高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.7 闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律基本问题

如图所示,水平面内相距$1\;\rm m$光滑的平行金属导轨接有$0.8\;\rm \Omega$的电阻$R$,磁感应强度大小为$0.5\;\rm T$的匀强磁场与导轨平面垂直。一质量$0.2\;\rm kg$、有效电阻$0.2\;\rm \Omega$的金属棒与导轨垂直放置。某时刻给金属棒施加一个水平向右的外力$F$,让金属棒由静止开始以$5\;\rm m/s^{2}$的加速度做匀加速运动,当通过电路某截面的电荷量为$1\;\rm C$时撤去外力$F$,导轨电阻不计,求:

金属棒加速运动的距离;

[["

$x=2\\;\\rm m$

"]]

设金属棒匀加速运动的距离为$x$,匀加速运动的时间为$\Delta t$,回路的磁通量的变化量为$\Delta\Phi$,回路中的平均感应电动势为$\overline{E}$,由法拉第电磁感应定律得$\overline{E}=\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$

其中$\Delta\Phi=Blx$

设回路中的平均电流为$\overline{I}$,由闭合电路欧姆定律得$\overline{I}=\dfrac{\overline{E}}{R+r}$

则通过电阻$R$的电荷量为$q=\overline{I}\Delta t$

代入数据得$x=2\;\rm m$

撤去外力后,金属棒减速运动过程中电路产生的总焦耳热。

[["

$Q=2\\;\\rm J$

"]]

设撤去外力时金属棒的速度为$v$,对于金属棒的匀加速运动过程,由运动学公式得$v^{2}=2ax$

撤去外力后由能量守恒得$Q=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

代入数据得$Q=2\;\rm J$

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如图所示,光滑平行导轨与水平面成角置于匀强磁场中,下方磁感应强度大小为,方向垂直斜面向上,导轨间距为;上方磁感应强度大小为,方向垂直斜面向下,导轨间距为,导轨足够长且电阻不计。质量均为的导体棒和垂直于导轨放置。棒接入电路的电阻为,棒接入电路的电阻为,两棒始终在对应的导轨部分运动。为使棒沿斜面向下以速度(未知)匀速运动时,棒恰好静止,重力加速度为,计算的大小。 如图所示电路中,电源电动势为、内阻为,,,电容器中一带电液滴恰好处于静止状态,理想电压表、示数分别为、,理想电流表示数为,当滑动变阻器触头向滑动后,下列说法正确的是 如图所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈的边长为,边长为,共有匝,总电阻,可绕与磁场方向垂直的对称轴转动。线圈处于磁感应强度的匀强磁场中,与线圈两端相连的金属滑环上接一个“,”的灯泡,当线圈以角速度匀速转动时,小灯泡消耗的功率恰好为。(不计转动轴与电刷的摩擦,结果保留两位有效数字) 如图所示,两平行金属导轨间距,导轨与水平面成。导轨上端连接有、的电源和滑动变阻器。长度也为的金属棒垂直导轨放置且与导轨接触良好,金属棒的质量、电阻,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,金属棒一直静止在导轨上,当滑动变阻器的阻值时,金属棒刚好与导轨间无摩擦力。取,,。求: 如图所示的电路中,电源电动势,内阻,电动机的电阻,定值电阻。电动机正常工作时,理想电压表的示数。求: 要测量一电源的电动势(略小于)和内阻(约),现有下列器材:电压表)、电阻箱,定值电阻,开关和导线。某实验小组根据所给器材设计了如图甲所示的实验电路。
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