高中物理穩(wěn)恒電流解題技巧超強(qiáng)及練習(xí)題

1、高中物理穩(wěn)恒電流解題技巧（超強(qiáng)）及練習(xí)題一、穩(wěn)恒電流專項(xiàng)訓(xùn)練1. （1）用螺旋測微器測量金屬導(dǎo)線的直徑，其示數(shù)如圖所示，該金屬導(dǎo)線的直徑為（2）用下列器材裝成描繪電阻 Ro伏安特性曲線的電路，請將實(shí)物圖連線成為實(shí)驗(yàn)電路.微安表 A （量程200 A ,內(nèi)阻約200Q）;電壓表V （量程3V,內(nèi)阻約10Q）;電阻R。（阻值約20 k。；滑動(dòng)變阻器R （最大阻值50Q,額定電流1 A）；電池組E （電動(dòng)勢3V,內(nèi)阻不計(jì)）；開關(guān)S及導(dǎo)線若干.【答案】(1) 1.880 ( 1.8781.882均正確)【解析】（1）首先讀出固定刻度 1.5 mm再讀出可動(dòng)刻度 38. 0 X 0. 01 mm=0.3

2、80 mm金屬絲直徑為(1.5+0.380) mm=1.880 mm .Rt) 一(注意半刻度線是否漏出；可動(dòng)刻度需要估讀)(2)描繪一個(gè)電阻的伏安特性曲線一般要求電壓要從0開始調(diào)節(jié)，因此要采用分壓電R0 路.由于RaR100, 0.5,因此 4表要采用內(nèi)接法，其電路原理圖為R0連線時(shí)按照上圖中所標(biāo)序號(hào)順序連接即可.2.如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢 E=10V,內(nèi)阻r=0.5 0,電動(dòng)機(jī)的電阻 R=1.0 R電阻Ri=1.5 Q電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電壓表的示數(shù)U1=3.0V,求：(1)電源釋放的電功率；(2)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率.將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率;【答案】 (1) 20W(2) 12W 8

3、W.【解析】【分析】(1)通過電阻兩端的電壓求出電路中的電流I,電源的總功率為 P=EL即可求得;(2)由U內(nèi)=Ir可求得電源內(nèi)阻分得電壓，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U=E-Ui-U內(nèi),電動(dòng)機(jī)消耗的功率為Pa=UI；電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為P機(jī)=P電-I2R.【詳解】(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，總電流為:3.0I=一A=2 A,1.5電源釋放的電功率為：P=EI =10X2 W=20 W(2)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為: 則 U= (10- 2X 0.5 3.0) 電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為： 電動(dòng)機(jī)消耗的熱功率為：U= EE- Ir-UiV=6 V;P電=UI=6X2 W=12 WP 熱=I2R0=22X 1

4、.0 W=4 W電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率，據(jù)能量守恒為:P機(jī)=(12 4) W=8 W;【點(diǎn)睛】對于電動(dòng)機(jī)電路，關(guān)鍵要正確區(qū)分是純電阻電路還是非純電阻電路：當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作 時(shí)，是非純電阻電路；當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住不轉(zhuǎn)時(shí)，是純電阻電路.對于電動(dòng)機(jī)的輸出功率, 往往要根據(jù)能量守恒求解.3.環(huán)保汽車將為2008年奧運(yùn)會(huì)場館服務(wù).某輛以蓄電池為驅(qū)動(dòng)能源的環(huán)保汽車，總質(zhì)量3m 3 103kg .當(dāng)它在水平路面上以 v=36km/h的速度勻速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電流I=50A,電壓U=300V,在此行駛狀態(tài)下(1)求驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率 臉；(2)若驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的

