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．能量守恒是自然界基本规律，能量转化通过做功实现。研究发现，电容器存储的能最表达式为cE=21CU2，其中U为电容器两极板间的电势差.C为电容器的电容。现将一电容器、电源和某定值电阻按照如图所示电路进行连接。已知电源电动势为0E，电容器电容为0C，定值电阻阻值为R，其他电阻均不计，电容器原来不带电。现将开关S闭合，一段时间后，电路达到稳定状态。求：在闭合开关到电路稳定的过程中，该电路因电磁辐射、电流的热效应等原因而损失的能量。

【答案】2012CE

【解析】

【详解】

根据电容定义，有C=QU，其中Q为电容器储存的电荷量，得：Q=CU

根据题意，电容器储存能量：EC=12CU2

利用电动势为E0的电源给电容器充电，电容器两极间电压最终为E0，

所以电容器最终储存的能量为：E充=2012CE，

则电容器最终储存的电荷量为：Q=CE0，

整个过程中消耗消耗能量为：E放=W电源=E0It=E0Q=C20E

根据能量守恒得：E损=E放-E充=C20E-2012CE=2012CE

2．如下左图所示，R1＝14Ω，R2＝9Ω，当S扳到位置1时，电压表示数为2.8V，当开关S扳到位置2时，电压表示数为2.7V，求电源的电动势和内阻？（电压表为理想电表）

【答案】E=3V, r=1Ω 【解析】试题分析：根据开关S扳到位置1和2时，分别由闭合电路欧姆定律列出含有电动势和内阻的方程，联立组成方程组求解．

解：根据闭合电路欧姆定律，可列出方程组：

当开关S扳到位置1时，E=U1+I1r=U1+

当开关S扳到位置2时，E=U2+I2r=U2+

代入解得：E=3V，r=1Ω

答：电源的电动势和内阻分别为3V和1Ω．

【点评】本题提供了一种测量电源的电动势和内阻的方法，可以用电阻箱代替两个定值电阻，即由电压表和电阻箱并连接在电源上，测量电源的电动势和内阻，此法简称伏阻法．

3．一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数100n，穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻5.0r，外电路电阻95R，已知感应电动势的最大值mmEn，其中m为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路的交流电流表（内阻不计）的读数。

【答案】2A

【解析】

【详解】

由图可知磁通量最大值为：

21.010Wbm

线圈转动的角速度为：

223.142rad/s200rad/s3.1410T

代入公式mmEn得：

200VmE

交流电流的最大值为：

mm2AEIRr

交流电流表的读数为：

2A2mII

4．已知电流表的内阻Rg＝120 Ω，满偏电流Ig＝3 mA，要把它改装成量程是6 V的电压表，应串联多大的电阻？要把它改装成量程是3 A的电流表，应并联多大的电阻？

【答案】改装成量程是6 V的电压表，应串联1 880 Ω的电阻; 要把它改装成量程是3 A的电流表，应并联0.12 Ω的电阻．

【解析】

【分析】

【详解】

根据欧姆定律和串联电路特点可知，需串联的电阻

1880ggURRI；

同理，根据欧姆定律的并联电路的特点可知，改装成3A电流表需并联的电阻

0.12gggIRRII．

5．一根粗细均匀的金属导线，两端加上恒定电压10 V时，通过金属导线的电流为2 A，求：

①金属导线电阻；

②金属导线在10 s内产生的热量．

【答案】（1）5 Ω （2）200 J

【解析】试题分析：根据欧姆定律和焦耳定律即可解题。

（1）根据欧姆定律： 1052URI。

（2）产生的热量为： 2QIRt，代入数据得： 200QJ

点睛：本题主要考查了欧姆定律和焦耳定律，此题为基础题。

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，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直．线圈匝数n＝100匝，电阻r＝1Ω，长l1＝0.5m，宽l2＝0.4m，角速度ω＝10rad/s．磁场的磁感强度B＝0.2T．线圈两端外接电阻R＝9Ω的用电器，和一个理想交流电流表．试分析求解：

(1)线圈中产生感应电动势的最大值；

(2)电流表的读数；

(3)电阻R上消耗的电功率．

【答案】（1）40V；（2）2．82A；（3）72W．

【解析】

试题分析：（1）线圈中产生感应电动势的最大值E=NBSω=40V；

（2）线圈中产生感应拘泥于的最大值I=ERr=4A；故电流表的读数为42A=2．82A；

（3）电阻R上消耗的电功率P=（2．82A）2×9Ω=72W．

考点：感应电动势，欧姆定律，电功率的计算．

8．如图所示，电源电动势E=50V，内阻r=1Ω， R1=3Ω，R2=6Ω．间距d=0.2m的两平行金属板M、N水平放置，闭合开关S，板间电场视为匀强电场．板间竖直放置一根长也为d的光滑绝缘细杆AB，有一个穿过细杆的带电小球p，质量为m=0.01kg、带电量大小为q=1×10-3C（可视为点电荷，不影响电场的分布）．现调节滑动变阻器R，使小球恰能静止在A处；然后再闭合K，待电场重新稳定后释放小球p．取重力加速度g=10m/s2．求：

