高中物理稳恒电流技巧小结及练习题及解析

高中物理稳恒电流技巧小结及练习题及解析
一、稳恒电流专项训练
1．如图，ab 和cd 是两条竖直放置的长直光滑金属导轨，MN 和M′N′是两根用细线连接的金属杆，其质量分别为m 和2m.竖直向上的外力F 作用在杆MN 上，使两杆水平静止，并刚好与导轨接触；两杆的总电阻为R ，导轨间距为l.整个装置处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直．导轨电阻可忽略，重力加速度为g.在t ＝0时刻将细线烧断，保持F 不变，金属杆和导轨始终接触良好．求：
(1)细线烧断后，任意时刻两杆运动的速度之比； (2)两杆分别达到的最大速度． 【答案】（1）1221v v = （2）12243mgR v B l = ；22223mgR v B l
= 【解析】 【分析】
细线烧断前对MN 和M'N'受力分析，得出竖直向上的外力F=3mg ，细线烧断后对MN 和M'N'受力分析，根据动量守恒求出任意时刻两杆运动的速度之比．分析MN 和M'N'的运动过程，找出两杆分别达到最大速度的特点，并求出． 【详解】
解：（1）细线烧断前对MN 和M'N'受力分析，由于两杆水平静止，得出竖直向上的外力F=3mg ．设某时刻MN 和M'N'速度分别为v 1、v 2． 根据MN 和M'N'动量守恒得出：mv 1﹣2mv 2=0 解得：
1
2
2v v =： ① （2）细线烧断后，MN 向上做加速运动，M'N'向下做加速运动，由于速度增加，感应电动势增加，MN 和M'N'所受安培力增加，所以加速度在减小．当MN 和M'N'的加速度减为零时，速度最大．对M'N'受力平衡：BIl=2mg②，E
I R
=③，E=Blv 1+Blv 2 ④ 由①﹣﹣④得：12243mgR v B l =、2
22
23mgR
v B l = 【点睛】
能够分析物体的受力情况，运用动量守恒求出两个物体速度关系．在直线运动中，速度最大值一般出现在加速度为0的时刻．
2．在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”试验中，为了探究3根材料未知，横截面积
均为S =0.20mm 2的金属丝a 、b 、c 的电阻率，采用如图所示的实验电路．M 为金属丝c 的左端点，O 为金属丝a 的右端点，P 是金属丝上可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I =1.25A ，电压表读数U 随OP 间距离x 的变化如下表：
x /mm
600 700 800 900 1000 1200
1400
1600
1800
2000
2100
2200
2300
2400
U/V
3.95
4.50
5.10
5.90
6.50
6.65
6.82
6.93
7.02
7.15
7.85
8.50
9.05
9.75
⑴绘出电压表读数U 随OP 间距离x 变化的图线； ⑵求出金属丝的电阻率ρ，并进行比
较．
【答案】（1）如图所示； （2）电阻率的允许范围：
a ρ：60.9610m -⨯Ω⋅~61.1010m -⨯Ω⋅
b ρ：68.510m -⨯Ω⋅~71.1010m -⨯Ω⋅
c ρ：60.9610m -⨯Ω⋅~61.1010m -⨯Ω⋅
通过计算可知，金属丝a 与c 电阻率相同，远大于金属丝b 的电阻率． 【解析】
（1）以OP 间距离x 为横轴，以电压表读数U 为纵轴，描点、连线绘出电压表读数U 随OP 间距离x 变化的图线． （2）根据电阻定律l R S ρ
=可得S U S R l I l
ρ=⋅=⋅．
66
3
(6.5 3.9)0.2010 1.04101.25(1000600)10a m m ρ----⨯⨯=Ω⋅=⨯Ω⋅⨯-⨯ 67
3
(7.1 6.5)0.20109.6101.25(20001000)10b m m ρ----⨯⨯=Ω⋅=⨯Ω⋅⨯-⨯ 66
3
(9.77.1)0.2010 1.04101.25(24002000)10
c m m ρ----⨯⨯=Ω⋅=⨯Ω⋅⨯-⨯ 通过计算可知，金属丝a 与c 电阻率相同，远大于金属丝b 的电阻率．
3．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
3310kg m =⨯．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26
0410W P =⨯，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）3
1.510W P =⨯电
（2）/0.045f mg = （3）2101m S = 【解析】
试题分析：⑴3
1.510W P IU 电==⨯
⑵0.9P P Fv fv 电机===0.9/f P v =电/0.045f mg =
⑶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
204πS r =
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
00
P S P S '= 设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P ， 所以()130%P P =-'
由于15%P P =电，所以电池板的最小面积()00
130%P S
P S =-
22000
4π101?m 0.70.150.7r P PS S P P ===⨯电
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
4．超导现象是20世纪人类重大发现之一，日前我国己研制出世界传输电流最大的高温超导电缆并成功示范运行．
（l ）超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零，这种性质可以通过实验研究．将一个闭合超导金属圈环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圈环平面向上，逐渐降低温度使环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场，若此后环中的电流不随时间变化．则表明其电阻为零．请指出自上往下看环中电流方向，并说明理由．
（2）为探究该圆环在超导状态的电阻率上限
ρ，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I ，并经一年以上的时间t 未检测出电流变化．实际上仪器只能检测出大于△I 的电流变化，其中△I＜＜I ，当电流的变化小于△I 时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电流没有变化．设环的横截面积为S ，环中定向移动电子的平均速率为v ，电子质量为m 、电荷量为e ．试用上述给出的各物理量，推导出ρ的表达式．
（3）若仍使用上述测量仪器，实验持续时间依旧为t ．为使实验获得的该圆环在超导状态的电阻率上限ρ的准确程度更高，请提出你的建议，并简要说明实现方法． 【答案】（1）见解析 （2）（3）见解析
【解析】
（1）逆时针方向。

