1、高考物理高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧分析及练习题( 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, R1=R2=2.5 ,滑动变阻器R 的最大阻值为10,电压表为理想电表。闭合电键 S,移动滑动变阻器的滑片P,当滑片P 分别滑到变阻器的两端a 和b 时,电源输出功率均为4.5W 。求(1)电源电动势;(2)滑片 P 滑动到变阻器b 端时,电压表示数。【答案】 (1) E12V(2) U = 7.5V【解析】【详解】(1)当 P 滑到 a 端时,R外1R1RR24.5RR2电源输出功率:2E2P I R外1()R外1R外1r当 P 滑到 b 端时,R外2R1R12.5电源输
2、出功率:P I2R外 2E2()R外 2R外 2r得:r7.5E12V(2)当 P 滑到 b 端时,EI0.6AR外 2r电压表示数:UEI r7.5V2 如图所示, R1 R32R2 2R4,电键 S 闭合时,间距为d 的平行板电容器 C 的正中间有一质量为 m,带电量为 q 的小球恰好处于静止状态;现将电键S断开,小球将向电容器某一个极板运动。若不计电源内阻,求:(1)电源的电动势大小;(2)小球第一次与极板碰撞前瞬间的速度大小。2mgdgd【答案】 (1) E(2) v0q3【解析】【详解】(1)电键 S 闭合时, R1、 R3 并联与 R4 串联, (R2 中没有电流通过)UC U4
3、1 E2对带电小球有:qU CqEmg2dd2mgd得: Eq(2)电键 S 断开后, R1、 R4 串联,则E2mgdU C33q小球向下运动与下极板相碰前瞬间,由动能定理得mg dq U C1 mv2222解得: v0gd33 手电筒里的两节干电池(串联)用久了,灯泡发出的光会变暗,这时我们会以为电池没电了。但有人为了“节约”,在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使用。设一节新电池的电动势 E1=1.5V,内阻 r1 =0.3 ;一节旧电池的电动势E2=1.2V,内阻 r2=4.3 。手电筒使用的小灯泡的电阻 R=4.4 。求:(1)当使用两节新电池时,灯泡两端的电压;(2)当使用新、旧
4、电池混装时,灯泡两端的电压及旧电池的内阻r2 上的电压;(3)根据上面的计算结果,分析将新、旧电池搭配使用是否妥当。【答案】 (1)2.64V; (2)1.29V; (3)不妥当。因为旧电池内阻消耗的电压Ur大于其电动势2E(或其消耗的电压大于其提供的电压),灯泡的电压变小【解析】【分析】【详解】(1)两节新电池串联时,电流I = 2E10.6AR 2r1灯泡两端的电压UIR2.64V(2)一新、一旧电池串联时,电流I = E1E20.3ARr1 r2灯泡两端的电压UI R1.32V旧电池的内阻r 2 上的电压U rI r21.29V(3)不妥当。因为旧电池内阻消耗的电压Ur 大于其电动势E2
5、(或其消耗的电压大于其提供的电压),灯泡的电压变小。4 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】 (1) 1.5A, 1.5N;(2)2
6、.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 fmacosBILsinfFNmg联立可得a2.6m/s 2方向沿导轨平面向上5 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0.1V 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
7、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6 如图所示,电源的电动势为10 V,内阻为1 ,R1=3 , R2=6 ,C=30 F求:( 1)闭合电键 S,稳定后通过电阻 R2 的电流( 2)再将电键 S 断开,再次稳定后通过电阻R1 的电荷量【答案】 (1) 1 A ( 2) 1.2 104C【解析】
8、【详解】(1)闭合开关S,稳定后电容器相当于开关断开,根据全电路欧姆定律得:IE10A1AR1R2r361(2)闭合开关S 时,电容器两端的电压即R2 两端的电压,为:U2=IR2=1 6V=6V开关 S 断开后,电容器两端的电压等于电源的电动势,为E=10V,则通过 R1 的电荷量为:-5) C=1.2-4Q=C(E-U2) =3 10(10-6 10C7 如图所示 ,电源电动势E27 V,内阻 r 2 , 固定电阻 R21 4 , R 为光敏电阻 C 为平行板电容器 ,其电容 C 3pF,虚线到两极板距离相等,极板长L 0.2 m,间距 2a、 b 构成 ,它可绕 AA轴d 1.0 10
