1、最新高中物理闭合电路的欧姆定律专项训练100( 附答案 )一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 如图所示，金属导轨平面动摩擦因数0.2，与水平方向成 37角，其一端接有电动势E 4.5V，内阻r 0.5 的直流电源。现把一质量m 0.1kg 的导体棒ab放在导轨上，导体棒与导轨接触的两点间距离L 2m，电阻R 2.5 ，金属导轨电阻不计。在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B 0.5T，方向竖直向上的匀强磁场。己知sin37 0.6， cos370.8， g 10m/s 2（不考虑电磁感应影响），求：(1)通过导体棒中电流大小和导体棒所受安培力大小；(2)导体棒加速度大小和方向。【答案】 (
2、1) 1.5A， 1.5N；(2)2.6m/s 2，方向沿导轨平面向上【解析】【详解】(1)由闭合电路欧姆定律可得EI1.5ARr根据安培力公式可得导体棒所受安培力大小为FBIL1.5N(2)对导体棒受力分析，根据牛顿第二定律有BIL cos mgsin fmafFNcosBILsinmg联立可得a2.6m/s 2方向沿导轨平面向上2 在图中 R1 14，R2 9当开关处于位置 1 时，电流表读数 I1 0.2A；当开关处于位置 2 时，电流表读数 I2 0.3A求电源的电动势 E 和内电阻 r【答案】 3V，1【解析】【详解】当开关处于位置1 时，根据闭合电路欧姆定律得：E=I1（ R1+r
3、）当开关处于位置2 时，根据闭合电路欧姆定律得：E=I2（ R2+r）代入解得： r=1， E=3V答：电源的电动势E=3V，内电阻r=13 在如图所示电路中，电源电动势为12V，电源内阻为 1.0 ，电路中电阻 R0 为 1.5 ，小型直流电动机M 的内阻为 0.5闭合开关 S 后，电动机转动，电流表的示数为2.0A求：（ 1）电动机两端的电压 ；（ 2）电源输出的电功率 【答案】 （1） 7.0V（ 2）20W【解析】试题分析：（ 1）电动机两端的电压等于电源电动势减去内阻电压与电阻和，（ 2）电源输出的电功率等于电源的总功率减去热功率.（1）电路中电流表的示数为2.0A，所以电动机的电压
4、为R0 电压之U E U内 U R0 122 12 1.5 V7V（2）电源的输出的功率为：P总EI I 2r12 2 22 1 W 20W4 如图所示，在A 、 B 两点间接一电动势为 4V ，内电阻为 1 的直流电源，电阻R1 、 R2 、 R3 的阻值均为 4，电容器的电容为 30 F ，电流表内阻不计，当电键S 闭合时，求：（ 1）电流表的读数（ 2 ）电容器所带的电量（ 3）断开电键 S 后，通过 R2 的电量【答案】（ 1） 0.8A ；（ 2） 9.6 10 5 C ；（ 3）4.810 5C【解析】试题分析：当电键 S 闭合时，电阻R 、 R2 被短路根据欧姆定律求出流过R3
5、的电流，即1电流表的读数电容器的电压等于R3 两端的电压，求出电压，再求解电容器的电量断开电键 S 后，电容器通过R 、R2 放电， R 、 R2 相当并联后与 R3 串联再求解通过 R2 的电11量（1）当电键 S 闭合时，电阻R1 、 R2 被短路根据欧姆定律得：E40.8A电流表的读数 Ir 4AR31（2）电容器所带的电量QCU 3CIR33010 60.8 4C 9.6 10 5 C（3）断开电键 S 后，电容器相当于电源，外电路是R 、 R2 相当并联后与R3 串联由于1各个电阻都相等，则通过R2 的电量为 Q1 Q4.810 5 C25 如图所示的电路中，电阻 R1=9，R2=1
6、5 ， R3=30 ，电源内电阻 r=1，闭合开关 S，理想电流表的示数 I2=0.4A求：（ 1）电阻 R3 两端的电压 U3；（ 2）流过电阻 R1 的电流 I1 的大小；（ 3）电源的总功率 P【答案】（ 1） 6.0V（ 2） 0.6A（3） 7.2W【解析】【详解】（1）电阻 R3 两端有电压为U 3I 2 R20.4156.0 （ V）（2）通过电阻R3 的电流大小：U 3I 30.2 AR3流过电阻 R1 的电流大小为：I1=I2+I3=0.4+0.2=0.6A（3）电源的电动势为：EI1rI 1R1U 30.610.69612 V电源的总功率为P=I1E=7.2W2或 PI1r
7、R1R2 / / R3=7.2W6 如图 1 所示，用电动势为E、内阻为 r 的电源，向滑动变阻器R 供电改变变阻器R 的阻值，路端电压U 与电流 I 均随之变化（1）以 U 为纵坐标， I 为横坐标，在图 2 中画出变阻器阻值 R 变化过程中 U-I 图像的示意图，并说明 U-I 图像与两坐标轴交点的物理意义（ 2） a请在图 2 画好的 U-I 关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；b请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明 ：电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和【答案】 （1） UI 图象如
8、图所示：图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2） a 如图所示 ：E2b.4r（ 3）见解析【解析】（ 1） UI 图像如图所示，其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2） a如图所示I 2 R ( E2P)2 REb电源输出的电功率：Rrr 2R2rR当外电路电阻R=r 时，电源输出的电功率最大，为Pmax = E24r（3）电动势定义式：EW非静电力q根据能量守恒定律，在图 1 所示电路中，非静电力做功 W 产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热，即WI 2 rtI 2 RtIrqIRqEIrIRU内U 外本题答案是：（1）
