高考物理易错题专题三物理稳恒电流(含解析)含解析

高考物理易错题专题三物理稳恒电流(含解析)含解析
一、稳恒电流专项训练
1．要描绘某电学元件（最大电流不超过６mＡ，最大电压不超过７Ｖ）的伏安特性曲线，设计电路如图，图中定值电阻Ｒ为１ＫΩ，用于限流；电流表量程为１０mＡ，内阻约为５Ω；电压表（未画出）量程为１０Ｖ，内阻约为１０ＫΩ；电源电动势Ｅ为１２Ｖ，内阻不计。

（１）实验时有两个滑动变阻器可供选择：
a、阻值０到２００Ω，额定电流
b、阻值０到２０Ω，额定电流
本实验应选的滑动变阻器是（填“a”或“b”）
（２）正确接线后，测得数据如下表
１２３４５６７８９１０Ｕ（Ｖ）０.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40
0.000.000.000.060.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50Ｉ（m
Ａ）
a）根据以上数据，电压表是并联在Ｍ与之间的（填“Ｏ”或“Ｐ”）
b）画出待测元件两端电压ＵＭＯ随ＭＮ间电压ＵＭＮ变化的示意图为（无需数值）
【答案】(1) a
(2) a) P
b）
【解析】（1）选择分压滑动变阻器时，要尽量选择电阻较小的，测量时电压变化影响小，但要保证仪器的安全。

B电阻的额定电流为，加在它上面的最大电压为10V，所以仪器不能正常使用，而选择a。

（2）电压表并联在M与P之间。

因为电压表加电压后一定有电流通过，但这时没有电流流过电流表，所以电流表不测量电压表的电流，这样电压表应该接在P点。

视频
2．（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．
（2）用下列器材装成描绘电阻0R伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路．微安表μA（量程200μA，内阻约200Ω）；
电压表V（量程3V，内阻约10Ω）；
电阻0R（阻值约20 kΩ）；
滑动变阻器R（最大阻值50Ω，额定电流1 A）；
电池组E（电动势3V，内阻不计）；
开关S及导线若干．
【答案】（1）1.880（1.878～1.882均正确）
（2）
【解析】
（1）首先读出固定刻度1.5 mm
再读出可动刻度38. 0×0. 01 mm="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）
（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
路．由于0V
A 0
100,0.5R R R R ==，因此μA 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．
3．在如图所示的电路中,电源电动势E=3V,内阻 r=0.5Ω,定值电阻R 1 =9Ω,R 2=5.5Ω,电键S 断开．
①求流过电阻R 1的电流; ②求电阻 R 1消耗的电功率;
③将S 闭合时,流过电阻R 1的电流大小如何变化? 【答案】(1)0.2A ；(2)0.36W ；(3)变大 【解析】
试题分析：（1）电键S 断开时，根据闭合电路的欧姆定律求出电流；（2）根据2
1
1P I R =求出1R 消耗的电功率；（3）将S 闭合时回路中的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律分析电流的变化．
（1）电键S 断开时，根据闭合电路的欧姆定律得：12E
I
R R r
=
++，解得：I=0.2A
（2）根据211P I R =，得21
0.290.36P W =⨯= （3）将S 闭合时，2R 被短接，回路中的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律：
E
I R r
=
+，可知电流变大，即流过电阻1R 的电流变大 【点睛】本题主要考查了闭合电路的欧姆定律，解决本题的关键就是要知道闭合电路的欧姆定律的表达式，并且知道回路中的电阻变化了，根据闭合电路的欧姆定律可以判断电流的变化．
4．如图所示的电路中，电炉电阻R ＝10Ω，电动机线圈的电阻r ＝1Ω，电路两端电压U ＝100V ，电流表的示数为30A ，问：
(1)通过电动机的电流为多少？
(2)通电一分钟，电动机做的有用功为多少？ 【答案】(1)I 2＝20A (2)W ＝9.6×104J 【解析】 【详解】
根据欧姆定律，通过电炉的电流强度为：11001010
U I A A R =
== 根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，则通过电动机的电流强度为：I 2＝I －I 1＝20 A.
电动机的总功率为P ＝UI 2＝100×20 W ＝2×103W. 因发热而损耗的功率为P ′＝I 22r ＝400 W.
电动机的有用功率(机械功率)为P ″＝P －P ′＝1.6×103W ， 电动机通电1 min 做的有用功为W ＝P ″t ＝1.6×103×60 J ＝9.6×104J. 【点睛】
题图中的两个支路分别为纯电阻电路(电炉)和非纯电阻电路(电动机)．在纯电阻电路中可运用欧姆定律I ＝U/R 直接求出电流强度，而非纯电阻电路中的电流强度只能运用干路和支路中电流强度的关系求出．在非纯电阻电路中，电功大于电热，两者的差值才是有用功．
5．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I 1和U 1。