9、mP 为一圆盘 ,由形状相同透光率不同的二个扇形转动当细光束通过扇形a、 b 照射光敏电阻R1 时, R1 的阻值分别为 12 、 3 有.带电量401为 q 1.0 10C 微粒沿图中虚线以速度 10 m/s 连续射入vC 的电场中假设照在 R上的光强发生变化时R1 阻值立即有相应的改变重力加速度为g 10 m/s 2.(1)求细光束通过 a 照射到 R 上时 ,电容器所带的电量;1(2)细光束通过 a 照射到 R1 上时 ,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,求细光束通过b 照射到R1 上时带电微粒能否从C 的电场中射出【答案】 (1) Q 1.810 11 C ( 2)带电粒子能从 C 的电场中
10、射出【解析】【分析】由闭合电路欧姆定律求出电路中电流,再由欧姆定律求出电容器的电压,即可由Q=CU 求其电量;细光束通过 a 照射到 R1 上时,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,电场力与重力二力平衡细光束通过 b 照射到 R1 上时,根据牛顿第二定律求粒子的加速度,由类平抛运动分位移规律分析微粒能否从 C 的电场中射出【详解】(1)由闭合电路欧姆定律,得IE27R2 r1.5AR112 4 2又电容器板间电压U CU 2IR2 ,得UC=6V设电容器的电量为Q,则 Q=CUC解得 Q1.810 11C(2)细光束通过a 照射时,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,则有mg q U Cd解得 m 0.6 1
11、0 2 kg细光束通过 b 照射时,同理可得 U C 12V由牛顿第二定律,得 q U Cmg ma 解得 a10m/s2d微粒做类平抛运动,得y1at 2 , tlv02解得 y 0.2 102 md , 所以带电粒子能从C 的电场中射出2【点睛】本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动,解题的关键是明确带电粒子的受力情况,判断其运动情况,对于类平抛运动,要掌握分运动的规律并能熟练运用8 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:
12、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。9 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
13、 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 C10 如图所示,已知路端电压U 18 V,电容器C12F,电阻12 6F、C 3R 6、 R 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
14、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, R1 和 R2 串联, C1 两端的电压等于压, 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R1 两端电压, C2 两端的电压为R2 两端电.11 AC 6 4Q C U 6 10 18 C 1.08 10C.当 S 闭合时,电路 R12导通,电容器1两端的电压即电阻1两端的电压,由串联电路、 RCR的电压分配关系得6 18 V 12VUAC U63此时电容器 C1 的带电荷量为 6 5
15、Q C1UAC 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.11 如图所示,电源的电动势E=80V4, R12 , R2 为电阻箱。求:,内电阻 r(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 最大时 R1 功率最大,又由IER1
16、R2r可知:当 R2=0 时 R1消耗功率最大。(2)设 R2消耗的电功率为1P ,则E2E2P1R2r +R1 +R2R12+rR1 +rR+2R由数学知识可知,分母最小时分数值越大,因R12+r2 R1 +r12R+RR1 +r2取“ =”,此时 R2 消耗的电功率最大,则R2 R1 r 6 ;当且仅当 RR(3)设电源的输出功率为P出 ,则:P出I 2 ( R1R2) 256W电源的效率为R100%80%Rr12 如图所示,三个电阻R1、R2、 R3 的阻值均等于电源内阻r,电键 S打开时,有一质量为 m,带电荷量为q 的小球静止于水平放置的平行板电容器的中点现闭合电键S,这个带电小球便
17、向平行板电容器的一个极板运动,并和该板碰撞,碰撞过程小球没有机械能损失,只是碰后小球所带电荷量发生变化,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处设电容器两极板间距为d,求:( 1)电源的电动势 E;( 2)小球与极板碰撞后所带的电荷量q/ 【答案】 (1) E【解析】【分析】【详解】mgdq( 2) q = 2q(1)当 S 打开时,电容器电压等于电源电动势E,即:U=E小球静止时满足:qUmgd由以上两式解得:E = mgd ;q(2) 闭合 S,电容器电压为 U ,则:EEEUR2rR2 R3 r3r3对带电小球运动的全过程,根据动能定理得:q U mg q U02由以上各式解得: q2q