原磁场磁感线垂直于圆环平面向上，当撤去磁场瞬间，环所围面积的原磁通量突变为零，由楞次定律可知，环中感应电流的磁场方向应与原磁场方向相同，即向上。

由右手螺旋定则可知，环中电流的方向是沿逆时针方向。

（2）设圆环周长为、电阻为R ，由电阻定律得
由于有电阻，所以圆环在传导电流过程中，电流做功，把电能全部转化为内能。

设t 时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为，由焦耳定律得
因电流是圆环中电荷的定向移动形成的，故可设环中单位体积内定向移动电子数为n ，由
电流强度的定义得：
因式中n 、e 、S 不变，所以只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化。

电流变化大小取时，相应定向移动电子的平均速率变化的大小为
，则
在t 时间内单个电子在环中定向移动时减小的动能为：
圆环中总电子为
设环中定向移动电子减少的动能总和为
，则
由于
，可得
根据能量守恒定律，得 联立上述各式，得
（3）由
看出，在题设条件限制下，适当增大超导电流，可以使实验获得的准
确程度更高，通过增大穿过该环的磁通量变化率可实现增大超导电流。

此题易错点：分析能量的转换关系以及微观量与宏观量关系时出错。

【考点定位】本题考查楞次定律、电阻定律、电流强度和能量转换等知识，是一道电磁学联系实际的综合问题，意在考查考生灵活应用物理知识解决实际问题的能力。

5．如图所示，M 为一线圈电阻R M =0.5Ω的电动机，R=8Ω，电源电动势E=10V ．当S 断开时，电流表的示数I 1=1A ，当开关S 闭合时，电流表的示数为I 2=3A ． 求：
（1）电源内阻r ；
（2）开关S 断开时，电阻R 消耗的功率P ． （3）开关S 闭合时，通过电动机M 的电流大小I M ． 【答案】（1）2Ω （2）8W （3） 2.5A
【解析】（1）当S 断开时，根据闭合电路欧姆定律： ()1E I R r =+， ()1018r =⨯+， r=2Ω；
电阻R 消耗的功率： 22
1188P I R W W ==⨯=
路端电压： ()210324U E I r V V =-=-⨯= R 之路电流： 4
0.58
R U I A A R =
== 电动机的电流： ()230.5 2.5M R I I I A A =-=-=
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．
6．如图所示，固定的水平金属导轨间距L=2 m．处在磁感应强度B=4×l0-2 T的竖直向上的匀强磁场中，导体棒MN垂直导轨放置，并始终处于静止状态．已知电源的电动势E=6 V，内电阻r=0.5 Ω，电阻R=4.5 Ω，其他电阻忽略不计．闭合开关S，待电流稳定后，试求：（1）导体棒中的电流；
（2）导体棒受到的安培力的大小和方向．
【答案】（1）1.2 A；（2）0.096 N，方向沿导轨水平向左
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由闭合电路欧姆定律可得：
I=
6
4.50.5
E
A
R r
=
++
=1.2A
(2)安培力的大小为：
F=BIL=0.04×1.2×2N=0.096N
安培力方向为沿导轨水平向左
7．如图所示的电路中，电阻R1＝6 Ω，R2＝3 Ω.S断开时，电流表示数为0.9 A；S闭合时，电流表示数为0.8 A，设电流表为理想电表，则电源电动势E＝________V，内电阻r＝
________Ω.
【答案】E=5.76V r=0.4Ω
【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
（1）
当S闭合时
（2）
由（1）、（2）式联立，解得
E=5.76V
r=0.4Ω
8．如图所示，已知R3＝3Ω，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，R1上的电压为5v，求：
（1）R1大小、R3发生断路前R2上的电压、及R2阻值各是多少？（R3发生断路时R2上没有电流）
（2）电源电动势E和内电阻r各是多少？
【答案】（1）1V 1Ω（2）10 V ；2Ω
【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=4V
U1= U2 + U3
所以 U2=1V
U2：U3 = R2：R3 =1:3
R2=1Ω
（2）R3断开前总电流I1=3A
E = U1 + I1r
R3断开后总电流I2=2．5A
E = U2 + I2r
联解方程E= 10 V r=2Ω
考点：闭合电路的欧姆定律
【名师点睛】
