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1、高考物理总复习 - 闭合电路的欧姆定律及解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 手电筒里的两节干电池（串联）用久了，灯泡发出的光会变暗，这时我们会以为电池没电了。但有人为了“节约”，在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使用。设一节新电池的电动势E1=1.5V，内阻 r1 =0.3 ；一节旧电池的电动势E2=1.2V，内阻 r 2=4.3 。手电筒使用的小灯泡的电阻 R=4.4 。求：(1)当使用两节新电池时，灯泡两端的电压；(2)当使用新、旧电池混装时，灯泡两端的电压及旧电池的内阻r2 上的电压；(3)根据上面的计算结果，分析将新、旧电池搭配使用是否妥当。【答案】 (1)2.64V；
2、(2)1.29V； (3)不妥当。因为旧电池内阻消耗的电压Ur大于其电动势2E（或其消耗的电压大于其提供的电压），灯泡的电压变小【解析】【分析】【详解】(1)两节新电池串联时，电流I = 2E10.6AR 2r1灯泡两端的电压UIR2.64V(2)一新、一旧电池串联时，电流I = E1E20.3ARr1 r2灯泡两端的电压UI R1.32V旧电池的内阻r 2 上的电压U rI r21.29V(3)不妥当。因为旧电池内阻消耗的电压Ur 大于其电动势E2（或其消耗的电压大于其提供的电压），灯泡的电压变小。2 如图所示， E=l0V， r=1，R1=R3=5， R2=4， C=100 F ，当断开时
3、，电容器中带电粒子恰好处于静止状态；求：(1) S 闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2) S 闭合后流过 R3 的总电荷量【答案】 (1) g，方向竖直向上 4(2)4 10C【解析】【详解】（1）开始带电粒子恰好处于静止状态，必有qEmg 且 qE 竖直向上S 闭合后， qEmg 的平衡关系被打破S 断开时，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有U CR2E 4V ，R1 rR2qU CmgdS 闭合后，R2U CE8VR2r设带电粒子加速度为a，则qU C mgma ，d解得 a g，方向竖直向上（2） S 闭合后，流过R3 的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以4
4、Q C（ UC UC） 4 10 C3 如图所示，为某直流电机工作电路图(a)及电源的 U-I 图象 (b) 。直流电机的线圈电阻R=0.25 ，闭合开关后，直流电机正常工作，电流表的示数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 2R3W出4 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
5、电阻r 1，电阻 R 15，闭合开关S待电路稳定后，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
6、电路的阻值为8.5 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】（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 AI L0.5 AU L故： R06I 0（2）电源电动势为：EU LI A (R1
7、r )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流为：IE2AR1r故电源的总功率为：PEI12W总输出功率为： P出EII 2 r8W6 电路如图所示,电源电动势 E28V ,内阻 r =2 ,电阻R1 12 , R2R4 4, R38 , C 为平行板电容器 ,其电容 C=3.0PF,虚线到两极板间距离相等 ,极板长 L=0.20m,两极板的间距 d 1.0 10 2 m1）若开关 S 处于断开状态,（则当其闭合后求流过 R4 的总电荷量为多少 ?（2）若开关 S 断开时 ,有一带电微粒沿虚线方向以v02.0m / s 的初速度射入 C 的电场中 ,:,此带
8、电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电刚好沿虚线匀速运动 问 当开关 S 闭合后场中 ,能否从 C 的电场中射出 ?( g 取 10m / s2 )【答案】（ 1）6.0 10122C 的电场中射出.C ；（ ）不能从【解析】【详解】（1）开关 S 断开时 ,电阻 R3 两端的电压为U 3R3E16VR3rR2开关 S 闭合后 ,外电阻为R1 R2R36RR2R3R1路端电压为UR21V .REr此时电阻 R3 两端电压为U 3R2R3U14VR3则流过 R4 的总电荷量为Q CU 3CU 36.010 12 C（2）设带电微粒质量为m ,电荷量为 q当开关 S 断开时有qU 3mgd当开关
