1、高考物理闭合电路的欧姆定律易错剖析含解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 如图所示电路，电源电动势为1.5V，内阻为0.12 ，外电路的电阻为1.38 ，求电路中的电流和路端电压【答案】 1A； 1.38V【解析】【分析】【详解】闭合开关S 后，由闭合电路欧姆定律得：电路中的电流I 为： I=A=1A路端电压为： U=IR=11.38=1.38（ V）2 如图所示电路中，r 是电源的内阻， R12r12和 R 是外电路中的电阻，如果用P， P和 P 分别表示电阻 r ，R1， R2 上所消耗的功率，当R1=R2= r 时，求：(1)IrI1I2 等于多少(2)Pr P1 P2 等于多少
2、【答案】 (1)2： 1： 1；(2)4： 1：1。【解析】【详解】(1)设干路电流为 I，流过 R1 和 R2 的电流分别为 I1 和 I2。由题， R1 和 R2 并联，电压相等，电阻也相等，则电流相等，故1I1=I2=I2即Ir I1 I2=2： 1：1(2)根据公式 P=I2R，三个电阻相等，功率之比等于电流平方之比，即Pr： P1： P2=4： 1： 13 如图所示， E=l0V， r=1，R1=R3=5， R2=4， C=100 F ，当断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态；求：(1) S 闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2) S 闭合后流过 R3 的总电荷量【答案】 (
3、1) g，方向竖直向上 4(2)4 10C【解析】【详解】（1）开始带电粒子恰好处于静止状态，必有qEmg 且 qE 竖直向上S 闭合后， qEmg 的平衡关系被打破S 断开时，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有U CR2E 4V ，R1 rR2qU CmgdS 闭合后，R2E 8VU CR2r设带电粒子加速度为a，则qU C mgma ，d解得 a g，方向竖直向上（2） S 闭合后，流过R3 的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以4Q C（ UC UC） 4 10 C4 如图所示的电路中，电源的电动势E 12V ，内阻未知， R1 8 ， R2 1.5 ， L 为规格
4、“ 3V ， 3W ”的灯泡，开关S 断开时，灯泡恰好正常发光（不考虑温度对灯泡电阻的影响）试求：（ 1）灯泡的额定电流和和灯丝电阻；（ 2）电源的内阻；（3）开关 S 闭合时，灯泡实际消耗的功率【答案】 （1） 1A3（ 2） 1（ 3） 0.48W【解析】（1）灯泡的额定电流I 0P03A 1A，灯丝电阻 RU 0 23 ；U 03LP0（2）断开 S 时，灯 L 正常发光，即I 1I 0 ，根据闭合电路欧姆定律E I（0 R1RL r），得 rE( R1RL )121 ；I 08 31（3）闭合 S 时，设外电路总电阻为R外 ， R并RL R231.5RL R231 ；1.5所以 R外R
5、并 R1189 ；设干路电流为 I 总 ，则 I 总Er12 A1.2A ；R外91RL R2灯两端的电压 U L ，则 U LI 总 1.2 1V 1.2V ； RL R22灯的实际功率为PL ： PLU L1.2 1.2W 0.48W RL3点睛：对于直流电路的计算问题，往往先求出局部的电阻，再求出外电路总电阻，根据欧姆定律求出路端电压和总电流，再计算各部分电路的电压和电流5 如图所示，电源电动势E=30 V，内阻 r=1 ，电阻 R1=4 ， R2=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/
6、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6 如图甲所示的电路中，R1 、R2 均为定值电阻，且R1 100 ， R2 阻值未知， R3 为滑动变阻器当其滑片 P 从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线
7、如图乙所示，其中 A、 B 两点是滑片 P 在变阻器的两个不同端点得到的计算：（ 1）定值电阻 R2 的阻值；（ 2）滑动变阻器的最大阻值；（ 3）电源的电动势和内阻【答案】（ 1） 5（ 2） 300 （ 3） 20V； 20【解析】【详解】（1）当 R3 的滑片滑到最右端时， R3、 R1 均被短路，此时外电路电阻等于 R2，且对应于图线上 B 点，故由 B 点的 U、 I 值可求出 R2 的阻值为：U B4R25I B0.8（2）滑动变阻器的滑片置于最左端时，R3 阻值最大设此时外电路总电阻为R，由图像中A 点坐标求出：U A16R80I A0.2R R1R3 +R2 R1 +R3代入数
8、据解得滑动变阻器最大阻值R3300（3）由闭合电路欧姆定律得：EU +Ir将图像中A、B 两点的电压和电流代入得：E 16+0.2r E 4+0.8r解得E 20Vr 207 如图所示的电路中，电源电动势Ed 6V，内阻 r 1，一定值电阻 R0 9.0 ，变阻箱阻值在0 99.99 范围。一平行板电容器水平放置，电容器极板长L 100cm，板间距离 d40cm，重力加速度 g 10m/s 2，此时，将变阻箱阻值调到R1 2.0，一带电小球以 v010m/s 的速度从左端沿中线水平射入电容器，并沿直线水平穿过电容器。求：（ 1）变阻箱阻值 R12.0 时， R0 的电功率是多少？（ 2）变阻箱
