1、高中物理闭合电路的欧姆定律试题( 有答案和解析 )一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 如图 (1)所示 ，线圈匝数 n 200 匝，直径 d1 40cm，电阻 r 2，线圈与阻值R6的电阻相连在线圈的中心有一个直径d 2 20cm 的有界圆形匀强磁场，磁感应强度按图(2)所示规律变化，试求： (保留两位有效数字 )(1)通过电阻 R 的电流方向和大小；(2)电压表的示数【答案】（ 1）电流的方向为BA ；7.9A； （ 2）47V【解析】【分析】【详解】（1）由楞次定律得电流的方向为BA由法拉第电磁感应定律得E nBd2)2B0.30.2nS 磁场面积 S(而t0.2T / s 1T /
2、 stt20.1根据闭合电路的欧姆定律E7.9 AIR r（ 2）电阻 R 两端的电压为 U=IR=47V2 如图所示 ，电解槽 A 和电炉 B 并联后接到电源上，电源内阻 r 1，电炉电阻R 19，电解槽电阻r0.5 . S1闭合、 S2断开时，电炉消耗功率为684W ；S1、S2都闭当合时 ，电炉消耗功率为475W( 电炉电阻可看作不变) 试求：（ 1）电源的电动势 ；（ 2） S1、S2 闭合时 ，流过电解槽的电流大小 ；（3） S1、S2 闭合时 ，电解槽中电能转化成化学能的功率【答案】 （1） 120V（ 2）20A（ 3） 1700W【解析】（1） S121断开时电炉中电流I 0P
3、6 A闭合， SR电源电动势 EI 0 (R r ) 120V；P2（2） S1、S2 都闭合时电炉中电流为I B5 AR电源路端电压为 UI R R95V流过电源的电流为EU25 AIr流过电槽的电流为I A II B20 A ；（3）电解槽消耗的电功率PAI AU1900W电解槽内热损耗功率PI2 r 200W热A电解槽转化成化学能的功率为P化 PAP热 1700W 点睛：电解槽电路在正常工作时是非纯电阻电路，不能用欧姆定律求解其电流，只能根据电路中电流关系求电流 3 如图所示的电路中，电源电动势E 12 V，内阻 r 0.5 ，电动机的电阻R0 1.0 ，电阻 R1 2.0 。电动机正常
4、工作时，电压表的示数U1 4.0 V，求：(1)流过电动机的电流；(2)电动机输出的机械功率；(3)电源的工作效率。【答案】（ 1） 2A；（ 2） 14W；（ 3） 91.7%【解析】【分析】【详解】(1)电动机正常工作时，总电流为I U 1 2AR1(2)电动机两端的电压为U E Ir U1=(12 2 0.5 4.0) V 7 V电动机消耗的电功率为P 电 UI 72 W 14 W电动机的热功率为P 热 I2R0 22 1 W4 W电动机输出的机械功率P 机 P 电 P 热 10 W(3)电源释放的电功率为P 释 EI 122 W 24 W有用功率P 有 UII 2 R122W电源的工作
5、效率P有P释=91.7%4 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】【详解】(1) 电动机未启动时UEIr12VPUI120W（2）电动机启动瞬间车灯两
6、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。5 如图所示，竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L，导轨的两端分别与电源（串有一滑动变阻器R）、定值电阻、电容器（原来不带电）和开关K 相连整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，其磁感应强度的大小为B一质量为m，电阻不计的金属棒ab 横跨在导轨上已知电源电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为R0，不计导轨的电阻（1）当 K 接 1 时，金属棒ab 在磁场中恰好保持静止，则滑
7、动变阻器接入电路的阻值R 为多大？（2）当 K 接 2 后，金属棒ab 从静止开始下落，下落距离s 时达到稳定速度，则此稳定速度的大小为多大？下落s 的过程中所需的时间为多少？（3） ab 达到稳定速度后，将开关K 突然接到 3 ，试通过推导，说明ab 作何种性质的运动？求 ab 再下落距离s 时，电容器储存的电能是多少？（设电容器不漏电，此时电容器没有被击穿）EBL442222r （ 2） B L sm gR0（ 3）匀加速直线运动mgsCB L【答案】（ 1）mgmgR0 B2 L2m cB2 L2【解析】【详解】（1）金属棒 ab 在磁场中恰好保持静止，由 BIL=mgIErR得 REB
8、LrmgB2 L2v（2）由 mgR0得mgR0v2 L2B由动量定理，得 mgt BILtBLsmv 其中 q ItR0B4 L4 s m2 gR02得 tmgR0 B2 L2qC UCBL vCBLv（3） K 接 3 后的充电电流 IttCBLattmg-BIL=ma得 amg2 =常数2LmCB所以 ab 棒的运动性质是“匀加速直线运动”，电流是恒定的v22-v2=2as根据能量转化与守恒得E mgs ( 1 mv221 mv2 )22解得 ：mgsCB2 L2E2L2m cB【点睛】本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，关键要会推导加速度的表达式，通过分析棒的受力情况，确定其运动情况
