高中物理穩(wěn)恒電流真題匯編

1、高中物理穩(wěn)恒電流真題匯編一、穩(wěn)恒電流專項(xiàng)訓(xùn)練.對(duì)于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。如圖所示：一段橫截面積為S長(zhǎng)為l的金屬電阻絲，單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子，每一個(gè)電子電量為 e。該電阻絲通有恒定電流時(shí)，兩端的電勢(shì) 差為U,假設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率均為v。(1)求導(dǎo)線中的電流I;(2)有人說 導(dǎo)線中電流做功，實(shí)質(zhì)上就是導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功 這種說法是否正確，通過計(jì)算說明。(3)為了更好地描述某個(gè)小區(qū)域的電流分布情況，物理學(xué)家引入了電流密度這一物理量,定義其大小為單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的電量。若已知該導(dǎo)線中的電

2、流密度為j ,導(dǎo)線的電阻率為，試證明：j 。 l【答案】(1) I neSv； (2)正確，說明見解析；(3)證明見解析【解析】【詳解】(1)電流的定義式I 在t時(shí)間內(nèi)，流過橫截面的電荷量Q nSvte因此I neSv(2)這種說法正確。在電路中，導(dǎo)線中電流做功為：W UIt在導(dǎo)線中，恒定電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E 導(dǎo)體中全部自由電荷為 q nSlel導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷力做的功：W qEvt q vt nSel vt nSevUtll又因?yàn)镮 neSv,貝UW UIt故 導(dǎo)線中電流做功，實(shí)質(zhì)上就是導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功”是正確的。(3)由歐姆定律：U IR由電阻定律：R - S則U

3、I L則有：U -Sl S電流密度的定義：j - St SU .故一j l. 一電路如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E=28v,內(nèi)阻r=2Q,電阻R1=4Q, R2=8Q, R3=4Q, C為平行板電容器，其電容C=3.0pF,虛線到兩極板距離相等，極板長(zhǎng)L=0.20m,兩極板的間距d=i.0 x -2m.(1)閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，求電容器所帶的電荷量為多少？(2)當(dāng)開關(guān)S閉合后，有一未知的、待研究的帶電粒子沿虛線方向以v0=2.0m/s的初速度射入MN的電場(chǎng)中，已知該帶電粒子剛好從極板的右側(cè)下邊緣穿出電場(chǎng)，求該帶電粒子的 比荷q/m (不計(jì)粒子的重力，M、N板之間的電場(chǎng)看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，g=10m/s2)【答

4、案】(1) 4.8 1011c (2) 6.25 10 4C/kg【解析】【分析】 【詳解】、一，一, E28(1)閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，電路的電流： I A 2A；R, R2 r 4 8 2電容器兩端電壓：U Ur2 IR2 2 8V 16V；電容器帶電量：Q CUR2 3.0 10 12 16C 4.8 1011c(2)粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，則： L v0t1 Uq 2d t2 dm聯(lián)立解得q 6.25 10 4C/kg m.如圖1所示，用電動(dòng)勢(shì)為 E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動(dòng)變阻器 R供電.改變變阻器 R的 阻值，路端電壓 U與電流I均隨之變化.(1)以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，在圖2中畫出

5、變阻器阻值 R變化過程中U-I圖像的示意 圖，并說明U-I圖像與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義.a.請(qǐng)?jiān)趫D2畫好的U-I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn)，畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此 時(shí)電源的輸出功率；b.請(qǐng)推導(dǎo)該電源對(duì)外電路能夠輸出的最大電功率及條件.電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于內(nèi)、(3)請(qǐng)寫出電源電動(dòng)勢(shì)定義式，并結(jié)合能量守恒定律證明 外電路電勢(shì)降落之和.電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于內(nèi)、圖象與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流圖象與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流(2) a如圖所示：4r(3)4r(3)見解析【解析】(1) UH(1) UH圖像如圖所示,其中圖像與縱軸交點(diǎn)