5、機(jī)械功率P機(jī)，求汽車所受阻力與車重的比值(g取10m/s2);(3)設(shè)想改用太陽能電池給該車供電，其他條件不變，求所需的太陽能電池板的最小面積.結(jié)合計(jì)算結(jié)果，簡述你對該設(shè)想的思考.已知太陽輻射的總功率 P0 4 1026W ,太陽到地球的距離P = 1 5xlOL1m ,太陽光傳播 到達(dá)地面的過程中大約有 30%的能量損耗，該車所用太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為15%.3【答案】(1)曜 1.5 10 W(2) f / mg 0.045 S 101m2【解析】3試題分析：P電IU 1.5 103WS,距太陽中心為r的球面面積P ,則SSo時(shí) 0.9P電 Fv fv f 0.9P電/v f/mg

6、0.045當(dāng)太陽光垂直電磁板入射式，所需板面積最小，設(shè)其為2So 47r若沒有能量的損耗，太陽能電池板接受到的太陽能功率為P SR So設(shè)太陽能電池板實(shí)際接收到的太陽能功率為P,所以P 1 30% PP由于瑞 15% P ,所以電池板的最小面積P) 1 30%PSo0.7Po4 步用0.15 0.7P0_ _ 2101?m考點(diǎn)：考查非純電阻電路、電功率的計(jì)算點(diǎn)評：本題難度中等，對于非純電阻電路歐姆定律不再適用，但消耗電功率依然是UI的乘積，求解第3問時(shí)從能量守恒定律考慮問題是關(guān)鍵，注意太陽的發(fā)射功率以球面向外釋放4.如圖所示，水平軌道與半徑為 r的半圓弧形軌道平滑連接于 S點(diǎn)，兩者均光滑且絕緣

7、， 并安裝在固定的豎直絕緣平板上.在平板的上下各有一個(gè)塊相互正對的水平金屬板P、Q,兩板間的距離為 D.半圓軌道的最高點(diǎn) T、最低點(diǎn)S、及P、Q板右側(cè)邊緣點(diǎn)在同一豎直線上 裝置左側(cè)有一半徑為 L的水平金屬圓環(huán)，圓環(huán)平面區(qū)域內(nèi)有豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 TOC o 1-5 h z B的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)根長度略大于L的金屬棒一個(gè)端置于圓環(huán)上，另一個(gè)端與過圓心Oi的豎直轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)金屬桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(從上往下看)，在圓環(huán)邊緣和轉(zhuǎn)軸處引出導(dǎo)線分別與P、Q連接，圖中電阻阻值為R,不計(jì)其它電阻，右側(cè)水平軌道上有一帶電量為+q、質(zhì)量為1m的小球1以速度v0 里，向左運(yùn)動(dòng)，與前面靜止的、質(zhì)量也為 m的不

8、HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 2. 22帶電小球2發(fā)生碰撞，碰后粘合在一起共同向左運(yùn)動(dòng)，小球和粘合體均可看作質(zhì)點(diǎn)，碰撞 過程沒有電荷損失，設(shè) P、Q板正對區(qū)域間才存在電場.重力加速度為g.(1)計(jì)算小球1與小球2碰后粘合體的速度大小 v；(2)若金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，計(jì)算圖中電阻R消耗的電功率P；(3)要使兩球碰后的粘合體能從半圓軌道的最低點(diǎn)S做圓周運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn) T,計(jì)算金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的范圍.【答案】V、昆(2) P盟二嚶氣工 . 24R qBL qBL【解析】【分析】【詳解】1,11、(1)兩球碰撞過程動(dòng)量守恒，則mv0(- m -

9、m)v222112BLvBL-L-BL HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 22_2 42B L4R解得v .萼(2)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)勢2電阻R的功率P R(3)通過金屬桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可知：P、Q板間的電場方向向上，粘合體受到的電場力方向向上.在半圓軌道最低點(diǎn)的速度恒定，如果金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)角速度過小，粘合體受到的電場力較小，不能達(dá)到最高點(diǎn) T,臨界狀態(tài)是粘合體剛好達(dá)到T點(diǎn)，此時(shí)金屬桿的角速度 必為最小，設(shè)此時(shí)對應(yīng)的電場強(qiáng)度為Ei,粘合體達(dá)到T點(diǎn)時(shí)的速度為vi.2在T點(diǎn)，由牛頓第二定律得 mg qE1 m r212從S到T,由動(dòng)能te理得 qE1 2r mg

