时间t内流过导线横截面的带电粒子数N=nvtSQ=NeF次L。通过导线横截面的总电荷量导线中电流联立以上三式可以推导出②导线受安培力大小长LQ=NeF次L。联立以上三式可以推导出洛伦兹力的表达式f=evB方法1：设金属导体长为L，横截面积为S，两端电压为U，导线中的电场强度UE=-L设金属导体中单位体积中的自由电子数为n，则金属导体中自由电子总数N=nSL设自由电子的带电量为e，连续两次碰撞时间间隔为t0，定向移动的平均速度为u，则一次碰撞的能量转移eEot0=气-0t一个自由电子在时间t内与金属离子碰撞次数为厂0金属导体中在时间t内全部自由电子与金属离子碰撞，产生的焦耳热I=neSU=IR联立解以上各式推导得Q=12Rt方法2：设金属导体长为L,横截面积为S,两端电压为U,导线中的电场强度UE=-L设金属导体中单位体积中的自由电子数为〃，则金属导体中自由电子数N=nSL在纯电阻电路中，电流做的功等于焦耳热，即Q=W电流做的功等于电功率乘时间W=Pt电功率等于电场力对长为L的导线中所有带电粒子做功功率的总和P=NF自由电子受的电场力F=Ee又I=neSou=IR联立解以上各式推导得Q=12Rt11.如图所示，电源电动势E=50V,内阻r=1Q,R1=3Q,R2=6Q.间距d=0.2m的两平行金属板M、N水平放置，闭合开关S,板间电场视为匀强电场.板间竖直放置一根长也为d的光滑绝缘细杆AB,有一个穿过细杆的带电小球p,质量为m=0.01kg、带电量大小为q=1x10-3C(可视为点电荷，不影响电场的分布).现调节滑动变阻器R,使小球恰能静止在A处；然后再闭合K,待电场重新稳定后释放小球p.取重力加速度g=10m/s2.求：小球的电性质和恰能静止时两极板间的电压;小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值;小球p到达杆的中点O时的速度.【答案】(1)U=20V(2)Rx=8Q(3)v=1.05m/s【解析】

【分析】【详解】⑴小球带负电;恰能静止应满足：mg-Eq=UqU=蛆=°.01x10X0.2y=20Vq1x10-3(2)小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值为Rx,由电路电压关系:EUR+R2+rR2代入数据求得Rx=8Q闭合电键K后，设电场稳定时的电压为U',由电路电压关系:EU'R+R2+rR2100代入数据求得U'=了iV由动能定理:mgd—1Uq=1mv2AAA代入数据求得v=1.05m/s【点睛】本题为电路与电场结合的题目，要求学生能正确掌握电容器的规律及电路的相关知识，能明确极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压.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,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.的电阻值Rb.请按要求完成下列实验.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0.6~1.0T，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=150QB.滑动变阻器R，总电阻约为20Q电流表A,量程2.5mA,内阻约30Q电压表V,量程3V,内阻约3kQ直流电源E,电动势3V,内阻不计F.开关S,导线若干⑵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(V)0.000.450.911.501.792.71/(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.⑶试结合题图简要回答，磁感应强度B在0~0.2T和0.4~1.0T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】（1）见解析图（2）1500；0.90（3）在0〜0.2T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）；在如图甲所示，一正方形线框边长为L=0.3m，匝数为n=10匝，放置在匀强磁场中，ab边与磁场边界MN重叠，线框内阻为r=2Q,与R=10Q的外电阻形成一闭合回路。若以垂直纸面向里为磁场的正方向，匀强磁场的磁感应强度B随时间t按如图乙所示规律周期性变化（图中只画出两个周期）求从t=0时刻开始经过3分钟电阻产生的热量。【答案】324J【解析】【详解】在0~0.1s内：E=n^—=10xx0.32V=7.2V-I=—=0.6AiAt0.05iR+rTOC\o"1-5"\h\z一A中…0.4-E在0.1~0.3s内：E=n~A^=10x0ix0.32V=3.6V；I=r2=0.3A在0~0.3内发热量为Q=12Rt+12Rt=0.54J1122-1803min总热量为Q总=扃x0.54J=324J如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距L,导轨平面与水平面夹角为a,导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面斜向上，长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中R2为一电阻箱，已知灯泡的电阻Rl=4R，定值电阻R1=2R，调节电阻箱使R2=12R，重力加速度为g，闭合开关S，现将金属棒由静止释放，求：金属棒下滑的最大速度vm；当金属棒下滑距离为s0时速度恰好达到最大，则金属棒由静止下滑2s0的过程中，整个电路产生的电热；改变电阻箱R2的值，当R2为何值时，金属棒达到匀速下滑时R2消耗的功率最大.6mgRsina18m3g2R2sin2以【答案】(1)七=一Bl—⑵Q=2mgs0sina-——B-⑶R2