1、物理闭合电路的欧姆定律练习一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 在如图所示的电路中，电阻箱的阻值R 是可变的，电源的电动势为E，电源的内阻为r，其余部分的电阻均可忽略不计。（1）闭合开关S，写出电路中的电流I 和电阻箱的电阻R 的关系表达式；（2）若电源的电动势E 为 3V，电源的内阻r 为 1，闭合开关S，当把电阻箱R 的阻值调节为 14 时，电路中的电流I 为多大？此时电源两端的电压（路端电压）U 为多大？【答案】 (1) IE(2)0.2A 2.8VRr【解析】【详解】（1）由闭合电路的欧姆定律，得关系表达式:EIRr（ 2）将 E=3V， r=1， R=14，代入上式得：电流表的示
2、数I=3A =0.2A141电源两端的电压U=IR=2.8V2 电源的电动势为4.8V、外电阻为4.0 时，路端电压为4.0V。如果在外电路并联一个6.0 的电阻，路端电压是多大？【答案】 3.6V【解析】【详解】由题意可知当外电阻为4.0 时，根据欧姆定律可知电流U 外4 A 1.0AIR4由闭合电路欧姆定律EI (Rr )代入数据解得r=0.8 当外电路并联一个6.0 的电阻时46R并2.446电路中的总电流E4.8IA=1.5AR并 r2.4 0.8所以路端电压UI R并1.52.4V3.6V3 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
3、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
4、 2I解得 I2 =22A则电动机的输入功率为PMUI 2代入数据解得PM1848 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%PM4 在如图所示电路中，电源电动势为12V，电源内阻为 1.0 ，电路中电阻 R0 为 1.5 ，小型直流电动机M 的内阻为 0.5闭合开关 S 后，电动机转动，电流表的示数为2.0A求：（ 1）电动机两端的电压 ；（ 2）电源输出的电功率 【答案】 （1） 7.0V（ 2）20W【解析】试题分析：（ 1）电动机两端的电压等于电源电动势减去内阻电压与电阻和
5、，（ 2）电源输出的电功率等于电源的总功率减去热功率.（1）电路中电流表的示数为2.0A，所以电动机的电压为R0 电压之U E U内 U R0 122 12 1.5 V7V（2）电源的输出的功率为：P总EI I 2r12 2 22 1 W 20W5 如图所示，电路中接一电动势为4V、内阻为 2 的直流电源，电阻R1、 R2 、R3、 R4 的阻值均为 4，电容器的电容为30F，电流表的内阻不计，当电路稳定后，求：（ 1）电流表的读数（ 2）电容器所带的电荷量（ 3）如果断开电源，通过 R2 的电荷量-5Q-5【答案】（ 1） 0.4A（2=2.410 C） 4.8 10C （ 3）2【解析】【
6、分析】【详解】当电键 S 闭合时，电阻R 、 R2 被短路根据欧姆定律求出流过R3 的电流，即电流表的读1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 R 、 R2 放电，R 、 R2 相当并联后与R3 串联再求解通过R2 的电量11（1）当电键 S 闭合时，电阻R1 、 R2 被短路根据欧姆定律得E0.4 A电流表的读数 IrR3（2）电容器所带的电量QCU 3 CIR34.810 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 Q2.4 10 5 C2
7、6 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 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 10C，质量 m=2.0 10kg，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
8、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U 220 W PR（3）电源的效率P出I 2 ( R1R)0P总I 2 (R199.50R r )【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
9、律求变阻器接入电路的电阻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时，电源输出功率最大，并写出最大值的表达式。【答案】E24r【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PmE 2.4r8 如图所示的电路中，电阻 R1=9，R2=15 ， R3=30 ，电源内电阻 r=1，闭合开关 S，理想电流表的示数 I2=0.4A求：（ 1）电阻 R3 两端的电压 U3；（ 2）流过电阻 R1 的电流 I1 的大小；（