改变滑片的位置后,两表的示数分别为I 2和U 2。

写出这个电源电动势和内电阻的表达式。

【答案】：E=1221
21
U I U I I I -- r=1221U U I I --
【解析】 【分析】
由闭合电路欧姆定律列出两次的表达式，联立即可求解． 【详解】
由全电路欧姆定律得： E=U 1+I 1r E=U 2+I 2r 解得： E=1221
21U I U I I I --
r=
12
21
U U I I --
6．已知电流表的内阻R g ＝120 Ω，满偏电流I g ＝3 mA ，要把它改装成量程是6 V 的电压表，应串联多大的电阻？要把它改装成量程是3 A 的电流表，应并联多大的电阻？ 【答案】改装成量程是6 V 的电压表，应串联1 880 Ω的电阻; 要把它改装成量程是3 A 的电流表，应并联0.12 Ω的电阻． 【解析】 【分析】 【详解】
根据欧姆定律和串联电路特点可知，需串联的电阻
1880g g
U
R R I =
-=Ω； 同理，根据欧姆定律的并联电路的特点可知，改装成3A 电流表需并联的电阻
0.12g g g
I R R I I =
=Ω-．
7．如图所示，已知R 3＝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R 3发生断路，电流表的读数2．5A ，R 1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】
8．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）BLvR U R r =+；（2）2222()B L v R P R r =+；（3）22B L vd
W R 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
R r +，故电压表的示数BLvR U IR R r
==+； （2）电阻R 产生焦耳热的功率P=I 2
R=2222
()B L v R
R r +；
（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=22B L vd
R r
+．
考点：电磁感应，欧姆定律，焦耳定律，安培力．
9．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R 1＝R 2＝12 Ω，R 3＝2 Ω，金属棒ab 的电阻r ＝2 Ω，其他电阻不计．磁感应强度B ＝0.5 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 ＝1×10－14kg ，电荷量q ＝－1×10－14C 的微粒恰好静止不动．取g ＝10 m /s 2，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电动势，ab 棒等效于电源，感应电流方向由b →a ，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mg ＝Eq 又MN
U E d
＝
所以U MN ＝
mgd
q
＝0.1 V
（2）由欧姆定律得通过R 3的电流为I ＝
3
MN
U R ＝0.05 A 则ab 棒两端的电压为U ab ＝U MN ＋I ×0.5R 1＝0.4 V . （3）由法拉第电磁感应定律得感应电动势E ＝BLv 由闭合电路欧姆定律得E ＝U ab ＋Ir ＝0.5 V 联立解得v ＝1 m /s .
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6×150Ω＝900Ω，当B ＝1.0T 时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω．由于滑动变阻器全电阻20Ω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x V
A x
R R R R >，所以电流表应内接．电路图如图所示．
（2）方法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为：
130.4515000.3010R -=Ω=Ω⨯，23
0.91
1516.70.6010R -=Ω=Ω⨯，33
1.50
15001.0010
R -=Ω=Ω⨯， 431.791491.71.2010R -=
Ω=Ω⨯，53
2.71
15051.8010
R -=Ω=Ω⨯， 故电阻的测量值为12345
15035
R R R R R R ++++=Ω=Ω（1500－1503Ω都算正确．）
由于
0150010150
R R ==，从图1中可以读出B ＝0.9T 方法二：作出表中的数据作出U －I 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．如图所示，圆形金属线圈半径r ＝0.3m ，匝数n ＝50，电阻R 0＝19，竖直放置在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小随时间t 按B ＝（
1+
2
π
t ）T 的规律变化，磁场方向水平向里与线圈平面垂直：两个定值电阻的阻值分别为R 1＝69Ω，R 2＝12Ω，水平平行板电容器C 极板长L ＝0.1m ，两板间距d ＝0.05m
（1）求线圈中产生的感应电动势E ；
（2）当滑动变阻器接入电路中的阻值R ＝1Ω时，求电阻R 1消耗的电功率； （3）调节滑动变阻器，可使速度为v ＝3×102m/s 、比荷为
q
m
＝3×104Ckg 的带电粒子（重力忽略不计）紧贴电容器C 上极板从左侧水平射入电容器后，刚好能从下极板的右边缘射出，求此时滑动变阻器接入电路的阻值。

