高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧及练习题(含答案)含解析.docx

高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧及练习题( 含答案 ) 含解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为 12.5V，电源与电流表的内阻之和为0.05 。车灯接通电动机未起动时，电流表示数为10A；电动机启动的瞬间，电流表示数达到70A。求：（ 1）电动机未启动时车灯的功率。（ 2）电动机启动瞬间车灯的功率并说明其功率减小的原因。（忽略电动机启动瞬间灯泡的电阻变化）【答案】（ 1） 120W ；（ 2） 67.5W【解析】【分析】【详解】(1) 电动机未启动时UEIr12VPUI120W（2）电动机启动瞬间车灯两端电压U EI r9 V车灯的电阻U R1.2IU 2P67.5WR电源电动势不变，电动机启动瞬间由于外电路等效总电阻减小，回路电流增大，内电路分得电压增大，外电路电压减小，所以车灯电功率减小。2 如图所示，电流表A 视为理想电表，已知定值电阻R0=4，滑动变阻器 R 阻值范围为010 ，电源的电动势E=6V闭合开关 S，当 R=3时，电流表的读数 I=0.5A。（1）求电源的内阻。（2）当滑动变阻器R 为多大时，电源的总功率最大?最大值 Pm 是多少 ?【答案】（ 1） 5；（ 2）当滑动变阻器R 为 0 时，电源的总功率最大，最大值Pm 是 4W。【解析】【分析】【详解】（ 1）电源的电动势 E=6V闭合开关 S，当 R=3 时，电流表的读数 I=0.5A，根据闭合电路欧姆定律可知：EIR0Rr得： r=5（2）电源的总功率P=IE得：E2PR0Rr当R=0 P最大，最大值为Pm ，则有： Pm4 W，3 如图所示，电源电动势E=30 V，内阻 r=1 ，电阻 R12=4 ， R =10 两正对的平行金属板长 L=0.2 m ，两板间的距离d=0.1 m 闭合开关 S 后，一质量8m=510 kg，电荷量62=5 10m/s 的初速度从两板的正中间射入，求q=+4 10C 的粒子以平行于两板且大小为粒子在两平行金属板间运动的过程中沿垂直于板方向发生的位移大小？（不考虑粒子的重力）【答案】【解析】根据闭合电路欧姆定律，有：电场强度：粒子做类似平抛运动，根据分运动公式，有：L=v0ty= at2其中：联立解得：点睛：本题是简单的力电综合问题，关键是明确电路结构和粒子的运动规律，然后根据闭合电路欧姆定律和类似平抛运动的分运动公式列式求解4 如图的电路中，电池组的电动势E=30V，电阻，两个水平放置的带电金属板间的距离 d=1.5cm。在金属板间的匀强电场中，有一质量为-8m=710 kg，带电量C 的油滴，当把可变电阻器R 的阻值调到 35接入电路时，带电油滴恰好3静止悬浮在电场中，此时安培表示数I=1.5A，安培表为理想电表，取g 10m/s2，试求：（ 1）两金属板间的电场强度；（ 2）电源的内阻和电阻 R1 的阻值；（ 3） B 点的电势 【答案】（ 1） 1400N/C （2）（ 3） 27V【解析】【详解】（ 1）由油滴受力平衡有， mg=qE，得到代入计算得出： E=1400N/C（ 2）电容器的电压 U3=Ed=21V流过的电流B 点与零电势点间的电势差根据闭合电路欧姆定律得，电源的内阻（3）由于 U1=B-0，B 点的电势大于零，则电路中B 点的电势B=27V.5 如图所示，电源的电动势为10 V，内阻为1 ，R1=3 ， R2=6 ，C=30 F求：（ 1）闭合电键 S，稳定后通过电阻 R2 的电流（ 2）再将电键 S 断开，再次稳定后通过电阻R1 的电荷量【答案】 （1） 1 A （ 2） 1.2 104C【解析】【详解】（1）闭合开关S，稳定后电容器相当于开关断开，根据全电路欧姆定律得：E10IA1AR1R2r361（2）闭合开关S 