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1、高中物理闭合电路的欧姆定律及其解题技巧及练习题( 含答案 )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，A、B 两点间接上一电动势为4V、内电阻为1 的直流电源，三个电阻的阻值均为4，电容器的电容为20 F，电流表内阻不计，求：(1)闭合开关 S 后，电容器所带电荷量；(2)断开开关 S 后，通过R2 的电荷量。【答案】 (1)6.4 10-5C； (2) 3.210 5 C【解析】【分析】【详解】(1) 当电键 S 闭合时，电阻R1 、 R2 被短路，据欧姆定律得电流表的读数为IE14A0.8ArR34电容器所带电荷量Q CU 3 CIR 3201060.84C 6.4 10 5
2、 C(2)断开电键后，电容器相当于电源，外电路R1 、 R2 并联后与 R3 串联，由于各个电阻相等，则通过 R2 的电荷量为Q1 Q3.210 5 C22 如图所示电路中，R14， R26， C30F ，电池的内阻r2，电动势E 12V （ 1）闭合开关 S，求稳定后通过 R1的电流（ 2）求将开关断开后流过 R1的总电荷量【答案】（ 1） 1A；（ 2） 1.8 10 4 C【解析】【详解】（1）闭合开关 S 电路稳定后，电容视为断路，则由图可知，R1与 R2 串联，由闭合电路的欧姆定律有：E121AIR1R2r462所以稳定后通过R1 的电流为1A（2）闭合开关S 后，电容器两端的电压与
3、R2 的相等，有U C16V6V将开关 S 断开后，电容器两端的电压与电源的电动势相等，有U CE 12V流过 R1的总电荷量为Q CU CCU C 30 10 612 6 C 1.8 10 4 C3 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
4、恒定律得：EIP出I 2 R代入数据解得：I8A所以电动机消耗的总功率为：P总EI488W384W 。4 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
5、的电功率P；（ 3）电源的效率 【答案】 （1） U =200V（ 2） 20W（ 3） 99.5 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 IR1Rr解得： R = 2 103滑动变阻器消耗的电功率 PU 220 W RP出I 2 ( R1R)0（3）电源的效率299.5P总I (R1R r )0【
6、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，由欧姆定律求变阻器接入电路的电阻5 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 2.80V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 6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d40cm ，电源电动势E24V ，内电阻r
7、1，电阻R15，闭合开关S，待电路稳定后，一带电量q1 102 C, 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 ，RpRUIRP ，得：RP8。7 如图所示，水平放置的平行金属导轨abdc
8、，相距 l 0.50m， bd 间连有一固定电阻R 0.20 ，导轨电阻可忽略不计磁感应强度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感应电
9、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EBlv 0.80 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压两端电势差不是感应电动势，而是路端电8 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
10、 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】 (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 3129 如图所示，已知路端电压 U18 V，电容器 C1 6 F、C2 3 F，电阻 R1 6 、 R2 3 . 当开关 S 断开时， A、 B 两点间的电压 UAB 等于多少？当 S 闭合时，电容器 C1 的电荷量改变了多少？【答
11、案】 18 V；减少了 53.6 10C【解析】【详解】在电路中电容器C1、 C2 相当于断路 .当 S 断开时，电路中无电流，B、 C等势， A、 D 等势，因此 UAB U18 V.当 S 闭合时， R12112两端的电压为2和 R串联， C 两端的电压等于R 两端电压， CR 两端电压， C1 电荷量变化的计算首先从电压变化入手.当 S 断开时， UAC1 18 V，电容器C 带电荷量为11 AC 6 4Q C U 6 10 18 C 1.08 10C.当 S 闭合时，电路R1211、 R 导通，电容器C 两端的电压即电阻R两端的电压，由串联电路的电压分配关系得6 18 V 12VUAC
12、 U63此时电容器 C1 的带电荷量为 6 5Q C1UAC 6 10 12 C 7.2 10C电容器 C1 带电荷量的变化量为5Q Q Q1 3.6 10C负号表示减少，即C1 的带电荷量减少了53.6 10C.10 如图所示，电源电动势E=50V，内阻 r=1 ， R1=3， R2=6间距 d=0.2m 的两平行金属板M、 N水平放置，闭合开关S，板间电场视为匀强电场板间竖直放置一根长也为d的光滑绝缘细杆AB，有一个穿过细杆的带电小球p，质量为m=0.01kg、带电量大小为q=1 10-3C（可视为点电荷，不影响电场的分布）现调节滑动变阻器在 A 处；然后再闭合K，待电场重新稳定后释放小球
13、p取重力加速度R，使小球恰能静止 g=10m/s2 求：（ 1）小球的电性质和恰能静止时两极板间的电压；（ 2）小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值；（ 3）小球 p 到达杆的中点 O 时的速度【答案】 (1 )U=20V (2)Rx=8 (3)v=1.05m/s【解析】【分析】【详解】(1)小球带负电 ；恰能静止应满足 ： mgEqU qdUmgd0.011030.2 V20Vq110(2)小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值为Rx，由电路电压关系:EURx R2 rR2代入数据求得 Rx=8(3)闭合电键 K 后，设电场稳定时的电压为U，由电路电压关系 :EU Rx R12 rR12代
14、入数据求得 U= 100V11由动能定理 : mg d1U q1 mv2222代入数据求得v=1.05m/s【点睛】本题为电路与电场结合的题目，要求学生能正确掌握电容器的规律及电路的相关知识，能明确极板间的电压等于与之并联的电阻两端的电压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
15、d，求：（ 1）电源的电动势 E；（ 2）小球与极板碰撞后所带的电荷量q/ 【答案】 （1） Emgdq（ 2） q = 2q【解析】【分析】【详解】(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 = mgdq ；(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：Uq U mg q02由以上各式解得：q2q 12 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
16、导轨平面向上，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
17、属杆在这几个力的作用下，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，电流磁感应定律和欧姆定律有b 图I ，由电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/s2tf BTLB2 L2v0.2 N2RG1mg sin=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