1、高考物理闭合电路的欧姆定律及其解题技巧及练习题( 含答案 )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， R1 9， R2 30，开关 S 闭合时电压表示数为 11.4V，电流表示数为 0.2A，开关 S 断开时电流表示数为 0.3A，求：(1)电阻 R3 的值(2)电源电动势和内电阻【答案】（ 1）
2、 15 （2） 12V 1 【解析】【详解】(1)由图可知，当开关S 闭合时，两电阻并联，根据欧姆定律则有：U(I 1IR 2 ) R1 IR2R3解得：R315(2) 由图可知，当开关 S 闭合时，两电阻并联，根据闭合电路的欧姆定律则有：E U (I 1IR2 )r 11.4 0.6rR3S 断开时，根据闭合电路的欧姆定律则有：EI 2 (R1R2r )0.3(39r )联立解得：E12Vr13 如图所示电路中，r 是电源的内阻， R12是外电路中的电阻，如果用r12分和 RP， P和 P别表示电阻 r ，R12上所消耗的功率，当12， RR =R = r 时，求：(1) IrI1I2 等于
3、多少(2)Pr P1 P2 等于多少【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： 14 如图所示， R 为电阻箱， V 为理想电压表当电阻箱读数为R1 2时，电压表读数为U1 4V；当电阻箱读数为R2 5时，电压表读数为U2 5V求：（1）电源的电动势E 和内阻 r（2）当电阻箱R
4、 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm 为多少？【答案】（ 1） E=6 Vr =1 （ 2）当 R=r=1 时， Pm=9 W【解析】【详解】（1）由闭合电路欧姆定律EUIr 得：EU 1U 1r ，代入得 E 4442r ，R12EU 2U 2 r ，代入得： E55 r5r ，R25联立上式并代入数据解得：E=6V， r=1 （2）当电阻箱的阻值等于电源的内电阻时电源的输出功率最大，即有R=r=1 电源的输出功率最大为：PmI 2 R( E ) 2 rE262W9W ；2r4r415 如图所示，电路中接一电动势为 4V、内阻为 2 的直流电源，电阻 R1、 R2 、R3、 R4
5、的阻值均为 4，电容器的电容为 30F，电流表的内阻不计，当电路稳定后，求：（ 1）电流表的读数（ 2）电容器所带的电荷量（ 3）如果断开电源，通过 R2 的电荷量-5Q-5【答案】（ 1） 0.4A（2=2.410 C） 4.8 10C （ 3）2【解析】【分析】【详解】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 的电流，即电流表的读1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 的电量11（1）当电键 S 闭合时，电阻R1 、 R2 被短路根据欧姆定
6、律得E0.4 A电流表的读数 IR3r（2）电容器所带的电量Q CU 3CIR34.810 5 C（3）断开电键 S 后，电容器相当于电源，外电路是R1 、 R2 相当并联后与 R3 串联由于各个电阻都相等，则通过R2 的电量为 Q1Q2.4 10 5 C26 如图所示的电路中，电源的电动势E12V ，内阻未知， R1 8， R21.5 ， L 为规格“ 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）
7、0.48W【解析】（1）灯泡的额定电流I 0P03A1A，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并 R1189 ；设干路电流为 I 总 ，则 I 总Er12 A1.2A ；R外91灯两端的电压 U L ，则 U LI 总RL R21.21V 1.2V ；R2RL灯的实际功率为 PL ： PU L21.21.2W0.48W LRL3点睛：对于
8、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7 如图所示，线段A 为某电源的U I 图线，线段B 为某电阻R 的 U I 图线，由上述电源和电阻组成闭合电路时，求：（ 1）电源的输出功率 P 出 是多大？（ 2）电源内部损耗的电功率 P 内是多少？（ 3）电源的效率 是多大？【答案】（ 1） 4W，（ 2）2W，（ 3）66.7%【解析】试题分析：（1）由电源的U-I 图象读出电动势，求出内阻两图线交点表示电阻与电源组成闭合电路时的工作状态，读出电压和电流，由公式P=UI 求出电源的输出功率出 （ 2 ） 电 源