时，电容器两端的电压即R2 两端的电压，为：U2=IR2=1 6V=6V开关 S 断开后，电容器两端的电压等于电源的电动势，为E=10V，则通过 R1 的电荷量为：（） -5 （） -4Q=CE-U2=31010-6C=1.210C6 如图所示，导体杆 ab 的质量为 0.02kg，电阻为 2 ，放置在与水平面成 30o 角的光滑倾斜金属导轨上，导轨间距为 0.5m 且电阻不计，系统处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为0.2T，电源内阻为1，通电后杆能静止于导轨上，g 取 10m/s 2。求：（ 1）电源电动势 E；（ 2）若突然将磁场反向，求反向后瞬间导体杆的加速度。（不计磁场反向引起的电磁感应效应）【答案】 (1) E3V(2) a10m/s2【解析】【详解】（1）开关闭合，通电导体棒受重力、安培力、支持力而处于静止状态，受力示意图如下：沿斜面方向受力平衡：BILmg sin 30 o根据欧姆定律：EIRr联立、解得：E3V（2）磁场反向后，导体棒将沿导轨向下加速运动，受力示意图如下由牛顿第二定律：BILmg sin 30oma 解得：a10m/s2 （沿导轨平面向下）7 如图所示，电阻 R1=4， R2=6，电源内阻 r=0.6，如果电路消耗的总功率为 40W，电源输出功率为 37.6W，则电源电动势和 R3 的阻值分别为多大？【答案】 20V【解析】电源内阻消耗的功率为，得：由得：外电路总电阻为，由闭合电路欧姆定律得：。点睛：对于电源的功率要区分三种功率及其关系：电源的总功率，内电路消耗的功率，三者关系是。，输出功率8 如图所示，电源电动势E15V，内阻 r 0.5 ，电阻 R1 3， R2 R3 R4 8，一电荷量 q 310 5C 的小球，用长 l 0.1m 的绝缘细线悬挂于竖直放置足够大的平行金属板中的 O 点。电键 S合上后，小球静止时细线与竖直方向的夹角 37，已知两板间距d0.1m ，取重力加速度 g 10m/s 2， sin37 0.6， cos37 0.8。求：(1)两板间的电场强度的大小；(2)带电小球的质量;(3)现剪断细线，并在此瞬间使小球获得水平向左的初速度，则小球刚好运动到左极板，求小球到达左极板的位置与O 点的距离L。【答案】（ 1） 140V/m（ 2） m 5.610 4 kg （ 3） 0.16m【解析】【详解】(1)电阻连接后的总外电阻为：RR2 R37R1R3R2干路上的电流：E2AIRr平行板电容器两板间电压：U IR14V电场强度：UE140V/md(2)由小球的受力情况知：Eqmgtan解得：m5.6 10 4 kg(3)剪断细线后，在水平方向上做匀减速直线运动12l sinatEqam竖直方向做自由落体运动：h1 gt 22解得：h0.08m小球与左板相碰的位置为：Lhl cos 0.16m9 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R 使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A 和1.0 V；重新调节R 使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。【答案】 22.0 W2 【解析】【详解】当电流表和电压表的示数为阻消耗电能，其阻值0.5 A 和1.0 V时，电动机停止工作，电动机中只有电动机的内rU 11.0I120.5当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A 和 15.0 V，则电动机的总功率P总 U 2 I 215.02.0 W 30.0 W线圈电阻的热功率热Ir2P2.02 W 8.0 W所以电动机的输出功率P输出 P总 P热30.0 W 8.0 W 22.0 W10 如图甲所示，水平面上放置一矩形闭合线框abcd， 已知 ab 边长 l1 =1.0m、 bc 边长l2=0.5m ，电阻 r=0.1。