高中物理选修3-1｜恒流场经典习题演练及答案解析

1.如图所示是电饭煲的电路图，S₁是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时会自动断开.S₂是一个自动温控开关，当温度低于约70℃时会自动闭合，温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热状态时的指示灯，黄灯是保温状态时的指示灯，限流电阻R₁=R₂=500Ω，加热电阻丝R₃=50Ω，两灯电阻不计.

(1)根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程(包括加热和保温过程)

(2)简要回答，如果不闭合开关S₁，电饭煲能将饭煮熟吗?

(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的功率之比.

解析：

(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S₂自动闭合，同时把手动开关S₁关闭，这时黄灯短路红灯亮，电饭堡处于加热状态，加热到80℃时，S₂自动断开，S₁仍闭合待电饭煲中水烧干后，温度升高到103℃时.开关S₁自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于电饭堡散热，待温度下降至70℃时，S₂自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态.(2)不能，因为如果不闭合S₁，则只能将食物加热至80℃.(3)设电饭煲处于加热状态时，功率为P₁，

设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P₂，则

所以P1:P2≈12:1

2.如图所示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机，R=24Ω，电源电动势E=40V.当S断开时，电流表的示数，I₁=1.6A，当开关S闭合时，电流表的示数为I₂=4.0A求开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率.

解析：

答案:设电源内阻为r′,当S断开时，

，即

，得r′=1Ω.当S合上时，I²=4A，则U_内=I₂·r′=4V

U外=E-U内=40V-4V=36V，也即电动机两端电压为36V

3.如图所示，有一盏灯L，当通过0.3A电流时达到其额定功率1.8W滑动变阻器的最大电阻为3Ω，电路两端电压为12V.当滑动变阻器滑动头滑到P点时，该电灯正常发光，求:(1)滑动头在P点时，PB间的阻值为多少?(2)此时滑动变阻器消耗的功率为多少?

解析：

设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P₂，则

(1)电灯的电阻

、

灯泡和PB间电阻并联阻值

由题意:

，即

所以

，

所以R_PB=20Ω

(2)此时变阻器消耗的功率

4.如图所示电路中，电源电动势E=10V，内电阻不计，电阻R₁=14Ω，R₂=6.0Ω，R₃=2.0Ω，R₄=8.0Ω，R₅=10Ω，电容器的电容C=2μF，求:(1)电容器所带的电荷量.并说明电容器哪个极板带正电.(2)若R₁突然断路，将有多少电荷量通过R₅?

解析：

(1)不妨设d点电势为零，即U_d=0在a、b两点间电容器所在支路中，电流为零，R⁵两端无电势差，因而加在a、b两点间的电压即为a、b两点间的电势差电流由a点经R₂流到d点，电势降低的数值即为R₂两端的电压，即

电流由b点经R₄流到d点，电势降低的数值即为R₄两端的电压，即

因为U_b>U_a，所以电容器下板带正电，电容器所带的电荷量Q_c=C·U_ba=2μF×(8V-3V)=10^-5(2)若R₁突然断路，则R₂中无电流，U_a=U_d，此时电容器两端的电压即为R₄两端的电压，

，电容器下极板仍带正电，此时Q_c′=C·U_ba′=2μF×8V=1.6×10^-5C通过R₅上的电荷量即为R₁断开前后电容器上带电荷量之差，即△Q=Q_c′-Q_c=1.6×10^-5C-1×10^-5C=6×10^-6C