9．如图所示，电源电动势E＝27 V，内阻r＝2 Ω，固定电阻R2＝4 Ω，R1为光敏电阻．C为平行板电容器，其电容C＝3pF，虚线到两极板距离相等，极板长L＝0.2 m，间距
d＝1.0×10－2 m．P为一圆盘，由形状相同透光率不同的二个扇形a、b构成，它可绕AA′轴转动．当细光束通过扇形a、b照射光敏电阻R1时，R1的阻值分别为12 Ω、3 Ω.有带电量为q＝－1.0×10－4 C微粒沿图中虚线以速度v0＝10 m/s连续射入C的电场中．假设照在R1上的光强发生变化时R1阻值立即有相应的改变．重力加速度为g＝10 m/s2.
(1)求细光束通过a 照射到R 1上时，电容器所带的电量；
(2)细光束通过a 照射到R 1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，求细光束通过b 照射到R 1上时带电微粒能否从C 的电场中射出．
【答案】（1）11
1.810C Q -=⨯（2）带电粒子能从C 的电场中射出
【解析】 【分析】
由闭合电路欧姆定律求出电路中电流，再由欧姆定律求出电容器的电压，即可由Q=CU 求其电量；细光束通过a 照射到R 1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，电场力与重力二力平衡．细光束通过b 照射到R 1上时，根据牛顿第二定律求粒子的加速度，由类平抛运动分位移规律分析微粒能否从C 的电场中射出． 【详解】
（1）由闭合电路欧姆定律，得1227
1.5A 1242
E I R R r =
==++++
又电容器板间电压22C U U IR ==，得U C =6V 设电容器的电量为Q ，则Q=CU C 解得11
1.810
C Q -=⨯
（2）细光束通过a 照射时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，则有C
U mg q
d
= 解得2
0.610m kg -=⨯
细光束通过b 照射时，同理可得12C U V '=
由牛顿第二定律，得C U q mg ma d
'
-= 解得210m/s a =
微粒做类平抛运动，得212y at =， 0
l t v =
解得2
0.210m 2
d
y -=⨯<， 所以带电粒子能从C 的电场中射出． 【点睛】
本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动，解题的关键是明确带电粒子的受力情况，判断其运动情况，对于类平抛运动，要掌握分运动的规律并能熟练运用．
10．如图所示，电源电动势E=50V ，内阻r=1Ω， R1=3Ω，R2=6Ω．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=1×10-3C （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：
（1）小球的电性质和恰能静止时两极板间的电压； （2）小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值； （3）小球p 到达杆的中点O 时的速度． 【答案】(1)U =20V (2)R x =8Ω (3)v =1.05m/s 【解析】 【分析】 【详解】 (1)小球带负电；
恰能静止应满足：U mg Eq q d
==
30.01100.2
20110
mgd U V V q -⨯⨯=
==⨯ (2)小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值为R x ，由电路电压关系:
22
x E U
R R r R =++
代入数据求得R x =8Ω
(3)闭合电键K 后，设电场稳定时的电压为U'，由电路电压关系:
1212
'
x E U R R r R =++
代入数据求得U'=100
11
V 由动能定理:211
222
d mg
U q mv ='- 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．
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η＝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F f ＝kmgv ，其中g 取10m/s 2，k ＝5.0×10﹣3s•m ﹣1．求：
（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P 0＝4×1026W ，太阳到地球的距离r ＝1.5×1011m ，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%．则此设想所需的太阳能电池板的最小面积。