10、 2r mV| - mv2.，口 mg解得Ei2q2桿轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)勢 一BL212兩板間電場強(qiáng)度E1d聯(lián)立解得1嚶qBL2如果金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)角速度過大，粘合體受到的電場力較大，粘合體在S點(diǎn)就可能脫離圓軌道，臨界狀態(tài)是粘合體剛好在 S點(diǎn)不脫落軌道，此時(shí)金屬桿的角速度32為最大，設(shè)此時(shí)對應(yīng)的電場強(qiáng)度為 E2.2在S點(diǎn)，由牛頓第二定律得 qE2 mg m r桿轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)勢2BL2 22S做圓周運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)T,金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的范圍為:mgdqBL27mgdqBL2兩板間電場強(qiáng)度E22d聯(lián)立解得7mgd2qBL2綜上所述，要使兩球碰后的粘合體能從半圓軌道的最低點(diǎn)5.守恒定律是自然界中某種物理量的值恒定不變

11、的規(guī)律，它為我們解決許多實(shí)際問題提供了依據(jù).在物理學(xué)中這樣的守恒定律有很多，例如：電荷守恒定律、質(zhì)量守恒定律、能量 守恒定律等等.(1)根據(jù)電荷守恒定律可知：一段導(dǎo)體中通有恒定電流時(shí)，在相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體不同截面 的電荷量都是相同的.a.己知帶電粒子電荷量均為g,粒子定向移動(dòng)所形成的電流強(qiáng)度為，求在時(shí)間t內(nèi)通過某一截面的粒子數(shù) N.b.直線加速器是一種通過高壓電場使帶電粒子加速的裝置.帶電粒子從粒子源處持續(xù)發(fā)出，假定帶電粒子的初速度為零，加速過程中做的勻加速直線運(yùn)動(dòng).如圖l所示，在距粒子源11、12兩處分別取一小段長度相等的粒子流I ,已知11：12=1：4,這兩小段粒子流中所含的粒子數(shù)分別為

12、ni和n2,求：ni:n2.粒3于 H 一0叩二,1一1圖I(2)在實(shí)際生活中經(jīng)?？吹竭@種現(xiàn)象：適當(dāng)調(diào)整開關(guān)，可以看到從水龍頭中流出的水柱越來越細(xì)，如圖2所示，垂直于水柱的橫截面可視為圓.在水柱上取兩個(gè)橫截面A、B,經(jīng)過A、B的水流速度大小分別為 vi、V2； A、B直徑分別為di、d2,且di: d2=2:1.求：水流的 速度大小之比 Vi：V2.A 口B ti圖23(3)如圖3所示：一盛有水的大容器，其側(cè)面有一個(gè)水平的短細(xì)管，水能夠從細(xì)管中噴出； 容器中水面的面積 S遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)管內(nèi)的橫截面積及;重力加速度為g.假設(shè) 水不可壓縮，而且沒有粘滯性.a.推理說明：容器中液面下降的速度比細(xì)管中的水

13、流速度小很多，可以忽略不計(jì):h時(shí)，細(xì)管中的水流速度 V.設(shè)：水面下降速度為守恒或流量守恒，即:QIt一 ._.2.2.【答案】(i) a. N ； b. n ：2 2 :i; ( 2) vi :v2d2: dii: 4； ( 3) a.q qVi ,細(xì)管內(nèi)的水流速度為 V.按照水不可壓縮的條件，可知水的體積SM SV2,由SiS2,可得ViV2.所以：液體面下降的速度 Vi比細(xì)管中的水流速度可以忽略不計(jì).b. v 2gh【解析】【分析】【詳解】a.電流I Q , t電量Q Nq,Q It粒子數(shù)Nq qb.根據(jù)v J2ax,可知在距粒子源11、12兩處粒子的速度之比：Vi ：V2 1:2x極短長