6、的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流(2) a.其中圖像與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流(2) a.如圖所示b.電源輸出的電功率:2E 2P I2R ()2b.電源輸出的電功率:2E 2P I2R ()2RR r當(dāng)外電路電阻R=r時(shí),電源輸出的電功率最大,E22r2rRPnax =4rE 叫/靜電力(3)電動(dòng)勢(shì)定義式:根據(jù)能量守恒定律，在圖1所示電路中，非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的電熱，即 22 _W I rt I Rt Irq IRqIE Ir IR U 內(nèi) U 外 本題答案是：(1) UH圖像如圖所示,I其中圖像與縱軸交點(diǎn)的坐

7、標(biāo)值為電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值為短路電流(2) a.(2) a.如圖所示當(dāng)外電路電阻R=r時(shí)，電源輸出的電功率最大，為Pmax = 4rE U內(nèi)U外R=r時(shí),輸出R=r時(shí),輸出4.超導(dǎo)現(xiàn)象是20世紀(jì)人類重大發(fā)現(xiàn)之一，日前我國(guó)己研制出世界傳輸電流最大的高溫超 導(dǎo)電纜并成功示范運(yùn)行.(1 )超導(dǎo)體在溫度特別低時(shí)電阻可以降到幾乎為零，這種性質(zhì)可以通過實(shí)驗(yàn)研究.將一個(gè) 閉合超導(dǎo)金屬圈環(huán)水平放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線垂直于圈環(huán)平面向上，逐漸降低溫度使 環(huán)發(fā)生由正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變后突然撤去磁場(chǎng)，若此后環(huán)中的電流不隨時(shí)間變化.則表 明其電阻為零.請(qǐng)指出自上往下看環(huán)中電流方向，并說明理由.(2)為探究該

8、圓環(huán)在超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限p ,研究人員測(cè)得撤去磁場(chǎng)后環(huán)中電流為I ,并經(jīng)一年以上的時(shí)間t未檢測(cè)出電流變化.實(shí)際上儀器只能檢測(cè)出大于的電流變化， 其中1 I,當(dāng)電流的變化小于時(shí)，儀器檢測(cè)不出電流的變化，研究人員便認(rèn)為電 流沒有變化.設(shè)環(huán)的橫截面積為S,環(huán)中定向移動(dòng)電子的平均速率為v,電子質(zhì)量為 n電荷量為e.試用上述給出的各物理量，推導(dǎo)出 p的表達(dá)式.(3)若仍使用上述測(cè)量?jī)x器，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間依舊為t .為使實(shí)驗(yàn)獲得的該圓環(huán)在超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限p的準(zhǔn)確程度更高，請(qǐng)?zhí)岢瞿愕慕ㄗh，并簡(jiǎn)要說明實(shí)現(xiàn)方法.mvSAIP =【答案】(1)見解析(2)eti (3)見解析【解析】(1)逆時(shí)針方向。原磁場(chǎng)磁感

9、線垂直于圓環(huán)平面向上，當(dāng)撤去磁場(chǎng)瞬間，環(huán)所圍面積的原磁通量突變?yōu)榱?，由楞次定律可知，環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向應(yīng)與原磁場(chǎng)方向相同，即向 上。由右手螺旋定則可知，環(huán)中電流的方向是沿逆時(shí)針方向。I R = P- TOC o 1-5 h z (2)設(shè)圓環(huán)周長(zhǎng)為(電阻為R,由電阻定律得區(qū)由于有電阻，所以圓環(huán)在傳導(dǎo)電流過程中，電流做功，把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。設(shè)t時(shí)間內(nèi)環(huán)中電流釋放焦耳熱而損失的能量為“可，由焦耳定律得力E = 出因電流是圓環(huán)中電荷的定向移動(dòng)形成的，故可設(shè)環(huán)中單位體積內(nèi)定向移動(dòng)電子數(shù)為n,由電流強(qiáng)度的定義得：.因式中n、e、S不變，所以只有定向移動(dòng)電子的平均速率的變化才會(huì)引起環(huán)中電流的變化。電