【答案】（1）2h ， 1.44Ω。

（2
）。

（3）101m 2 【解析】 【详解】
（1）根据公式：P ＝IU ，I ＝5A ，再根据电池容量可得：t Q
I
==2h 。

P 热＝P 电﹣80%P ＝I 2r 解得内阻为：r ＝1.44Ω。

（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＝kmgv m 而 F 牵m
P v η=
电
，
联立代入数据可得：v m ＝
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：
()02
130%15%4P S r
π-⋅⋅=P
电
解得所需的太阳能电池板的最小面积为：
S 20
370%15%r P P 电
π=⋅。

代入数据解得：S ≈101m 2。

12．麦克斯韦的电磁场理论告诉我们：变化的磁场产生感生电场，该感生电场是涡旋电场；变化的电场也可以产生感生磁场，该感生磁场是涡旋磁场．
（1）如图所示，在半径为r 的虚线边界内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小随时间的变化关系为B =kt （k >0且为常量）．将一半径也为r 的细金属圆环（图中未画出）与虚线边界同心放置．
①求金属圆环内产生的感生电动势ε的大小．
②变化的磁场产生的涡旋电场存在于磁场内外的广阔空间中，在与磁场垂直的平面内其电场线是一系列同心圆，如图中的实线所示，圆心与磁场区域的中心重合．在同一圆周上，涡旋电场的电场强度大小处处相等．使得金属圆环内产生感生电动势的非静电力是涡旋电
场对自由电荷的作用力，这个力称为涡旋电场力，其与电场强度的关系和静电力与电场强度的关系相同．请推导金属圆环位置的涡旋电场的场强大小E 感．
（2）如图所示，在半径为r 的虚线边界内有一垂直于纸面向里的匀强电场，电场强度大小随时间的变化关系为E =ρt （ρ>0且为常量）．
①我们把穿过某个面的磁感线条数称为穿过此面的磁通量，同样地，我们可以把穿过某个面的电场线条数称为穿过此面的电通量．电场强度发生变化时，对应面积内的电通量也会发生变化，该变化的电场必然会产生磁场．小明同学猜想求解该磁场的磁感应强度B 感的方法可以类比（1）中求解E 感的方法．若小明同学的猜想成立，请推导B 感在距离电场中心为a （a <r ）处的表达式，并求出在距离电场中心
2
r
和2r 处的磁感应强度的比值B 感1：B 感2
．
②小红同学对上问通过类比得到的B 感的表达式提出质疑，请你用学过的知识判断B 感的表达式是否正确，并给出合理的理由． 【答案】（1）①2k r π ②kr
2
；（2）①1:1②不正确. 【解析】 【分析】
（1）①根据法拉第电磁感应定律求解金属圆环内产生的感生电动势ε的大小．②在金属圆环内，求解非静电力对带电量为-q 的自由电荷所做的功，求解电动势，从而求解感应电场强度；（2）①类比（1）中求解E 感的过程求解 两处的磁感应强度的比值；②通过量纲分析表达式的正误. 【详解】
（1）①根据法拉第电磁感应定律得
()2B S B S k r t t t
επ∆⋅∆Φ∆====∆∆∆
②在金属圆环内，非静电力对带电量为-q 的自由电荷所做的功W 非=qE 感·2πr 根据电动势的定义W q
非ε=
解得感生电场的场强大小22
kr
E r t π∆Φ=
=∆感 （2）①类比（1）中求解E 感的过程，在半径为R 处的磁感应强度为2e
B R t
π∆Φ=
∆感
在R=a 时，2
e E a πΦ=，解得2
a
B ρ=
感
在R=2r
时， 2
12e r E π⎛⎫Φ= ⎪⎝⎭
，解得14r B ρ=感 将R=2r 时， 2
2e E r πΦ=，解得24
r
B ρ=
感
所以
121
1
B B =感感 ② 上问中通过类比得到的B 感的表达式不正确；
因为通过量纲分析我们知道：用基本物理量的国际单位表示2e
B R t
π∆Φ=
∆感的导出单位为
2
4
kg m A s
⋅⋅ ；又因为F B IL =，用基本物理量的国际单位表示F B IL =的导出单位为2kg
A s ⋅．可见，通过类比得到的
B 感的单位是不正确的，所以2e B R t π∆Φ=
∆感的表达式不正确． 【点睛】
考查电磁学综合运用的内容，掌握法拉第电磁感应定律、电场强度和磁感应强度的应用，会用类比法解决问题以及用物理量的量纲判断表达式的正误．
13．为了检查双线电缆CE 、FD 中的一根导线由于绝缘皮损坏而通地的某处，可以使用如图所示电路。

