物理穩恒電流題20套(帶答案)一、穩恒電流專項訓練如圖10所示，P、Q為水平面內平行放置的光滑金屬長直導軌，相距為L1，處在豎直向下、磁感應強度大小為B1的勻強磁場中.一導體桿ef垂直于P、Q放在導軌上，在外力作用下向左做勻速直線運動.質量為m、每邊電阻均為r、邊長為L2的正方形金屬框abcd置于傾斜角9=30°的光滑絕緣斜面上(ad〃MN,bc〃FG,ab〃MG,dc〃FN)，兩頂點a、d通過細軟導線與導軌P、Q相連，磁感應強度大小為B2的勻強磁場垂直斜面向下，金屬框恰好處于靜止狀態.不計其余電阻和細導線對a、d點的作用力.(1)通過ad邊的電流Iad是多大？(2)導體桿ef的運動速度v是多大？3mg3mgr［答案］⑴8BL⑵8BBdL212【解析】試題分析：(1)設通過正方形金屬框的總電流為I，ab邊的電流為Iab，dc邊的電流為Idc，3八有Iab=4I①Idc=4i②金屬框受重力和安培力，處于靜止狀態，有mg=B2IabL2+B2IdcL2③3mg由①?③，解得Iab=4BJ|-④mg⑵由(1)可得|=bl⑤設導體桿切割磁感線產生的電動勢為E，有E=B1L1v⑥3—設ad、dc、cb三邊電阻串聯后與ab邊電阻并聯的總電阻為R，則R=4r⑦E根據閉合電路歐姆定律，有I=;⑧R3mgr由⑤?⑧，解得v=4BBLL⑨1212考點：受力分析，安培力，感應電動勢，歐姆定律等.

（1）用螺旋測微器測量金屬導線的直徑，其示數如圖所示，該金屬導線的直徑為mm.電池組E（電動勢3V，內阻不計）；（2電池組E（電動勢3V，內阻不計）；微安表PA（量程200四A，內阻約200Q）；電壓表V（量程3V，內阻約100）；電阻R。（阻值約20k0）；滑動變阻器R（最大阻值500，額定電流1A）；【答案】(1)1.880(1.878?1.882均正確)(2)（注意半刻度線是否漏出；可動刻度需要估讀）【解析】（1）首先讀出固定刻度1.5mm再讀出可動刻度38.0x0.01mm="0.380"mm金屬絲直徑為(1.5+0.380)mm="1.880"mm.（注意半刻度線是否漏出；可動刻度需要估讀）f—?-r

(2)描繪一個電阻的伏安特性曲線一般要求電壓要從0開始調節，因此要采用分壓電R一一R…路.由于丈=1°°，R=°?5，因此於表要采用內接法，其電路原理圖為連線時按照上圖中所標序號順序連接即可.如圖所示，已知電源電動勢E=20V,內阻r=lQ，當接入固定電阻R=3Q時，電路中標有“3V,6W”的燈泡L和內阻Rd=1Q的小型直流電動機D都恰能正常工作.試求：DL流過燈泡的電流固定電阻的發熱功率電動機輸出的機械功率【答案】(1)2A(2)7V(3)12W【解析】(1)接通電路后，小燈泡正常工作，由燈泡上的額定電壓U和額定功率P的數值可得流過燈泡的電流為：'=2A(2)根據熱功率公式“-；*■，可得固定電阻的發熱功率：''=12W(3)根據閉合電路歐姆定律，可知電動機兩端的電壓：?；'?-燈?:n/：=9V電動機消耗的功率：f；=「*=18W一部分是線圈內阻的發熱功率：七-"==4W另一部分轉換為機械功率輸出，^『出土-14W【點睛】(1)由燈泡正常發光，可以求出燈泡中的電流；(2)知道電阻中流過的電流，就可利用熱功率方程「''''■，求出熱功率；(3)電動機消耗的電功率有兩個去向：一部分是線圈內阻的發熱功率；另一部分轉化為機械功率輸出。四川省"十二五”水利發展規劃指出，若按現有供水能力測算，我省供水缺口極大，蓄引提水是目前解決供水問題的重要手段之一。某地要把河水抽高20m，進入蓄水池，用一臺電動機通過傳動效率為80%的皮帶，帶動效率為60%的離心水泵工作。工作電壓為380V，此時輸入電動機的電功率為19kW，電動機的內阻為0.4技!。已知水的密度為-二F-，重力加速度取10"：52。求電動機內阻消耗的熱功率；將蓄水池蓄入864，，：：的水需要的時間(不計進、出水口的水流速度)。【答案】(1)p=lX103W(2)t=2x1045【解析】試題分析：⑴設電動機的電功率為P，則p=ui設電動機內阻r上消耗的熱功率為Pr，則P=I2r代入數據解得P=1x103Wr⑵設蓄水總質量為M，所用抽水時間為t.已知抽水高度為h，容積為V，水的密度為P，則M=PV設質量為M的河水增加的重力勢能為%則AE=Mgh設電動機的輸出功率為P0，則P)=P—P?