高中物理稳恒电流练习题及答案

高中物理稳恒电流练习题及答案
一、稳恒电流专项训练
1．如图10所示，P 、Q 为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，相距为L 1 ，处在竖直向下、磁感应强度大小为B 1的匀强磁场中．一导体杆ef 垂直于P 、Q 放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动．质量为m 、每边电阻均为r 、边长为L 2的正方形金属框abcd 置于倾斜角θ=30°的光滑绝缘斜面上(ad ∥MN ，bc ∥FG ，ab ∥MG, dc ∥FN)，两顶点a 、d 通过细软导线与导轨P 、Q 相连，磁感应强度大小为B 2的匀强磁场垂直斜面向下，金属框恰好处于静止状态．不计其余电阻和细导线对a 、d 点的作用力．
（1）通过ad 边的电流I ad 是多大？
（2）导体杆ef 的运动速度v 是多大？
【答案】(1)
238mg B L (2)1238mgr B B dL
【解析】 试题分析：(1)设通过正方形金属框的总电流为I ，ab 边的电流为I ab ，dc 边的电流为I dc ， 有I ab ＝
34I ① I dc ＝14
I ② 金属框受重力和安培力，处于静止状态，有mg ＝B 2I ab L 2＋B 2I dc L 2 ③
由①～③，解得I ab ＝22
34mg B L ④ (2)由(1)可得I ＝22
mg B L ⑤ 设导体杆切割磁感线产生的电动势为E ，有E ＝B 1L 1v ⑥
设ad 、dc 、cb 三边电阻串联后与ab 边电阻并联的总电阻为R ，则R ＝
34r ⑦ 根据闭合电路欧姆定律，有I ＝E R
⑧ 由⑤～⑧，解得v ＝1212
34mgr B B L L ⑨ 考点：受力分析，安培力，感应电动势，欧姆定律等．
2．守恒定律是自然界中某种物理量的值恒定不变的规律，它为我们解决许多实际问题提供了依据．在物理学中这样的守恒定律有很多，例如：电荷守恒定律、质量守恒定律、能量守恒定律等等．
(1)根据电荷守恒定律可知：一段导体中通有恒定电流时，在相等时间内通过导体不同截面的电荷量都是相同的．
a．己知带电粒子电荷量均为g，粒子定向移动所形成的电流强度为，求在时间t内通过某一截面的粒子数N．
b．直线加速器是一种通过高压电场使带电粒子加速的装置．带电粒子从粒子源处持续发出，假定带电粒子的初速度为零，加速过程中做的匀加速直线运动．如图l所示，在距粒子源l1、l2两处分别取一小段长度相等的粒子流I ．已知l l:l2=1:4，这两小段粒子流中所含的粒子数分别为n1和n2，求：n1:n2．
(2)在实际生活中经常看到这种现象：适当调整开关，可以看到从水龙头中流出的水柱越来越细，如图2所示，垂直于水柱的横截面可视为圆．在水柱上取两个横截面A、B，经过A、B的水流速度大小分别为v I、v2；A、B直径分别为d1、d2，且d1：d2=2:1．求：水流的速度大小之比v1:v2．
(3)如图3所示：一盛有水的大容器，其侧面有一个水平的短细管，水能够从细管中喷出；容器中水面的面积S l远远大于细管内的横截面积S2;重力加速度为g．假设水不可压缩，而且没有粘滞性．
a．推理说明：容器中液面下降的速度比细管中的水流速度小很多，可以忽略不计：b．在上述基础上，求：当液面距离细管的高度为h时，细管中的水流速度v．
【答案】（1）a. Q It N q q
== ；b. 21:2:1n n =；（2）221221::1:4v v d d ==；（3）a.设：水面下降速度为1v ，细管内的水流速度为v ．按照水不可压缩的条件，可知水的体积守恒或流量守恒，即：12Sv Sv =,由12S S >>，可得12v v <<．所以：液体面下降的速度1v 比细管中的水流速度可以忽略不计． b. 2v gh 【解析】
【分析】
【详解】
(1)a.电流Q I t
=， 电量Q Nq = 粒子数Q It N q q =
= b.根据2v ax = 可知在距粒子源1l 、2l 两处粒子的速度之比：12:1:2v v = 极短长度内可认为速度不变，根据x v t
∆=
∆， 得12:2:1t t = 根据电荷守恒，这两段粒子流中所含粒子数之比：12:2:1n n =
(2)根据能量守恒，相等时间通过任一截面的质量相等，即水的质量相等. 也即：2
··4
v d π处处相等 故这两个截面处的水流的流速之比：221221::1:4v v d d == (3)a .设：水面下降速度为1v ，细管内的水流速度为v .
按照水不可压缩的条件，可知水的体积守恒或流量守恒，即：12Sv Sv =
由12S S >>，可得:12v v <<.
所以液体面下降的速度1v 比细管中的水流速度可以忽略不计.
b.根据能量守恒和机械能守恒定律分析可知：
液面上质量为m 的薄层水的机械能等于细管中质量为m 的小水柱的机械能．
又根据上述推理：液面薄层水下降的速度1v 忽略不计，即10v =. 设细管处为零势面，所以有：21002
mgh mv +=
+ 解得:2v gh = 3．在如图所示的电路中，电源内阻r =0.5Ω，当开关S 闭合后电路正常工作，电压表的读数U =2.8V ，电流表的读数I =0.4A 。

