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1、高考物理闭合电路的欧姆定律专题训练答案含解析一、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 / s 1T / st
2、t20.1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 R12.0 U14.0 V。电动机正常工作时，电压表的示数，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
3、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电源的工作效率P有P释=91.7%3 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
4、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 如图所示电路中
5、，r 是电源的内阻， R1 和 R2 是外电路中的电阻，如果用Pr ， P1 和 P2 分别表示电阻 r ，R1， R2上所消耗的功率，当 R1=R2= r 时，求：(1)IrI1I2 等于多少(2)Pr P1 P2 等于多少【答案】 (1)2： 1： 1；(2)4： 1：1。【解析】【详解】(1)设干路电流为 I，流过 R1 和 R2 的电流分别为 I1 和 I2。由题， R1 和 R2 并联，电压相等，电阻也相等，则电流相等，故1I1=I2=I2即Ir I1 I2=2： 1：1(2)根据公式 P=I2R，三个电阻相等，功率之比等于电流平方之比，即Pr： P1： P2=4： 1： 15 如图
6、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
7、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）【答案】（ 1） EBLr （ 2） B4L4sm2 gR02（ 3）匀加速直线运动mgsCB2 L2mgmgR0 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 REBLrmgB2 L2v（2）由 mgR0得 vmgR0B2 L2由动量定理，得 mgt BILt mv其中 qBLsItR0得 tB4 L4 s m2 gR02mgR0 B2 L2（3） K 接q
8、C UCBL vv3 后的充电电流 ItCBLCBLatttmg-BIL=ma得amgmCB 2 L2 =常数所以 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6 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 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
9、 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P1525 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 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
10、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%PM7 如图所示电路中，电源电动势 E16V，内电阻 r1.0 ，电阻 R1 9.0 ， R2 15。开关闭合后，理想电流表 A 的示数为 0.4A。求：(1)电源的路端电压；(2)电阻 R3 的阻值和它消耗的电功率。【答案】 (1)15V， (2)10 ，3.6W 。【解析】【详解】(1)对 R2 根据欧姆定律：U2I 2 R2整个回路的总电流：I路端电压为：EU 2R1rUEIr代入数据得： U15V ；(2)对 R3 ：U 2R3I 3总电流：I
11、I 2I 3代入数据得：R310R3 消耗的电功率：PI2R333代入数据得：P33.6W 。8 如图所示，电源电动势E=30 V，内阻 r=1 ，电阻 R12两正对的平行金属=4 ， R =10板长 L=0.2 m ，两板间的距离d=0.1 m 闭合开关 S 后，一质量8m=510 kg，电荷量62q=+4 10C 的粒子以平行于两板且大小为=5 10m/s 的初速度从两板的正中间射入，求粒子在两平行金属板间运动的过程中沿垂直于板方向发生的位移大小？（不考虑粒子的重力）【答案】【解析】根据闭合电路欧姆定律，有：电场强度：粒子做类似平抛运动，根据分运动公式，有：L=v0ty= at2其中：联立
12、解得：点睛：本题是简单的力电综合问题，关键是明确电路结构和粒子的运动规律，然后根据闭合电路欧姆定律和类似平抛运动的分运动公式列式求解9 如图所示，电源的电动势为10 V，内阻为1 ，R1=3 ， R2=6 ，C=30 F求：（ 1）闭合电键 S，稳定后通过电阻 R2 的电流（ 2）再将电键 S 断开，再次稳定后通过电阻R1 的电荷量【答案】 （1） 1 A （ 2） 1.2 104C【解析】【详解】（1）闭合开关S，稳定后电容器相当于开关断开，根据全电路欧姆定律得：IE10A1AR1R2r361（2）闭合开关S 时，电容器两端的电压即R2 两端的电压，为：U2=IR2=1 6V=6V开关 S
13、断开后，电容器两端的电压等于电源的电动势，为E=10V，则通过 R1 的电荷量为：-5-4Q=C（E-U2） =3 10（10-6） C=1.2 10C10 如图所示，为某直流电机工作电路图(a)及电源的R=0.25 ，闭合开关后，直流电机正常工作，电流表的示数U-I图象 (b)。直流电机的线圈电阻I=2A，求：（1）电源的电动势E 及内阻 r；（2）直流电机输出功率P【答案】（ 1） 3V； 0.5 （ 2） 3W【解析】【详解】( 1) 由图 b 可知E3V ，rv；0.5t( 2) 由电路的路端电压与负载的关系：UEIr2V非纯电阻元件，根据能量守恒定律：UIP出I 2 R所以PUII
14、2R3W出11 如图所示，电阻R1 2，小灯泡L 上标有 “ 3V 1.5 W，电”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】PL（1）当触头P 滑动到最上端 a 时，流过小灯泡 L 的电流为： I L 0.5A U L流过滑动变阻器的电者呐：I 0I AI L0.5 AU L故： R06I 0（2） 源 ：EU LI A (R1r
15、 )6V当触 P ，滑 到最下端b ，滑 交阻器和小灯泡均被短路 路中 流 ：IE2AR1r故 源的 功率 ：PEI12W总 出功率 ： P出EII 2 r8W12 如 所示， 的距离L=0.5m， B=2T， ab 棒的 量m=1kg，物 重G=3N， ab 棒与 的 摩擦因数=0.2， 源的 E=10V，r=0.1 ， 的 阻不 ，ab 棒 阻也不 ， R 的取 范 怎 棒 于静止状 ？（g 取 10m/s 2）【答案】 1.9 R9.9时棒 于静止状 【解析】【分析】【 解】依据物体平衡条件可得，恰不右滑 有：G mg BLI1=0恰不左滑 有：G+mg BLI2=0依据 合 路欧姆定律可得：E=I1（ R1+r） E=I2（ R2+r） 立 得： R1= r=9.9 立 得： R2= r=1.9所以 R 的取 范 ：1.9 R9.9答案： 1.9 R9.9 棒 于静止状 【点睛】此 是通 体在磁 中平衡 ，要抓住静摩擦力会外力的 化而 化，挖掘 界条件 行求解