10、流變化大小取時(shí)，相應(yīng)定向移動(dòng)電子的平均速率變化的大小為則Al =在t時(shí)間內(nèi)單個(gè)電子在環(huán)中定向移動(dòng)時(shí)減小的動(dòng)能為:圓環(huán)中總電子為設(shè)環(huán)中定向移動(dòng)電子減少的動(dòng)能總和為的,則1 - 1I- N 6Et - n均0m/ - 7m(u- du)2imv由于川，可得 e TOC o 1-5 h z 根據(jù)能量守恒定律，得mrSzi/P =聯(lián)立上述各式，得,mvSAl p =(3)由看出，在題設(shè)條件限制下，適當(dāng)增大超導(dǎo)電流，可以使實(shí)驗(yàn)獲得胃的準(zhǔn)確程度更高，通過增大穿過該環(huán)的磁通量變化率可實(shí)現(xiàn)增大超導(dǎo)電流。 此題易錯(cuò)點(diǎn)：分析能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及微觀量與宏觀量關(guān)系時(shí)出錯(cuò)。 【考點(diǎn)定位】本題考查楞次定律、電阻定律、電流

11、強(qiáng)度和能量轉(zhuǎn)換等知識(shí)，是一道電磁學(xué)聯(lián)系實(shí)際的綜合問題，意在考查考生靈活應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。5.如圖所示的電路中，Ri=4Q, R2=2Q,滑動(dòng)變阻器 R3上標(biāo)有10 Q, 2A”的字樣，理想電壓表的量程有03V和015V兩擋，理想電流表的量程有00.6A和03A兩擋.閉合開關(guān)S,將，f片P從最左端向右移動(dòng)到某位置時(shí)，電壓表、電流表示數(shù)分別為2V和0.5A；1繼續(xù)向右移動(dòng)滑片 P至另一位置，電壓表指針指在滿偏的1,電流表指針也指在滿偏的311.求電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的大小.(保留兩位有效數(shù)字)【解析】【分析】根據(jù)滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)可知電流及電壓的變化，是可判斷所選量程，從而求出電流表的示數(shù)

12、；由閉合電路歐姆定律可得出電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的兩個(gè)表達(dá)式，聯(lián)立即可求得電源的電動(dòng)勢(shì).【詳解】滑片P向右移動(dòng)的過程中，電流表示數(shù)在減小，電壓表示數(shù)在增大，由此可以確定電流表量程選取的是00.6 A,電壓表量程選取的是 015 V,所以第二次電流表的示數(shù)為1 x 0.63A=0.2 A,電壓表的示數(shù)為 1 X 15 V5 V3當(dāng)電流表示數(shù)為 0.5A時(shí)，R兩端的電壓為 U1=I1R = 0.5X4=V2 VUi _2回路的總電流為I總=Ii+R = 0.5+ A= 1.5 A由閉合電路歐姆定律得E= I總r+Ui+U3,即 E= 1.5r+2+2 當(dāng)電流表示數(shù)為0.2 A時(shí)，Ri兩端的電壓為Ui = I

13、i k 0.2X4V0.8 VUi 0.8回路的總電流為I總=Ii苣=0.2+光-a=0.6A由閉合電路歐姆定律得E= I總r+U +U即 E=0.6r+0.8+5聯(lián)立解得 E=7.0 V, r=2.0 Q【點(diǎn)睛】本題考查閉合電路的歐姆定律，但解題時(shí)要注意先會(huì)分析電流及電壓的變化，從而根據(jù)題 間明確所選電表的量程.6.把一只“ i.5V, 0.3A”的小燈泡接到6V的電源上，為使小燈泡正常發(fā)光，需要串聯(lián)還是并聯(lián)一個(gè)多大電阻？【答案】串聯(lián)一個(gè)i5的電阻【解析】【分析】【詳解】要使燈泡正常發(fā)光則回路中電流為0.3A,故回路中的總電阻為U 6 一一一R總 Q=20 QI 0.3燈泡的電阻為RL 返。

14、_5 0KiL2=5 L20.3由于電源電壓大于燈泡額定電壓，故需要串聯(lián)一個(gè)電阻分壓，阻值為R R總-Rl 20 Q 5Q i5Q.在圖所示的電路中，電源電壓U恒定不變，當(dāng)S閉合時(shí)Ri消耗的電功率為9W,當(dāng)S斷開時(shí)Ri消耗的電功率為 4W,求：(i)電阻Ri與R2的比值是多大？S斷開時(shí)，電阻R2消耗的電功率是多少？S閉合與斷開時(shí)，流過電阻Ri的電流之比是多少？【答案】2 ： 1, 2W, 3 : 2【解析】【分析】【詳解】(1)當(dāng)S閉合時(shí)Ri消耗的電功率為9W則：U2P 9WRi當(dāng)S斷開時(shí)Ri消耗的電功率為 4W,則：U 2P ()2R 4WRi R2解得：R:R 2:1(2)S斷開時(shí)Ri和R

