高三物理電學(xué)專項(xiàng)訓(xùn)練題與解析電學(xué)作為高中物理的核心模塊，既是高考的重點(diǎn)，也是同學(xué)們學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。它涵蓋了電場、電路、磁場、電磁感應(yīng)等多個(gè)方面，知識點(diǎn)密集，綜合性強(qiáng)，對邏輯思維和分析能力要求較高。為了幫助同學(xué)們更好地掌握這部分知識，提升解題能力，特編寫本專項(xiàng)訓(xùn)練題與解析。希望通過針對性的練習(xí)與深入剖析，能讓大家對電學(xué)知識有更清晰的認(rèn)識，解題思路更加順暢。一、靜電場靜電場的學(xué)習(xí)，關(guān)鍵在于對電場強(qiáng)度、電勢、電勢能等基本概念的理解，以及庫侖定律、高斯定理（雖不直接考查，但思想重要）、電勢差與電場強(qiáng)度關(guān)系等規(guī)律的應(yīng)用。場強(qiáng)的疊加、電勢的判斷、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡分析，都是常見的考查點(diǎn)。例題1：在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，帶電量分別為+Q和-Q，它們相距為r。關(guān)于它們形成的電場，下列說法正確的是（）A.兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處的場強(qiáng)為零B.兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處的電勢為零（設(shè)無窮遠(yuǎn)處電勢為零）C.正電荷沿兩點(diǎn)電荷連線的中垂線從無窮遠(yuǎn)處移至中點(diǎn)，電勢能先增大后減小D.負(fù)電荷在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上任意一點(diǎn)所受電場力方向都垂直于中垂線解析：這道題主要考查等量異種點(diǎn)電荷的電場分布特點(diǎn)及電勢、電勢能的概念。對于選項(xiàng)A，我們知道，等量異種點(diǎn)電荷在連線中點(diǎn)處的場強(qiáng)是兩個(gè)電荷各自產(chǎn)生場強(qiáng)的疊加，由于它們的電荷量大小相等，距離中點(diǎn)也相等，所以各自產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等，方向相同（都指向負(fù)電荷一側(cè)或都背離正電荷一側(cè)，具體看電荷正負(fù)），因此合場強(qiáng)不為零，A錯(cuò)誤。選項(xiàng)B，電勢是標(biāo)量，其疊加遵循代數(shù)法則。取無窮遠(yuǎn)處電勢為零，正電荷周圍電勢為正，負(fù)電荷周圍電勢為負(fù)。在兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)處，到兩個(gè)電荷的距離相等，根據(jù)點(diǎn)電荷電勢公式，正電荷在此處產(chǎn)生的電勢為正，負(fù)電荷產(chǎn)生的電勢為負(fù)，且絕對值相等，因此代數(shù)和為零，B正確。選項(xiàng)C，兩點(diǎn)電荷連線的中垂線是一條等勢線，一直延伸到無窮遠(yuǎn)，其電勢為零。所以，正電荷沿此中垂線移動(dòng)時(shí)，電勢能不變（因?yàn)殡妱菽蹺_p=qφ，φ不變，q為正，E_p不變），C錯(cuò)誤。選項(xiàng)D，根據(jù)等量異種點(diǎn)電荷的電場線分布，中垂線上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向都是垂直于中垂線指向負(fù)電荷一側(cè)（或背離正電荷一側(cè)，具體看電荷位置），所以負(fù)電荷在中垂線上任意一點(diǎn)所受電場力方向應(yīng)與場強(qiáng)方向相反，即垂直于中垂線背離負(fù)電荷一側(cè)，并非垂直于中垂線即可，方向是確定的，D錯(cuò)誤。綜上，本題正確答案為B。例題2：一帶電粒子在勻強(qiáng)電場中僅受電場力作用，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示（圖中未畫出，假設(shè)為一條曲線，A點(diǎn)在軌跡左側(cè)，B點(diǎn)在軌跡右側(cè)，粒子從A到B速度方向沿軌跡切線）。則下列說法正確的是（）A.粒子帶正電B.A點(diǎn)的電勢一定高于B點(diǎn)的電勢C.粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能一定小于在B點(diǎn)的動(dòng)能D.粒子在A點(diǎn)的電勢能一定小于在B點(diǎn)的電勢能解析：帶電粒子在電場中做曲線運(yùn)動(dòng)，所受電場力的方向必定指向軌跡的凹側(cè)。