高中物理总复习--物理稳恒电流
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高中物理总复习--物理稳恒电流
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．如图所示，一根有一定电阻的直导体棒质量为、长为L，其两端放在位于水平面内间距也为L的光滑平行导轨上，并与之接触良好；棒左侧两导轨之间连接一可控电阻；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面，时刻，给导体棒一个平行与导轨的初速度，此时可控电阻的阻值为，在棒运动过程中，通过可控电阻的变化使棒中的电流强度保持恒定，不计导轨电阻，导体棒一直在磁场中。
（1）求可控电阻R随时间变化的关系式；
（2）若已知棒中电流强度为I，求时间内可控电阻上消耗的平均功率P；
（3）若在棒的整个运动过程中将题中的可控电阻改为阻值为的定值电阻，则棒将减速运动位移后停下；而由题干条件，棒将运动位移后停下，求的值。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】试题分析：（1）因棒中的电流强度保持恒定，故棒做匀减速直线运动，设棒的电阻为，电流为I，其初速度为，加速度大小为，经时间后，棒的速度变为，则有：
而，时刻棒中电流为：，经时间后棒中电流为：，
由以上各式得：。
（2）因可控电阻R随时间均匀减小，故所求功率为：，
由以上各式得：。
（3）将可控电阻改为定值电阻，棒将变减速运动，有：，，而，，由以上各式得，而，由以上各式得， 所求。
考点：导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化
【名师点睛】解决本题的关键知道分析导体棒受力情况，应用闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律求解，注意对于线性变化的物理量求平均的思路，本题中先后用到平均电动势、平均电阻和平均加速度。
3．如图所示的电路中，R1＝4Ω，R2＝2Ω，滑动变阻器R3上标有“10Ω，2A”的字样，理想电压表的量程有0～3V和0～15V两挡，理想电流表的量程有0～0.6A和0～3A两挡．闭合开关S，将滑片P从最左端向右移动到某位置时，电压表、电流表示数分别为2V和0.5A；继续向右移动滑片P至另一位置，电压表指针指在满偏的13，电流表指针也指在满偏的13．求电源电动势与内阻的大小．（保留两位有效数字）
【答案】7.0V，2.0Ω．
【解析】
【分析】
根据滑动变阻器的移动可知电流及电压的变化，是可判断所选量程，从而求出电流表的示数；由闭合电路欧姆定律可得出电动势与内阻的两个表达式，联立即可求得电源的电动势．
【详解】
滑片P向右移动的过程中，电流表示数在减小，电压表示数在增大，由此可以确定电流表量程选取的是0～0.6 A，电压表量程选取的是0～15 V，所以第二次电流表的示数为13×0.6
A＝0.2 A，电压表的示数为13×15 V＝5 V
当电流表示数为0.5A时，R1两端的电压为U1＝I1R1＝0.5×4 V＝2 V
回路的总电流为I总＝I1+12UR＝0.5+22A＝1.5 A
由闭合电路欧姆定律得E＝I总r+U1+U3，
即E＝1.5r+2+2①
当电流表示数为0.2 A时，R1两端的电压为U1′＝I1′R1＝0.2×4V＝0.8 V
回路的总电流为I总′＝I1′+12UR＝0.2+0.82A＝0.6A 由闭合电路欧姆定律得E＝I总′r+U1′+U3′，
即E＝0.6r+0.8+5②
联立①②解得E＝7.0 V，r＝2.0Ω
【点睛】
本题考查闭合电路的欧姆定律，但解题时要注意先会分析电流及电压的变化，从而根据题间明确所选电表的量程．
4．一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
5．在如图所示的电路中,电源电动势E=3V,内阻 r=0.5Ω,定值电阻R1 =9Ω,R2=5.5Ω,电键S断开．
①求流过电阻R1的电流;
②求电阻 R1消耗的电功率;
③将S闭合时,流过电阻R1的电流大小如何变化?
【答案】(1)0.2A；(2)0.36W；(3)变大
【解析】
试题分析：（1）电键S断开时，根据闭合电路的欧姆定律求出电流；（2）根据211PIR求出1R消耗的电功率；（3）将S闭合时回路中的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律分析电流的变化．
（1）电键S断开时，根据闭合电路的欧姆定律得：12EIRRr，解得：I=0.2A
（2）根据211PIR，得210.290.36PW
（3）将S闭合时，2R被短接，回路中的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律：EIRr，可知电流变大，即流过电阻1R的电流变大
【点睛】本题主要考查了闭合电路的欧姆定律，解决本题的关键就是要知道闭合电路的欧姆定律的表达式，并且知道回路中的电阻变化了，根据闭合电路的欧姆定律可以判断电流的变化．
6．如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L．M、P两点间接有电阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略．让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．求：
（1）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时杆中的电流及杆的加速度大小；
（2）在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．
【答案】（1）BLvR 22BLvgsinmR （2）22sinmgRBL
【解析】 （1）当ab加速下滑时，速度大小为v时,则 EBLv
根据闭合电路欧姆定律，有：
EIR
故BLvIR，方向由a到b
由安培力公式： FBIL
根据牛顿第二定律：mgsinFma
整理可以得到：2222 )/sinBLvBLvamgsinmgRmR（
(2)当0a时ab杆的速度可以达到最大值
即： mBLvmgsinBLR
所以：22sinmmgRvBL．
7．平行导轨P、Q相距l＝1 m，导轨左端接有如图所示的电路．其中水平放置的平行板电容器两极板M、N相距d＝10 mm，定值电阻R1＝R2＝12 Ω，R3＝2 Ω，金属棒ab的电阻r＝2 Ω，其他电阻不计．磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，质量m＝1×10－14kg，电荷量q＝－1×10－14C的微粒恰好静止不动．取g＝10 m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好．且速度保持恒定．试求：
(1)匀强磁场的方向和MN两点间的电势差
(2)ab两端的路端电压；
(3)金属棒ab运动的速度．
【答案】(1) 竖直向下；0.1 V(2)0.4 V. (3) 1 m/s.
【解析】
【详解】
（1）负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故M板带正电．ab棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势，ab棒等效于电源，感应电流方向由b→a，其a端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下．
微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有mg＝Eq
又MNUEd＝