15、2串聯(lián)，根據(jù)公式P |2R,功率之比等于阻值之比，所以:FV P2 Ri: R2 2:i又因?yàn)镻 4W,所以，S斷開時(shí)，電阻R2消耗的電功率：F2 2W(3)S閉合時(shí):S斷開時(shí):所以:.已知電流表的內(nèi)阻 Rg= i20，滿偏電流Ig=3 mA,要把它改裝成量程是 6 V的電壓表，應(yīng)串聯(lián)多大的電阻？要把它改裝成量程是3 A的電流表，應(yīng)并聯(lián)多大的電阻？【答案】改裝成量程是 6 V的電壓表，應(yīng)串聯(lián)i 880 弼電阻；要把它改裝成量程是 3 A的 電流表，應(yīng)并聯(lián)0.i2弼電阻.【解析】【分析】【詳解】根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路特點(diǎn)可知，需串聯(lián)的電阻R U % i880 ；I g同理，根據(jù)歐姆定律的并聯(lián)電路

16、的特點(diǎn)可知，改裝成3A電流表需并聯(lián)的電阻1同理，根據(jù)歐姆定律的并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，改裝成3A電流表需并聯(lián)的電阻1g0.12.電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，在不同的電源中，非靜 電力做功的本領(lǐng)也不相同，物理學(xué)中用電動(dòng)勢(shì)來表明電源的這種特性。(1)電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把 1C的電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功，如圖甲所示，如果移送電荷 q時(shí)非靜電力所做的功為 W,寫出電動(dòng)勢(shì)E1的表達(dá)式；(2)如圖乙所示，固定于水平面的u形金屬框架處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B ,金屬框兩平行導(dǎo)軌間距為 L。金屬棒MN在外力的作用下，沿框架以速度 v向右 做勻速直線運(yùn)動(dòng)

17、，運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒始終垂直于兩平行導(dǎo)軌并接觸良好。已知電子的電荷 量為ea.在金屬棒產(chǎn)生電勢(shì)的過程中，請(qǐng)說明是什么力充當(dāng)非靜電力，求出這個(gè)非靜電力產(chǎn)生的 電動(dòng)勢(shì)E2的表達(dá)式；b.展開你想象的翅膀，給出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型；在此基礎(chǔ)上，求出導(dǎo)線MN中金屬離子對(duì)一個(gè)自由電子沿導(dǎo)線長(zhǎng)度方向的平均作用力T的表達(dá)式；(3)現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場(chǎng)使電子加速的設(shè)備。它的基本原理如圖丙所示，上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空 室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電 場(chǎng)使電子加速。上圖為側(cè)視圖，下圖為真空室的俯

18、視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)。已知電子的電荷量為e,電子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r,因電流變化而產(chǎn)生的B磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率為 k (k為一te值)。求電子在圓形軌道中加速一周的過t程中，感生電場(chǎng)對(duì)電子所做功 W及電子所受非靜電力 程中，感生電場(chǎng)對(duì)電子所做功 W及電子所受非靜電力 F的大小。丙 一 W【答案】(1) Ei (2)a.外力充當(dāng)非靜電力，E2BLv ； b. f BevW ke r2,q_ kre2【詳解】(1)根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義可知：W E1 qF 5安=F 5安=81W FxBILvt=BLvqq It所以根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義有：E2b.從微觀角度看，導(dǎo)線中的自由電子