由于題目未給出電場線方向或等勢面分布，我們需要根據(jù)軌跡彎曲方向來判斷電場力的大致方向。假設(shè)粒子軌跡向右彎曲（具體彎曲方向需結(jié)合實(shí)際圖形，此處為假設(shè)分析），則電場力方向指向軌跡凹側(cè)。選項(xiàng)A，若不知電場方向，則無法根據(jù)電場力方向判斷粒子電性，A錯(cuò)誤。選項(xiàng)B，電勢高低與電場線方向有關(guān)（沿電場線方向電勢降低）。若電場力方向與電場方向相同，則粒子帶正電；反之帶負(fù)電。由于電場方向未知，A、B兩點(diǎn)電勢高低無法判斷，B錯(cuò)誤。選項(xiàng)C和D，粒子從A到B，電場力做正功還是負(fù)功，取決于電場力方向與速度方向的夾角。如果電場力方向與速度方向夾角為銳角，則做正功，動(dòng)能增加，電勢能減少；若為鈍角，則做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢能增加。從軌跡彎曲情況看，粒子在A點(diǎn)的速度方向沿軌跡切線，電場力指向凹側(cè)。若粒子從A到B是向電場力方向偏轉(zhuǎn)，則電場力做正功。例如，若軌跡向右彎曲，電場力向右，粒子從左向右運(yùn)動(dòng)，電場力做正功，動(dòng)能增加（C正確），電勢能減少（D錯(cuò)誤）。當(dāng)然，若軌跡彎曲方向不同，結(jié)論會(huì)相反。但根據(jù)常見的曲線運(yùn)動(dòng)分析，若粒子是朝著受力方向運(yùn)動(dòng)一段距離，則電場力做正功。本題中，若沒有更多信息，但根據(jù)選項(xiàng)設(shè)置，C和D是矛盾的，必有一真一假。通常情況下，若粒子速度方向與受力方向夾角小于90度，電場力做正功。因此，假設(shè)在該情境下電場力做正功，則C正確，D錯(cuò)誤。綜上，本題正確答案為C（具體需結(jié)合實(shí)際圖形，但思路是這樣）。二、恒定電流恒定電流部分，要掌握歐姆定律、電阻定律、焦耳定律、閉合電路歐姆定律等基本規(guī)律。串并聯(lián)電路的分析、電功電功率的計(jì)算、電路動(dòng)態(tài)變化分析、含容電路分析、實(shí)驗(yàn)（如伏安法測電阻、測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻）是考查的重點(diǎn)。例題3：在如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，C為電容器。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是（）A.電流表的示數(shù)增大B.電壓表的示數(shù)增大C.電容器C所帶電荷量增大D.R1消耗的電功率減小解析：首先，我們需要明確電路的結(jié)構(gòu)。R1與R3串聯(lián)后與R2并聯(lián)，然后接在電源兩端。電壓表測量的是路端電壓（或并聯(lián)部分的電壓，因?yàn)槔硐腚妷罕韮?nèi)阻無窮大，不影響電路），電流表測量的是通過R2的電流（假設(shè)電流表串聯(lián)在R2支路）。電容器C并聯(lián)在R3兩端（或R1與R3串聯(lián)后的兩端？需明確電路圖，此處假設(shè)并聯(lián)在R3兩端，這是常見模型）。當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，R3的接入電阻增大。整個(gè)外電路的總電阻R外：R1與R3串聯(lián)后為R1+R3，再與R2并聯(lián)，總電阻R外=[(R1+R3)*R2]/[(R1+R3)+R2]。當(dāng)R3增大時(shí)，分子(R1+R3)*R2增大，分母(R1+R3)+R2也增大，但總體上，外電路總電阻R外是增大的（可以用數(shù)學(xué)方法證明，或記住“一個(gè)電阻與另一電阻并聯(lián)，當(dāng)其中一個(gè)電阻增大時(shí)，總電阻增大”）。根據(jù)閉合電路歐姆定律，總電流I總=E/(R外+r)，R外增大，I總減小。路端電壓U=E-I總r，I總減小，所以U增大，即電壓表示數(shù)增大，B正確。通過R2的電流I2=U/R2，U增大，R2不變，所以I2增大，即電流表示數(shù)增大，A正確。通過R1和R3的電流I1=I總-I2。I總減小，I2增大，所以I1一定減小。電容器C并聯(lián)在R3兩端（假設(shè)），則其兩端電壓UC等于R3兩端的電壓。UC=I1*R3。I1減小，R3增大，UC如何變化？這需要看I1*R3的乘積。I1=(E-U)/R1，而U=I2R2，I2=(E-I總r)/R2，這個(gè)推導(dǎo)可能復(fù)雜。換個(gè)思路：UC=U并-I1R1，其中U并是并聯(lián)部分電壓即路端電壓U。U增大，I1減小，R1不變，所以I1R1減小，因此UC=U-I1R1增大（U增大，減去一個(gè)更小的數(shù)）。所以電容器兩端電壓增大，根據(jù)Q=CU，C不變，Q增大，C正確。