高考必备物理稳恒电流技巧全解及练习题

高考必备物理稳恒电流技巧全解及练习题

一、稳恒电流专项训练

1．为了测量一个阻值较大的末知电阻，某同学使用了干电池（1.5V），毫安表（1mA），电阻箱（0～9999W），电键，导线等器材．该同学设计的实验电路如图甲所示，实验时，将电阻箱阻值置于最大，断开2K，闭合1K，减小电阻箱的阻值，使电流表的示数为1I＝1.00mA，记录电流强度值；然后保持电阻箱阻值不变，断开1K，闭合2K，此时电流表示数为1I＝0.80mA，记录电流强度值．由此可得被测电阻的阻值为____W．

经分析，该同学认为上述方案中电源电动势的值可能与标称值不一致，因此会造成误差．为避免电源对实验结果的影响，又设计了如图乙所示的实验电路，实验过程如下：

断开1K，闭合2K，此时电流表指针处于某一位置，记录相应的电流值，其大小为I；断开2K，闭合1K，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数为___

，记录此时电阻箱的阻值，其大小为0R．由此可测出xR＝ ．

【答案】0375,,IR

【解析】

解：方案一中根据闭合电路欧姆定律，有

E=I1（r+R1+R2） （其中r为电源内阻，R1为电阻箱电阻，R2为电流表内阻）

E=I2（r+R1+R2+R）

由以上两式可解得

R=375Ω

方案二是利用电阻箱等效替代电阻R0，故电流表读数不变，为I，电阻箱的阻值为R0．

故答案为375，I，R0．

【点评】本题关键是根据闭合电路欧姆定律列方程，然后联立求解；第二方案是用等效替代法，要保证电流相等．

2．要描绘某电学元件（最大电流不超过６mＡ，最大电压不超过７Ｖ）的伏安特性曲线，设计电路如图，图中定值电阻Ｒ为１ＫΩ，用于限流；电流表量程为１０mＡ，内阻约为５Ω；电压表（未画出）量程为１０Ｖ，内阻约为１０ＫΩ；电源电动势Ｅ为１２Ｖ，内阻不计。

（１）实验时有两个滑动变阻器可供选择：

a、阻值０到２００Ω，额定电流

b、阻值０到２０Ω，额定电流

本实验应选的滑动变阻器是 （填“a”或“b”）

（２）正确接线后，测得数据如下表

１

２

３

４

５

６

７

８

９

１０

Ｕ（Ｖ）

０.00

3.00

6.00

6.16

6.28

6.32

6.36

6.38

6.39

6.40

Ｉ（mＡ）

0.00

0.00

0.00

0.06

0.50

1.00

2.00

3.00

4.00

5.50

a）根据以上数据，电压表是并联在Ｍ与 之间的（填“Ｏ”或“Ｐ”）

b）画出待测元件两端电压ＵＭＯ随ＭＮ间电压ＵＭＮ变化的示意图为（无需数值）

【答案】(1) a

(2) a) P

b）

【解析】（1）选择分压滑动变阻器时，要尽量选择电阻较小的，测量时电压变化影响小，但要保证仪器的安全。B电阻的额定电流为，加在它上面的最大电压为10V，所以仪器不能正常使用，而选择a。（2）电压表并联在M与P之间。因为电压表加电压后一定有电流通过，但这时没有电流流过电流表，所以电流表不测量电压表的电流，这样电压表应该接在P点。

视频

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．在如图所示的电路中，电源内电阻r=1Ω，当开关S闭合后电路正常工作，电压表的读数U=8.5V，电流表的读数I=0.5A．求：

①电阻R；

②电源电动势E；

③电源的输出功率P．

【答案】(1)17R；(2)9EV；(3)4.25Pw

【解析】

【分析】

【详解】

(1)由部分电路的欧姆定律，可得电阻为：5URI

(2)根据闭合电路欧姆定律得电源电动势为E＝U＋Ir＝12V

(3)电源的输出功率为P＝UI＝20W 【点睛】

部分电路欧姆定律U=IR和闭合电路欧姆定律E=U+Ir是电路的重点，也是考试的热点，要熟练掌握．

5．一电路如图所示，电源电动势E=28v，内阻r=2Ω，电阻R1=4Ω，R2=8Ω，R3=4Ω，C为平行板电容器，其电容C=3.0pF，虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m，两极板的间距d=1.0×10-2m．

（1）闭合开关S稳定后，求电容器所带的电荷量为多少?

