高中物理稳恒电流技巧和方法完整版及练习题

高中物理稳恒电流技巧和方法完整版及练习题

一、稳恒电流专项训练

1．一电路如图所示，电源电动势E=28v ，内阻r=2Ω，电阻R1=4Ω，R2=8Ω，R3=4Ω，C 为平行板电容器，其电容C=3.0pF ，虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m ，两极板的间距d=1.0×10-2m ．

（1）闭合开关S 稳定后，求电容器所带的电荷量为多少?

（2）当开关S 闭合后，有一未知的、待研究的带电粒子沿虚线方向以v0=2.0m/s 的初速度射入MN 的电场中，已知该带电粒子刚好从极板的右侧下边缘穿出电场，求该带电粒子的比荷q/m （不计粒子的重力，M 、N 板之间的电场看作匀强电场，g=10m/s 2）

【答案】（1）114.810C -⨯ （2）4

6.2510/C kg -⨯

【解析】 【分析】 【详解】

（1）闭合开关S 稳定后，电路的电流：1228

2482

E I A A R R r =

==++++；

电容器两端电压：222816R U U IR V V ===⨯=；

电容器带电量： 1211

2 3.01016 4.810R Q CU C C --==⨯⨯=⨯

（2）粒子在电场中做类平抛运动，则：0L v t =

21122Uq d t dm

= 联立解得

46.2510/q

C kg m

-=⨯

2．如图所示，水平轨道与半径为r 的半圆弧形轨道平滑连接于S 点，两者均光滑且绝缘，并安装在固定的竖直绝缘平板上．在平板的上下各有一个块相互正对的水平金属板P 、Q ，两板间的距离为D .半圆轨道的最高点T 、最低点S 、及P 、Q 板右侧边缘点在同一竖直线上.装置左侧有一半径为L 的水平金属圆环，圆环平面区域内有竖直向下、磁感应强度大小为B 的匀强磁场，一个根长度略大于L 的金属棒一个端置于圆环上，另一个端与过圆心1O 的竖直转轴连接，转轴带动金属杆逆时针转动(从上往下看)，在圆环边缘和转轴处引出导线分别与P 、Q 连接，图中电阻阻值为R ，不计其它电阻，右侧水平轨道上有一带电量为+q 、质量为

12m 的小球1以速度052

gr v =12m 的不带电小球2发生碰撞，碰后粘合在一起共同向左运动，小球和粘合体均可看作质点，碰撞

过程没有电荷损失，设P 、Q 板正对区域间才存在电场.重力加速度为g . (1)计算小球1与小球2碰后粘合体的速度大小v ；

(2)若金属杆转动的角速度为ω，计算图中电阻R 消耗的电功率P ；

(3)要使两球碰后的粘合体能从半圆轨道的最低点S 做圆周运动到最高点T ，计算金属杆转动的角速度的范围.

【答案】(1) 52gr v = (2) 242

4B L P R

ω= (3) 2mgd qBL ≤ω≤27mgd qBL 【解析】 【分析】 【详解】

(1)两球碰撞过程动量守恒，则0111

()222

mv m m v =+ 解得52

gr

v =

(2)杆转动的电动势211

22

BLv BL L BL εωω==⨯

= 电阻R 的功率2

242

4B L P R R

εω==

(3)通过金属杆的转动方向可知：P 、Q 板间的电场方向向上，粘合体受到的电场力方向向上．在半圆轨道最低点的速度恒定，如果金属杆转动角速度过小，粘合体受到的电场力较小，不能达到最高点T ，临界状态是粘合体刚好达到T 点，此时金属杆的角速度ω1为最小，设此时对应的电场强度为E 1，粘合体达到T 点时的速度为v 1．

在T 点，由牛顿第二定律得2

11v mg qE m r

-=

从S 到T ，由动能定理得2211112222

qE r mg r mv mv ⋅-⋅=- 解得12mg

E q

=

杆转动的电动势2

1112

BL εω= 两板间电场强度1

1E d

ε=

联立解得12

mgd

qBL ω=

如果金属杆转动角速度过大，粘合体受到的电场力较大，粘合体在S 点就可能脱离圆轨道，临界状态是粘合体刚好在S 点不脱落轨道，此时金属杆的角速度ω2为最大，设此时对应的电场强度为E 2．

在S 点，由牛顿第二定律得2

2v qE mg m r

-=

杆转动的电动势2

2212

BL εω= 两板间电场强度2

2E d

ε=

联立解得22

7mgd

qBL ω=

综上所述，要使两球碰后的粘合体能从半圆轨道的最低点S 做圆周运动到最高点T ，金属

杆转动的角速度的范围为：

22

7mgd mgd

qBL qBL ω≤≤.

3．已知电流表的内阻R g ＝120 Ω，满偏电流I g ＝3 mA ，要把它改装成量程是6 V 的电压表，应串联多大的电阻？要把它改装成量程是3 A 的电流表，应并联多大的电阻？ 【答案】改装成量程是6 V 的电压表，应串联1 880 Ω的电阻; 要把它改装成量程是3 A 的电流表，应并联0.12 Ω的电阻． 【解析】 【分析】 【详解】

根据欧姆定律和串联电路特点可知，需串联的电阻

1880g g

U

R R I =

-=Ω； 同理，根据欧姆定律的并联电路的特点可知，改装成3A 电流表需并联的电阻

0.12g g g

I R R I I =

=Ω-．

4．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直．线圈匝数n ＝100匝，电阻r ＝1Ω，长l 1＝0.5m ，宽l 2＝0.4m ，角速度ω＝10rad/s ．磁场的磁感强度B ＝0.2T ．线圈两端外接电阻R ＝9Ω的用电器，和一个理想交流电流表．试分析求解：