R1消耗的電功率P1=I12R1，I1減小，所以P1減小，D正確。綜上，本題正確答案為ABCD（具體需根據(jù)電路圖中電表和電容的連接方式確定，此處為假設(shè)典型連接方式下的分析）。例題4：某同學(xué)用伏安法測量一個(gè)未知電阻Rx的阻值，現(xiàn)有器材：電源（電動(dòng)勢約3V，內(nèi)阻不計(jì)）、電流表（量程0~0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω）、電壓表（量程0~3V，內(nèi)阻約3kΩ）、滑動(dòng)變阻器（0~10Ω）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。（1）為了盡可能減小測量誤差，應(yīng)采用電流表______（填“內(nèi)接法”或“外接法”）。（2）在實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)采用了上述正確接法，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測得幾組數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出了U-I圖像，圖像不過原點(diǎn)的原因可能是______。解析：（1）伏安法測電阻有內(nèi)接法和外接法兩種。內(nèi)接法測量值偏大（R測=Rx+RA），外接法測量值偏?。≧測=RxRv/(Rx+Rv)）。選擇的依據(jù)是“大內(nèi)小外”，即當(dāng)Rx遠(yuǎn)大于RA時(shí)（Rx>>RA），采用內(nèi)接法；當(dāng)Rx遠(yuǎn)小于Rv時(shí)（Rx<<Rv），采用外接法。計(jì)算臨界電阻R0=√(RARv)。若Rx>R0，用內(nèi)接法；Rx<R0，用外接法。已知RA約0.1Ω，Rv約3kΩ=3000Ω。R0=√(0.1*3000)=√300≈17.3Ω。題目中Rx為未知電阻，但滑動(dòng)變阻器最大阻值為10Ω，通常測量時(shí)Rx不會(huì)比滑動(dòng)變阻器大太多（否則調(diào)節(jié)范圍小），所以Rx可能小于17.3Ω，因此應(yīng)采用外接法，以減小由于電壓表分流造成的誤差。（2）U-I圖像不過原點(diǎn)，若圖像與U軸交于一點(diǎn)（I=0時(shí)，U不為0），通常原因是電壓表有示數(shù)時(shí)，電流表無示數(shù)，可能是電流表短路？或者，更常見的情況是在測量前，電表指針沒有調(diào)零。但如果是圖像整體向上或向下平移，對于伏安法測電阻，若采用外接法，考慮電表內(nèi)阻，圖像斜率仍為Rx。若圖像不過原點(diǎn)，當(dāng)I=0時(shí)，U不為0，可能是電壓表直接并聯(lián)在了電源兩端，或者電路中有其他分壓。但更可能的原因是，在連接電路時(shí)，將電壓表并聯(lián)到了滑動(dòng)變阻器的兩端和電源串聯(lián)的整體兩端，或者，更常見的實(shí)驗(yàn)操作中的問題是，電流表或電壓表的零點(diǎn)沒有校準(zhǔn)。不過，在U-I圖像中，對于純電阻，其本身的U-I圖像應(yīng)該過原點(diǎn)。若不過原點(diǎn)，且當(dāng)I=0時(shí)，U有一定值，可能是電路中存在一個(gè)與Rx串聯(lián)的電源（不可能），或者，最可能的是，在測量時(shí)，電壓表的分流作用不可忽略，但這會(huì)影響斜率，而不是不過原點(diǎn)。另一個(gè)可能是，實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器采用了限流接法，當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)至最大時(shí)，電路中電流最小，但不為零，電壓表示數(shù)也不為零。但U-I圖像是根據(jù)多組數(shù)據(jù)畫出的，應(yīng)該包括接近零點(diǎn)的數(shù)據(jù)。因此，最可能的原因是電表未調(diào)零，例如電壓表在接入電路前，指針就有一個(gè)初始讀數(shù)（正或負(fù)），導(dǎo)致繪制圖像時(shí)，U值整體偏移。三、磁場與電磁感應(yīng)磁場部分主要涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度、安培力、洛倫茲力、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)。電磁感應(yīng)部分則包括感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、自感與互感等。這部分內(nèi)容綜合性極強(qiáng)，常與力學(xué)知識結(jié)合考查，難度較大。例題5：如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，有一段彎成直角的金屬導(dǎo)線abc，ab=bc=L，通有電流I，電流方向?yàn)閍→b→c。