19、與金屬離子發(fā)生了碰撞，可以看做是安全彈性碰撞， 碰后自由電子損失動(dòng)能，損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。從整體上看，可以視為金屬離子對(duì)自 由電子整體運(yùn)動(dòng)的平均阻力導(dǎo)致自由電子動(dòng)能的的損失。設(shè)導(dǎo)線MN的橫截面積為S,單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,自由電子沿導(dǎo)線長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的平均速度為ve,則導(dǎo)線MN內(nèi)的自由電子總數(shù)為：N nSL導(dǎo)線中的電流為：I neS%在極短時(shí)間?t內(nèi)，導(dǎo)線內(nèi)所有自由電子克服金屬離子做功導(dǎo)致自由電子的動(dòng)能損失為：W損N鈕t從宏觀角度看，力 F對(duì)導(dǎo)線做功，而導(dǎo)線的速度不變，即導(dǎo)線的動(dòng)能不變，所以力 F的功 完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱。？t時(shí)間內(nèi)，力F做功：W Fv t又因?yàn)椋篧=W損即：Fv t N

20、 fve t當(dāng)導(dǎo)線MN做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)外力等于安培力，即：F F安 BIL聯(lián)立以上各式可解得：f Bev(3)據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：B 22E r k r t加速一周感生電場(chǎng)對(duì)電子所做的功：W eE ke r2設(shè)非靜電力為F,電子運(yùn)動(dòng)一周，非靜電力做功為:W非 FS F 2 r根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義:聯(lián)立解得:kre2答：(1)電動(dòng)勢(shì)Ei的表達(dá)式Ei(2)a.在金屬棒產(chǎn)生電勢(shì)的過程中，外力充當(dāng)非靜電力；這個(gè)非靜電力產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E2 BLv ；b.導(dǎo)線MN中金屬離子對(duì)一個(gè)自由電子沿導(dǎo)線長(zhǎng)度方向的平均作用力f Bev；(3)電子在圓形軌道中加速一周的過程中，感生電場(chǎng)對(duì)電子所做功W ke

21、 r2,電子所受非靜電力F臂。.如圖所示，某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道，管道寬為d ,管道高度為h,上、下兩面是絕緣板，前后兩側(cè) M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與 開關(guān)S和定值電阻R相連。整個(gè)管道置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向沿z軸正方向。管道內(nèi)始終充滿導(dǎo)電液體，M、N兩導(dǎo)體板間液體的電阻為 r,開關(guān)S閉合前后，液體均以恒定速率 Vo沿x軸正方向流動(dòng)。忽略液體流動(dòng)時(shí)與管道間的流動(dòng)阻力。(1)開關(guān)S斷開時(shí)，求M、N兩導(dǎo)板間電壓Uo,并比較M、N導(dǎo)體板的電勢(shì)高低;(2)開關(guān)S閉合后，求: a.通過電阻R的電流I及M、N兩導(dǎo)體板間電壓 U ;b.左右管道口之間的壓

22、強(qiáng)差Vp。BdRvB dv【答案】(1) Uo=Bdvo, m n (2) a. U ； b. Vp R rh(R r)(1)該發(fā)電裝置原理圖等效為如圖, 管道中液體的流動(dòng)等效為寬度為d的導(dǎo)體棒切割磁感線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Bdv0則開關(guān)斷開時(shí)U0=Bdv0由右手定則可知等效電源 MN內(nèi)部的電流為N到M,則M點(diǎn)為等效正極，有 m(2) a.由閉合電路歐姆定律I 旦 Bdvo R r R r外電路兩端的電壓：UoR BdRvo U IR R r R rb,設(shè)開關(guān)閉合后，管道兩端壓強(qiáng)差分別為V p ,忽略液體所受的摩擦阻力，開關(guān)閉合后管道內(nèi)液體受到安培力為F安，則有Vphd F 安5安=80聯(lián)立可得

23、管道兩端壓強(qiáng)差的變化為：、，B2dvoVp h(R r)11.對(duì)于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻的理解其物理本質(zhì)。一段長(zhǎng)為1、電阻率為P、橫截面積為S的細(xì)金屬直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有 n個(gè)自由電子，電子電荷量為 e、質(zhì)量為m。(1)當(dāng)該導(dǎo)線通有恒定的電流 I時(shí)：請(qǐng)根據(jù)電流的定義，推導(dǎo)出導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率v；經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻源于定向運(yùn)動(dòng)的自由電子與金屬離子(即金屬原子失去電 子后的剩余部分)的碰撞，該碰撞過程將對(duì)電子的定向移動(dòng)形成一定的阻礙作用，該作用 可等效為施加在電子上的一個(gè)沿導(dǎo)線的平均阻力。若電子受到的平均阻力大小與電子