9、UI 图像如图所示，其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2） a如图所示2当外电路电阻R=r 时，电源输出的电功率最大，为Pmax = E4r（ 3） E U 内 U 外点睛：运用数学知识结合电路求出回路中最大输出功率的表达式，并求出当R=r 时，输出功率最大7如图所示的电路中，两平行金属板A、B 水平放置，两板间的距离d40cm ，电源电动势E24V ，内电阻r1，电阻R15，闭合开关S，待电路稳定后，一带电量q1 102C, 质量 m=2102kg 的小球恰好静止于两板之间取g10m / s2 ，求：（ 1）两板间的电压为多少（ 2）此时，滑动变阻器接入电
10、路的阻值为多少【答案】（ 1） 8V（ 2） 8 【解析】【详解】试题分析：(1)由题意可知小球恰好静止于两板之间，一小球为对象，受到重力和电场力二力平衡，所以有mgqU，d故：Umgd2 10 2100.4 V 8V ；q110 2(2)设此时滑动变阻器接入电路的阻值为RP ，由闭合电路欧姆定律可得电路中的电流为IEr ，RpRUIRP ，得：RP8。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量 q 310 5C 的小球，用长的 O 点。电键 S合上后，小球静止时细线与竖直方向
11、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） m5.6 10 4 kg （ 3） 0.16m【解析】【详解】(1)电阻连接后的总外电阻为：R2 R37R R1R3R2干路上的电流：EI2ARr平行板电容器两板间电压：UIR14V电场强度：UE 140V/md(2)由小球的受力情况知：Eqmgtan解得：m
12、5.6 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：h 1 gt 22解得：h0.08m小球与左板相碰的位置为：Lhl cos 0.16m9 如图所示，电源的电动势E=80V，内电阻 r4， R12 ， R2 为电阻箱。求：（1）当电阻箱R2 阻值为多大时，电阻R1 消耗的功率最大？（2）当电阻箱R2 阻值为多大时，电阻箱R2 消耗的功率最大？（3）当电阻箱R2 阻值为 14时，电源输出功率为多少？此时电源效率为多少？【答案】（ 1） 0（ 2） 6（ 3） 256W ； 80%【解析】【详解】（1）由PI 2 R可知 I 最大
13、时 R1 功率最大，又由IErR1R2可知：当 R2=0 时 R1 消耗功率最大。（2）设 R2 消耗的电功率为P1，则E2E2P1R2r +R1 +R22R1+rR1 +rR+2R由数学知识可知，分母最小时分数值越大，因R1+r22 R1 +r12R+RR12+rR2消耗的电功率最大，则R2 R1 r 6 ；当且仅当 R取“ =”，此时R（3）设电源的输出功率为P出 ，则：P出I 2 ( R1 R2） 256W电源的效率为R100%80%Rr10 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；
14、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阻消耗电能，其阻值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 W11 用电流
15、传感器和电压传感器等可测干电池的电动势和内电阻改变电路的外电阻，通过电压传感器和电流传感器测量不同工作状态的端电压和电流，输入计算机，自动生成UI 图线，由图线得出电动势和内电阻(1)“”x轴为“I” y轴为“U”记录数据后，打开 坐标绘图 界面，设，点击直接拟合，就可以画出 U I 图象，得实验结果如图甲所示根据图线显示，拟合直线方程为：_，测得干电池的电动势为_V，干电池的内电阻为_.(2)现有一小灯泡，其U I 特性曲线如图乙所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在方格图中)【答案】 (1)y 2x 1.5 1.5 2 (2)
16、0.27W【解析】(1)设直线方程为yax b，把坐标 (0,1.5)和 (0.75,0)代入方程解得：a 2， b 1.5，得出直线方程为： y 2x 1.5；由闭合电路的欧姆定律得：E IR Ir U Ir，对比图象可得： E 1.5V， r2.(2)作出 U E Ir 图线，可得小灯泡工作电流为 0.30A，工作电压为 0.90V，因此小灯泡的实际功率为： P UI 0.30 0.90W0.27W.12 如图所示的电路中，电源电动势E=10V，内阻 r=0.5 ，电动机的电阻R0=1.0 ，电阻R1=1.5 电动机正常工作时，电压表的示数U1=3.0V，求：（ 1）电源释放的电功率；（
17、2）电动机消耗的电功率将电能转化为机械能的功率；【答案】 （1） 20W （ 2） 12W 8W【解析】【分析】（1）通过电阻两端的电压求出电路中的电流I，电源的总功率为P=EI，即可求得；（2）由 U 内 =Ir 可求得电源内阻分得电压，电动机两端的电压为1内，电动机消耗U=E-U -U的功率为 P 电 =UI；电动机将电能转化为机械能的功率为P 机 =P 电 -I20R 【详解】（1）电动机正常工作时，总电流为：U 1I=R3.0I=A=2 A，1.5电源释放的电功率为：P=EI =102 W=20 W；（2）电动机两端的电压为： U= E Ir U1则 U =（10 2 0.5 3.0）V=6 V；电动机消耗的电功率为：P 电 =UI=62 W=12 W；电动机消耗的热功率为：P 热 =I2 0 2 1.0 W=4 W；R =2电动机将电能转化为机械能的功率，据能量守恒为：P 机 =P 电 P 热P 机 =（ 124） W=8 W；【点睛】对于电动机电路，关键要正确区分是纯电阻电路还是非纯电阻电路：当电动机正常工作时，是非纯电阻电路；当电动机被卡住不转时，是纯电阻电路对于电动机的输出功率，往往要根据能量守恒求解