（1）小球的电性质和恰能静止时两极板间的电压；

（2）小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值；

（3）小球p到达杆的中点O时的速度．

【答案】(1)U=20V (2)Rx=8Ω (3)v=1.05m/s

【解析】

【分析】

【详解】

(1)小球带负电；

恰能静止应满足：UmgEqqd

30.01100.220110mgdUVVq

(2)小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值为Rx，由电路电压关系:

22xEURRrR

代入数据求得Rx=8Ω

(3)闭合电键K后，设电场稳定时的电压为U'，由电路电压关系:

1212'xEURRrR

代入数据求得U'=10011V

由动能定理:211222dmgUqmv

代入数据求得v=1.05m/s

【点睛】

本题为电路与电场结合的题目，要求学生能正确掌握电容器的规律及电路的相关知识，能明确极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压．

9．如图所示电路中，R1=6 Ω，R2=12 Ω，R3=3 Ω，C=30 μF，当开关S断开，电路稳定时，电源总功率为4 W，当开关S闭合，电路稳定时，电源总功率为8 W，求：

(1)电源的电动势E和内电阻r；

(2)在S断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少？

【答案】（1）8V ,1Ω （2）1.8×10﹣4C ,0 C

【解析】

【详解】

（1）S断开时有：

E=I1（R2+R3）+I1r…①

P1=EI1…②

S闭合时有：E=I2（R3+1212 RRRR）+I2r…③

P2=EI2…④

由①②③④可得：E=8V ；I1=0.5A；r=1Ω；I2=1A

（3）S断开时有：U=I1R2

得：Q1=CU=30×10-6×0.5×12C=1.8×10-4C

S闭合，电容器两端的电势差为零，则有：Q2=0

10．电动自行车是目前一种较为时尚的代步工具，某厂生产的一种电动自行车，设计质量（包括人）为m＝90kg，动力电源选用能量存储量为“36V、15Ah”（即输出电压恒为36V，工作电流与工作时间的乘积为15Ah）的蓄电池（不计内阻），所用电源的额定输出功率P电＝180W，由于电动机发热造成的损耗（其他损耗不计），自行车的效率为η＝80%，如果自行车在平直公路上行驶时所受阻力跟行驶速率和自行车对地面的压力的乘积成正比，即Ff＝kmgv，其中g取10m/s2，k＝5.0×10﹣3s•m﹣1．求：

（1）该自行车保持额定功率行驶的最长时间和自行车电动机的内阻；

（2）自行车在平直的公路上能达到的最大速度；

（3）有人设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，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%．则此设想所需的太阳能电池板的最小面积。

【答案】（1）2h， 1.44Ω。（2）42m/s。（3）101m2

【解析】

【详解】

（1）根据公式：P＝IU，I＝5A，再根据电池容量可得：tQI2h。 P热＝P电﹣80%P＝I2r

解得内阻为：r＝1.44Ω。

（2）经分析可知，当自行车以最大功率行驶且达匀速时速度最大，因此有：

F牵＝kmgvm

而 F牵mPv电，

联立代入数据可得：vm＝42m/s。

（3）当阳光垂直电池板入射时，所需电池板面积最小，设其为S，由题意得：02130%15%4PSrP电

解得所需的太阳能电池板的最小面积为：

S20370%15%rPP电。

代入数据解得：S≈101m2。

11．如图甲，电阻为R=2的金属线圈与一平行粗糙轨道相连并固定在水平面内，轨道间

距为d =0.5m，虚线右侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B1=0．1T，磁场内外分别静置垂直于导轨的金属棒P和Q，其质量m1=m2= 0．02kg，电阻R1=R2= 2．t=0时起对左侧圆形线圈区域施加一个垂直于纸面的交变磁场B2，使得线圈中产生如图乙所示的正弦交变电流（从M端流出时为电流正方向），整个过程两根金属棒都没有滑动，不考虑P和Q电流的磁场以及导轨电阻．取重力加速度g= l0m/s2，

（1）若第1s内线圈区域的磁场B2正在减弱，则其方向应是垂直纸面向里还是向外？

（2）假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，金属棒与导轨间的滑动摩擦因数至少应是多少？

（3）求前4s内回路产生的总焦耳热．

【答案】(1) 垂直纸面向里(2) 0.25．(3) 24J

【解析】

试题分析：（1）第1s内线圈区域的磁场2B正在减弱，由图乙知：线圈中电流方向沿顺时针方向，根据楞次定律判断得知，磁场2B的方向垂直纸面向里．

（2）由图乙知，线圈中电流最大值为02IA，则通过Q棒的电流最大值为1;mIA要使金属棒静止，安培力不大于最大静摩擦力，则有1mBIdmg