已知磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向分別為（）A.√2BIL，方向沿ac連線向上B.√2BIL，方向沿ac連線向下C.BIL，方向垂直ac連線向上D.BIL，方向垂直ac連線向下解析：求彎曲導(dǎo)線在磁場中所受的安培力，可以采用“等效替代法”，即彎曲導(dǎo)線所受安培力等效于從導(dǎo)線的起點(diǎn)到終點(diǎn)的直導(dǎo)線通以相同電流時(shí)所受的安培力。本題中，導(dǎo)線abc的起點(diǎn)是a，終點(diǎn)是c。ab=bc=L，且∠abc=90°，所以ac間的直線距離為√(L2+L2)=√2L。因此，等效直導(dǎo)線ac的長度為√2L，電流方向從a到c。根據(jù)安培力公式F=BIL（此時(shí)L為等效長度，且電流方向與磁場方向垂直），所以F=BI(√2L)=√2BIL。方向根據(jù)左手定則判斷：伸開左手，讓磁感線垂直穿過手心（垂直紙面向里），四指指向電流方向（從a到c），大拇指所指的方向即為安培力方向。假設(shè)ac連線在紙面內(nèi)，a在左下方，b在中間，c在右上方，則ac連線方向斜向右上方。電流從a到c，磁場向里，左手定則判斷，大拇指方向應(yīng)垂直于ac連線向上。綜上，本題正確答案為A。例題6：如圖所示，水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L，導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻，導(dǎo)軌處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一根質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻?，F(xiàn)給導(dǎo)體棒一個(gè)水平向右的初速度v0，使其在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。則在導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法正確的是（）A.導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)B.電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱等于導(dǎo)體棒初動(dòng)能的一半C.導(dǎo)體棒速度減為初速度一半時(shí)，其加速度大小為B2L2v0/(2mR)D.導(dǎo)體棒滑行的最大距離與初速度v0成正比解析：導(dǎo)體棒ab向右運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E=BLv，根據(jù)右手定則，感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a。導(dǎo)體棒受到向左的安培力F安=BIL=B(E/R)L=B(BLv/R)L=B2L2v/R。（1）導(dǎo)體棒的加速度a=F安/m=B2L2v/(mR)，方向向左。由于a的大小與v成正比，v減小，a也減小，所以導(dǎo)體棒做的是加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，并非勻減速，A錯(cuò)誤。（2）根據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)體棒的初動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，即Q=(1/2)mv02，B錯(cuò)誤。（3）當(dāng)導(dǎo)體棒速度減為初速度一半時(shí)，v=v0/2。此時(shí)加速度a=B2L2v/(mR)=B2L2(v0/2)/(mR)=B2L2v0/(2mR)，C正確。（4）設(shè)導(dǎo)體棒滑行的最大距離為x。根據(jù)動(dòng)量定理，合外力的沖量等于動(dòng)量的變化量。合外力即安培力F安，方向向左。∫F安dt=0-mv0即∫(B2L2v/R)dt=mv0而∫vdt=x（位移的定義）所以(B2L2/R)x=mv0解得x=(mRv0)/(B2L2)因此，x與v0成正比，D正確。綜上，本題正確答案為CD。四、總結(jié)與備考建議電學(xué)知識體系龐大，概念抽象，規(guī)律繁多，需要同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中：1.夯實(shí)基礎(chǔ)，深化理解：對基本概念（電場強(qiáng)度、電勢、電流、電阻、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等）和基本規(guī)律（庫侖定律、歐姆定律、楞次定