14、度內(nèi)可認(rèn)為速度不變，根據(jù)V -，t得 11t 2:1根據(jù)電荷守恒，這兩段粒子流中所含粒子數(shù)之比：n1 : n2 2:1(2)根據(jù)能量守恒，相等時(shí)間通過任一截面的質(zhì)量相等，即水的質(zhì)量相等.也即：V-d2處處相等 4故這兩個(gè)截面處的水流的流速之比：vi : V2 d； : d； 1: 4(3) a.設(shè)：水面下降速度為 Vi ,細(xì)管內(nèi)的水流速度為 v.按照水不可壓縮的條件，可知水的體積守恒或流量守恒，即：SV1 SV2 TOC o 1-5 h z 由 Si&,可得：ViV2.所以液體面下降的速度 Vi比細(xì)管中的水流速度可以忽略不計(jì).b.根據(jù)能量守恒和機(jī)械能守恒定律分析可知：液面上質(zhì)量為m的薄層水的機(jī)

15、械能等于細(xì)管中質(zhì)量為m的小水柱的機(jī)械能.又根據(jù)上述推理：液面薄層水下降的速度V1忽略不計(jì)，即V1 0 .12設(shè)細(xì)官處為手勢面，所以有：0 mgh mv 0解得:v 2gh6.在圖所示的電路中，電源電壓 U恒定不變，當(dāng)S閉合時(shí)Ri消耗的電功率為9W,當(dāng)S斷 開時(shí)Ri消耗的電功率為 4W,求：(1)電阻R1與R2的比值是多大?S斷開時(shí)，電阻R2消耗的電功率是多少?Ri的電流之比是多少?S閉合與斷開時(shí)，流過電阻【答案】2 ： 1, 2W, 3 : 2【解析】 【分析】 【詳解】9W則:(1)當(dāng)S閉合時(shí)Ri消耗的電功率為9WRi則:當(dāng)S斷開時(shí)Ri消耗的電功率為 4WU 2P ()2R 4WRi R2解

16、得：R: & 2:1(2)S斷開時(shí)Ri和R串聯(lián)，根據(jù)公式P |2R,功率之比等于阻值之比，所以:R: P2 Ri: R22:1R2消耗的電功率:2WFT又因?yàn)镻 4W,所以，S斷開時(shí)，電阻(3)S閉合時(shí)：RiS斷開時(shí)：RiR2I所以： I .山師附中一研究性學(xué)習(xí)小組制作了一輛以蓄電池為驅(qū)動(dòng)能源的環(huán)保電動(dòng)汽車，其電池每 次充電僅需三至五個(gè)小時(shí)，蓄電量可讓小汽車一次性跑500m,汽車時(shí)速最高可達(dá) 10m/s,汽車總質(zhì)量為9kg.驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接接在蓄電池的兩極，且蓄電池的內(nèi)阻為 r=0.20 Q當(dāng)該汽 車在水平路面上以 v=2m/s的速度勻速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電流I=1.5A,電壓U = 3.0V

17、,內(nèi)電阻Rm=0.40 Q在此行駛狀態(tài)下(取g= 10 m/s2),求：(1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入的電功率P入；(2)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的熱功率P熱；(3)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的機(jī)械功率P機(jī)；(4)蓄電池的電動(dòng)勢 E.【答案】(1) 4.5W (2) 0.9W (3) 3.6W (4) 3.3V【解析】試題分析：根據(jù) P=UI求出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率；由P=I2r可求得熱功率；由輸入功率與熱功率的差值可求出機(jī)械功率；由閉合電路歐姆定律可求得電源的電動(dòng)勢(1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入的電功率：P入=IU=1.5X3.0W= 4.5W(2)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的熱功率：P熱=I2R= (1.5)2X 0.40W= 0.9W(3)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的機(jī)械功

