高中物理稳恒电流试题(有答案和解析)

高中物理稳恒电流试题(有答案和解析)

一、稳恒电流专项训练

1．材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．如图所示为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB.请按要求完成下列实验．

(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，并在图中的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0 T，不考虑磁场对电路其他部分的影响)．要求误差较小．提供的器材如下：

A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150 Ω

B．滑动变阻器R，总电阻约为20 Ω

C．电流表A，量程2.5 mA，内阻约30 Ω

D．电压表V，量程3 V，内阻约3 kΩ

E．直流电源E，电动势3 V，内阻不计

F．开关S，导线若干

(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：

1 2 3 4 5 6

U(V) 0.00 0.45 0.91 1.50 1.79 2.71

I(mA) 0.00 0.30 0.60 1.00 1.20 1.80

根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB＝______Ω.

结合题图可知待测磁场的磁感应强度B＝______T.

(3)试结合题图简要回答，磁感应强度B在0～0.2 T和0.4～1.0 T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？

________________________________________________________________________.

(4)某同学在查阅相关资料时看到了图所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论？___________________________________________________________________________.

【答案】（1）见解析图 （2）1500；0.90

（3）在0～0.2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或不均匀变化）；在

2． 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xVAxRRRR，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，230.911516.70.6010R，331.5015001.0010R，

431.791491.71.2010R，532.7115051.8010R，

故电阻的测量值为1234515035RRRRRR（1500－1503Ω都算正确．）

由于0150010150RR，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．

3．（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0VA0100,0.5RRRR，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．

4．在图所示的电路中，电源电压U恒定不变，当S闭合时R1消耗的电功率为9W，当S断开时R1消耗的电功率为4W，求：

（1）电阻R1与R2的比值是多大？

（2）S断开时，电阻R2消耗的电功率是多少？

（3）S闭合与断开时，流过电阻R1的电流之比是多少？

【答案】2∶1，2W，3∶2

【解析】

【分析】

【详解】

（1）当S闭合时R1消耗的电功率为9W,则：

2119WUPR

当S断开时R1消耗的电功率为4W，则：

21112'()4WUPRRR

解得：

12:2:1RR

(2)S断开时 R1和R2串联，根据公式2PIR，功率之比等于阻值之比，所以：

1122':':2:1PPRR

又因为1'4WP，所以，S断开时，电阻R2消耗的电功率：

22'WP

(3)S闭合时：

1UIR

S断开时:

12'URIR

所以：

1212'3RRIRI

5．如图中A、B、C、D四个电路中，小灯L1上标有“6V 3A”字样，小灯L2上标有“4V 0.2A”字样，电压Uab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L2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L2的电阻大于L1的电阻，L2分得电压大于4V（烧坏）、L1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L2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Uab均为U=10V，a图回路电流为13AI，所以总功率为130WabPIU；b图无法满足均正常发光；c图干路电流为123.2AII，所以总功率为12()32WabPIIU；d图干路电流为123.2AII，所以总功率为12()32WabPIIU，所以a图消耗功率最小。

6．一交流电压随时间变化的图象如图所示．若用此交流电为一台微电子控制的电热水瓶供电，电热水瓶恰能正常工作．加热时的电功率P＝880W，保温时的电功率P′＝20W．求：

①该交流电电压的有效值U；

②电热水瓶加热时通过的电流I；．

③电热水瓶保温5h消耗的电能E．

【答案】①220V②4A③53.610J

【解析】

①根据图像可知，交流电电压的最大值为：2202mUV，

则该交流电电压的有效值为：2202mUUV；

②电热水瓶加热时，由PUI得：8804220PIAAU

③电热水瓶保温5h消耗的电能为：520536003.610WPtJJ

点睛：本题根据交流电图象要能正确求解最大值、有效值、周期、频率等物理量，要明确功率公式PUI对交流电同样适用，不过U、I都要用有效值．

7．如图所示，竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L，导轨的两端 分别与电源（串有一滑动变阻器 R）、定值电阻、电容器（原来不带电）和开关K相连．整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，其磁感应强度的大小为B．一质量为m，电阻不计的金属棒 ab 横跨在导轨上．已知电源电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为R0，不计导轨的电阻．

（1）当K接1时，金属棒 ab 在磁场中恰好保持静止，则滑动变阻器接入电路的阻值 R 为多大？

（2）当 K 接 2 后，金属棒 ab 从静止开始下落，下落距离 s 时达到稳定速度，则此稳定速度的大小为多大？下落 s 的过程中所需的时间为多少？

（3） ab 达到稳定速度后，将开关 K 突然接到3，试通过推导，说明 ab 作何种性质的运动？求 ab 再下落距离 s 时，电容器储存的电能是多少？（设电容器不漏电，此时电容器没有被击穿）

【答案】（1）EBLrmg（2）44220220BLsmgRmgRBL（3）匀加速直线运动 2222mgsCBLmcBL

【解析】

【详解】

（1）金属棒ab在磁场中恰好保持静止，由BIL=mg

EIRr

得 EBLRrmg

（2）由 220BLvmgR

得 022mgRvBL

由动量定理，得mgtBILtmv 其中0BLsqItR

得44220220BLsmgRtmgRBL

（3）K接3后的充电电流qCUCBLvvICBLCBLatttt

mg-BIL=ma

得22mgamCBL=常数

所以ab棒的运动性质是“匀加速直线运动”，电流是恒定的．

v22-v2=2as

根据能量转化与守恒得 22211()22Emgsmvmv

解得：2222mgsCBLEmcBL

【点睛】

本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，关键要会推导加速度的表达式，通过分析棒的受力情况，确定其运动情况．