匀强磁场垂直于线框平面，线框恰好有一半处在磁场中，磁感应强度 B 在 0.2s 内随时间变化情况如图乙所示，取垂直纸面向里为磁场的正方向。线框在摩擦力作用下保持静止状态。求：（ 1）感应电动势的大小；（ 2）线框中产生的焦耳热；（ 3）线框受到的摩擦力的表达式。【答案】（ 1） 0.25V；（ 2） 0.125J；（ 3） 1.25 t0.1 N【解析】【分析】本题考查法拉第电磁感应定律及能量守恒定律的应用【详解】（ 1）由题意可知，线框在磁场中的面积不变，而磁感应强度在不断增大，会产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律知B SB bc 1 abE n=2tttB 等于乙图象中B-t 图线的斜率 1T/s，联立求得感应电动势 E 0.25Vt（2）因磁场均匀变化，故而产生的感应电动势是恒定，根据闭合电路欧姆定律知，在这0.2s 内产生的感应电流EI2.5Ar再根据焦耳定律有Q =I 2 rt0.125J（3）水平方向上线框受到静摩擦力应始终与所受安培力二力平衡，有fF安 =BIL(0.1t) 2.5 0.5N1.25(t0.1)N11 如图所示，电源电动势有E=12Vr =0.5 “10V 20W”的灯泡L与直流电动机M，内阻，、并联在电源两极间，灯泡恰能正常发光，已知电动机线圈的电阻为RM =1，求：（ 1）流过内阻的电流为多少？（ 2）电动机的输出功率为多少？（ 3）电源的效率为多少？【答案】（ 1） 4A （ 2） 16W （ 3）83%【解析】【详解】(1)设流过灯泡的电流为IL，则P20I LA 2AU10内阻 r 的电压Ur=E-UL=12V-10V=2V流过内阻的电流为U r2IA 4Ar0.5(2)设流过电动机的电流为IM ，IM=I IL=4A-2A=2 A电动机的输入功率为PM 总 =IM U=2 10=20W电动机线圈的热功率为PQ=I2MRM =22 1=4W电动机输出功率为：PM 出=PM 总 -PQ=20W-4W=16W(3)电源的总功率为P 总 =IE=412W=48W电源的效率为UI100%10100%83%EI12【点睛】电功、电功率；闭合电路的欧姆定律12 在如图所示的电路中， R13， R2 6，R3 1.5 ， C 20F，当开关 S 断开时，电源的总功率为 2W；当开关 S 闭合时，电源的总功率为 4W，求：(1)电源的电动势和内电阻；(2)闭合 S 时，电源的输出功率；(3)S 断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少？【答案】 (1)4V, 0.5（ 2） 3.5W（ 3） 610-5 C ,0【解析】【分析】断开 S， R2 、 R3 串联，根据闭合电路欧姆定律求解出电流和电功率表达式；S 闭合， R1、 R2并联再与 R3串联，再次根据闭合电路欧姆定律求解出电流和电功率表达式；最后联立求解；闭合 S 时电源的输出功率为P=EI-I2r；S 断开时， C两端电压等于电阻R2 两端电压，求解出电压后根据Q=CU 列式求解 【详解】（1） S 断开， R2、 R3 串联根据闭合电路欧姆定律可得：EIrR总功率为： PE22WIEr7.5123RR1R2R33.5S 闭合， R 、 R 并联再与 R 串联，总外电阻R1 R2根据闭合电路欧姆定律可得：EEIR r 3.5 r所以总功率为：P EIE 23.5r联立解得： E=4V， r=0.5 （2）闭合 S，总外电阻 R =3.5 干路电流为 IE1ARr2输出功率P 出 =EI-Ir=4 1-1 0.5=3.5W（3） S 断开时， C 两端电压等于电阻R2 两端电压： U 2ER24I 2 R26V 3V7.5r7.5 0.5-6-5可得电量为： Q=CU2=20 10 3=6 10C【点睛】本题首先要理清电路结构，然后结合闭合电路欧姆定律和电功率表达式列式分析