1、（物理）物理闭合电路的欧姆定律专项一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 如图所示电路中， R19， R230，开关 S 闭合时电压表示数为11.4V，电流表示数为 0.2A，开关 S 断开时电流表示数为0.3A，求：(1)电阻 R3 的值(2)电源电动势和内电阻【答案】（ 1） 15 （2） 12V 1 【解析】【详解】(1)由图可知，当开关S 闭合时，两电阻并联，根据欧姆定律则有：U(I1IR 2 ) R1 R3IR2解得：R315(2) 由图可知，当开关 S 闭合时，两电阻并联，根据闭合电路的欧姆定律则有：E U (I 1IR2 )r 11.4 0.6rR3S 断开时，根据闭合电路的欧
2、姆定律则有：EI 2 (R1R2r )0.3(39r )联立解得：E12Vr12 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 1 E2对带电小球有：得： EqU CqEmg2dd2mgdq(2)电键
3、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 mv2222gd解得： v033 爱护环境，人人有责；改善环境，从我做起；文明乘车，低碳出行。随着冬季气候的变化， 12 月 6 号起，阳泉开始实行机动车单双号限行。我市的公交和出租车，已基本实现全电动覆盖。既节约了能源，又保护了环境。电机驱动的原理，可以定性简化成如图所示的电路。在水平地面上有B5 T 的垂直于平面向里的磁场，电阻为1 的导体棒ab 垂直放在宽度为 0.2m 的导体框上。电源E 是用很多工作电压为4V 的 18650 锂电池串联而成的，不计电源内阻及导体
4、框电阻。接通电源后ab 恰可做匀速直线运动，若ab 需要克服400N的阻力做匀速运动，问：（ 1）按如图所示电路， ab 会向左还是向右匀速运动？（ 2）电源 E 相当于要用多少节锂电池串联？【答案】（1）向右；（2） 100 节【解析】【分析】【详解】(1)电流方向由a 到b，由左手定则可知导体棒ab受到向右的安培力，所以其向右匀速运动。(2)ab做匀速运动，安培力与阻力相等，即BILF阻400N解得I400 A则UIR400V电源 E 相当于要用锂电池串联节数U400n100节E44 在图中 R1 14，R2 9当开关处于位置 1 时，电流表读数 I1 0.2A；当开关处于位置 2 时，电
5、流表读数 I2 0.3A求电源的电动势 E 和内电阻 r【答案】 3V，1【解析】【详解】当开关处于位置1 时，根据闭合电路欧姆定律得：E=I1（ R1+r）当开关处于位置2 时，根据闭合电路欧姆定律得：E=I2（ R2+r）代入解得： r=1， E=3V答：电源的电动势E=3V，内电阻r=15 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
6、=2.4 10 C） 4.8 10C （ 3）2【解析】【分析】【详解】当电键 S 闭合时，电阻R1、 R2 被短路根据欧姆定律求出流过R3 的电流，即电流表的读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 R1 、 R2 放电，R1 、 R2 相当并联后与R3 串联再求解通过R2 的电量（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
7、等，则通过R2 的电量为 Q1 Q2.4 10 5 C26 如图所示的电路中，电源的电动势E12V ，内阻未知，R18， R21.5， L 为规格“ 3V ， 3W ”的灯泡，开关 S 断开时，灯泡恰好正常发光（不考虑温度对灯泡电阻的影响）试求：（ 1）灯泡的额定电流和和灯丝电阻；（ 2）电源的内阻；（ 3）开关 S 闭合时，灯泡实际消耗的功率【答案】 （1） 1A3（ 2） 1（ 3） 0.48W【解析】（1）灯泡的额定电流I 0P03A1A，灯丝电阻 RLU 0 2U 033P0（2）断开 S 时，灯 L 正常发光，即I 1I 0 ，根据闭合电路欧姆定律E I（0 R1RL r），得 rE
8、( R1RL )121 ；I 08 31（3）闭合 S 时，设外电路总电阻为R外 ， R并RL R231.5RL R231.5所以 R外R并R1189 ；设干路电流为 I 总 ，则 I 总Er12 A1.2A ；R外91RL R2灯两端的电压 U L ，则 U LI 总 1.2 1V 1.2V ； RL R2灯的实际功率为PL ： PLU L21.2 1.2W 0.48W RL3；1 ；点睛：对于直流电路的计算问题，往往先求出局部的电阻，再求出外电路总电阻，根据欧姆定律求出路端电压和总电流，再计算各部分电路的电压和电流7 如图所示，电路由一个电动势为Er的电源和一个滑动变阻器R组成。请推、内电
9、阻为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E 2Pm.4r8 如图所示的电路中，电源电动势Ed 6V，内阻 r 1，一定值电阻 R0 9.0 ，变阻箱阻值在0 99.99 范围。一平行板电容器水平放置，电容器极板长L 100cm，板间距离 d40cm，重力加速度 g 10m/s 2，此时，将变阻箱阻值调到R1 2.0，一带电小球以 v010m/s 的速度从左端沿中线水平射入电容器，并