（2）当开关S闭合后，有一未知的、待研究的带电粒子沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入MN的电场中，已知该带电粒子刚好从极板的右侧下边缘穿出电场，求该带电粒子的比荷q/m（不计粒子的重力，M、N板之间的电场看作匀强电场，g=10m/s2）

【答案】（1）114.810C （2）46.2510/Ckg

【解析】

【分析】

【详解】

（1）闭合开关S稳定后，电路的电流：12282482EIAARRr；

电容器两端电压：222816RUUIRVV；

电容器带电量： 121123.010164.810RQCUCC

（2）粒子在电场中做类平抛运动，则：0Lvt

21122Uqdtdm

联立解得46.2510/qCkgm

6．（18分） 如图所示，金属导轨MNC和PQD，MN与PQ平行且间距为L，所在平面与水平面夹角为α，N、Q连线与MN垂直，M、P间接有阻值为R的电阻；光滑直导轨NC和QD在同一水平面内，与NQ的夹角都为锐角θ。均匀金属棒ab和ef质量均为m，长均为L，ab棒初始位置在水平导轨上与NQ重合；ef棒垂直放在倾斜导轨上，与导轨间的动摩擦因数为μ（μ较小），由导轨上的小立柱1和2阻挡而静止。空间有方向竖直的匀强磁场（图中未画出）。两金属棒与导轨保持良好接触。不计所有导轨和ab棒的电阻，ef棒的阻值为R，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，忽略感应电流产生的磁场，重力加速度为g。

（1）若磁感应强度大小为B，给ab棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平导轨上沿运动方向滑行一段距离后停止，ef棒始终静止，求此过程ef棒上产生的热量；

（2）在（1）问过程中，ab棒滑行距离为d，求通过ab棒某横截面的电荷量；

（3）若ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平导轨上向右匀速运动，并在NQ位置时取走小立柱1和2，且运动过程中ef棒始终静止。求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下ab棒运动的最大距离。

【答案】（1）Qef＝；（2）q＝；（3）Bm＝，方向竖直向上或竖直向下均可，xm＝

【解析】

解：（1）设ab棒的初动能为Ek，ef棒和电阻R在此过程产生热量分别为Q和Q1，有

Q+Q1=Ek①

且Q=Q1 ②

由题意 Ek=③

得 Q=④

（2）设在题设的过程中，ab棒滑行的时间为△t，扫过的导轨间的面积为△S，通过△S的磁通量为△Φ，ab棒产生的电动势为E，ab棒中的电流为I，通过ab棒某截面的电荷量为q，则

E=⑤

且△Φ=B△S ⑥

电流 I=⑦

又有 I=⑧

由图所示，△S=d（L﹣dcotθ） ⑨

联立⑤～⑨，解得：q=（10）

（3）ab棒滑行距离为x时，ab棒在导轨间的棒长Lx为：

Lx=L﹣2xcotθ （11）

此时，ab棒产生的电动势Ex为：E=Bv2Lx （12）

流过ef棒的电流Ix为 Ix=（13） ef棒所受安培力Fx为 Fx=BIxL （14）

联立（11）～（14），解得：Fx=（15）

有（15）式可得，Fx在x=0和B为最大值Bm时有最大值F1．

由题意知，ab棒所受安培力方向必水平向左，ef棒所受安培力方向必水平向右，使F1为最大值的受力分析如图所示，

图中fm为最大静摩擦力，有：

F1cosα=mgsinα+μ（mgcosα+F1sinα） （16）

联立（15）（16），得：Bm=（17）

Bm就是题目所求最强磁场的磁感应强度大小，该磁场方向可竖直向上，也可竖直向下．

有（15）式可知，B为Bm时，Fx随x增大而减小，x为最大xm时，Fx为最小值，如图可知

F2cosα++μ（mgcosα+F2sinα）=mgsinα （18）

联立（15）（17）（18），得

xm=

答：（1）ef棒上产生的热量为；

（2）通过ab棒某横截面的电量为．

（3）此状态下最强磁场的磁感应强度是，磁场下ab棒运动的最大距离是．