最新物理高考物理穩(wěn)恒電流練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-02 03:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電阻R的功率(3)通過金屬桿的轉(zhuǎn)動方向可知：P、Q板間的電場方向向上，粘合體受到的電場力方向向上．在半圓軌道最低點(diǎn)的速度恒定，如果金屬桿轉(zhuǎn)動角速度過小，粘合體受到的電場力較小，不能達(dá)到最高點(diǎn)T，臨界狀態(tài)是粘合體剛好達(dá)到T點(diǎn)，此時(shí)金屬桿的角速度ω1為最小，設(shè)此時(shí)對應(yīng)的電場強(qiáng)度為E1，粘合體達(dá)到T點(diǎn)時(shí)的速度為v1．在T點(diǎn)，由牛頓第二定律得從S到T，由動能定理得 解得 桿轉(zhuǎn)動的電動勢兩板間電場強(qiáng)度 聯(lián)立解得如果金屬桿轉(zhuǎn)動角速度過大，粘合體受到的電場力較大，粘合體在S點(diǎn)就可能脫離圓軌道，臨界狀態(tài)是粘合體剛好在S點(diǎn)不脫落軌道，此時(shí)金屬桿的角速度ω2為最大，設(shè)此時(shí)對應(yīng)的電場強(qiáng)度為E2． 在S點(diǎn)，由牛頓第二定律得桿轉(zhuǎn)動的電動勢 兩板間電場強(qiáng)度聯(lián)立解得 綜上所述，要使兩球碰后的粘合體能從半圓軌道的最低點(diǎn)S做圓周運(yùn)動到最高點(diǎn)T，金屬桿轉(zhuǎn)動的角速度的范圍為：.7．一交流電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖所示．若用此交流電為一臺微電子控制的電熱水瓶供電，電熱水瓶恰能正常工作．加熱時(shí)的電功率P＝880W，保溫時(shí)的電功率P′＝20W．求：①該交流電電壓的有效值U；②電熱水瓶加熱時(shí)通過的電流I；．③電熱水瓶保溫5h消耗的電能E．【答案】①220V②③【解析】①根據(jù)圖像可知，交流電電壓的最大值為：，則該交流電電壓的有效值為：；②電熱水瓶加熱時(shí)，由得：③電熱水瓶保溫消耗的電能為：點(diǎn)睛：本題根據(jù)交流電圖象要能正確求解最大值、有效值、周期、頻率等物理量，要明確功率公式對交流電同樣適用，不過U、I都要用有效值．8．對于同一物理問題，常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻的理解其物理本質(zhì)。一段長為l、電阻率為ρ、橫截面積為S的細(xì)金屬直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子，電子電荷量為e、質(zhì)量為m。（1）當(dāng)該導(dǎo)線通有恒定的電流I時(shí)：①請根據(jù)電流的定義，推導(dǎo)出導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率v； ②經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻源于定向運(yùn)動的自由電子與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）的碰撞，該碰撞過程將對電子的定向移動形成一定的阻礙作用，該作用可等效為施加在電子上的一個(gè)沿導(dǎo)線的平均阻力。若電子受到的平均阻力大小與電子定向移動的速率成正比，比例系數(shù)為k。請根據(jù)以上的描述構(gòu)建物理模型，推導(dǎo)出比例系數(shù)k的表達(dá)式。（2）將上述導(dǎo)線彎成一個(gè)閉合圓線圈，若該不帶電的圓線圈繞通過圓心且垂直于線圈平面的軸勻速率轉(zhuǎn)動，線圈中不會有電流通過，若線圈轉(zhuǎn)動的線速度大小發(fā)生變化，線圈中會有電流通過，這個(gè)現(xiàn)象首先由斯泰瓦和托爾曼在1917年發(fā)現(xiàn)，被稱為斯泰瓦—托爾曼效應(yīng)。這一現(xiàn)象可解釋為：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動的線速度大小均勻變化時(shí)，由于慣性，自由電子與線圈中的金屬離子間產(chǎn)生定向的相對運(yùn)動。取線圈為參照物，金屬離子相對靜止，由于慣性影響，可認(rèn)為線圈中的自由電子受到一個(gè)大小不變、方向始終沿線圈切線方向的力，該力的作用相當(dāng)于非靜電力的作用。已知某次此線圈勻加速轉(zhuǎn)動過程中，該切線方向的力的大小恒為F。根據(jù)上述模型回答下列問題：① 求一個(gè)電子沿線圈運(yùn)動一圈，該切線方向的力F做功的大??；② 推導(dǎo)該圓線圈中的電流 的表達(dá)式?！敬鸢浮浚?）①；② ne2ρ；（2）① Fl；② ?！窘馕觥俊痉治觥俊驹斀狻浚?）①一小段時(shí)間內(nèi)，流過導(dǎo)線橫截面的電子個(gè)數(shù)為：對應(yīng)的電荷量為：根據(jù)電流的定義有：解得：②從能量角度考慮，假設(shè)金屬中的自由電子定向移動的速率不變，則電場力對電子做的正功與阻力對電子做的負(fù)功大小相等，即：又因?yàn)椋郝?lián)立以上兩式得：（2）①電子運(yùn)動一圈，非靜電力做功為：②對于圓線圈這個(gè)閉合回路，電動勢為：根據(jù)閉合電路歐姆定律，圓線圈這個(gè)閉合回路的電流為：聯(lián)立以上兩式，并根據(jù)電阻定律：解得：9．導(dǎo)線中自由電子的定向移動形成電流，電流可以從宏觀和微觀兩個(gè)角度來認(rèn)識。（1）一段通電直導(dǎo)線的橫截面積為S，它的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏伽德羅常數(shù)位NA。導(dǎo)線中每個(gè)帶電粒子定向運(yùn)動的速率為υ，粒子的電荷量為e，假設(shè)每個(gè)電子只提供一個(gè)自由電子。①推導(dǎo)該導(dǎo)線中電流的表達(dá)式；②如圖所示，電荷定向運(yùn)動時(shí)所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力。按照這個(gè)思路，請你嘗試由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。（2）經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為金屬導(dǎo)體中恒定電場形成穩(wěn)恒電流。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下，定向運(yùn)動形成電流。自由電子在定向運(yùn)動的過程中，不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞。碰撞后自由電子定向運(yùn)動的速度變?yōu)榱?，將能量轉(zhuǎn)移給金屬離子，使得金屬離子的熱運(yùn)動更加劇烈，這就是焦耳熱產(chǎn)生原因。某金屬直導(dǎo)線電阻為R，通過的電流為I。請從宏觀和微觀相結(jié)合的角度，證明：在時(shí)間t內(nèi)導(dǎo)線中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2Rt（可設(shè)電子與離子兩次碰撞的時(shí)間間隔t0,碰撞時(shí)間忽略不計(jì)，其余需要的物理量可自設(shè)）?！敬鸢浮浚?）①②見解析（2）見解析【解析】【詳解】(1）①金屬導(dǎo)線單位體積內(nèi)電子個(gè)數(shù)在時(shí)間t內(nèi)流過導(dǎo)線橫截面的帶電粒子數(shù)N=通過導(dǎo)線橫截面的總電荷量Q=Ne導(dǎo)線中電流I=聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出I=②導(dǎo)線受安培力大小
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