1、高中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 ) 及解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 如图所示， 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
2、电源输出功率：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
3、U4 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 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
4、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。4 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
5、）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：IER0Rr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 W5 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U 4V；当电阻箱读数为R 5时，电压表读数为U 5V求：122（1）电源的电动势
6、 E 和内阻 r（2）当电阻箱 R 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） =6 Vr=1 （ 2）当=1 时， m=9 WER=rP【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 ；2r4r416 利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E6V ，电源
7、内阻r 1 ，电阻 R 3 ，重物质量 m 0.10kg ，当将重物固定时，理想电压表的示数为5V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V ， ( 不计摩擦， g 取 10m / s2 ). 求：12串联入电路的电动机内阻为多大？重物匀速上升时的速度大小3匀速提升重物3m 需要消耗电源多少能量？【答案】 （1） 2；（ 2） 1.5m / s （ 3）6J【解析】【分析】根据闭合电路欧姆定律求出电路中的电流和电动机输入电压. 电动机消耗的电功率等于输出的机械功率和发热功率之和，根据能量转化和守恒定律列方程求解重物匀速上升时的速度大小，根据 WEIt 求解匀
8、速提升重物 3m 需要消耗电源的能量【详解】1由题，电源电动势E6V，电源内阻 r1，当将重物固定时，电压表的示数为5V，则根据闭合电路欧姆定律得电路中电流为 IEU65r1A1电动机的电阻 RMUIR5 132I12 当重物匀速上升时，电压表的示数为U5.5VEU ，电路中电流为 I 0.5 Ar电动机两端的电压为U MEI Rr60.531 V 4V故电动机的输入功率PU M I 40.5 2W根据能量转化和守恒定律得U M I mgvI 2 R代入解得， v1.5m / s3 匀速提升重物3m 所需要的时间 th32s ，v1.5则消耗的电能 WEI t60.5 26J【点睛】本题是欧姆
9、定律与能量转化与守恒定律的综合应用 .对于电动机电路，不转动时，是纯电阻电路，欧姆定律成立；当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，欧姆定律不成立7 一电瓶车的电源电动势E48V，内阻不计，其电动机线圈电阻R 3，当它以v 4m/s的速度在水平地面上匀速行驶时，受到的阻力f48N。除电动机线圈生热外，不计其他能量损失，求：(1)该电动机的输出功率；(2)电动机消耗的总功率。【答案】 (1) 192W ， (2) 384W 。【解析】【详解】(1)电瓶车匀速运动，牵引力为：Ff48N电动机的输出功率为：P出Fv484W192W ；(2)由能量守恒定律得：2EIP出I R代入数据解得：I8A所以
10、电动机消耗的总功率为：P总EI488W384W 。8 如图所示， E=l0V， r=1，R1=R3=5， R2=4， C=100 F ，当断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态；求：(1) S 闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2) S 闭合后流过 R3 的总电荷量【答案】 (1) g，方向竖直向上 4(2)4 10C【解析】【详解】（1）开始带电粒子恰好处于静止状态，必有qEmg 且 qE 竖直向上S 闭合后， qEmg 的平衡关系被打破S 断开时，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有U CR2E 4V ，R2R1 rqU CmgdS 闭合后，R2E 8VU CR2r
11、设带电粒子加速度为a，则qU C d解得 a g，方向竖直向上mgma ，（2） S 闭合后，流过R3 的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以4Q C（ UC UC） 4 10 C9 如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d ，管道高度为 h ，上、下两面是绝缘板，前后两侧M 、N 是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关 S 和定值电阻R 相连。整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B 、方向沿 z 轴正方向。管道内始终充满导电液体， M 、N 两导体板间液体的电阻为 r ，开关 S 闭合前后，液体均以恒定速率 v0 沿 x 轴正方向流动。忽略液体流动时与管道间
12、的流动阻力。（ 1）开关 S 断开时，求 M 、 N 两导板间电压 U 0 ，并比较 M 、N 导体板的电势高低；（ 2）开关 S 闭合后，求：a. 通过电阻 R 的电流 I 及 M 、 N 两导体板间电压U ；b. 左右管道口之间的压强差Vp 。【答案】（ 1） U0=Bdv0， MBdRvB2 dv0N （ 2） a U0； b VpRrh( R r )【解析】【详解】（1）该发电装置原理图等效为如图，管道中液体的流动等效为宽度为d 的导体棒切割磁感线，产生的电动势E=Bdv0则开关断开时U0=Bdv0由右手定则可知等效电源MN 内部的电流为N 到 M，则 M 点为等效正极，有MN ；（2
13、） a由闭合电路欧姆定律U 0Bdv0IrR rR外电路两端的电压：U IRU 0 RBdRv0R rR rb设开关闭合后，管道两端压强差分别为V p ，忽略液体所受的摩擦阻力，开关闭合后管道内液体受到安培力为F 安 ，则有VphdF安F安 =BId联立可得管道两端压强差的变化为：V pB2dv0h(Rr )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，并说明 U-I 图像与两坐标轴交点的物理意义（ 2） a
14、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 ( E2P)2 REb电源输出的电功率：Rrr 2R2rR当外电路电
15、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，并求出当R=r 时，输出功率最大11 如图所示的电路中，两平行金
16、属板A、B 水平放置，两板间的距离d40cm ，电源电动势E24V ，内电阻r1，电阻R15，闭合开关S，待电路稳定后，一带电量q1 102C, 质量 m=2102kg 的小球恰好静止于两板之间取g10m / s2 ，求：（ 1）两板间的电压为多少（ 2）此时，滑动变阻器接入电路的阻值为多少【答案】（ 1） 8V（ 2） 8 【解析】【详解】试题分析：(1)由题意可知小球恰好静止于两板之间，一小球为对象，受到重力和电场力二力平衡，所以有mgqU，d故：Umgd2 10 2100.4 V 8V ；q110 2(2)设此时滑动变阻器接入电路的阻值为RP ，由闭合电路欧姆定律可得电路中的电流为IEr
17、 ，RpRUIRP ，得：RP8。12 如图，电源电动势=10V，内阻不计， R1=42，C=30F， R =6(1)闭合电键 S，求稳定后通过R1 的电流(2)然后将电键S断开，求这以后流过R1 的总电量【答案】 (1)1A (2)1.2-410C【解析】【详解】（ 1）闭合开关 S，当电路达到稳定后，电容器相当于开关断开，根据闭合电路欧姆定律得：I =10A1AR1 +R246（2）闭合开关S 时，电容器两端的电压即电阻R2 两端的电压，为：U 2 =IR2 =6V开关 S 断开后，电容器两端的电压等于电源的电动势，为=10V ，则通过电阻R1 的电荷量为：Q=C EU 2 =3 10 5106 C1.2 10 4 C