24、定向 移動(dòng)的速率成正比，比例系數(shù)為ko請(qǐng)根據(jù)以上的描述構(gòu)建物理模型，推導(dǎo)出比例系數(shù)k的表達(dá)式。(2)將上述導(dǎo)線彎成一個(gè)閉合圓線圈，若該不帶電的圓線圈繞通過圓心且垂直于線圈平面 的軸勻速率轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中不會(huì)有電流通過，若線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小發(fā)生變化，線圈中會(huì) 有電流通過，這個(gè)現(xiàn)象首先由斯泰瓦和托爾曼在1917年發(fā)現(xiàn)，被稱為斯泰瓦 托爾曼效應(yīng)。這一現(xiàn)象可解釋為：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小均勻變化時(shí)，由于慣性，自由電子與線圈中的金屬離子間產(chǎn)生定向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。取線圈為參照物，金屬離子相對(duì)靜止，由于慣性 影響，可認(rèn)為線圈中的自由電子受到一個(gè)大小不變、方向始終沿線圈切線方向的力，該力 的作用相當(dāng)于非靜電力的作用

25、。已知某次此線圈勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，該切線方向的力的大小恒為F。根據(jù)上述模型回答下列問題：求一個(gè)電子沿線圈運(yùn)動(dòng)一圈，該切線方向的力F做功的大??；推導(dǎo)該圓線圈中的電流 I 的表達(dá)式。Ic. . FS【答案】(1)v ；ne2p； (2)Fl;I 一。neSe p【解析】【分析】【詳解】(1)一小段時(shí)間t內(nèi)，流過導(dǎo)線橫截面的電子個(gè)數(shù)為：N n Sv t對(duì)應(yīng)的電荷量為：Q Ne n Sv t e根據(jù)電流的定義有：Q 一I neSvt解得：v 一neS從能量角度考慮，假設(shè)金屬中的自由電子定向移動(dòng)的速率不變，則電場(chǎng)力對(duì)電子做的正功與阻力對(duì)電子做的負(fù)功大小相等，即：Ue kvl 0又因?yàn)?IRneSv l

26、nev lIRS聯(lián)立以上兩式得：k ne2(2)電子運(yùn)動(dòng)一圈，非靜電力做功為:叫 F 2 r Fl對(duì)于圓線圈這個(gè)閉合回路，電動(dòng)勢(shì)為：_ W 非 FlE -e e根據(jù)閉合電路歐姆定律，圓線圈這個(gè)閉合回路的電流為:聯(lián)立以上兩式，并根據(jù)電阻定律:解得：IFS解得：IFSep12.材料的電阻隨磁場(chǎng)的增強(qiáng)而增大的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)，利用這種效應(yīng)可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度.如圖所示為某磁敏電阻在室溫下的電阻一磁感應(yīng)強(qiáng)度特性曲線，其中Rb、R0分別表示有、無(wú)磁場(chǎng)時(shí)磁敏電阻的阻值.為了測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B,需先測(cè)量磁敏電阻處于磁場(chǎng)中(1)設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)量磁場(chǎng)中該磁敏電阻阻值的電路，并在圖中的虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路原 理圖(磁

27、敏電阻及所處磁場(chǎng)已給出，待測(cè)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小約為0.61.0 T,不考慮磁場(chǎng)對(duì)電路其他部分的影響).要求誤差較小.提供的器材如下：A.磁敏電阻，無(wú)磁場(chǎng)時(shí)阻值 R0=150 QB.滑動(dòng)變阻器 R,總電阻約為20 QC.電流表 A,量程2.5 mA,內(nèi)阻約30 QD.電壓表V,量程3 V,內(nèi)阻約3 kQE.直流電源E,電動(dòng)勢(shì)3 V,內(nèi)阻不計(jì)F.開關(guān)S,導(dǎo)線若干(2)正確接線后，將磁敏電阻置入待測(cè)磁場(chǎng)中，測(cè)量數(shù)據(jù)如下表：123456U(V)0.000.450.911.501.792.71I(mA)0.000.300.601.001.201.80根據(jù)上表可求出磁敏電阻的測(cè)量值Rb=Q .結(jié)合題圖可知

