高中物理高考物理穩(wěn)恒電流解題技巧及練習(xí)題(1)(編輯修改稿)
2025-04-02 21:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 體棒質(zhì)量為、長為L，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為L的光滑平行導(dǎo)軌上，并與之接觸良好；棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可控電阻；導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面，時(shí)刻，給導(dǎo)體棒一個(gè)平行與導(dǎo)軌的初速度，此時(shí)可控電阻的阻值為，在棒運(yùn)動(dòng)過程中，通過可控電阻的變化使棒中的電流強(qiáng)度保持恒定，不計(jì)導(dǎo)軌電阻，導(dǎo)體棒一直在磁場中。（1）求可控電阻R隨時(shí)間變化的關(guān)系式；（2）若已知棒中電流強(qiáng)度為I，求時(shí)間內(nèi)可控電阻上消耗的平均功率P；（3）若在棒的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中將題中的可控電阻改為阻值為的定值電阻，則棒將減速運(yùn)動(dòng)位移后停下；而由題干條件，棒將運(yùn)動(dòng)位移后停下，求的值。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】試題分析：（1）因棒中的電流強(qiáng)度保持恒定，故棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)棒的電阻為，電流為I，其初速度為，加速度大小為，經(jīng)時(shí)間后，棒的速度變?yōu)椋瑒t有：而，時(shí)刻棒中電流為：，經(jīng)時(shí)間后棒中電流為：，由以上各式得：。（2）因可控電阻R隨時(shí)間均勻減小，故所求功率為：，由以上各式得：。（3）將可控電阻改為定值電阻，棒將變減速運(yùn)動(dòng)，有：，而，由以上各式得，而，由以上各式得，所求?？键c(diǎn)：導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢；電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道分析導(dǎo)體棒受力情況，應(yīng)用閉合電路歐姆定律和牛頓第二定律求解，注意對于線性變化的物理量求平均的思路，本題中先后用到平均電動(dòng)勢、平均電阻和平均加速度。7．一根粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線，兩端加上恒定電壓10 V時(shí)，通過金屬導(dǎo)線的電流為2 A，求：①金屬導(dǎo)線電阻；②金屬導(dǎo)線在10 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量．【答案】（1）5 Ω （2）200 J【解析】試題分析：根據(jù)歐姆定律和焦耳定律即可解題。（1）根據(jù)歐姆定律： 。（2）產(chǎn)生的熱量為： ，代入數(shù)據(jù)得： 點(diǎn)睛：本題主要考查了歐姆定律和焦耳定律，此題為基礎(chǔ)題。8．對于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，線圈中不會(huì)有電流通過，若線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小發(fā)生變化，線圈中會(huì)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(dòng)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(dòng)。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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)一圈，非靜電
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