若所使用的电压表和电流表均为理想电表。

求： ①电阻R 的阻值；
②电源的内电压U 内；
③电源的电动势E 。

【答案】①7Ω；②0.2V ；③3V
【解析】
【详解】
①由欧姆定律U IR =得
2.8Ω7Ω0.4
U R I =
== 电阻R 的阻值为7Ω。

②电源的内电压为 0.40.50.2V U Ir ==⨯=内
电源的内电压为0.2V 。

③根据闭合电路欧姆定律有
2.8V 0.40.5V 3V E U Ir =+=+⨯=
即电源的电动势为3V 。

4．如图中A 、B 、C 、D 四个电路中，小灯L 1上标有“6V 3A”字样，小灯L 2上标有“4V 0.2A”字样，电压U ab 均为U =10V 。

试判断：
（1）哪个电路两小灯不可能正常发光，并说明理由；
（2）两小灯均正常发光时，哪个电路消耗的电功率最小。

【答案】（1）b 电路小灯不可能正常发光，根据串联电路电压关系和题中所给条件，两灯中若有一个正常发光，则另一个也正常发光，此时L 2中电流大于3A ，而其额定电流为0.2A ，因此两灯均不能正常发光；
例如：b 电路小灯不可能正常发光；根据串、并联电路知识和所给条件知：由于L 2的电阻大于L 1的电阻，L 2分得电压大于4V （烧坏）、L 1分得电压小于6V ，因此两灯均不可能正常发光
（2）a 电路消耗的电功率最小
【解析】
【详解】
（1）b 电路小灯不可能正常发光，根据串联电路电压关系和题中所给条件，两灯中若有一个正常发光，则另一个也正常发光，此时L 2中电流大于3A ，而其额定电流为0.2A ，因此两灯均不能正常发光；
（2）电压U ab 均为U =10V ，a 图回路电流为13A I =，所以总功率为130W ab P I U ==；b 图无法满足均正常发光；c 图干路电流为12 3.2A I I +=，所以总功率为
12()32W ab P I I U =+=；d 图干路电流为12 3.2A I I +=，所以总功率为
12()32W ab P I I U =+=，所以a 图消耗功率最小。

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=
122121
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
解得： E=122121U I U I I I -- r=1221
U U I I --
6．如图所示的电路中，电阻R 1＝6 Ω，R 2＝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
7．微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×106Hz )．食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的．右下表是某微波炉的部分技术参数，问：
（1）该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？
（2）该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少?
（3）如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30min ，则做这道菜需消耗的电能为多少?
【答案】(1)0.12m （2）5A （3）61.9810J ⨯
【分析】
由c =λf 求得λ；额定电流=额定功率除以额定电压；消耗的电能等于功率与时间的乘积．
【详解】
（1）波长为8
63100.12245010c m m f λ⨯===⨯． （2）额定电流：11005220
P I A A U ===． （3）消耗的电能 E =W =Pt =1100×1800=1.98×106J ．
【点睛】
本题主要考查了电功率和电能的计算，属于基础题．
8．如图所示，已知电源电动势E=16 V ，内阻r=1 Ω，定值电阻R=4 Ω，小灯泡上标有“3 V ，
4.5 W”字样，小型直流电动机的线圈电阻r′=1 Ω，开关闭合时，小灯泡和电动机均恰好正常工作．求：
（1）电路中的电流强度；
（2）电动机两端的电压；
（3）电动机的输出功率．
【答案】（1）1.5A ；（2）5.5V ；（3）6W.
【解析】
试题分析：（1）电路中电流L L
P I U ==1．5A （2）电动机两端的电压()M L U E U I R r =--+=5．5V
（3）电动机的总功率
电动机线圈热功率2/ 2.25W P I r ==热
电动机的输出功率
考点：电功率
9．如图所示，电源电动势E ＝27 V ，内阻r ＝2 Ω，固定电阻R 2＝4 Ω，R 1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R 1时，R 1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v 0＝10 m/s 连续射入C 的电场中．假设照在R 1上的光强发生变化时R 1阻值立即有相应的改变．重力加速度为g ＝10 m/s 2.
(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）111.810C 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111.810C 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20.610m 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 =
， 0l t v = 解得20.210m 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，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d ，管道高度为h ，上、下两面是绝缘板，前后两侧M N 、是电阻可忽略的导体板，两导体板与
开关S 和定值电阻R 相连。