9、6 在如图所示的电路中，电源电动势E=3.0 V，内电阻r=1.0 ；电阻 R1=10 ， R2=10 ，R3=35 ；电容器的电容 C=1000 F，电容器原来不带电。求接通电键 S 后流过 R4 的总电荷量（保留两位有效数字）。-3【答案】 2.0 10C【解析】【详解】接通电键S 前， R2 与 R3 串联后与R1 并联，所以闭合电路的总电阻：R1( R2R3 )RrR1 R2R3由闭合电路欧姆定律得，通过电源的电流：IER电源的两端电压：UE Ir则 R3 两端的电压：R3U 3UR2R3接通电键S 后通过 R4 的总电荷量就是电容器的电荷量。根据 QCU 可得：QCU 3代入数据解得
10、：Q2.010-3 C7 如图所示，电路中电阻R 10 ，电源的内电阻 r2 ，灯泡L上标有“3V 0.25A ”的字样，闭合开关S，灯泡正常发光求：（ 1）灯泡的功率；（ 2）电源的电动势；（ 3）电源的总功率；【答案】 (1) 0.75W(2) 6V(3) 1.5W【解析】【详解】（1）由题知，灯泡正常发光，则灯泡的电压为U=3V，电流为所以灯泡的功率为P=UI=0.75W（2）由闭合电路欧姆定律得：电源的电动势E=U+I（ R+r） =3+0.25（ 10+2） =6VI=0.25A（3）电源的总功率：P=IE=0.256W=0.5W.8 如图甲所示的电路中， R1 、R2 均为定值电阻
11、，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，R
12、3 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 209 电路如图所示,电源电动势E28V ,内阻 r =2 ,电阻R1 12 , R2 R4 4 , R3 8 , C 为平行板电容器 ,其电容 C=3.0PF,虚线到两极板间距离相等 ,极板长 L=0.20m ,两极板的间距 d 1.0 10 2 m1）若开关 S 处于断开状态,（则当其闭合后求流过
13、R4 的总电荷量为多少 ?（2）若开关 S 断开时 ,有一带电微粒沿虚线方向以v02.0m / s 的初速度射入 C 的电场中 ,:,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电刚好沿虚线匀速运动 问 当开关 S 闭合后场中 ,能否从 C 的电场中射出 ?( g 取 10m / s2 )【答案】（ 1）6.0 10122C 的电场中射出.C ；（ ）不能从【解析】【详解】（1）开关 S 断开时 ,电阻 R3 两端的电压为U 3R3E16VR3rR2开关 S 闭合后 ,外电阻为R1 R2R36RR2R3R1路端电压为UR21V .REr此时电阻 R3 两端电压为U 3R2R3U14VR3则流过 R
14、4 的总电荷量为Q CU 3CU 36.010 12 C（2）设带电微粒质量为m ,电荷量为 q当开关 S 断开时有qU 3mgd当开关 S 闭合后 ,设带电微粒加速度为a ,则mgqUd3 ma设带电微粒能从C 的电场中射出 ,则水平方向运动时间为:Ltv0竖直方向的位移为:y 1 at 22由以上各式求得13dy6.2510m故带电微粒不能从C 的电场中射出 .10 如图 1 所示，用电动势为E、内阻为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 R 变化过程中 U-I 图像的示意图
15、，并说明 U-I 图像与两坐标轴交点的物理意义（ 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I 2 R ( E2
16、P)2 REb电源输出的电功率：Rrr 2R2rR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WI 2 rtI 2 RtIrqIRqEIrIRU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，与横轴交点的坐标值为短路电流（2） a如图所示2当外电路电阻R=r 时，电源输出的电功率最大，为Pmax = E4r（ 3） E U 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
17、出当R=r 时，输出功率最大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，电动机停止工作，电动机中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值rU 11.02I10.5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
18、 U 2 I 215.02.0 W 30.0 W线圈电阻的热功率2PIr2.02 W8.0 W热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 如图所示，电源电动势有E=12Vr =0.5 “10V 20W”的灯泡L与直流电动机M，内阻，、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P20I LA 2AU10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