10、沿直线水平穿过电容器。求：（ 1）变阻箱阻值 R12.0 时， R0 的电功率是多少？（ 2）变阻箱阻值 R12.0 时，若电容器的电容 C 2F，则此时电容器极板上带电量多大？（ 3）保持带电小球以 v0 10m/s 的速度从左端沿中线水平射入电容器，变阻箱阻值调到何值时，带电小球刚好从上极板右端边缘射出？ 6【答案】（ 1） 2.25W（ 2） 210 C（3） 50【解析】【详解】（1）当 R1 2.0 时，闭合回路电流I 为：IEdR0rR1代入数据解得：I0.5A所以 PR0 I2R0 0.52 9 2.25W ；(2)当 R12.0 时， UR1IR1 1V由 Q CU 2 10
11、6C；(3) 当 R1 2.0 时，则： Mg qEE U R1d电路中分压关系，则有：R1U R1EdR1R0r调节变阻箱阻值到R1 ，使得带电小球刚好从上极板边缘射出，则：qE Mg Ma2且 U R1R1R1EdrR0U R1E2d又 d1at 222水平向： L vot由以上各工，代入数值得R1 50。9 如图所示 ,电源电动势 E=10V,内阻 r=1,定值电阻 R1=3。电键 S 断开时 ,定值电阻 R2 的功率为 6W,电源的输出功率为 9W。电键 S 接通后 ,理想电流表的读数为 1.25A。求出：（ 1）断开电键 S 时电流表的读数；（ 2）定值电阻 R3 的阻值。【答案】
12、(1)1A(2)12【解析】【详解】（1）电键断开时，电阻R1 消耗的功率为：PP - P 3W1出2根据PI2R11解得I1A（2）由闭合电路的欧姆定律EIR1R并R2 R3R并R2R3解得R 31210 如图所示，四个电阻阻值均为R，电键 S 闭合时，有一质量为m，带电量为q 的小球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
13、撞后所带的电量为多少？【答案】（ 1）、 E3mgd ；（ 2） q7 q2q6【解析】【分析】【详解】(1)当 S 闭合时，设电容器电压为U，则有：E 2URE1.5R3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：UE R1 E ,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：qU mg dq U022联立解得：q 7 q611 如图a所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距L1m，导轨平面与水平面成 370 角，下端连接阻值为R 0.4 的电阻匀强磁场方向垂直于导轨平面
14、向上，磁感应强度为B 0.4T，质量 m 0.2Kg、电阻 R0.4 的金属杆放在两导轨上，杆与导轨垂直且保持良好接触，金属导轨之间连接一理想电压表现用一外力F 沿水平方向拉杆，使之由静止沿导轨开始下滑，电压表示数U 随时间 t 变化关系如图 b所示取 g10m/s 2， sin370 0.6， cos370 0.8 求：金属杆在第5s 末的运动速率；第 5s 末外力 F 的功率；【答案】 (1)1m/s (2)-0.8W【解析】【分析】金属杆沿金属导轨方向在三个力作用下运动，一是杆的重力在沿导轨向下方向的分力G1，二是拉力 F 在沿导轨向下方向的分力F1，三是沿导轨向上方向的安培力，金属杆在
15、这几个力的作用下，向下做加速运动【详解】(1) 如下图所示， F1 是 F 的分力， G1 是杆的重力的分力，沿导轨向上方向的安培力未画出，由题设条件知，电压表示数U 随时间 t 均匀增加，说明金属杆做的是匀加速运动，由b 图可得金属杆在第5s 末的电压是0.2V ，设此时杆的运动速率为v ，电压为U，电流I ，由电磁感应定律和欧姆定律有EBLv因电路中只有两个相同电阻，有11UEBLv22解得v 1m/s故金属杆在第5s 末的运动速率是1m/s(2) 金属杆做的是匀加速运动，设加速度为a ，此时杆受的安培力为f，有a v =0.2m/s2tB2 L2vf BTL0.2 N2RG1 mg si
16、n=1.2N由牛顿第二定律得G1fF1maF1G1fma0.8 N由功率公式得PF1v0.8 W因 F1 的方向与棒的运动方向相反，故在第5s 末外力 F 的功率是 -0.8W 【点睛】由电阻的电压变化情况来分析金属棒的运动情况12 如图所示的电路中，电源电动势E=10V，电阻 R1=2.5 ， R2=3Rx调到3，当电阻箱时，理想电流表的示数为2 A求：(1)电源的内电阻？(2)调节电阻箱，使电流表的示数为1.6A 时，电阻R2 消耗的电功率？【答案】 (1) r = 1 (2)P2=6.45W【解析】【分析】可先求出总电阻，应用闭合电路欧姆定律，求出总电流后，即为电流表的读数，当电流表示数为1.6A 时由闭合电路欧姆定律可求出路端电压，再减去R1 两端的电压即为R2 的电压，应用功率公式计算即可。R2 Rx解： (1) R2 和 Rx 并联电阻阻值为R并 1.5 ， R2 +Rx电路外电阻电阻为RR并R14由闭合电路欧姆定律有EI (Rr )ER1得出 rI(2)电流表示数为 1.6A，电源内阻分压为U 内 =Ir 1.6V电压为 U 1IR14VR2 两端电压为 UEU 1U内 =4.4V所以 R2 功率 P2U 24.42W 6.5WR3