用导线将AC 、BD 、EF 连接，AB 为一粗细均匀的长L AB =100厘米的电阻丝，接触器H 可以在AB 上滑动。

当K 1闭合移动接触器，如果当接触器H 和B 端距离L 1=41厘米时，电流表G 中没有电流通过。

试求电缆损坏处离检查地点的距离（即图中DP 的长度X ）。

其中电缆CE=DF=L=7．8千米，AC 、BD 和EF 段的电阻略去不计。

【答案】6.396km 【解析】
【试题分析】由图得出等效电路图，再根据串并联电路规律及电阻定律进行分析，联立可求得电缆损坏处离检查地点的距离．
等效电路图如图所示：
电流表示数为零，则点H和点P的电势相等。

由得，
则
又
由以上各式得：X=6.396km
【点睛】本题难点在于能否正确作出等效电路图，并明确表头电流为零的意义是两端的电势相等．
14．如图甲所示，表面绝缘、倾角θ=30°的斜面固定在水平地面上，斜面所在空间有一宽度D=0.40m的匀强磁场区域，其边界与斜面底边平行，磁场方向垂直斜面向上．一个质量m=0.10kg、总电阻R=0.25W的单匝矩形金属框abcd，放在斜面的底端，其中ab边与斜面底边重合，ab边长L=0.50m．从t=0时刻开始，线框在垂直cd边沿斜面向上大小恒定的拉力作用下，从静止开始运动，当线框的ab边离开磁场区域时撤去拉力，线框继续向上运动，线框向上运动过程中速度与时间的关系如图乙所示．已知线框在整个运动过程中始终
未脱离斜面，且保持ab边与斜面底边平行，线框与斜面之间的动摩擦因数，重力加速度g取10 m/s2．求：
（1）线框受到的拉力F的大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小；
（3）线框在斜面上运动的过程中产生的焦耳热Q．
【答案】（1）F="1.5" N（2）（3）
【解析】
试题分析：（1）由v-t 图象可知，在0～0.4s 时间内线框做匀加速直线运动，进入磁场时的速度为v 1=2.0m/s ，所以：
………………①
………………②
联解①②代入数据得： F="1.5" N ………………③
（2）由v-t 图象可知，线框进入磁场区域后以速度v 1做匀速直线运动，由法拉第电磁感应定律和欧姆定律有：E=BLv 1…④ 由欧姆定律得：
…⑤
对于线框匀速运动的过程，由力的平衡条件有：…⑥
联解④⑤⑥代入数据得：
…⑦
（3）由v-t 图象可知，线框进入磁场区域后做匀速直线运动，并以速度v 1匀速穿出磁场，说明线框的宽度等于磁场的宽度，即为：⑧
线框在减速为零时，有：
所以线框不会下滑，设线框穿过磁场的时间为t ，则：
…⑨
…⑩
联解④⑤⑥代人数据得： (11)
考点：导体切割磁感线时的感应电动势；力的合成与分解的运用；共点力平衡的条件及其
应用；闭合电路的欧姆定律．
15．如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN 、PQ 相距为1L =m ，导轨平面与水平面夹角30α=︒，导轨电阻不计，磁感应强度为12T B =的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为1L =m 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12m =kg 、电阻为11R =Ω，两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为0.5d =m ，定值电阻为
23R =Ω，现闭合开关S 并将金属棒由静止释放，取10g =m/s 2，求：
（1）金属棒下滑的最大速度为多大？
（2）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率υ为多少？
（3）当金属棒稳定下滑时，在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场
，在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为4
110q -=-⨯kg 、所带电荷
量为
C 的液滴以初速度υ水平向左射入两板间，该液滴可视为质点，要使带
电粒子能从金属板间射出，初速度υ应满足什么条件？ 【答案】（1）10m/s （2）100W （3）v≤0.25m/s 或v≥0.5m/s
【解析】试题分析：（1）当金属棒匀速下滑时速度最大，设最大速度v m ，则有
1sin m g F α=安
F 安=B 1IL
112
m
B Lv I R R =
+
所以()
11222
1sin m m g R R v B L α+=
代入数据解得：v m =10m/s
(2)金属棒匀速下滑时，动能不变，重力势能减小，此过程中重力势能转化为电能，重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m 1gsinαv m =100W (或)
（3）金属棒下滑稳定时，两板间电压U=IR 2=15V 因为液滴在两板间有2U
m g q
d
=所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动 当液滴恰从上板左端边缘射出时： 21
12m v r d B q
== 所以v 1=0.5m/s 当液滴恰从上板右侧边缘射出时： 22
222m v d r B q
=
= 所以v 2=0.25m/s 初速度v 应满足的条件是：v≤0.25m/s 或v≥0.5m/s
考点：法拉第电磁感应定律；物体的平衡；带电粒子在匀强磁场中的运动.
视频。