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1、（物理）物理闭合电路的欧姆定律练习_物理考试 _外语学习含解析一、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 /
2、s 1T / 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 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
3、】【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。3 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.
4、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1.52.4V3.6V4 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，则滑动变阻器接入电路的阻值R 为多大？（2）当 K 接 2 后，金
5、属棒 ab 从静止开始下落，下落距离度的大小为多大？下落 s 的过程中所需的时间为多少？s 时达到稳定速度，则此稳定速（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）EBLB4L4sm2 gR02（ 3）匀加速直线运动mgsCB2 L2【答案】（ 1）r （ 2）2 L2mgmgR0 B2 L2m cB【解析】【详解】（1）金属棒 ab 在磁场中恰好保持静止，由 BIL=mgIErR得 REBLrmgB2 L2v（2）由 mgR0mgR0得 vB2
6、L2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5 如图所示的电路中，电源的电动势E 12V ，内阻未知
7、， R1 8 ， R2 1.5 ， 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 0P031A，灯丝电阻 RU 023 ；AU 03LP0（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 R1 RL r），得 rE( R1RL )12I 08 31；1（3）闭合 S 时，设外电路总电阻为R外 ， R并RL R
8、231.5；RL R2311.5所以 R外R并R1 189 ；设干路电流为 I 总，则 I 总E121.2A ；R外r9A1灯两端的电压 U L ，则 U LI 总RL R21.21V 1.2V ；R2RLPL ： PLU L21.21.20.48W 灯的实际功率为RL3W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6 利用如图所示的电路可以测量电源的电动势和内电阻当滑动变阻器的滑片滑到某一位置时，电流表和电压表的示数分别为 0.20A 和 2.90V改变滑片的位置后，两表的示数分别为 0.40A 和 2
9、.80V这个电源的电动势和内电阻各是多大？【答案】 E=3.00V， r=0.50 【解析】【分析】【详解】根据全电路欧姆定律可得：；，联立解得：E=3.00V， r=0.50 7 如图甲所示的电路中，R1 、R2 均为定值电阻，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】【
10、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，R3 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 208 如图所示，电阻R1 2，小灯泡L 上标有 “ 3V 1.5 W，电
11、”源内阻r 1，滑动变阻器的最大阻值为 R0（大小未知），当触头P 滑动到最上端a 时安培表的读数为l A，小灯泡 L 恰好正常发光，求：(1)滑动变阻器的最大阻值R0；(2)当触头 P 滑动到最下端b 时，求电源的总功率及输出功率【答案】 （1） 6（ 2） 12 W ； 8 W【解析】【分析】【详解】（1）当触头 P 滑动到最上端 a 时，流过小灯泡L 的电流为： I LPL0.5AU L流过滑动变阻器的电者呐：I 0I A I L0.5 A故： R0U L6I 0（2）电源电动势为： EU LI A (R1r ) 6V当触头 P ，滑动到最下端b 时，滑动交阻器和小灯泡均被短路电路中总电
12、流为：IE2AR1r故电源的总功率为：PEI12W总输出功率为： P出EII 2 r8W9 如图所示，电源电动势E15V，内阻 r 0.5 ，电阻 R1 3， R2 R3 R4 8，一电荷l 0.1m 的绝缘细线悬挂于竖直放置足够大的平行金属板中量 q 310 5C 的小球，用长的 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
13、极板的位置与 O 点的距离 L。【答案】（ 1） 140V/m（ 2） m5.6 10 4 kg （ 3） 0.16m【解析】【详解】(1)电阻连接后的总外电阻为：R2 R37R R1R3R2干路上的电流：EI2ARr平行板电容器两板间电压：UIR14V电场强度：UE 140V/md(2)由小球的受力情况知：Eqmgtan解得：m5.6 10 4 kg(3)剪断细线后，在水平方向上做匀减速直线运动12l sinatEqam竖直方向做自由落体运动：h 1 gt 22解得：h0.08m小球与左板相碰的位置为：Lhl cos 0.16m10 如图所示，电源电动势有E=12V，内阻 r =0.5 ，“
14、10V、 20W”的灯泡 L 与直流电动机M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I LP20 A 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 =2
15、2 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11 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
16、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 12 如图所示的电路中，电源电动势E=10V，电阻 R1=2.5 ， R2=3，当电阻箱Rx 调到 3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
17、的示数为1.6A 时，电阻 R 消耗的电功率？2【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