整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B 、方向沿z 轴正方向。

管道内始终充满导电液体，M N 、两导体板间液体的电阻为r ，开关S 闭合前后，液体均以恒定速率0v 沿x 轴正方向流动。

忽略液体流动时与管道间的流动阻力。

（1）开关S 断开时，求M N 、两导板间电压0U ，并比较M N 、导体板的电势高低； （2）开关S 闭合后，求：
a. 通过电阻R 的电流I 及M N 、两导体板间电压U ；
b. 左右管道口之间的压强差p V 。

【答案】（1）U 0=Bdv 0，M N ϕϕ> （2）a ．0BdRv U R r
=+；b ．20()B dv p h R r =+V 【解析】
【详解】
（1）该发电装置原理图等效为如图，
管道中液体的流动等效为宽度为d 的导体棒切割磁感线，产生的电动势
E =Bdv 0
则开关断开时
U 0=Bdv 0
由右手定则可知等效电源MN 内部的电流为N 到M ，则M 点为等效正极，有M N ϕϕ>； （2）a ．由闭合电路欧姆定律
00U Bdv I R r R r
=
=++ 外电路两端的电压： 00U R BdRv U IR R r R r
===++ b ．设开关闭合后，管道两端压强差分别为p V ，忽略液体所受的摩擦阻力，开关闭合后管道内液体受到安培力为F 安，则有
phd F =V 安
=F BId 安
联立可得管道两端压强差的变化为：
20()
B dv p h R r =+V
11． 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⨯，230.911516.70.6010R -=Ω=Ω⨯，331.5015001.0010R -=
Ω=Ω⨯， 431.791491.71.2010R -=Ω=Ω⨯，53
2.7115051.8010R -=Ω=Ω⨯， 故电阻的测量值为1234515035R 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．
12．如图甲所示，一正方形线框边长为L ＝0．3m ，匝数为n ＝10匝，放置在匀强磁场中，ab 边与磁场边界MN 重叠，线框内阻为r=2Ω，与R ＝10Ω的外电阻形成一闭合回路。

