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1、（物理）物理专题汇编闭合电路的欧姆定律( 一) 含解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 如图所示， R1 R32R2 2R4，电键 S 闭合时，间距为d 的平行板电容器 C 的正中间有一质量为 m，带电量为 q 的小球恰好处于静止状态；现将电键S断开，小球将向电容器某一个极板运动。若不计电源内阻，求：(1)电源的电动势大小；(2)小球第一次与极板碰撞前瞬间的速度大小。2mgdgd【答案】 (1) E(2) v0q3【解析】【详解】(1)电键 S 闭合时， R1、 R3 并联与 R4 串联， (R2 中没有电流通过)UC U4 1 E2对带电小球有：qU CqEmg2dd2mgd得： E
2、q(2)电键 S 断开后， R1、 R4 串联，则E2mgdU C33q小球向下运动与下极板相碰前瞬间，由动能定理得mgdq U C1mv2222gd解得： v032 在如图所示的电路中，电阻箱的阻值R 是可变的，电源的电动势为E，电源的内阻为r，其余部分的电阻均可忽略不计。（1）闭合开关S，写出电路中的电流I 和电阻箱的电阻R 的关系表达式；（2）若电源的电动势E 为 3V，电源的内阻r 为 1，闭合开关S，当把电阻箱R 的阻值调节为 14 时，电路中的电流I 为多大？此时电源两端的电压（路端电压）U 为多大？【答案】 (1) IE(2)0.2A 2.8VRr【解析】【详解】（1）由闭合电路
3、的欧姆定律，得关系表达式:EIRr（ 2）将 E=3V， r=1， R=14，代入上式得：电流表的示数I=3A =0.2A141电源两端的电压U=IR=2.8V3 如图所示电路中，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r12(2)P P P 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，
4、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： 14 如图所示，电路中电源内阻不计，水平放置的平行金属板A、 B间的距离为d，金属板长为 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IEERR2RE两金属板间电压为UBA IR2由牛顿第二
5、定律得q U BA mgmad液滴在电场中做类平抛运动，有0d1at2L v t22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5 如图所示，电流表A 视为理想电表，已知定值电阻R0=4，滑动变阻器R 阻值范围为010 ，电源的电动势E=6V闭合开关S，当 R=3时，电流表的读数I=0.5A。（1）求电源的内阻。（2）当滑动变阻器R 为多大时，电源的总功率最大?最大值 Pm 是多少 ?【答案】（ 1） 5；（ 2）当滑动变阻器R 为 0 时，电源的总功率最大，最大值Pm 是 4W
6、。【解析】【分析】【详解】（ 1）电源的电动势 E=6V闭合开关 S，当 R=3 时，电流表的读数 I=0.5A，根据闭合电路欧姆定律可知：IER0Rr得： r=5（2）电源的总功率P=IE得：PE2R0Rr当 R=0， P 最大，最大值为Pm ，则有： Pm4 W6 如图所示，质量m=1 kg 的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37、宽度 L=1 m 的光滑绝缘框架上。匀强磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)。右侧回路中，电源的电动势 E=8 V，内阻 r=1 。电动机 M 的额定功率为 8 W，额定电压为 4 V，线圈内阻 R 为 0.2 ，此时电动机正常工作 （已知
7、sin 37 =0.6， cos 37 =0.8，重力加速度 g取 10 m/s 2）。试求 :(1)通过电动机的电流IM 以及电动机的输出的功率P 出 ；(2)通过电源的电流I 总以及导体棒的电流I ；(3)磁感应强度B 的大小。【答案】 ( 1 ) 7.2W； ( 2) 4A； 2A； ( 3) 3T。【解析】【详解】(1) 电动机的正常工作时，有PUI M所以PI M2AU故电动机的输出功率为P出 P I M2 R 7.2W(2) 对闭合电路有UEI 总 r所以I总EU4A；r故流过导体棒的电流为II 总I M2A(3) 因导体棒受力平衡，则F安mg sin376N由F安BIL可得磁感应
8、强度为F安B3TIL7 如图所示， R 为电阻箱， V 为理想电压表当电阻箱读数为R1 2时，电压表读数为U 4V；当电阻箱读数为R 5时，电压表读数为U 5V求：122（1）电源的电动势 E 和内阻 r（2）当电阻箱 R 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm 为多少？【答案】（ 1） E=6 V r =1 （ 2）当 R=r=1 时， Pm=9 W【解析】【详解】（1）由闭合电路欧姆定律EUIr 得：EU 1U 1r ，代入得 E 4442r ，R12EU 2U 2r ，代入得： E555r ，R2r5联立上式并代入数据解得：E=6V， r=1 （2）当电阻箱的阻值等于电源的内电阻时