28、待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T.(3)試結(jié)合題圖簡(jiǎn)要回答，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B在00.2 T和0.41.0 T范圍內(nèi)磁敏電阻阻值的變 化規(guī)律有何不同？一磁感應(yīng)強(qiáng)度特(4)某同學(xué)在查閱相關(guān)資料時(shí)看到了圖所示的磁敏電阻在一定溫度下的電阻 性曲線(關(guān)于縱軸對(duì)稱)，由圖線可以得到什么結(jié)論？一磁感應(yīng)強(qiáng)度特【答案】(1)見解析圖(2) 1500； 0.90(3)在00.2T范圍內(nèi)，磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強(qiáng)度非線性變化(或不均勻變化)；在13.如圖所示，在兩光滑平行金屬導(dǎo)軌之間存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌的間距為L(zhǎng),電阻不計(jì).金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為 m,重力和電阻可忽略不計(jì).現(xiàn)在導(dǎo)軌

29、左端接入一個(gè)電阻為R的定值電阻，給金屬棒施加一個(gè)水平向右的恒力F,經(jīng)過時(shí)t0后金屬棒達(dá)到最大速度.1金屬棒的最大速度 1金屬棒的最大速度 Vmax是多少?2求金屬棒從靜止達(dá)到最大速度的過程中.通過電阻R的電荷量q；3如圖乙所示，若將電阻換成一個(gè)電容大小為C的電容器(認(rèn)為電容器充放電可瞬間完成).求金屬棒由靜止開始經(jīng)過時(shí)間t后，電容器所帶的電荷量 Q.【較安】1 FR 2*FmR3 FCBLt【占木/ 1905222,3_9 9B2L2BL B3L3m CB2L2【解析】(1)當(dāng)速度最大時(shí)，導(dǎo)體棒受拉力與安培力平衡，根據(jù)平衡條件、安培力公式、切割公式列式后聯(lián)立求解即可；(2)根據(jù)法律的電磁感應(yīng)定

30、律列式求解平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、根據(jù)歐姆定律列式求解平均電流、再根據(jù)電流定義求解電荷量;(3)定律列式求解平均電流、再根據(jù)電流定義求解電荷量;(3)根據(jù)牛頓第二定律和電流的定MN義式，得到金屬棒的加速度表達(dá)式，再分析其運(yùn)動(dòng)情況.由法拉第電磁感應(yīng)定律求解 棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，得到電容器的電壓，從而求出電容器的電量.MNB2B2L2vmaxF=BIL=maxR(1)當(dāng)安培力與外力相等時(shí)，加速度為零，物體速度達(dá)到最大，即 FR由此可得金屬棒的最大速度：Vmax=Fb2l2(2)由動(dòng)量定律可得：(F-F)t0=mvmax其中：F=B2L2x其中：F=B2L2xRt。解得金屬棒從靜止達(dá)到最大速度的過程中運(yùn)動(dòng)的

31、距離x=FtRb2l2FmR2b4l4BLx Ft0 FmR通過電阻 R的電何重：q= -R BL B3L3(3)設(shè)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)加速度為a,某時(shí)裝金屬棒的速度為vi,經(jīng)過nt金屬體的速度為V2,導(dǎo)體棒中流過的電流(充電電流)為I,則:F-BIL=ma 電流：i二旦CVEVt Vt其中：n 其中：n E=BL*BLv=BLn v,n va=n tFCBLtQ=CBLat=2m CB2L2答:(1)金屬棒的最大速度VmaxFCBLtQ=CBLat=2m CB2L2答:(1)金屬棒的最大速度Vmax是FR_ 2 2 b2l2金屬棒從靜止達(dá)到最大速度的過程中，通過電阻R的電荷量q為生BLFmR.b3l3 金屬棒由靜止開始經(jīng)過時(shí)間 t后，電容器所帶的電荷量 Q為FCBLtZ 22m CB2L2聯(lián)立各式得：a=F-m CB2L2因此，導(dǎo)體棒向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng).由于所有電阻均忽略，平行板電容器兩板間電壓與導(dǎo)體棒切割磁感