若以垂直纸面向里为磁场的正方向，匀强磁场的磁感应强度B 随时间t 按如图乙所示规律周期性变化（图中只画出两个周期）求从t=0时刻开始经过3分钟电阻产生的热量。

【答案】324J
【解析】
【详解】
在0~0.1s 内：210.4100.37.20.05E n V V t ∆Φ==⨯⨯=∆；110.6E I A R r
==+ 在0.1~0.3s 内: 220.4100.3 3.60.1E n
V V t ∆Φ==⨯⨯=∆；220.3E I A R r ==+ 在0~0.3内发热量为2211220.54Q I Rt I Rt J =+=
3min 总热量为1800.543240.3
Q J J =⨯=总
13．如图所示，在两光滑平行金属导轨之间存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，导轨的间距为L ，电阻不计．金属棒垂直于导轨放置，质量为m ，重力和电阻可忽略不计．现在导轨左端接入一个电阻为R 的定值电阻，给金属棒施加一个水平向右的恒力F ，经过时0t 后金属棒达到最大速度．
()1金属棒的最大速度max v 是多少？
()2求金属棒从静止达到最大速度的过程中．通过电阻R 的电荷量q ；
()3如图乙所示，若将电阻换成一个电容大小为C 的电容器(认为电容器充放电可瞬间完成)．求金属棒由静止开始经过时间t 后，电容器所带的电荷量Q ．
【答案】()
221FR B L ；()0332Ft FmR BL B L -；()22
3FCBLt m CB L +． 【解析】
【分析】
（1）当速度最大时，导体棒受拉力与安培力平衡，根据平衡条件、安培力公式、切割公式列式后联立求解即可；（2）根据法律的电磁感应定律列式求解平均感应电动势、根据欧姆定律列式求解平均电流、再根据电流定义求解电荷量；（3）根据牛顿第二定律和电流的定义式，得到金属棒的加速度表达式，再分析其运动情况．由法拉第电磁感应定律求解MN 棒产生的感应电动势，得到电容器的电压，从而求出电容器的电量．
【详解】 （1）当安培力与外力相等时，加速度为零，物体速度达到最大，即F=BIL=22max B L v R
由此可得金属棒的最大速度：v max =22
FR B L （2）由动量定律可得：(F-F )t 0=mv max 其中：F =220
x Rt B L 解得金属棒从静止达到最大速度的过程中运动的距离：x=022Ft R B L -2
44FmR B L
通过电阻R 的电荷量：q=BLx R =0Ft BL -33FmR B L
（3）设导体棒运动加速度为a ，某时装金属棒的速度为v 1，经过n t 金属体的速度为v 2，导体棒中流过的电流(充电电流)为I ，则:F-BIL=ma
电流：I=Q t V V =C E t
V V 其中：n E=BLv 2-BLv 1=BL n v ，a=
v t n n 联立各式得：a=22
F m CB L +
因此，导体棒向右做匀加速直线运动．由于所有电阻均忽略，平行板电容器两板间电压U 与导体棒切割磁感线产生的感应电动势E 相等，电容器的电荷量：Q=CBLat=22FCBLt m CB L + 答：（1）金属棒的最大速度max v 是22FR B L
； （2）金属棒从静止达到最大速度的过程中，通过电阻R 的电荷量q 为
033Ft FmR BL B L -； （3）金属棒由静止开始经过时间t 后，电容器所带的电荷量Q 为
22FCBLt m CB L
+． 【点睛】 解决本题的关键有两个：一是抓住电流的定义式，结合牛顿第二定律分析金属棒的加速度．二是运用微元法，求解金属棒的位移，其切入口是加速度的定义式．
14．如图所示，质量m=1kg 的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度L=1m 的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架平面向下（磁场仅存在于绝缘框架内）．右侧回路中，电源的电动势E=8V 、内阻r=1Ω，额定功率为8W 、额定电压为4V 的电动机M 正常工作．取sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度大小g=10m/s 2
．试求：
（1）电动机当中的电流I M 与通过电源的电流I 总．
（2）金属棒受到的安培力大小及磁场的磁感应强度大小．
【答案】（1）电动机当中的电流是2A ，通过电源的电流是4A ；
（2）金属棒受到的安培力大小是6N ，磁场的磁感应强度大小3T ．
【解析】
试题分析：（1）由P=UI 求出电动机中的电流，由串并联电路的电压关系得到内电阻上的电压，由欧姆定律得到干路电流；
（2）进而得到磁场中导线的电流，由平衡条件得到安培力，由安培力公式得到B ． 解：（1）电动机的正常工作时，有：P M =UI M
代入数据解得：I M =2A
通过电源的电流为：I 总===4A
（2）导体棒静止在导轨上，由共点力的平衡可知，安培力的大小等于重力沿斜面向下的分力，即：F=mgsin37°=6N
流过电动机的电流I 为：I=I 总 I M =4A 2A=2A
F=BIL
解得：B=3T
答：（1）电动机当中的电流是2A ，通过电源的电流是4A ；
（2）金属棒受到的安培力大小是6N ，磁场的磁感应强度大小3T ．
【点评】本题借助安培力与电路问题考查了平衡条件的应用，解答的关键是正确找出两个支路的电流之间的关系．是一道很好的综合题．
15．(10分)如图所示，倾角θ=30°、宽L=1m 的足够长的U 形光滑金属导轨固定在磁感应强度大小B=IT 、范围足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。

一根质量m=0.2kg ，电阻R=l Ω的金属棒ab 垂直于导轨放置。

现用一平行于导轨向上的牵引力F 作用在棒上，使棒由静止开始沿导轨向上运动，运动中ab 棒始终与导轨接触良好，导轨 电阻不计，重力加速度g 取l0m/s 2。

求：
(1)若牵引力的功率P 恒为56W ，则ab 棒运动的最终速度为多大?
(2)当ab 棒沿导轨向上运动到某一速度时撤去牵引力，从撤去牵引力到ab 棒的速度为零，通过ab 棒的电量q=0.5C ，则撤去牵引力后ab 棒向上滑动的距离多大?
【答案】（1）7 m/s ；（2）0.5m
【解析】
试题分析：（1）当以恒定功率牵引ab 棒达到最大速度时：P=Fv ，E=BLv ，I=E/R ，F 安=BIL ()0sin =+-安F mg F θ
解得：v=7 m/s
(2)设撤去F 后ab 棒沿导轨向上运动到速度为零时滑动的距离为x ，通过ab 的电荷量， t BLx t E ∆=∆∆Φ=，R
BLx t I q =∆⋅= 联立解得：m BL
qR x 5.0==
考点：本题考查电磁感应。