18、率：P機(jī)=P入-P熱=3.6W(4)蓄電池的電動(dòng)勢： E=U+IR= (3.0+1.58 V=3.3V點(diǎn)睛：本題主要考查了功率的公式P=UI,以及機(jī)械功率的公式 P=Fv的應(yīng)用；要注意體會(huì)能量的轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系. 一根粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線 ，兩端加上恒定電壓 10 V時(shí)，通過金屬導(dǎo)線的電流為2 A,求：金屬導(dǎo)線電阻；金屬導(dǎo)線在10 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量【答案】(1) 5 (2) 200 J【解析】試題分析：根據(jù)歐姆定律和焦耳定律即可解題。(1)根據(jù)歐姆定律：R U 105 。I 2(2)產(chǎn)生的熱量為：Q I2Rt,代入數(shù)據(jù)得：Q 200J點(diǎn)睛：本題主要考查了歐姆定律和焦耳定律，此題為基礎(chǔ)題。.電源是通過

19、非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置，在不同的電源中，非靜 電力做功的本領(lǐng)也不相同，物理學(xué)中用電動(dòng)勢來表明電源的這種特性。(1)電動(dòng)勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功，如圖甲所示，如果移送電荷 q時(shí)非靜電力所做的功為 W,寫出電動(dòng)勢E1的表達(dá)式；(2)如圖乙所示，固定于水平面的U形金屬框架處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B ,金屬框兩平行導(dǎo)軌間距為L。金屬棒MN在外力的作用下，沿框架以速度V向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒始終垂直于兩平行導(dǎo)軌并接觸良好。已知電子的電荷 量為ea.在金屬棒產(chǎn)生電勢的過程中，請說明是什么力充當(dāng)非靜電力，求出這個(gè)非靜

20、電力產(chǎn)生的 電動(dòng)勢E2的表達(dá)式；b.展開你想象的翅膀，給出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型；在此基礎(chǔ)上，求出導(dǎo)線MN中金屬離子對一個(gè)自由電子沿導(dǎo)線長度方向的平均作用力f的表達(dá)式；(3)現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的 設(shè)備。它的基本原理如圖丙所示，上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空 室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。上圖為側(cè)視圖，下圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)。已知電子的電荷量為 e,電子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 r,因電流變化而產(chǎn)生的R磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化

21、率為 k (k為一te值)。求電子在圓形軌道中加速一周的過程中，感生電場對電子所做功 W及電子所受非靜電力 F的大小。(2)a.外力充當(dāng)非靜電力,E2 BLv ； b. f Bev WF kre 2【解析】 【詳解】(1)根據(jù)電動(dòng)勢的定義可知:Ei(2)a.在金屬棒產(chǎn)生電勢的過程中外力充當(dāng)非靜電力；由題意可知金屬棒在外力和安培力的 作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則：WFxBILvt=BLvqq It所以根據(jù)電動(dòng)勢的定義有：E2b.從微觀角度看，導(dǎo)線中的自由電子與金屬離子發(fā)生了碰撞，可以看做是安全彈性碰撞， 碰后自由電子損失動(dòng)能，損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。從整體上看，可以視為金屬離子對自 由電子整體運(yùn)動(dòng)的

22、平均阻力導(dǎo)致自由電子動(dòng)能的的損失。設(shè)導(dǎo)線MN的橫截面積為S,單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,自由電子沿導(dǎo)線長度方向運(yùn)動(dòng)的平均速度為ve,則導(dǎo)線MN內(nèi)的自由電子總數(shù)為：N nSL導(dǎo)線中的電流為：I neS在極短時(shí)間？t內(nèi)，導(dǎo)線內(nèi)所有自由電子克服金屬離子做功導(dǎo)致自由電子的動(dòng)能損失為:W損 N fve t從宏觀角度看，力 F對導(dǎo)線做功，而導(dǎo)線的速度不變，即導(dǎo)線的動(dòng)能不變，所以力 F的功 完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱。？t時(shí)間內(nèi)，力F做功：W Fv t又因?yàn)椋篧=W損即:Fv t N fVe t當(dāng)導(dǎo)線MN做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)外力等于安培力，即:FF安BIL聯(lián)立以上各式可解得:f Bev(3)據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)

