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1、高考物理闭合电路的欧姆定律及其解题技巧及练习题( 含答案 ) 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
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 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：EU(I1IR2)r11.4
3、0.6rR3S 断开时，根据闭合电路的欧姆定律则有：EI 2 (R1R2r )0.3(39r )联立解得：E12Vr13 如图所示，电路中电源内阻不计，水平放置的平行金属板、B间的距离为，金属板Ad长为 L，在两金属板左端正中间位置M，有一个小液滴以初速度v0 水平向右射入两板间，已知小液滴的质量为 m，带负电，电荷量为 q要使液滴从 B板右侧边缘射出电场，电动势E是多大？ ( 重力加速度用 g 表示 )【答案】E2md 2v02 2mgdqL2q【解析】【详解】由闭合电路欧姆定律得EEI2RR R两金属板间电压为UBAE IR2由牛顿第二定律得q U BA mgmad液滴在电场中做类平抛运动
4、，有0d12L v t22at联立解得 E2md 2v022mgdqL2q【点睛】题是电路与电场两部分知识的综合，关键是确定电容器的电压与电动势的关系，掌握处理类平抛运动的分析方法与处理规律4 如图所示电路中，电源电动势E16V，内电阻r1.0 R12。开，电阻 9.0， R 15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 R
5、3 ：U 2R3I 3总电流：II 2I 3代入数据得：R310R3 消耗的电功率：PI2R333代入数据得：P33.6W 。5 如图所示，电源电动势E=30 V，内阻 r=1 ，电阻 R12=4 ， R =10 两正对的平行金属板长 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
6、：L=v0ty= at2其中：联立解得：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6 如图所示，为某直流电机工作电路图 (a)及电源的 U-I R=0.25 ，闭合开关后，直流电机正常工作，电流表的示数（1）电源的电动势 E 及内阻 r；（2）直流电机输出功率 P图象 (b) 。直流电机的线圈电阻I=2A，求：【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
7、I 2 R所以PUII 2R3W出7 如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d ，管道高度为 h ，上、下两面是绝缘板，前后两侧M 、N 是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关 S 和定值电阻R 相连。整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B 、方向沿 z 轴正方向。管道内始终充满导电液体， M 、N 两导体板间液体的电阻为 r ，开关 S 闭合前后，液体均以恒定速率 v0 沿 x 轴正方向流动。忽略液体流动时与管道间的流动阻力。（ 1）开关 S 断开时，求 M 、 N 两导板间电压 U 0 ，并比较 M 、N 导体板的电势高低；（ 2）开关 S 闭合后，求：a.
8、 通过电阻 R 的电流 I 及 M 、 N 两导体板间电压U ；b. 左右管道口之间的压强差 Vp 。【答案】（ 1） U0=Bdv0， MBdRv0B2 dv0N （ 2） a U； b VpR rh( R r )【解析】【详解】（1）该发电装置原理图等效为如图，管道中液体的流动等效为宽度为d 的导体棒切割磁感线，产生的电动势E=Bdv0则开关断开时U0=Bdv0由右手定则可知等效电源MN内部的电流为N 到M，则M 点为等效正极，有MN ；（2） a由闭合电路欧姆定律U 0Bdv0IrR rR外电路两端的电压：U IRU 0 RBdRv0R rR rb设开关闭合后，管道两端压强差分别为V p
9、 ，忽略液体所受的摩擦阻力，开关闭合后管道内液体受到安培力为F 安 ，则有VphdF安F安 =BId联立可得管道两端压强差的变化为：B2dvV p0h(Rr )8 如图所示，图线AB 是某闭合电路的路端电压随电流变化的关系图线，OM 是某定值电阻 R 的伏安特性曲线，由图求：（ 1） R 的阻值；（ 2）处于直线 OM 与 AB 交点 C 时电源的输出功率；（ 3）电源的最大输出功率。【答案】 （1）（ 2） 8W （ 3） 9W【解析】【分析】（1）根据伏安特性曲线的斜率求出电阻的阻值（2）交点对应的电压和电流为电源输出电压和输出电流，根据P=UI 求出电源的输出功率（ 3）当外电阻等于内阻
10、时，电源输出功率最大【详解】（1） OM 是电阻的伏安特性曲线，电阻：（ 2）交点 C 处电源的输出功率为：（ 3）电源的最大输出功率 Pm，是在外电阻的阻值恰等于电源内电阻时达到的答：（ 1）R 的阻值为2（2）处于直线OM 与 AB 交点 C 时电源的输出功率为8W（ 3）电源的最大输出功率为 9W 【点睛】对于图线关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义本题要抓住图线的斜率、交点的意义来理解图象的意义9 如图甲所示，水平面上放置一矩形闭合线框abcd， 已知 ab 边长 l1=1.0m、 bc 边长l2=0.5m ，电阻 r=0.1 。匀强磁场垂直于线框平面，线框恰好有一半处在磁场
11、中，磁感应强度 B 在 0.2s 内随时间变化情况如图乙所示，取垂直纸面向里为磁场的正方向。线框在摩擦力作用下保持静止状态。求：（ 1）感应电动势的大小；（ 2）线框中产生的焦耳热；（ 3）线框受到的摩擦力的表达式。【答案】（ 1） 0.25V；（ 2） 0.125J；（ 3） 1.25 t 0.1 N 【解析】【分析】本题考查法拉第电磁感应定律及能量守恒定律的应用【详解】（ 1）由 意可知， 框在磁 中的面 不 ，而磁感 度在不断增大，会 生感 ，根据法拉第 磁感 定律知B SB bc 1 abE n=2tttB 等于乙 象中B-t 的斜率 1T/s， 立求得感 E 0.25Vt（2）因磁
12、均匀 化，故而 生的感 是恒定，根据 合 路欧姆定律知，在 0.2s 内 生的感 流EI2.5Ar再根据焦耳定律有Q =I 2 rt0.125J（3）水平方向上 框受到静摩擦力 始 与所受安培力二力平衡，有fF安 =BIL(0.1t) 2.5 0.5N1.25(t0.1)N10 如 所示， 的距离L=0.5m B=2T ab棒的 量m=1kg，物 重G=3Nab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
13、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】此题是通电导体在磁场中平衡问题，要抓住静摩擦力会外力的变化而变化，挖掘临界条件进行求解11 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向上，磁感应强度为B 0.4T，质量
14、 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，金属杆在这几个力的作用下，向下做加速运动【详
15、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U1 E1 BLv22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 sin=1.2N由牛顿第二定律得G1f
16、F1maF1G1fma0.8 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，电源电动势为E 6V ，内电阻为 r2 ，外电路电阻为R 10 ，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=2.5W