10、3）电源的总功率 P【答案】（ 1） 6.0V（ 2） 0.6A（3） 7.2W【解析】【详解】（1）电阻 R3 两端有电压为U 3I 2 R20.4156.0 （ V）（2）通过电阻R3 的电流大小：I 3U 30.2 AR3流过电阻 R1 的电流大小为：I1=I2+I3=0.4+0.2=0.6A（3）电源的电动势为：EI1rI 1R1U 30.610.69612 V电源的总功率为P=I1E=7.2W或 PI12 rR1R2 / / R3=7.2W9 如图所示的电路中，两平行金属板A、B 水平放置，两板间的距离d 4cm，电源电动势 E 24V，内电阻r 1，电阻 R 15，闭合开关S待电路
11、稳定后，一带电量q110 5C，质量m 210 4kg的小球恰好静止于两板之间取g 10m/s 2求：（1）两板间的电压；（2）滑动变阻器接入电路的阻值【答案】（ 1） 8V（ 2）8【解析】【详解】(1)对小球，由平衡条件得：mgqE ，又 EU，d整理并代入数据解得：Umgd 210 4100.04 V 8V ；q110 5(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得：IE，RRPr而UIRP ，则得：ERPU，RRPr代入数据可得：24RP8，15RP1解得：RP8。答：(1)两板间的电压为8V；(2)滑动变阻器接入电路的阻值为8.10 如图所示，水平放置的平行金属
12、导轨R 0.20 ，导轨电阻可忽略不计磁感应强度abdc，相距 l 0.50m， bd 间连有一固定电阻B0.40 T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒MN垂直放在导轨上，其电阻也为R，导体棒能无摩擦地沿导轨滑动，当MN 以v4.0m/s的速度水平向右匀速运动时，求：（1）导体棒MN中感应电动势的大小；（ 2）回路中感应电流的大小，流过R 的电流方向 ；（ 3）导体棒 MN 两端电压的大小【答案】 (1) 0.80V；(2)2A， b 到 d；（3） 0.4V。【解析】【分析】（ 1）导体垂直切割磁感线，由公式E=BLv 求出感应电动势；（ 2） MN 相当于电源，根据闭合电路欧姆定律求解
13、感应电流大小；（ 3）棒两端的电压是路端电压，由 U=IR 即可求出结果【详解】（ 1）根据法拉第电磁感应定律得：感应电动势EBlv0.80 V（2）根据闭合电路的欧姆定律得，通过R 的电流IE2 A2R由右手定则可知，流过R 的电流方向为b 到 d（3）导体棒 MN 两端电压为路端电压，则：UIR0.4 V【点睛】本题是电磁感应、电路和磁场相结合的综合题，应用E=BLv、欧姆定律即可解题，要注意ab 切割磁感线产生电动势，ab 相当于电源， ab 两端电势差不是感应电动势，而是路端电压11 如图所示，电源电动势E 15V，内阻 r0.5 ，电阻 R1 3， R2 R3 R4 8，一电5C 的
14、小球，用长 l 0.1m 的绝缘细线悬挂于竖直放置足够大的平行金属板荷量 q 310中的 O 点。电键S 合上后，小球静止时细线与竖直方向的夹角 37，已知两板间距d0.1m ，取重力加速度g 10m/s 2， sin37 0.6， cos37 0.8。求：(1)两板间的电场强度的大小；(2)带电小球的质量;(3)现剪断细线，并在此瞬间使小球获得水平向左的初速度，则小球刚好运动到左极板，求小球到达左极板的位置与 O 点的距离 L。【答案】（ 1） 140V/m（ 2） m 5.610 4 kg （ 3） 0.16m【解析】【详解】(1)电阻连接后的总外电阻为：RR2 R37R1R3R2干路上的
15、电流：E2AIRr平行板电容器两板间电压：U IR14V电场强度：UE140V/md(2)由小球的受力情况知：Eqmgtan解得：m 5.610 4 kg(3)剪断细线后，在水平方向上做匀减速直线运动l sin1at 22aEqm竖直方向做自由落体运动：h1 gt 22解得：h0.08m小球与左板相碰的位置为：Lhl cos 0.16m12 如图所示电路，电源电动势E=6V，内阻 r=1 外电路中电阻R1=2， R2=3，R3=7.5 电容器的电容C=4F（ 1）电键 S 闭合，电路稳定时，电容器所带的电量（ 2）电键从闭合到断开，流过电流表A 的电量【答案】 7.2 10 6 C ;1.92
16、 10 5 C【解析】【分析】【详解】（1）电键 S 闭合，电路稳定时，电容器所在电路没有电流外电路总电阻为： 3干路电流为： 1. 5A路端电压为： U E Ir 4. 5V电容器的电压为：U1 1. 8V所以电容器的电量：Q117. 2-6 CU 10C， b 板带正电， a 板带负电（2） S 断开，电路稳定时，电容器的电压就是R2 的电压， U2 3V所以电容器的电量：Q221. 2-5 CU 10C， a 板带正电， b 板带负电则流过电流表 A 的电量 Q Q12-5Q1 92 10C.【点睛】本题主要考查了闭合电路欧姆定律的直接应用，关键要同学们能理清电路的结构，明确电容器的电压与哪部分电路的电压相等，要知道电路稳定时，电容器所在电路没有电流，其电压与所并联的电路两端的电压相等