23、電動(dòng)勢為:k r2E t加速一周感生電場對電子所做的功:設(shè)非靜電力為F,電子運(yùn)動(dòng)一周,W eE非靜電力做功為:keFS F根據(jù)電動(dòng)勢的定義:聯(lián)立解得:kre2答：(1)電動(dòng)勢Ei的表達(dá)式Ei(2)a.在金屬棒產(chǎn)生電勢的過程中,q外力充當(dāng)非靜電力；這個(gè)非靜電力產(chǎn)生的電動(dòng)勢E2 BLv ;b.導(dǎo)線MN中金屬離子對一個(gè)自由電子沿導(dǎo)線長度方向的平均作用力f Bev；(3)電子在圓形軌道中加速一周的過程中，感生電場對電子所做功W ke r2,電子所受非kre靜電力F 。210.導(dǎo)線中自由電子的定向移動(dòng)形成電流，電流可以從宏觀和微觀兩個(gè)角度來認(rèn)識(shí)。(1) 一段通電直導(dǎo)線的橫截面積為S,它的摩爾質(zhì)量為 M,

24、密度為P,阿伏伽德羅常數(shù)位NAO導(dǎo)線中每個(gè)帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)的速率為0,粒子的電荷量為 e,假設(shè)每個(gè)電子只提供一個(gè)自由電子。推導(dǎo)該導(dǎo)線中電流的表達(dá)式；如圖所示，電荷定向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力。按照這個(gè)思路，請你嘗試由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。(2)經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為金屬導(dǎo)體中恒定電場形成穩(wěn)恒電流。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力 的作用下，定向運(yùn)動(dòng)形成電流。自由電子在定向運(yùn)動(dòng)的過程中，不斷地與金屬離子發(fā)生碰 撞。碰撞后自由電子定向運(yùn)動(dòng)的速度變?yōu)榱悖瑢⒛芰哭D(zhuǎn)移給金屬離子，使得金屬離子的熱 運(yùn)動(dòng)更加劇烈，這就是焦耳熱產(chǎn)生原因。某金屬直導(dǎo)線電阻為 R,通過的電流

25、為I。請從宏觀和微觀相結(jié)合的角度，證明：在時(shí)間 內(nèi)導(dǎo)線中產(chǎn)生的焦耳熱為 Q=I2Rt (可設(shè)電子與離子兩次碰撞的時(shí)間間隔t0,碰撞時(shí)間忽略不計(jì)，其余需要的物理量可自設(shè))。XXKXXKX X TOC o 1-5 h z X憂XXx/TXxxlx kxxxx k JXK/X翼XKXxx xxxxxx【答案】(1)Na vSe見解析(2)見解析M【解析】【詳解】(1)金屬導(dǎo)線單位體積內(nèi)電子個(gè)數(shù)Na n M在時(shí)間t內(nèi)流過導(dǎo)線橫截面的帶電粒子數(shù)N= nvtS通過導(dǎo)線橫截面的總電荷量Q=Ne導(dǎo)線中電流Q1= 一t聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出Na vSeI= AM導(dǎo)線受安培力大小F 安=BL長L的導(dǎo)線內(nèi)總的帶電粒