【答案】(1)9V ；(2)6W ；(3)19Ω 【解析】 【详解】
（1）由法拉第电磁感应定律有：E ＝nS B t
∆∆ 线圈面积为：S ＝πr 2 代入数据得：E ＝9V
（2）当R ＝1Ω时，由闭合电路的欧姆定律得：E ＝I （R 0+R+12
12
R R R R +） 流过电阻R 1的电流为：2
112
R I I R R =
+
R 1消耗的电功率为：P ＝I 12R 1 代入数据可求得：P 1＝6W
（3）由楞次定律可知电容器下极板带正电，且电容器的电压等于R 2两端电压，带电粒子 在两极板间做类平抛运动，所以有： x ＝vt y ＝
12
at 2 由牛顿第二定律有：
2
R qU ma d
由电路规律有：E ＝U R2+I （R x +R 0）
联立以上方程可得此时滑动变阻器接入电路的阻值为：R ＝19Ω
12．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，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η（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）求在较短的一段时间Δt 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η随电压直流电源输出电压U 变化的函数关系式． 【答案】（1）nbd ΔtqU 02qU m （2）0
2qU m
（3）若y <d ，即204L U dU <d ，则收
集效率η＝y d ＝
2204L U d U (U < 20
2
4d U L ) ；若y ≥d 则所有的尘埃都到达下极板，收集效率η＝100% (U ≥20
2
4d U L
) 【解析】
试题分析：（1）设电荷经过极板B 的速度大小为0v ，对于一个尘埃通过加速电场过程
中，加速电场做功为00W qU =
在t ∆时间内从加速电场出来的尘埃总体积是0V bdv t =∆ 其中的尘埃的总个数()0N nV n bdv t ==∆总
故A 、B 两极板间的加速电场对尘埃所做的功()000W N qU n bdv t qU ==∆总 对于一个尘埃通过加速电场过程，根据动能定理可得20012
qU mv =
故解得W nbd tqU =∆（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
()0Q N q nq bdv t ∆==∆总
通过高压直流电源的电流0Q
I nQbdv t ∆=
==∆ （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0v 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0x v t =，沿电场方向位移2
12
y at = 根据牛顿第二定律有F qE qU a m m md
=
== 距下板y 处的尘埃恰好到达下板的右端边缘，则x=L
解得20
4L U
y dU =
若y d <，即
204L U d dU <，则收集效率22022
04()4d U y L U
U d d U L η==< 若y d ≥，则所有的尘埃都到达下极板，效率为100％20
2
4()d U U L ≥
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
13．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m 的导体棒ab 垂直于MN 、PQ 放在轨道上，与轨道接触良好．轨道和导体棒的电阻均不计．
（1）如图1，若轨道左端MP 间接一阻值为R 的电阻，导体棒在拉力F 的作用下以速度v
沿轨道做匀速运动．请通过公式推导证明：在任意一段时间Δt内，拉力F所做的功与电路获取的电能相等．
（2）如图2，若轨道左端接一电动势为E、内阻为r的电源和一阻值未知的电阻．闭合开关S，导体棒从静止开始运动，经过一段时间后，导体棒达到最大速度v m，求此时电源的输出功率．
（3）如图3，若轨道左端接一电容器，电容器的电容为C，导体棒在水平拉力的作用下从静止开始向右运动．电容器两极板电势差随时间变化的图象如图4所示，已知t1时刻电容器两极板间的电势差为U1．求导体棒运动过程中受到的水平拉力大小．
【答案】（1）见解析（2）
222
m m
EBLv B L v
P
r
-
=（3）
【解析】
试题分析：（1）导体棒切割磁感线
导体棒做匀速运动
又
在任意一段时间Δt内，
拉力F所做的功
电路获取的电能
可见，在任意一段时间Δt内，拉力F所做的功与电路获取的电能相等．（2）导体棒达到最大速度v m时，棒中没有电流．
电源的路端电压
电源与电阻所在回路的电流
电源的输出功率
（3）感应电动势与电容器两极板间的电势差相等
由电容器的U-t图可知
导体棒的速度随时间变化的关系为
可知导体棒做匀加速直线运动，其加速度
由，，则
由牛顿第二定律
可得：
考点：感应电动势、电功、电功率、安培力．
14．如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.4 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角
θ=37°，在导轨所在空间内，分布着磁感应强度B=0.5 T、方向垂直于导轨平面的匀强磁场。

