1、高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧及经典题型及练习题( 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 如图所示，电源的电动势E 110V ，电阻 R1 21，电动机绕组的电阻 R 0.5，开关 S1 始终闭合当开关S2 断开时，电阻R1 的电功率是525W ；当开关 S2 闭合时，电阻R1 的电功率是 336W ，求：（ 1）电源的内电阻 r；（ 2）开关 S2 闭合时电动机的效率。【答案】（ 1） 1；（ 2） 86.9%。【解析】【详解】（1） S2 断开时 R1 消耗的功率为P1 525 W ，则E2P1R1R1 r代入数据得 r =1（2） S2 闭合时 R1 两端的电压
2、为U，消耗的功率为P2 336 W ，则P2U 2R1解得 U=84V由闭合电路欧姆定律得EUIr代入数据得 I =26A设流过 R1 的电流为 I 1，流过电动机的电流为I2，则I1U4 AR1又I 1I 2I解得 I2 =22A则电动机的输入功率为PMUI 2代入数据解得 PM 1848 W电动机内阻消耗的功率为PRI 22R代入数据解得PR242 W则电动机的输出功率PPMPR1606W所以开关 S2 闭合时电动机的效率P100%86.9%PM2 如图所示，电源电动势E=30 V，内阻 r=1 ，电阻 R12两正对的平行金属=4 ， R =10板长 L=0.2 m ，两板间的距离d=0.
3、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3 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
4、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R3 的阻值调到 35接入电路时，带电油滴恰好静止悬浮在电场中，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
5、点的电势大于零，则电路中B 点的电势B=27V.4 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 内 部 损 耗 的 电 功 率 由 公 式P内2r求 解 （ 3 ）
6、 电 源 的 总 功 率 为PIP IE，电源的效率为P出 代入数据求解即可总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 P出UI22W4W（2）电源内部损耗的电功率22PIr2 0.5W2W内（3）电源的总功率为 P总IE23W6WP出4100%66.7%故电源的效率为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，能直接读出电流和路端电压，从而求出电源的输出功率5 如图 1 所示，用电动势为E、内阻为
7、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 中画出变阻器阻值图，并说明U-I 图像与两坐标轴交点的物理意义R 变化过程中U-I图像的示意（ 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
8、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b电源输出的电功率：P I 2 R (E)2 RE 2r 2Rr2rRR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W I 2 rt I 2 RtIrqIRqE Ir IR U内U 外本题答案是：（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
9、值为短路电流（2） a如图所示当外电路电阻R=r 时，电源输出的电功率最大，为Pmax =E24r（3） EU 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6 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，输出功率，内电路消耗的功率，三者关系是。7 如图所示，电源的电动势E=1
10、10V，电阻 R1=21 ，电动机绕组的电阻R0=0.5 ，电键 S1始终闭合当电键 S2断开时，电阻1的电功率是525W；当电键2闭合时，电阻1的电RSR功率是 336W ，求：（ 1）电源的内电阻；（ 2）当电键 S2 闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率【答案】 （1） 1（ 2） 1606W【解析】【分析】【详解】设 S2 断开时 R1 消耗的功率为P1，则E211PR1Rr代入数据可以解得，r1设 S2 闭合时 R1 两端的电压为U，消耗的功率为P2，则U 2P2R1解得，U=84V由闭合电路欧姆定律得，EUIr代入数据，得I26A流过 R1 的电流为I1，流过电动机的电流为I2，
11、I1U4 AR1而电流关系 :I 1I 2I所以I 222A由UI 2P出I 22 R0代入数据得，P1606W出8 如图所示，已知路端电压U18 V，电容器 C1 6 F、C2 3 F，电阻 R1 6 、 R2 3 .当开关 S 断开时， A、 B 两点间的电压 UAB 等于多少？当 S 闭合时，电容器C1 的电荷量改变了多少？【答案】 18 V；减少了 53.6 10 C【解析】【详解】在电路中电容器C12相当于断路 .当 S 断开时，电路中无电流，B、 C等势， A、 D 等势，、 C因此 UAB U 18 V.当 S 闭合时， R12112两端的电压为2两端电和 R串联， C 两端的电
12、压等于R两端电压， CR压， C1 电荷量变化的计算首先从电压变化入手.当 S 断开时， UAC 18 V，电容器C1 带电荷量为 6 4Q1 C1 UAC 6 10 18 C 1.08 10C.当 S 闭合时，电路R1、 R2 导通，电容器C1 两端的电压即电阻R1 两端的电压，由串联电路的电压分配关系得UAC U6 18 V 12V63此时电容器 C1 的带电荷量为1AC 6 5Q C U 6 10 12 C 7.2 10C电容器 C1 带电荷量的变化量为5Q Q Q1 3.6 10C负号表示减少，即C1 的带电荷量减少了53.6 10C.9 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验
13、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Ir2P2.0
14、2 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 如图所示为用直流电动机提升重物的装置，重物的重量为500 N，电源电动势为110V，不计电源内阻及各处摩擦，当电动机以0.9 m/s 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流为 5 A，求：(1)提升重物消耗的功率；(2)电动机线圈的电阻【答案】 (1)450 W(2)4【解析】（ 1）重物被提升的功率（ 2）此时电路中的电流为 5A 则电源的总功率所以线圈电阻消耗的功率为由欧姆定律可得：11 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=
15、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 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=2tt
16、tB 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)N12 如图所示，四个电阻阻值均为RS闭合时，有一质量为mq的小球，电键，带电量为静止于水平放置的平行板电容器的中点现打开电键S，这个带电小球便向平行板电容器的一个极板运动，并和此板碰撞，碰撞过程中小球没有机械能损失，只是碰后小球所带电量发生变化，碰后小球带有和该板同种性质的电荷，并恰能运动到另一极板，设两极板间距离为 d，不计电源内阻，求：（ 1）电源电动势 E 多大？（ 2）小球与极板碰撞后所带的电量为多少？3mgd；（ 2） q7 q【答案】（ 1）、 E2q6【解析】【分析】【详解】(1)当 S 闭合时，设电容器电压为U，则有：U E R 2 E1.5R3对带电小球受力分析得：qUd联立解得：mg3mgdE2 q(2)断开 S，设电容器电压为U，则有：E1U RE ,2R2UU，则电容器间场强减小，带电小球将向下运动对带电小球运动的全过程，根据动能定理得：dUqUmgq022联立解得：q7 q6