26、子數(shù)N=nSLnNaMNa vSeI= aM電荷定向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力的矢量和，表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力，即Nf=F 安聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式f=evB(2)方法1：設(shè)金屬導(dǎo)體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導(dǎo)線中的電場強(qiáng)度UE= L設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n,則金屬導(dǎo)體中自由電子總數(shù)N nSL5則一次設(shè)自由電子的帶電量為 e,連續(xù)兩次碰撞時(shí)間間隔為電 定向移動(dòng)的平均速度為碰撞的能量轉(zhuǎn)移eE t0 Ek 0一個(gè)自由電子在時(shí)間t內(nèi)與金屬離子碰撞次數(shù)為 一 to金屬導(dǎo)體中在時(shí)間t內(nèi)全部自由電子與金屬離子碰撞，產(chǎn)生的焦耳熱Q N ； Ekt0又I neS u=ir聯(lián)立解

27、以上各式推導(dǎo)得2 Q I2Rt方法2:設(shè)金屬導(dǎo)體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導(dǎo)線中的電場強(qiáng)度UE=一L設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n,則金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)N nSL在純電阻電路中，電流做白功等于焦耳熱，即 Q=W電流做的功等于電功率乘時(shí)間W=Pt電功率等于電場力對長為L的導(dǎo)線中所有帶電粒子做功功率的總和P NF自由電子受的電場力F=Ee聯(lián)立解以上各式推導(dǎo)得I neS u=irQ I2RtRx國,所以電流表應(yīng)內(nèi)接.電路圖如圖所示.器選擇分壓式接法；由于Ra(2)R3R40.450.30 10 31.5031.00 101.79131.20 10故電阻的測量值為R 1500由于

28、R0150150015001491.7RiR2R2，R50.910.60 10 32.7131.80 10R4R510 ,從圖1中可以讀出B=0.9T1516.7 ,1505 ，1503( 15001503 都算正確.). 41.0T范圍內(nèi)，磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強(qiáng)度線性變化(或均勻變化)(4)磁場反向，磁敏電阻的阻值不變.【解析】(1)當(dāng)B= 0.6T時(shí)，磁敏電阻阻值約為 6X1500= 900Q,當(dāng)B=1.0T時(shí)，磁敏電阻阻值約為11X1500 1650a.由于滑動(dòng)變阻器全電阻 20比磁敏電阻的阻值小得多，故滑動(dòng)變阻方法一：根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以求得磁敏電阻的阻值分別為:方法二：作出表中的數(shù)據(jù)作

29、出UI圖象，圖象的斜率即為電阻(略).(3)在00.2T范圍，圖線為曲線，故磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強(qiáng)度非線性變化(或非均 勻變化)；在0.41.0T范圍內(nèi)，圖線為直線，故磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強(qiáng)度線性變化(或均勻變化)；(4)從圖3中可以看出，當(dāng)加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的磁場時(shí)，磁敏電阻的阻值 相等，故磁敏電阻的阻值與磁場方向無關(guān).本題以最新的科技成果為背景，考查了電學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力.從新 材料、新情景中舍棄無關(guān)因素，會(huì)看到這是一個(gè)考查伏安法測電阻的電路設(shè)計(jì)問題，及如 何根據(jù)測得的U、I值求電阻.第（3）、（4）問則考查考生思維的靈敏度和創(chuàng)新能力.總 之本題是一道以能

30、力立意為主，充分體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)的三維目標(biāo)，考查學(xué)生的創(chuàng)新能力、 獲取新知識(shí)的能力、建模能力的一道好題.如圖甲所示，發(fā)光竹蜻蜓是一種常見的兒童玩具，它在飛起時(shí)能夠發(fā)光.某同學(xué)對竹蜻蜓的電路作如下簡化：如圖乙所示，半徑為L的金屬圓環(huán)繞垂直于圓環(huán)平面、通過圓心O的金屬軸O1O2以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圓環(huán)上接有電阻均為r的三根導(dǎo)電輻條OP、0。OR,輻條互成120。角.在圓環(huán)內(nèi)，圓心角為 120。的扇形區(qū)域內(nèi)存在垂直圓環(huán)平面向下磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場，在轉(zhuǎn)軸 O1O2與圓環(huán)的邊緣之間通過電刷 M、N與一個(gè)計(jì)時(shí).（1）順磁感線方向看，圓盤繞LED燈（可看成二極管，發(fā)光時(shí)電阻為r）.圓環(huán)及其它電阻不計(jì)，