金属导轨的一端接有电动势E=6.0 V、内阻r=0.5Ω的直流电源。

现把一个质量m=0.05 kg的导体棒ab垂直放在金属导轨上，导体棒静止。

导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2。

已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：
（1）通过导体棒的电流大小；
（2）导体棒受到的安培力大小；
（3）导体棒受到的摩擦力大小。

【答案】（1）1.5 A（2）0.3 N（3）0.06 N
【解析】
试题分析：⑴导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：
=1.5A
⑵导体棒受到的安培力：F安=BIL=0.30N
⑶导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1=" mg" sin37º=0.24N
由于F1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f，根据共点力平衡条件：mg
sin37º+f=F安
解得：f =0.06N
考点：本题考查电磁感应中的欧姆定律、物体的平衡等问题，意在考查学生的综合分析能力。

15．如图所示，宽度m L 1=的足够长的U 形金属框架水平放置，框架中连接电阻
Ω=8.0R ，框架处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度T B 1=，框架导轨上放一根质量为kg m 2.0=、电阻Ω=2.0r ，的金属棒ab ，棒ab 与导轨间的动摩擦因数5.0=μ，
现用功率恒定W P 6=的牵引力F 使棒从静止开始沿导轨运动（ab 棒始终与导轨接触良好且垂直），当整个回路产生热量J Q 8.5=时刚好获得稳定速度，此过程中，通过棒的电量C q 8.2=（框架电阻不计，g 取2/10s m ）求：
（1）当导体棒的速度达到s m V /11=时，导体棒上ab 两点电势的高低？导体棒ab 两端的电压？导体棒的加速度？ （2）导体棒稳定的速度2V ？
（3）导体棒从静止到刚好获得稳定速度所用的时间？ 【答案】（1）b 点的电势高，0.8V ，220/m s （2）s m V /22=；（3）s t 5.1= 【解析】
试题分析：（1）当11/V V m s ==时，根据法拉第电磁感应定律：BLV E = 则
r
R E
I +=
根据欧姆定律：V IR U 8.0==，则：BIL F =安 FV p =。

根据牛顿第二定律可以得到：2/20s m m
F mg F a =--=
安
μ，则b 点的电势高
（2）当达到最大速度2V 时， 根据平衡条件：0=--安F mg F μ 整理可以得到：s m V /22= （3）根据功能关系：Q W -=安，r
R BLX
r R q +=
+∆Φ= 根据动能定理：222
1mV mgx W Pt =-+μ安 可以得到：s t 5.1=
考点：导体切割磁感线时的感应电动势；牛顿第二定律；电磁感应中的能量转 【名师点睛】由题意，牵引力F 的功率恒定，使棒从静止开始先做加速度减小的变加速运动，最后做匀速运动，达到稳定．根据动能定理列式得到位移与最大速度的关系．再由法拉第电磁感应定律，由电量得出棒运动的位移与电量的关系，再联立可求解稳定的速度和时间。