根據能量守恒定律得Ptx60%x80%=AE0p代入數據解得t=2x104s。考點：能量守恒定律、電功、電功率【名師點睛】根據電動機的功率和電壓求解出電流，再根據焦耳定律求解發熱功率；水增加的重力勢能等于消耗的電能(要考慮效率)，根據能量守恒定律列式求解；本題關鍵是根據能量守恒定律列方程求解，要熟悉電功率和熱功率的區別。如圖1所示，用電動勢為E、內阻為r的電源，向滑動變阻器R供電.改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化.(JJlIl」J——.以U為縱坐標，I為橫坐標，在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖，并說明UI圖像與兩坐標軸交點的物理意義.a.請在圖2畫好的U-I關系圖線上任取一點，畫出帶網格的圖形，以其面積表示此時電源的輸出功率；b.請推導該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件.請寫出電源電動勢定義式，并結合能量守恒定律證明：電源電動勢在數值上等于內、外電路電勢降落之和.【答案】(1)U-I圖象如圖所示：圖象與縱軸交點的坐標值為電源電動勢，與橫軸交點的坐標值為短路電流(2)a如圖所示：U(3)見解析【解析】(1)U-I圖像如圖所示，其中圖像與縱軸交點的坐標值為電源電動勢，與橫軸交點的坐標值為短路電流(2)a.如圖所示

,入，,—P=12R=(E)2R=Eb.電源輸出的電功率：R+rr2R+2r+—R當外電路電阻R當外電路電阻R=r時，電源輸出的電功率最大，為PE2max4r(3)電動勢定義式：E=一非靜電力q根據能量守恒定律，在圖1所示電路中，非靜電力做功W產生的電能等于在外電路和內電路產生的電熱，即W=12rt+12Rt=Irq+IRqE=Ir+IR=U內+U外本題答案是：(1本題答案是：(1)U-I圖像如圖所示，其中圖像與縱軸交點的坐標值為電源電動勢，與橫軸交點的坐標值為短路電流(2)a.如圖所示當外電路電阻R=r時，電源輸出的電功率最大，為P=—max4r(3)E=〃內+U外點睛：運用數學知識結合電路求出回路中最大輸出功率的表達式，并求出當R=r時，輸出功率最大.6.如圖所示，M為一線圈電阻Rm=0.5Q的電動機，R=8Q,電源電動勢E=10V.當S斷開時，電流表的示數I]=1A，當開關S閉合時，電流表的示數為I2=3A.求：電源內阻r；開關S斷開時，電阻R消耗的功率P.開關S閉合時，通過電動機M的電流大小IM,【答案】(1)20(2)8W(3)2.5A【解析】(1)當S斷開時，根據閉合電路歐姆定律：E=I(R+r)，10=1x(8+r)，r=2Q電阻R消耗的功率：P=12R=12X8W=8Wi路端電壓：U=E-12r=(10—3x2)V=4VR之路電流：1=了=河A=05ARR8電動機的電流：Im=I2—Ir~(3—0.5)A=2.5A點睛：當S斷開時，根據閉合電路歐姆定律求解電源的內阻.當開關S閉合時，已知電流表的示數，根據閉合電路歐姆定律求出路端電壓，由歐姆定律求出通過R的電流，得到通過電動機的電流.7.如圖所示的電路中，電阻7.如圖所示的電路中，電阻R1=60，R2=30.S斷開時，電流表示數為0.9A；S閉合時，電流表示數為0.8A，設電流表為理想電表，則電源電動勢E=V，內電阻r=0.【答案】E=5.76Vr=0.40【解析】根據閉合電路歐姆定律，兩種狀態，列兩個方程，組成方程組，就可求解.當S斷開時_一：.-+「(1)

