专题06 电学实验 电路（解析版）—上海6年高考等级考物理试题分类解析.docxVIP

专题0６电学实验电路（解析版）

—6年（2017-2022）上海市等级考物理试题分类解析

2022第20题

20.宽L=0.75m的导轨固定，导轨间存在着垂直于纸面且磁感应强度B=0.4T的匀强磁场。虚线框I、II中有定值电阻R0和最大阻值为20Ω的滑动变阻器R。一根与导轨等宽的金属杆以恒定速率向右运动，图甲和图乙分别为变阻器全部接入和一般[半,般应为半，差之毫厘谬以千里也，这一字之差使题目算不出来]接入时沿abcda方向电势变化的图像。求：

（1）匀强磁场的方向；

（2）分析并说明定值电阻R0在I还是在II中，并且R0大小为多少？

（3）金属杆运动的速率；

（4）滑动变阻器阻值为多大时变阻器的功率最大？并求出该最大功率Pm。

【知识点】本题考查电磁感应、全电路欧姆定律及其相关知识点。

【分析】由电势图图像得出a点电势高→切割磁感线产生感应电动势的金属杆是电源→金属杆上端为高电势（电源正极）→金属杆中电流方向从下到上→右手定则→磁场方向垂直纸面向里

对比图甲和图乙→串联电路分压规律→I中为定值电阻→欧姆定律列方程组→解得R0和E(φ0)..

把定值电阻和金属杆视作等效电源→电源输出电功率最大条件→滑动变阻器最大功率

【解析】（1）a点电势高，即金属杆上端电势高，根据右手定则可判断出磁场垂直纸面向里

（2）滑动变阻器接入阻值减小时，Uab变大，根据串联电路分压特点，说明I中的阻值分到的电压增多，I中为定值电阻。

[敲黑板：这里可以分两种情况讨论

若I中为定值电阻，根据串联电路分压公式，Uab=ER

若II中为定值电阻，根据串联电路分压公式，Uab=ERR+

所以I中为定值电阻；

也可以讨论Ucd

若I中为定值电阻，根据串联电路分压公式，Ucd=ERR+

若II中为定值电阻，根据串联电路分压公式，Ucd=ER

所以I中为定值电阻]

金属杆的电阻不计，Uad=E=φ0。

滑动变阻器两种情况下，R=1.2V，R=1.0V，

联立解得：R0=5Ω，φ0=1.5V

（3）金属杆切割磁感线，产生感应电动势，E=BLv=φ0=1.5V

解得v=5m/s

（4）将定值电阻和金属杆视作一个等效电源，由电源输出功率最大的条件可知，当滑动变阻器阻值为Rx=R0=5Ω时，滑动变阻器消耗的电功率最大，最大功率Pm===0.1125W

[敲黑板：滑动变阻器最大功率问题的推导：

滑动变阻器消耗的电功率P=I2R=(E

所以，当滑动变阻器阻值为R=R0=5Ω时，滑动变阻器消耗的电功率最大，最大功率Pm==1.524×5W

Excel研究

物理公式P=(E

Excel公式B2=1.5*1.5*A2/((A2+5)*(A2+5))

此处注意：分母上要多加一个括号

数据表：

R/欧姆

P/W

0

0

1

0.0625

2

0.091837

3

0.105469

4

0.111111

5

0.1125

6

0.11157

7

0.109375

8

0.106509

9

0.103316

10

0.1

11

0.09668

12

0.093426

13

0.090278

14

0.087258

15

0.084375

16

0.081633

17

0.079029

18

0.07656

19

0.074219

20

0.072

从数据表和图像都可以看出，当R=R0=5Ω时，滑动变阻器最大输出功率Pm===0.1125W。]

拓展：用Excel画出题目所给的图像，以使学生进一步理解本题的物理情景。

甲图

Rф物理公式Excel公式

0-5Ωф=1.5-1.5R/25B2=1.5*A2/25

5ф=1.2B6=1.2

1-25ф=1.2-1.5R/25B11=1.2-1.5*A3/25

数据表

R

电势甲/V

0

1.5

1

1.44

2

1.38

3

1.32

4

1.26

5

1.2

6

1.2

7

1.2

8

1.2

9

1.2

10

1.2

11

1.14

12

1.08

13

1.02

14

0.96

15

0.9

16

0.84

17

0.78

18

0.72

19

0.66

20

0.6

21

0.54

22

0.48

23

0.42

24

0.36

25

0.3

26

0.24

27

0.18

28

0.12

29

0.06

30

0

31

0.06

32

0.12

33

0.18

34

0.24

35

0.3

36

0.36

37

0.42

38

0.48

39

0.54

40

0.6

41

0.66

42

0.72

43

0.78

44

0.84

45

0.9

46

0.96

47

1.02

48

1.08

49