(物理)物理稳恒电流练习题20含解析

（物理）物理稳恒电流练习题20含解析

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．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，

从而更加深刻地理解其物理本质。如图所示：一段横截面积为S 、长为l 的金属电阻丝，单位体积内有n 个自由电子，每一个电子电量为e 。该电阻丝通有恒定电流时，两端的电势差为U ，假设自由电子定向移动的速率均为v 。

（1）求导线中的电流I ；

（2）有人说“导线中电流做功，实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功”。这种说法是否正确，通过计算说明。

（3）为了更好地描述某个小区域的电流分布情况，物理学家引入了电流密度这一物理量，定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量。若已知该导线中的电流密度为j ，导线的电阻率为ρ，试证明：

U

j l

ρ=。 【答案】（1）I neSv =；（2）正确，说明见解析；（3）证明见解析 【解析】 【详解】

（1）电流的定义式Q

I t

=，在t 时间内，流过横截面的电荷量Q nSvte = 因此I neSv = （2）这种说法正确。

在电路中，导线中电流做功为：W UIt = 在导线中，恒定电场的场强U

E l

=

，导体中全部自由电荷为q nSle =， 导线中的恒定电场对自由电荷力做的功：U U

W qEvt q vt nSel vt nSevUt l l

==== 又因为I neSv =，则W UIt =

故“导线中电流做功，实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功”是正确的。 （3）由欧姆定律：U IR =

由电阻定律：l

R S

ρ= 则l U I S ρ=，则有：U I

l S

ρ=

电流密度的定义：Q I

j St S

== 故

U

j l

ρ=

3．一电路如图所示，电源电动势E=28v ，内阻r=2Ω，电阻R1=4Ω，R2=8Ω，R3=4Ω，C 为平行板电容器，其电容C=3.0pF ，虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m ，两极板的间距

d=1.0×10-2m ．

（1）闭合开关S 稳定后，求电容器所带的电荷量为多少?

（2）当开关S 闭合后，有一未知的、待研究的带电粒子沿虚线方向以v0=2.0m/s 的初速度射入MN 的电场中，已知该带电粒子刚好从极板的右侧下边缘穿出电场，求该带电粒子的比荷q/m （不计粒子的重力，M 、N 板之间的电场看作匀强电场，g=10m/s 2）

【答案】（1）114.810C -⨯ （2）4

6.2510/C kg -⨯

【解析】 【分析】 【详解】

（1）闭合开关S 稳定后，电路的电流：1228

248

2

E I A A R R r =

==++++；

电容器两端电压：222816R U U IR V V ===⨯=；

电容器带电量： 1211

2 3.01016 4.810R Q CU C C --==⨯⨯=⨯

（2）粒子在电场中做类平抛运动，则：0L v t =

21122Uq d t dm

= 联立解得

46.2510/q

C kg m

-=⨯

4．如图所示，已知电源电动势E=20V ，内阻r=lΩ，当接入固定电阻R=3Ω时，电路中标有“3V,6W”的灯泡L 和内阻R D =1Ω的小型直流电动机D 都恰能正常工作.试求：

（1）流过灯泡的电流 （2）固定电阻的发热功率 （3）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