當S閉合時E=I2R1+(12I—)r=I2R1+l'5lir!'■-(2)由(1).(2)式聯立，解得E=5.76Vr=0.4Q一交流電壓隨時間變化的圖象如圖所示.若用此交流電為一臺微電子控制的電熱水瓶供電，電熱水瓶恰能正常工作.加熱時的電功率P=880W,保溫時的電功率P'當S閉合時E=I2R1+-22WT卜-該交流電電壓的有效值U；電熱水瓶加熱時通過的電流/；.電熱水瓶保溫5h消耗的電能E.【答案】①220V②4A③3.6x105J【解析】①根據圖像可知，交流電電壓的最大值為：U=220應V,則該交流電電壓的有效值為：U=^m=220V；P880...電熱水瓶加熱時，由P=UI得：R大小、R發生斷路前R上的電壓、及R阻值各是多少？(R發生斷路時R上沒有132232電流)電源電動勢E和內電阻r各是多少？【答案】(1)1V10(2)10V；2Q=萬=A=4A電熱水瓶保溫5h消耗的電能為：W=Pt=20x5x3600J=R大小、R發生斷路前R上的電壓、及R阻值各是多少？(R發生斷路時R上沒有132232電流)電源電動勢E和內電阻r各是多少？【答案】(1)1V10(2)10V；2Q如圖所示，已知R3=3Q，理想電壓表讀數為3v，理想電流表讀數為2A，某時刻由于電路中R3發生斷路，電流表的讀數2.5A，%上的電壓為5v，求：【解析】試題分析：（1）R3斷開時電表讀數分別變為5v和2.5A可知R1=2歐R3斷開前R1上電壓U1=R1I=4VU1=U2+U3所以U=1V2U2：U3=R2：R3=1:3R=1Q2（2）R3斷開前總電流I「3AE=U1+I1rR3斷開后總電流I2=2.5AE=U2+I2r聯解方程￡=10Vr=2Q考點：閉合電路的歐姆定律【名師點睛】導線中自由電子的定向移動形成電流，電流可以從宏觀和微觀兩個角度來認識。（1）一段通電直導線的橫截面積為S，它的摩爾質量為M,密度為P，阿伏伽德羅常數位、。導線中每個帶電粒子定向運動的速率為"，粒子的電荷量為e，假設每個電子只提供一個自由電子。推導該導線中電流的表達式；如圖所示，電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現為導線所受的安培力。按照這個思路，請你嘗試由安培力的表達式推導出洛倫茲力的表達式。（2）經典物理學認為金屬導體中恒定電場形成穩恒電流。金屬導體中的自由電子在電場力的作用下，定向運動形成電流。自由電子在定向運動的過程中，不斷地與金屬離子發生碰撞。碰撞后自由電子定向運動的速度變為零，將能量轉移給金屬離子，使得金屬離子的熱運動更加劇烈，這就是焦耳熱產生原因。某金屬直導線電阻為R，通過的電流為/。請從宏觀和微觀相結合的角度，證明：在時間t內導線中產生的焦耳熱為Q=/2Rt（可設電子與離子兩次碰撞的時間間隔t0,碰撞時間忽略不計，其余需要的物理量可自設）。XXXXXXXa廠Wx五it~nf[8AWS\klxxxxxIscIm\65IJxxxxxxxK【答案】（1）①^^②見解析（2）見解析M【解析】【詳解】

①金屬導線單位體積內電子個數在時間t內流過導線橫截面的帶電粒子數N=nvtSQ=NeF次L。通過導線橫截面的總電荷量導線中電流聯立以上三式可以推導出②導線受安培力大小長LQ=NeF次L。聯立以上三式可以推導出洛倫茲力的表達式f=evB方法1：設金屬導體長為L，橫截面積為S，兩端電壓為U，導線中的電場強度UE=-L設金屬導體中單位體積中的自由電子數為n，則金屬導體中自由電子總數N=nSL設自由電子的帶電量為e，連續兩次碰撞時間間隔為t0，定向移動的平均速度為u，則一次碰撞的能量轉移eEot0=氣-0t一個自由電子在時間t內與金屬離子碰撞次數為廠0金屬導體中在時間t內全部自由電子與金屬離子碰撞，產生的焦耳熱I=neSU=IR聯立解以上各式推導得Q=12Rt方法2：設金屬導體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導線中的電場強度UE=-L設金屬導體中單位體積中的自由電子數為〃，則金屬導體中自由電子數N=nSL在純電阻電路中，電流做的功等于焦耳熱，即Q=W電流做的功等于電功率乘時間W=Pt電功率等于電場力對長為L的導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又I=neSou=IR聯立解以上各式推導得Q=12Rt11.如圖所示，電源電動勢E=50V,內阻r=1Q,R1=3Q,R2=6Q.間距d=0.2m的兩平行金屬板M、N水平放置，閉合開關S,板間電場視為勻強電場.板間豎直放置一根長也為d的光滑絕緣細桿AB,有一個穿過細桿的帶電小球p,質量為m=0.01kg、帶電量大小為q=1x10-3C(可視為點電荷，不影響電場的分布).現調節滑動變阻器R,使小球恰能靜止在A處；然后再閉合K,待電場重新穩定后釋放小球p.取重力加速度g=10m/s2.求：小球的電性質和恰能靜止時兩極板間的電壓;小球恰能靜止時滑動變阻器接入電路的阻值;小球p到達桿的中點O時的速度.【答案】(1)U=20V(2)Rx=8Q(3)v=1.05m/s【解析】

