高中物理穩(wěn)恒電流題20套(帶答案)含解析(編輯修改稿)
2025-04-05 04:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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?！敬鸢浮?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。10．如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝27 V，內(nèi)阻r＝2 Ω，固定電阻R2＝4 Ω，R1為光敏電阻．C為平行板電容器，其電容C＝3pF，虛線到兩極板距離相等，極板長(zhǎng)L＝ m，間距d＝10－2 m．P為一圓盤(pán)，由形狀相同透光率不同的二個(gè)扇形a、b構(gòu)成，它可繞AA′軸轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)細(xì)光束通過(guò)扇形a、b照射光敏電阻R1時(shí)，R1的阻值分別為12 Ω、3 ＝－10－4 C微粒沿圖中虛線以速度v0＝10 m/s連續(xù)射入C的電場(chǎng)中．假設(shè)照在R1上的光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)R1阻值立即有相應(yīng)的改變．重力加速度為g＝10 m/s2.(1)求細(xì)光束通過(guò)a照射到R1上時(shí)，電容器所帶的電量；(2)細(xì)光束通過(guò)a照射到R1上時(shí)，帶電微粒剛好沿虛線勻速運(yùn)動(dòng)，求細(xì)光束通過(guò)b照射到R1上時(shí)帶電微粒能否從C的電場(chǎng)中射出．【答案】（1）（2）帶電粒子能從C的電場(chǎng)中射出【解析】【分析】由閉合電路歐姆定律求出電路中電流，再由歐姆定律求出電容器的電壓，即可由Q=CU求其電量；細(xì)光束通過(guò)a照射到R1上時(shí)，帶電微粒剛好沿虛線勻速運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力與重力二力平衡．細(xì)光束通過(guò)b照射到R1上時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律求粒子的加速度，由類平拋運(yùn)動(dòng)分位移規(guī)律分析微粒能否從C的電場(chǎng)中射出．【詳解】（1）由閉合電路歐姆定律，得 又電容器板間電壓，得UC=6V設(shè)電容器的電量為Q，則Q=CUC解得（2）細(xì)光束通過(guò)a照射時(shí)，帶電微粒剛好沿虛線勻速運(yùn)動(dòng)，則有 解得
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