9、内 部 损 耗 的 电 功 率 由 公 式 内2求 解 （ 3 ） 电 源 的 总 功 率 为I rPPP总IE ，电源的效率为P出 代入数据求解即可P总（1）从 A 的图线可读出，电源的电动势E=3V，内阻 rE3I m0.56从图象的交点可读出：路端电压U=2V，电路电流 I=2A则电源的输出功率为 PUI2 2W4W出（2）电源内部损耗的电功率PIr2 0.5W2W内22（3）电源的总功率为 P总IE23W6WP出466.7%故电源的效率为100%P总6【点睛】本题考查对电源和电阻伏安特性曲线的理解能力，关键要理解两图线的交点就表示该电源和该电阻组成闭合电路时的工作状态，能直接读出电流和
10、路端电压，从而求出电源的输出功率8 如图所示，电路由一个电动势为E、内电阻为r 的电源和一个滑动变阻器R组成。请推导当满足什么条件时，电源输出功率最大，并写出最大值的表达式。2【答案】E4r【解析】【分析】【详解】由闭合电路欧姆定律IERr电源的输出功率PI 2 R得E 2RP( Rr ) 2有E 2RP( Rr )24Rr当 R=r 时， P 有最大值，最大值为PmE 2.4r9用电流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U I图线，由图线得出电动势和内电阻(1)记录数据后，打开“坐标绘图
11、 ”界面，设x 轴为 “I”， y 轴为 “U”，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)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
12、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.10 如图所示，电源电动势有E=12V，内阻 r =0.5 ，“10V、 20W”的灯泡 L 与直流电动机M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I LP20 A 2
13、AU10内阻 r 的电压Ur=E-UL=12V-10V=2V流过内阻的电流为IU r2 A 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11 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
14、 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；（ 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
15、）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12 如图a所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距L1m，导
16、轨平面与水平面成 370 角，下端连接阻值为R 0.4 的电阻匀强磁场方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度为B 0.4T，质量 m 0.2Kg、电阻 R0.4 的金属杆放在两导轨上，杆与导轨垂直且保持良好接触，金属导轨之间连接一理想电压表现用一外力F 沿水平方向拉杆，使之由静止沿导轨开始下滑，电压表示数U 随时间 t 变化关系如图b所示取g10m/s 2， sin370 0.6， cos370 0.8 求：金属杆在第5s 末的运动速率；第 5s 末外力 F 的功率；【答案】 (1)1m/s (2)-0.8W【解析】【分析】金属杆沿金属导轨方向在三个力作用下运动，一是杆的重力在沿导轨向下方向的分力
17、G1，二是拉力 F 在沿导轨向下方向的分力 F1，三是沿导轨向上方向的安培力，金属杆在这几个力的作用下，向下做加速运动【详解】(1) 如下图所示， F1 是 F 的分力， G1 是杆的重力的分力，沿导轨向上方向的安培力未画出，由题设条件知，电压表示数U 随时间 t 均匀增加，说明金属杆做的是匀加速运动，由b 图可得金属杆在第 5s 末的电压是 0.2V ，设此时杆的运动速率为 v ，电压为 U，电流 I ，由电磁感应定律和欧姆定律有EBLv因电路中只有两个相同电阻，有11UEBLv22解得v 1m/s故金属杆在第5s 末的运动速率是1m/s(2) 金属杆做的是匀加速运动，设加速度为a ，此时杆受的安培力为f，有a v =0.2m/s2tf BTLB2 L2v0.2 N2RG1mg sin=1.2N由牛顿第二定律得G1fF1maF1G1fma0.8 N由功率公式得PF1v0.8 W因 F1 的方向与棒的运动方向相反，故在第5s 末外力 F 的功率是 -0.8W 【点睛】由电阻的电压变化情况来分析金属棒的运动情况
