高考物理高考物理稳恒电流常见题型及答题技巧及练习题

高考物理高考物理稳恒电流常见题型及答题技巧及练习题

一、稳恒电流专项训练

1．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=

2．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：⑴31.510W 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

3．如图1所示，用电动势为E 、内阻为r 的电源，向滑动变阻器R 供电．改变变阻器R 的阻值，路端电压U 与电流I 均随之变化．

（1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义．

（2）a．请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；

b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件．

（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和．

【答案】（1）U–I图象如图所示：

图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流

（2）a如图所示：

b.

2 4 E r

（3）见解析

【解析】

（1）U–I图像如图所示，

其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2）a．如图所示

b．电源输出的电功率：

2

22

2 (

)

2

E E

P I R R

r

R r

R r

R

===

+

++

当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为

2

max

=

4

E

P

r

（3）电动势定义式：

W

E

q

=非静电力

根据能量守恒定律，在图1所示电路中，非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热，即

22

W I rt I Rt Irq IRq

=+=+

E Ir IR U U

=+=+

外

内

本题答案是：（1）U–I图像如图所示，

其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流

（2）a．如图所示