最新高中物理稳恒电流试题(有答案和解析)

最新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．在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”试验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S=0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路．M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I=1.25A，电压表读数U随OP间距离x的变化如下表：

x/mm

600

700

800

900

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2100

2200

2300

2400

U/V

3.95

4.50

5.10

5.90

6.50

6.65

6.82

6.93

7.02

7.15

7.85

8.50

9.05

9.75

⑴绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；

⑵求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较．

【答案】（1）如图所示；

（2）电阻率的允许范围：

a：60.9610m~61.1010m

b：68.510m~71.1010m

c：60.9610m~61.1010m

通过计算可知，金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率．

【解析】

（1）以OP间距离x为横轴，以电压表读数U为纵轴，描点、连线绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线．

（2）根据电阻定律lRS可得SUSRlIl．

663(6.53.9)0.20101.04101.25(1000600)10amm

673(7.16.5)0.20109.6101.25(20001000)10bmm

663(9.77.1)0.20101.04101.25(24002000)10cmm

通过计算可知，金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率．

2．超导现象是20世纪人类重大发现之一，日前我国己研制出世界传输电流最大的高温超导电缆并成功示范运行．

（l）超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零，这种性质可以通过实验研究．将一个闭合超导金属圈环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圈环平面向上，逐渐降低温度使环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场，若此后环中的电流不随时间变化．则表明其电阻为零．请指出自上往下看环中电流方向，并说明理由．

（2）为探究该圆环在超导状态的电阻率上限ρ，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I，并经一年以上的时间t未检测出电流变化．实际上仪器只能检测出大于△I的电流变化，其中△I＜＜I，当电流的变化小于△I时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电流没有变化．设环的横截面积为S，环中定向移动电子的平均速率为v，电子质量为m、电荷量为e．试用上述给出的各物理量，推导出ρ的表达式．

（3）若仍使用上述测量仪器，实验持续时间依旧为t．为使实验获得的该圆环在超导状态的电阻率上限ρ的准确程度更高，请提出你的建议，并简要说明实现方法．

【答案】（1）见解析 （2）（3）见解析

【解析】

（1）逆时针方向。原磁场磁感线垂直于圆环平面向上，当撤去磁场瞬间，环所围面积的原磁通量突变为零，由楞次定律可知，环中感应电流的磁场方向应与原磁场方向相同，即向上。由右手螺旋定则可知，环中电流的方向是沿逆时针方向。

（2）设圆环周长为、电阻为R，由电阻定律得

由于有电阻，所以圆环在传导电流过程中，电流做功，把电能全部转化为内能。设t时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为，由焦耳定律得

因电流是圆环中电荷的定向移动形成的，故可设环中单位体积内定向移动电子数为n，由电流强度的定义得：

因式中n、e、S不变，所以只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化。电流变化大小取时，相应定向移动电子的平均速率变化的大小为，则

在t时间内单个电子在环中定向移动时减小的动能为：

圆环中总电子为

设环中定向移动电子减少的动能总和为，则

由于，可得

根据能量守恒定律，得

联立上述各式，得

（3）由看出，在题设条件限制下，适当增大超导电流，可以使实验获得的准确程度更高，通过增大穿过该环的磁通量变化率可实现增大超导电流。

此题易错点：分析能量的转换关系以及微观量与宏观量关系时出错。

【考点定位】本题考查楞次定律、电阻定律、电流强度和能量转换等知识，是一道电磁学联系实际的综合问题，意在考查考生灵活应用物理知识解决实际问题的能力。

3．如图所示，固定的水平金属导轨间距L=2 m．处在磁感应强度B=4×l0-2 T的竖直向上的匀强磁场中，导体棒MN垂直导轨放置，并始终处于静止状态．已知电源的电动势E=6 V，内电阻r=0.5 Ω，电阻R=4.5 Ω，其他电阻忽略不计．闭合开关S，待电流稳定后，试求：

（1）导体棒中的电流；

（2）导体棒受到的安培力的大小和方向．

【答案】（1）1.2 A； （2）0.096 N，方向沿导轨水平向左

【解析】

【分析】

【详解】

(1)由闭合电路欧姆定律可得： I=64.50.5EARr=1.2A

(2)安培力的大小为：

F=BIL=0.04×1.2×2N=0.096N

安培力方向为沿导轨水平向左

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．如图所示的电路中，电阻R1＝6 Ω，R2＝3 Ω.S断开时，电流表示数为0.9 A；S闭合时，电流表示数为0.8 A，设电流表为理想电表，则电源电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.

【答案】E=5.76V r=0.4Ω

【解析】

根据闭合电路欧姆定律，两种状态，列两个方程，组成方程组，就可求解．

当S断开时

（1）

当S闭合时

（2）

由（1）、（2）式联立，解得

E=5.76V

r=0.4Ω

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．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？

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