9、阻值 R12.0 时，若电容器的电容 C 2F，则此时电容器极板上带电量多大？（ 3）保持带电小球以 v0 10m/s 的速度从左端沿中线水平射入电容器，变阻箱阻值调到何值时，带电小球刚好从上极板右端边缘射出？【答案】（ 1） 2.25W6C（3） 50（ 2） 210【解析】【详解】（1）当 R1 2.0 时，闭合回路电流I 为：IEdR0rR1代入数据解得：I0.5A所以 PR0 I2R0 0.52 9 2.25W ；(2)当 R12.0 时， UR1IR1 1V由 Q CU 2 10 6C；(3) 当 R1 2.0 时，则： Mg qEE U R1d电路中分压关系，则有：R1U R1Ed
10、R1R0r调节变阻箱阻值到R1 ，使得带电小球刚好从上极板边缘射出，则：qE2 Mg Ma且 U R1R1R1EdrR0U R1E2d又 d1at 222水平向： L vot由以上各工，代入数值得R1 50。8 如图，在平行倾斜固定的导轨上端接入电动势E 50V，内阻 r 1的电源和滑动变阻器 R，导轨的宽度d 0.2m ，倾角 =37质量 m 0.11kg 的细杆 ab 垂直置于导轨上，与导轨间的动摩擦因数0.5，整个装置处在竖直向下的磁感应强度B2.2T 的匀强磁场中，导轨与杆的电阻不计现调节R 使杆 ab 静止不动 sin37 =0.6，cos37=0.8， g 取 10m/s 2，求：
11、（1）杆 ab 受到的最小安培力 F1和最大安培力2F ；（2）滑动变阻器R 有效电阻的取值范围【答案】（ 1） F10.2N ， F22.2N ；（ 2 ） 9R 109【解析】【详解】（1）由题意知：当ab 棒具有向下的运动趋势时所受安培力最小，由物体平衡条件有F1 cos(mg cosF1 sin)mg sin代入数据解得最小安培力F10.2N 当 ab 棒具有向上的运动趋势时所受安培力最大，由物体平衡条件有：F2 cos(mg cosF2 sin)mg sin代入数据解得最大安培力F22.2N （2）设导体棒所受安培力为F1 、 F2 时对应 R 的阻值为 R1 和 R2 ，则有F1E
12、dBR1rF2EdBR2r代入数据解得 R1 109， R29 ；则滑动变阻器R 有效电阻的取值范围为9R1099 在如图（ a）所示的电路中， R1 为定值电阻， R2 为滑动变阻器，闭合开关 S，将滑动变阻器的滑动触头 P 从最右端滑到最左端，两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图所示，则：（1） V1 表示数随电流变化的图像是甲乙两条图线中的哪条？并求出定值电阻R1 的阻值；（ 2）求电源的电动势和内阻大小；（ 3）求电源效率的最大值和电源最大输出功率.【答案】（ 1） V1表的示数随电流变化的图像是乙图线，R1 5 ；（ 2） E6V ，r 5 ；（ 3）max 83.3%
13、 ， P外max 1.8W 。【解析】【详解】（ 1）由图可知，三电阻串联， V1 测 R1 两端的电压， V2 测 R2 两端的电压，电流表测电路中的电流。EI当滑片向左端滑动时，接入电路中的电阻减小，电路中的总电阻减小，由R总 可知，电路中的电流增大，因R1 为定值电阻，则其两端的电压U R1 IR1 满足成正比关系，图象乙满足 U-I 成正比增函数，故 V1 表的示数随电流变化的图像是乙图线。由图象可知， R1 两端的电压 U1=3V，电路中的电流为：I1=0.6A，则电阻 R1 的阻值为：U 13；R15I10.6（ 2）综述可知 V2 表的示数随电流变化的图像是甲图线，取两组数据由全
14、电路的欧姆定律可知：4E0.2(R1r )0E0.6( R1r )联立可得：E6V ；r5；（3）根据电源的效率为：P外 100%=U100%P总E故当电源的路端电压最大时，电源的效率最大；而电路 R2 的阻值增大，总电流减小，路端电压增大，即R2 的阻值最大时，可求得电源的最大效率，由图像甲可知最小电流为0.2A时，R1的电压21V， R 的电压 4V，有：U maxU R1U R2(4 1)V则最大效率为：max = U max100%= 5 100%83.3%E6电源的输出功率为：P外I2 (R R ) (E)2 (R R )E 212R R r12( R1 R2r )2124r(R1R
15、2 )故理论上当 R1R2r 时，即 R2 0，电源的输出功率最大，此时滑片在最左端，P外max =E262W1.8W 。4r4510 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 102 C, 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
16、有qUmg，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IE，RpRrUIRP ，得：RP8。11 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 0.5 A 和 1.0 V 时，电动机停止
17、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 W12 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
18、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 t 0.1 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E0.25Vt（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)N