9、电源的输出功率最大，即有R=r=1 电源的输出功率最大为：PmI 2 R( E ) 2 rE262W9W ；2r4r418 如图所示 ，电源电动势E27 V，内阻 r 2 ， 固定电阻 R2 4 ， R1 为光敏电阻 C 为平行板电容器 ，其电容 C 3pF，虚线到两极板距离相等，极板长L 0.2 m，间距 2a、 b 构成 ，它可绕 AA轴d 1.0 10 mP 为一圆盘 ，由形状相同透光率不同的二个扇形转动当细光束通过扇形a、 b 照射光敏电阻 R1 时， R1 的阻值分别为 12 、 3 有.带电量v0 10 m/s 连续射入 C 的电场中假设照在 R1为 q 1.0 104 C 微粒沿
10、图中虚线以速度上的光强发生变化时 R1阻值立即有相应的改变重力加速度为g 10 m/s 2.(1)求细光束通过 a 照射到 R 上时 ，电容器所带的电量；1(2)细光束通过 a 照射到 R1 上时 ，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，求细光束通过b 照射到R1 上时带电微粒能否从C 的电场中射出【答案】 （1） Q 1.810 11 C （ 2）带电粒子能从 C 的电场中射出【解析】【分析】由闭合电路欧姆定律求出电路中电流，再由欧姆定律求出电容器的电压，即可由Q=CU 求其电量；细光束通过 a 照射到 R1 上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，电场力与重力二力平衡细光束通过 b 照射到 R1 上时，根
11、据牛顿第二定律求粒子的加速度，由类平抛运动分位移规律分析微粒能否从 C 的电场中射出【详解】（1）由闭合电路欧姆定律，得IE27R2 r1.5AR112 4 2又电容器板间电压U CU 2IR2 ，得UC=6V设电容器的电量为Q，则 Q=CUC解得 Q1.810 11C（2）细光束通过a 照射时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，则有mg q U Cd解得 m 0.6 10 2 kg细光束通过 b 照射时，同理可得 U C 12V由牛顿第二定律，得 q U Cmg ma 解得 a10m/s2d微粒做类平抛运动，得y1at 2 ， tlv02解得 y 0.2 102 md ， 所以带电粒子能从C 的电
12、场中射出2【点睛】本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动，解题的关键是明确带电粒子的受力情况，判断其运动情况，对于类平抛运动，要掌握分运动的规律并能熟练运用9 如图所示， R 为电阻箱， V 为理想电压表，当电阻箱读数为R1 2时，电压表读数为U1 4V；当电阻箱读数为R2 5时，电压表读数为U2 5V求：电源的电动势 E和内阻r【答案】 6V；1【解析】【分析】【详解】根据闭合电路欧姆定律，得当电阻箱读数为R2时E U 1U 1 r1R1当电阻箱读数为R 5时，E U2U 2 r2R2联立上两式得 r(U 2U 1 )R1R21U 1R2U 2R1代入式得 E6V 10 如图所示，电源的电动势
13、E=80V4， R12 ， R2 为电阻箱。求：，内电阻 r（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1P ，则E2E2P1R2r +R1 +R2R12+rR1 +rR+2R由数学知识可知，分母最小时分数值越大，因R12+
14、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%Rr11 如图所示为用直流电动机提升重物的装置，重物的重量为 500 N，电源电动势为 110 V，不计电源内阻及各处摩擦，当电动机以 0.9 m/s 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流为5 A，求：(1)提升重物消耗的功率；(2)电动机线圈的电阻【答案】 (1)450 W(2)4【解析】（ 1）重物被提升的功率（ 2）此时电路中的电流为 5A 则电源的总功率所以线圈电阻消耗
15、的功率为由欧姆定律可得：12 如图所示电路，电源电动势 E=6V，内阻 r=1 外电路中电阻R1=2， R2=3，R3=7.5 电容器的电容 C=4F（ 1）电键 S 闭合，电路稳定时，电容器所带的电量（ 2）电键从闭合到断开，流过电流表A 的电量65【答案】 7.210C ; 1.9210C【分析】【详解】（1）电键 S 闭合，电路稳定时，电容器所在电路没有电流外电路总电阻为： 3干路电流为： 1. 5A路端电压为： U E Ir 4. 5V电容器的电压为：U1 1. 8V所以电容器的电量：Q112-6板带正电， a 板带负电 CU 7.10C， b（2） S 断开，电路稳定时，电容器的电压就是R2 的电压， U2 3V所以电容器的电量：Q2CU2 12-5b.10C a板带正电，板带负电，-5则流过电流表 A 的电量 Q Q1 Q2 1. 92 10C【点睛】本题主要考查了闭合电路欧姆定律的直接应用，关键要同学们能理清电路的结构，明确电容器的电压与哪部分电路的电压相等，要知道电路稳定时，电容器所在电路没有电流，其电压与所并联的电路两端的电压相等