1、高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧和训练方法及练习题( 含答案 )一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 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
2、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
3、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，质量m=1 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37L=1 m的、宽度光滑绝缘框架上。匀强磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内 )。右侧回路中，电源的电动势E=8 V，内阻 r=1 。电动机 M 的额定功率为 8 W，额定电压为4 V，线圈内阻 R 为 0.2 ，此时
4、电动机正常工作 （已知 sin 37 =0.6， cos 37 =0.8，重力加速度 g取 10 m/s 2）。试求 :(1)通过电动机的电流IM 以及电动机的输出的功率P 出 ；(2)通过电源的电流I 总以及导体棒的电流I ；(3)磁感应强度B 的大小。【答案】 ( 1) 7.2W； ( 2) 4A； 2A； ( 3) 3T。【解析】【详解】(1) 电动机的正常工作时，有PUI M所以PI M2AU故电动机的输出功率为P出 P I M2 R 7.2W(2) 对闭合电路有UEI 总 r所以I总EU4A；r故流过导体棒的电流为II 总I M2A(3) 因导体棒受力平衡，则F安mg sin376N
5、由F安BIL可得磁感应强度为F安B3TIL4 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30F ，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） 9.610 5 C ；（ 3） 4.8 10 5C【解析】试题分析：当电键S 闭合时，电阻R1、 R2 被短路根据欧姆定律求出流过R3 的电流，即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
6、R1、 R2 放电， R1、 R2 相当并联后与 R3 串联再求解通过R2 的电量（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 IrAR34 1（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 Q1 Q4.810 5 C25 在如图所示的电路中，两平行正对金属板A、B 水平放置，两板间的距离d=4.0cm 电源电动势 E=400V，内电阻 r=20，电阻 R1=1980 闭合开关
7、S，待电路稳定后，将一带正电的小球（可视为质点）从B 板上的小孔以初速度v0=1.0m/s 竖直向上射入两板间，小球-7-4恰好能到达 A 板 若小球所带电荷量 q=1.0 10Cm=2.0 10kg，质量，不考虑空气阻力，忽略射入小球对电路的影响，取g=10m/s 2 求：（1） A、 B 两金属板间的电压的大小U；（ 2）滑动变阻器消耗的电功率P；（ 3）电源的效率 【答案】 （1） U =200V（ 2） 20W（ 3） 99.5 0 0【解析】【详解】（ 1）小球从 B 板上的小孔射入恰好到达 A 板的过程中，在电场力和重力作用下做匀减速直线运动，设 A、 B 两极板间电压为 U，根据
8、动能定理有：qU mgd 01 mv02 ，2解得： U = 200 V（2）设此时滑动变阻器接入电路中的电阻值为R，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的E，而 U = IR ，电流 IR1 Rr3解得： R = 2 10滑动变阻器消耗的电功率U2P20 W RP出I 2 ( R1R)0（3）电源的效率299.5P总I (R1R r )0【点睛】本题电场与电路的综合应用，小球在电场中做匀减速运动，由动能定理求电压根据电路的结构，由欧姆定律求变阻器接入电路的电阻6 如图所示的电路中，当S 闭合时，电压表和电流表 (均为理想电表 )的示数各为1.6V 和0.4A当 S 断开时，它们的示数各改变0.1
9、V 和 0.1A，求电源的电动势和内电阻【答案】 E 2 V，r 1 【解析】试题分析：当S 闭合时， R1、 R2 并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1 E I1r 即 E1 6 04r ， 当 S 断开时，只有R1 接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U2 E I2r，即 E（ 1 6 0 1）（ 0 40 1） r， 由 得： E 2 V，r 1 考点：闭合电路欧姆定律【名师点睛】求解电源的电动势和内阻，常常根据两种情况由闭合电路欧姆定律列方程组求解，所以要牢记闭合电路欧姆定律的不同表达形式7 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
10、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E 2Pm.4r8 如图所示，为某直流电机工作电路图(a)及电源的 U-I 图象 (b) 。直流电机的线圈电阻R=0.25 ，闭合开关后，直流电机正常工作，电流表的示数I=2A，求：（1）电源的电动势E 及内阻 r；（2）直流电机输出功率P【答案】（ 1） 3V； 0.5 （ 2） 3W【解析】【详解】( 1) 由图 b 可知E3V ，rv；0.5t( 2) 由
11、电路的路端电压与负载的关系：UEIr2V非纯电阻元件，根据能量守恒定律：UIP出I 2 R所以PUII 2R3W出9 电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为 15 ，定值电阻 R0 3 （ 1）当 R 为何值时， R0 消耗的功率最大，最大值为多少？（ 2）当 R 为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？【答案】（ 1） 0； 10.9W；（ 2） 4.5 ；13.3W【解析】【分析】（ 1）由乙图得电源的电动势和内阻，当 R=0 时， R0 消耗的功率最大；（ 2）当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，依次计算求解【详解】（1）
12、由题干乙图知电源的电动势和内阻为：E=20V， r=20 5 =7.5 2由题图甲分析知道，当R=0 时， R0 消耗的功率最大，最大为E2202Pm=R0 =3W=10.9Wr7.5R03（2）当 R R0=r ，即 R=4.5 时，电源的输出功率最大，最大值E22P=(R+R )=20(3+4.5)W=13.3WR0Rr03 4.5 7.510 如图所示的电路中，电源电动势 E 11V ，内阻 r 1 ；电阻 R1 4 ，电阻 R2 6 ，电容器 C 30 F ，电池内阻 r 1 12闭合 S，求稳定后通过电路的总电流；闭合 S，求稳定后电容器所带的电荷量；3 然后将开关 S 断开，求这以
13、后流过R1 的总电量【答案】11A；2 1?.8 10 4 C ； 3 1.5? 10 4 C.【解析】【分析】【详解】1 电容器相当于断路，根据闭合电路欧姆定律，有E11IA 1A ；R1 R2 r4 6 12 电阻 R2 的电压为： U 2IR21A66V，故电容器带电量为： Q2CU 23010 6 F6V1.8 10 4 C ；3 断开 S 后，电容器两端的电压等于电源的电动势，电量为：Q2 CE3010 6 F11V3.310 4 C故流过 R1的电荷量为： VQQ2 Q23.3 10 4 C1.810 4 C1.510 4 C11 如图所示 ,电源电动势 E=10V,内阻 r=1,
14、定值电阻 R1 =3。电键 S 断开时 ,定值电阻 R2 的功率为 6W,电源的输出功率为 9W。电键 S 接通后 ,理想电流表的读数为 1.25A。求出：（ 1）断开电键 S 时电流表的读数；（ 2）定值电阻 R3 的阻值。【答案】 (1)1A(2)12【解析】【详解】（1）电键断开时，电阻R1 消耗的功率为：P1P - P2 3W出根据PI 2 R11解得I1A（2）由闭合电路的欧姆定律EIR1R并R2 R3R并R2R3解得R 31212 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UI
15、 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 ”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 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.
