高考物理穩(wěn)恒電流專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練100(附答案)(編輯修改稿)
2025-04-02 21:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的兩端 分別與電源（串有一滑動(dòng)變阻器 R）、定值電阻、電容器（原來(lái)不帶電）和開(kāi)關(guān)K相連．整個(gè)空間充滿(mǎn)了垂直于導(dǎo)軌平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B．一質(zhì)量為m，電阻不計(jì)的金屬棒 ab 橫跨在導(dǎo)軌上．已知電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電容器的電容為C，定值電阻的阻值為R0，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻．（1）當(dāng)K接1時(shí)，金屬棒 ab 在磁場(chǎng)中恰好保持靜止，則滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值 R 為多大？（2）當(dāng) K 接 2 后，金屬棒 ab 從靜止開(kāi)始下落，下落距離 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定速度，則此穩(wěn)定速度的大小為多大？下落 s 的過(guò)程中所需的時(shí)間為多少？（3） ab 達(dá)到穩(wěn)定速度后，將開(kāi)關(guān) K 突然接到3，試通過(guò)推導(dǎo)，說(shuō)明 ab 作何種性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？求 ab 再下落距離 s 時(shí)，電容器儲(chǔ)存的電能是多少？（設(shè)電容器不漏電，此時(shí)電容器沒(méi)有被擊穿）【答案】（1）（2）（3）勻加速直線運(yùn)動(dòng) 【解析】【詳解】（1）金屬棒ab在磁場(chǎng)中恰好保持靜止，由BIL=mg 得 （2）由 得由動(dòng)量定理，得 其中 得 （3）K接3后的充電電流 mgBIL=ma得=常數(shù)所以ab棒的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是“勻加速直線運(yùn)動(dòng)”，電流是恒定的．v22v2=2as根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒得 解得：【點(diǎn)睛】本題是電磁感應(yīng)與電路、力學(xué)知識(shí)的綜合，關(guān)鍵要會(huì)推導(dǎo)加速度的表達(dá)式，通過(guò)分析棒的受力情況，確定其運(yùn)動(dòng)情況．8．電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，在不同的電源中，非靜電力做功的本領(lǐng)也不相同，物理學(xué)中用電動(dòng)勢(shì)來(lái)表明電源的這種特性。（1）電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把的電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功，如圖甲所示，如果移送電荷時(shí)非靜電力所做的功為，寫(xiě)出電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式；（2）如圖乙所示，固定于水平面的U形金屬框架處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，金屬框兩平行導(dǎo)軌間距為。金屬棒在外力的作用下，沿框架以速度向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬棒始終垂直于兩平行導(dǎo)軌并接觸良好。已知電子的電荷量為，請(qǐng)說(shuō)明是什么力充當(dāng)非靜電力，求出這個(gè)非靜電力產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式；，給出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型；在此基礎(chǔ)上，求出導(dǎo)線中金屬離子對(duì)一個(gè)自由電子沿導(dǎo)線長(zhǎng)度方向的平均作用力的表達(dá)式；（3）現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場(chǎng)使電子加速的設(shè)備。它的基本原理如圖丙所示，上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場(chǎng)使電子加速。上圖為側(cè)視圖，下圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。已知電子的電荷量為e，電子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，因電流變化而產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率為（k為一定值）。求電子在圓形軌道中加速一周的過(guò)程中，感生電場(chǎng)對(duì)電子所做功及電子所受非靜電力的大小。【答案】(1) (2)，； b. (3)， 【解析】【詳解】(1)根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義可知：(2)；由題意可知金屬棒在外力和安培力的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則：所以根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義有：，導(dǎo)線中的自由電子與金屬離子發(fā)生了碰撞，可以看做是安全彈性碰撞，碰后自由電子損失動(dòng)能，損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。從整體上看，可以視為金屬離子對(duì)自由電子整體運(yùn)動(dòng)的平均阻力導(dǎo)致自由電子動(dòng)能的的損失。設(shè)導(dǎo)線MN的橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子沿導(dǎo)線長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的平均速度為ve，則導(dǎo)線MN內(nèi)的自由電子總數(shù)為：導(dǎo)線中的電流為：在極短時(shí)間?t內(nèi)，導(dǎo)線內(nèi)所有自由電子克服金屬離子做功導(dǎo)致自由電子的動(dòng)能損失為：從宏觀角度看，力F對(duì)導(dǎo)線做功，而導(dǎo)線的速度不變，即導(dǎo)線的動(dòng)能不變，所以力F的功完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱。?t時(shí)間內(nèi)，力F做功：又因?yàn)椋杭矗寒?dāng)導(dǎo)線MN做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)外力等于安培力，即：聯(lián)立以上各式可解得：(3)據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：加速一周感生電場(chǎng)對(duì)電子所做的功：設(shè)非靜電力為F，電子運(yùn)動(dòng)一周，非靜電力做功為：根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義：聯(lián)立解得：答：(1) 電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式；(2)，外力充當(dāng)非靜電力；這個(gè)非靜電力產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；b. 導(dǎo)線中金屬離子對(duì)一個(gè)自由電子沿導(dǎo)線長(zhǎng)度方向的平均作用力；(3)電子在圓形軌道中加速一周的過(guò)程中，感生電場(chǎng)對(duì)電子所做功，電子所受非靜電力。9．對(duì)于同一物理問(wèn)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(zhǎng)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(qǐng)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(guò)程將對(duì)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
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