31、從輻條OP進(jìn)入磁場開始O1O2軸沿什么方向旋轉(zhuǎn)，才能使LED燈發(fā)光？在不改變玩具結(jié)構(gòu)的情況下，如何使 LED燈發(fā)光時(shí)更亮?（2）在輻條OP轉(zhuǎn)過60的過程中，求通過 LED燈的電流；（3）求圓環(huán)每旋轉(zhuǎn)一周，LED燈消耗的電能.BI 2B2I 4【答案】（1）逆時(shí)針；增大角速度（2）巴一（3）B-L一8r32 r【解析】 試題分析：（1）圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)過程，始終有一條導(dǎo)電輻條在切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，并 通過M.N和二極管構(gòu)成閉合回路.由于二極管的單向?qū)щ娦?，只有轉(zhuǎn)軸為正極，即產(chǎn)生指 向圓心的感應(yīng)電流時(shí)二極管才發(fā)光，根據(jù)右手定則判斷，圓盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).要使得LED燈發(fā)光時(shí)更亮，就要使感應(yīng)電動(dòng)勢變大，即

32、增大轉(zhuǎn)速增大角速度.12（2）導(dǎo)電輻條切割磁感線廣生感應(yīng)電動(dòng)勢E - BL22此時(shí)O點(diǎn)相當(dāng)于電源正極，P點(diǎn)為電源負(fù)極，電源內(nèi)阻為 r電源外部為二個(gè)導(dǎo)體輻條和二極管并聯(lián)，即外阻為 通過閉合回路的電流1臺(tái)帶入即得I4r3 3BL2流過二極管電流為-38rBL28r(3)轉(zhuǎn)動(dòng)過程始終有一個(gè)導(dǎo)電輻條在切割磁感線,所以經(jīng)過二極管的電流不變轉(zhuǎn)過一周所用時(shí)間T所以二極管消耗的電能 Q |2rTI 2(3)rTb2l432r考點(diǎn)：電磁感應(yīng)串并聯(lián)電路.如圖，在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，兩根足夠長的平行光滑金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi)，相距為 L. 一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道

33、上，與軌道接觸良好.軌道和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì).(1)如圖1,若軌道左端 MP間接一阻值為 R的電阻，導(dǎo)體棒在拉力 F的作用下以速度v 沿軌道做勻速運(yùn)動(dòng).請通過公式推導(dǎo)證明：在任意一段時(shí)間At內(nèi)，拉力F所做的功與電路獲取的電能相等.(2)如圖2,若軌道左端接一電動(dòng)勢為 E、內(nèi)阻為r的電源和一阻值未知的電阻.閉合開關(guān)S,導(dǎo)體棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后，導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度Vm,求此時(shí)電源的輸出功率.(3)如圖3,若軌道左端接一電容器，電容器的電容為C,導(dǎo)體棒在水平拉力的作用下從靜止開始向右運(yùn)動(dòng).電容器兩極板電勢差隨時(shí)間變化的圖象如圖4所示，已知t1時(shí)刻電容器兩極板間的電勢差為 Ui .求導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程中受到的水平拉力大小.【答案】（1）見解析（2） p EBLVmB L Vm （3） F =-能 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document r-【解析】試題分析：(1)導(dǎo)體棒切割磁感線 EBLy導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)- -E又一.一 =在任意一段時(shí)間 At內(nèi)，拉力F所做的功 甲=下&M電路獲取的電能- -可見，在任意一段時(shí)間 At內(nèi)，拉力F所做的功與電路獲取的電能相等.(2)導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度 Vm時(shí)，棒中沒有電流.電源的路端電壓口 亞鵬電源與電阻所在回路的電流r電源的輸