9、S 闭合后 ,设带电微粒加速度为a ,则mgqUd3 ma设带电微粒能从C 的电场中射出 ,则水平方向运动时间为:Ltv0竖直方向的位移为:y 1 at 22由以上各式求得13dy6.2510m故带电微粒不能从C 的电场中射出 .7 如图所示，电阻 R1=4， R2=6，电源内阻 r=0.6，如果电路消耗的总功率为 40W，电源输出功率为 37.6W，则电源电动势和 R3 的阻值分别为多大？【答案】 20V【解析】电源内阻消耗的功率为，得：由得：外电路总电阻为，由闭合电路欧姆定律得：。点睛：对于电源的功率要区分三种功率及其关系：电源的总功率，输出功率，内电路消耗的功率，三者关系是。8 如图所示
10、，电源的电动势E=80V，内电阻 r4， R12 ， R2 为电阻箱。求：（1）当电阻箱R2 阻值为多大时，电阻R1 消耗的功率最大？（2）当电阻箱R2 阻值为多大时，电阻箱R2 消耗的功率最大？（3）当电阻箱R2 阻值为 14时，电源输出功率为多少？此时电源效率为多少？【答案】（ 1） 0（ 2） 6（ 3） 256W ； 80%【解析】【详解】（1）由PI 2 R可知 I 最大时 R1 功率最大，又由IER1 R2r可知：当 R2=0 时 R1 消耗功率最大。（2）设 R2 消耗的电功率为P1，则E2E2P1R2r +R1 +R2R12+rR1 +rR+2R由数学知识可知，分母最小时分数值
11、越大，因R12+r2 R1 +r12R+RR1+r2取“ =”，此时 R2 消耗的电功率最大，则R2 R1 r 6 ；当且仅当 RR（3）设电源的输出功率为P出 ，则：P出I 2 ( R1R2） 256W电源的效率为R100%80%Rr9如图所示，电源电动势E=8V，内阻为r=0 5，“ 3V， 3W”的灯泡 L 与电动机M 串联接在电源上，灯泡刚好正常发光，电动机刚好正常工作，电动机的线圈电阻R=1 5求：（ 1）通过电动机的电流；（ 2）电源的输出功率；（ 3）电动机的输出功率【答案】（ 1） 1A；（ 2） 7 5W；（ 3） 3W【解析】试题分析：（1）灯泡L 正常发光，通过灯泡的电流
12、，I LPL U L1A电动机与灯泡串联，通过电动机的电流IM=IL=1（ A）；（2）路端电压：U=E-Ir=7 5（ V），电源的输出功率：P=UI=7 5（ W）；（3）电动机两端的电压UM =U-UL=4 5（ V）；电动机的输出功率P 输出 =UM IM -IM 2R=3W考点：电功率；闭合电路欧姆定律【名师点睛】此题考查了电功率及闭合电路欧姆定律的应用；注意电动机是非纯电阻电路，输出功率等于输入功率与热功率之差；要注意功率公式的适用条件10 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
13、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）电源的电动势 E；（ 2）小球与极板碰撞后所带的电荷量q/ mgd【答案】 （1） Eq（ 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 = 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：
14、q U mg q U02由以上各式解得： q2q 11 如图所示的电路中，电源电动势为E6V ，内电阻为r2，外电路电阻为R10，闭合电键S 后，求：1通过电阻R 的电流强度I；2电阻R 两端的电压U；3电阻R 上所消耗的电功率P【答案】（ 1） 0.5A （ 2） 5V（3） 2.5W【解析】【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律得通过电阻E6R 的电流强度为： IA 0.5 AR r10 2（ 2）电阻 R 两端的电压为： U=IR=0.5 10V=5V（3）电阻 R 上所消耗的电功率为：P=I2R=0.52 10W=2.5W12 在如图所示的电路中， R13， R2 6，R3 1.5 ， C
15、 20F，当开关 S 断开时，电源的总功率为 2W；当开关 S 闭合时，电源的总功率为 4W，求：(1)电源的电动势和内电阻；(2)闭合 S 时，电源的输出功率；(3)S 断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少？【答案】 (1)4V , 0.5 （ 2） 3.5W（ 3） 6 10-5 C ,0【解析】【分析】断开 S， R2312、 R 串联，根据闭合电路欧姆定律求解出电流和电功率表达式；S 闭合， R 、 R并联再与 R3 串联，再次根据闭合电路欧姆定律求解出电流和电功率表达式；最后联立求解；闭合 S 时电源的输出功率为 P=EI-I2r；S 断开时， C两端电压等于电阻R2 两端电压，
16、求解出电压后根据 Q=CU 列式求解 【详解】E（1） S 断开， R2、 R3 串联根据闭合电路欧姆定律可得：IRr总功率为：E2P IE2W7.5rR1R2S 闭合， R1、 R2 并联再与R3 串联，总外电阻 R R3 3.5 R1 R2根据闭合电路欧姆定律可得：IEERr3.5r所以总功率为： PE 2EIr3.5联立解得： E=4V， r=0.5 （2）闭合 S，总外电阻 R =3.5干路电流为 IE1ARr2输出功率P 出 =EI-Ir=4 1-1 0.5=3.5W（3） S 断开时， C 两端电压等于电阻R2 两端电压： U 2ER24I 2 R26V 3V7.5r7.5 0.5-6-5可得电量为： Q=CU2=20 10 3=6 10C【点睛】本题首先要理清电路结构，然后结合闭合电路欧姆定律和电功率表达式列式分析