高考物理高考物理穩(wěn)恒電流解題技巧及經(jīng)典題型及練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-02 21:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （1）求線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E；（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值R＝1Ω時(shí)，求電阻R1消耗的電功率；（3）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，可使速度為v＝3102m/s、比荷為＝3104Ckg的帶電粒子（重力忽略不計(jì)）緊貼電容器C上極板從左側(cè)水平射入電容器后，剛好能從下極板的右邊緣射出，求此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值。【答案】(1)9V；(2)6W；(3)19【解析】【詳解】（1）由法拉第電磁感應(yīng)定律有：E＝nS 線圈面積為：S＝πr2代入數(shù)據(jù)得：E＝9V（2）當(dāng)R＝1Ω時(shí)，由閉合電路的歐姆定律得：E＝I（R0+R+）流過電阻R1的電流為： R1消耗的電功率為：P＝I12R1代入數(shù)據(jù)可求得：P1＝6W（3）由楞次定律可知電容器下極板帶正電，且電容器的電壓等于R2兩端電壓，帶電粒子在兩極板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，所以有：x＝vty＝at2由牛頓第二定律有： 由電路規(guī)律有：E＝UR2+I（Rx+R0）聯(lián)立以上方程可得此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為：R＝19Ω8．麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論告訴我們：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng)，該感生電場(chǎng)是渦旋電場(chǎng)；變化的電場(chǎng)也可以產(chǎn)生感生磁場(chǎng)，該感生磁場(chǎng)是渦旋磁場(chǎng)．（1）如圖所示，在半徑為r的虛線邊界內(nèi)有一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系為B=kt（k0且為常量）．將一半徑也為r的細(xì)金屬圓環(huán)（圖中未畫出）與虛線邊界同心放置．①求金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的大?。?②變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦旋電場(chǎng)存在于磁場(chǎng)內(nèi)外的廣闊空間中，在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)其電場(chǎng)線是一系列同心圓，如圖中的實(shí)線所示，圓心與磁場(chǎng)區(qū)域的中心重合．在同一圓周上，渦旋電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小處處相等．使得金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是渦旋電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力，這個(gè)力稱為渦旋電場(chǎng)力，其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系和靜電力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系相同．請(qǐng)推導(dǎo)金屬圓環(huán)位置的渦旋電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E感．（2）如圖所示，在半徑為r的虛線邊界內(nèi)有一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系為E=ρt（ρ0且為常量）．①我們把穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)稱為穿過此面的磁通量，同樣地，我們可以把穿過某個(gè)面的電場(chǎng)線條數(shù)稱為穿過此面的電通量．電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)面積內(nèi)的電通量也會(huì)發(fā)生變化，該變化的電場(chǎng)必然會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)．小明同學(xué)猜想求解該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B感的方法可以類比（1）中求解E感的方法．若小明同學(xué)的猜想成立，請(qǐng)推導(dǎo)B感在距離電場(chǎng)中心為a（ar）處的表達(dá)式，并求出在距離電場(chǎng)中心和2r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值B感1：B感2． ②小紅同學(xué)對(duì)上問通過類比得到的B感的表達(dá)式提出質(zhì)疑，請(qǐng)你用學(xué)過的知識(shí)判斷B感的表達(dá)式是否正確，并給出合理的理由．【答案】（1）① ② ；（2）①1:1②不正確.【解析】【分析】（1）①根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)ε的大?。谠诮饘賵A環(huán)內(nèi)，求解非靜電力對(duì)帶電量為q的自由電荷所做的功，求解電動(dòng)勢(shì)，從而求解感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度；（2）①類比（1）中求解E感的過程求解 兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值；②通過量綱分析表達(dá)式的正誤.【詳解】（1）①根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得 ②在金屬圓環(huán)內(nèi)，非靜電力對(duì)帶電量為q的自由電荷所做的功W非=qE感2πr 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義解得感生電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小（2）①類比（1）中求解E感的過程，在半徑為R處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為在R=a時(shí)，解得在R=時(shí)， ，解得將R=2r時(shí)， ，解得所以 ② 上問中通過類比得到的B感的表達(dá)式不正確； 因?yàn)橥ㄟ^量綱分析我們知道：用基本物理量的國際單位表示的導(dǎo)出單位為 ；又因?yàn)?，用基本物理量的國際單位表示的導(dǎo)出單位為．可見，通過類比得到的B感的單位是不正確的，所以的表達(dá)式不正確．【點(diǎn)睛】考查電磁學(xué)綜合運(yùn)用的內(nèi)容，掌握法拉第電磁感應(yīng)定律、電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的應(yīng)用，會(huì)用類比法解決問題以及用物理量的量綱判斷表達(dá)式的正誤．9．如圖所示，質(zhì)量m=1kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37176。、寬度L=1m的光滑絕緣框架上，磁場(chǎng)方向垂直于框架平面向下（磁場(chǎng)僅存在于絕緣框架內(nèi)）．右側(cè)回路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E=8V、內(nèi)阻r=1Ω，額定功率為8W、額定電壓為4V的電動(dòng)機(jī)M正常工作．取sin37176。=，cos37176。=，重力加速度大小g=10m/s2．試求：（1）電動(dòng)機(jī)當(dāng)中的電流IM與通過電源的電流I總．（2）金屬棒受到的安培力大小及磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。?
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