【分析】【詳解】⑴小球帶負電;恰能靜止應滿足：mg-Eq=UqU=蛆=°.01x10X0.2y=20Vq1x10-3(2)小球恰能靜止時滑動變阻器接入電路的阻值為Rx,由電路電壓關系:EUR+R2+rR2代入數據求得Rx=8Q閉合電鍵K后，設電場穩定時的電壓為U',由電路電壓關系:EU'R+R2+rR2100代入數據求得U'=了iV由動能定理:mgd—1Uq=1mv2AAA代入數據求得v=1.05m/s【點睛】本題為電路與電場結合的題目，要求學生能正確掌握電容器的規律及電路的相關知識，能明確極板間的電壓等于與之并聯的電阻兩端的電壓.材料的電阻隨磁場的增強而增大的現象稱為磁阻效應，利用這種效應可以測量磁感應強度.如圖所示為某磁敏電阻在室溫下的電阻一磁感應強度特性曲線，其中Rb.R0分別表示有、無磁場時磁敏電阻的阻值.為了測量磁感應強度B,需先測量磁敏電阻處于磁場中的電阻值Rb.請按要求完成下列實驗.的電阻值Rb.請按要求完成下列實驗.設計一個可以測量磁場中該磁敏電阻阻值的電路，并在圖中的虛線框內畫出實驗電路原理圖(磁敏電阻及所處磁場已給出，待測磁場磁感應強度大小約為0.6~1.0T，不考慮磁場對電路其他部分的影響).要求誤差較小.提供的器材如下:A.磁敏電阻，無磁場時阻值R0=150QB.滑動變阻器R，總電阻約為20Q電流表A,量程2.5mA,內阻約30Q電壓表V,量程3V,內阻約3kQ直流電源E,電動勢3V,內阻不計F.開關S,導線若干⑵正確接線后，將磁敏電阻置入待測磁場中，測量數據如下表:123456U(V)0.000.450.911.501.792.71/(mA)0.000.300.601.001.201.80根據上表可求出磁敏電阻的測量值Rb=Q.結合題圖可知待測磁場的磁感應強度B=T.⑶試結合題圖簡要回答，磁感應強度B在0~0.2T和0.4~1.0T范圍內磁敏電阻阻值的變化規律有何不同？.（4）某同學在查閱相關資料時看到了圖所示的磁敏電阻在一定溫度下的電阻一磁感應強度特性曲線（關于縱軸對稱），由圖線可以得到什么結論？【答案】（1）見解析圖（2）1500；0.90（3）在0?0.2T范圍內，磁敏電阻的阻值隨磁感應強度非線性變化（或不均勻變化）；在如圖甲所示，一正方形線框邊長為L=0.3m，匝數為n=10匝，放置在勻強磁場中，ab邊與磁場邊界MN重疊，線框內阻為r=2Q,與R=10Q的外電阻形成一閉合回路。若以垂直紙面向里為磁場的正方向，勻強磁場的磁感應強度B隨時間t按如圖乙所示規律周期性變化（圖中只畫出兩個周期）求從t=0時刻開始經過3分鐘電阻產生的熱量。【答案】324J【解析】【詳解】在0~0.1s內：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內：E=n~A^=10x0ix0.32V=3.6V；I=r2=0.3A在0~0.3內發熱量為Q=12Rt+12Rt=0.54J1122-1803min總熱量為Q總=扃x0.54J=324J如圖所示，兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距L,導軌平面與水平面夾角為a,導軌電阻不計，磁感應強度為B的勻強磁場垂直導軌平面斜向上，長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌接觸良好，金屬棒的質量為m、電阻為R.兩金屬導軌的上端連接右側電路，電路中R2為一電阻箱，已知燈泡的電阻Rl=4R，定值電阻R1=2R，調節電阻箱使R2=12R，重力加速度為g，閉合開關S，現將金屬棒由靜止釋放，求：金屬棒下滑的最大速度vm；當金屬棒下滑距離為s0時速度恰好達到最大，則金屬棒由靜止下滑2s0的過程中，整個電路產生的電熱；改變電阻箱R2的值，當R2為何值時，金屬棒達到勻速下滑時R2消耗的功率最大.6mgRsina18m3g2R2sin2以【答案】(1)七=一Bl—⑵Q=2mgs0sina-——B-⑶R2