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1、高考物理闭合电路的欧姆定律题20 套( 带答案 )一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1 平行导轨P、 Q 相距 l 1 m，导轨左端接有如图所示的电路其中水平放置的平行板电容器两极板 M 、N 相距 d 10 mm ，定值电阻 R1 2123 R，R 2 ，金属棒 ab 的电阻 r2，其他电阻不计磁感应强度B0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，质量m 110 14kg，电荷量 q1 14210 C 的微粒恰好静止不动取g 10 m/s ，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好且速度保持恒定试求：(1)匀强磁场的方向和MN 两点间的
2、电势差(2)ab 两端的路端电压；(3)金属棒 ab 运动的速度【答案】 (1) 竖直向下； 0.1 V(2)0.4 V. (3) 1 m/s.【解析】【详解】（1）负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故M 板带正电 ab 棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势，ab 棒等效于电源，感应电流方向由ba，其 a 端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有mgEq又 E U MN dmgd所以 UMN 0.1 Vq（2）由欧姆定律得通过R3 的电流为IU MN 0.05 AR3则 ab 棒两端的
3、电压为 Uab UMN I0.5R1 0.4 V.（3）由法拉第电磁感应定律得感应电动势EBLv由闭合电路欧姆定律得E Uab Ir 0.5 V联立解得v1 m/ s.2 如图所示，水平U 形光滑框架，宽度L1m ，电阻忽略不计，导体棒ab的质量m0.2kg ，电阻R0.5，匀强磁场的磁感应强度B0.2T ，方向垂直框架向上.现用F 1N 的拉力由静止开始向右拉 ab 棒，当 ab 棒的速度达到 2m / s 时，求此时：1 ab 棒产生的感应电动势的大小；2 ab 棒产生的感应电流的大小和方向；3 ab 棒所受安培力的大小和方向；4 ab 棒的加速度的大小【答案】（） 0.4V （） 0.8
4、A 从 a 流向 b （） 0.16N 水平向左 （） 4.2m / s2 【解析】【分析】【详解】试题分析： （ 1）根据切割产生的感应电动势公式E=BLv，求出电动势的大小（2）由闭合电路欧姆定律求出回路中电流的大小，由右手定则判断电流的方向.（ 3）由安培力公式求出安培力的大小，由左手定则判断出安培力的方向（4）根据牛顿第二定律求出ab 棒的加速度（1）根据导体棒切割磁感线的电动势EBLv 0.21 2V 0.4V（2）由闭合电路欧姆定律得回路电流IE0.4 A0.8 A，由右手定则可知电流方向R0.5为：从 a 流向 b（3） ab 受安培力 FBIL 0.2 0.81N0.16N ，
5、由左手定则可知安培力方向为：水平向左（4）根据牛顿第二定律有 ： FF安ma ，得 ab 杆的加速度FF安10.16m / s24.2m / s2am0.23 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
6、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 电源的电动势为4.8V、外电阻为4.0 时，路端电压为4.0V。如果在外电路并联一个6.0
7、 的电阻，路端电压是多大？【答案】 3.6V【解析】【详解】由题意可知当外电阻为4.0 时，根据欧姆定律可知电流U 外4 A 1.0AIR4由闭合电路欧姆定律EI (Rr )代入数据解得r=0.8 当外电路并联一个6.0 的电阻时46R并2.446电路中的总电流E4.8IA=1.5AR并 r2.4 0.8所以路端电压UI R并1.52.4V3.6V5 如图所示，电路由一个电动势为E、内电阻为r 的电源和一个滑动变阻器R组成。请推导当满足什么条件时，电源输出功率最大，并写出最大值的表达式。2【答案】E4r【解析】【分析】【详解】由闭合电路欧姆定律IERr电源的输出功率PI 2 R得E 2RP(
8、Rr ) 2有E 2RP( Rr )24Rr当 R=r 时， P 有最大值，最大值为E 2Pm.4r6 如图甲所示的电路中， R1 、R2 均为定值电阻，且 R1 100 ， R2 阻值未知， R3 为滑动变阻器当其滑片 P 从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、 B 两点是滑片P 在变阻器的两个不同端点得到的计算：（ 1）定值电阻 R2 的阻值；（ 2）滑动变阻器的最大阻值；（ 3）电源的电动势和内阻【答案】（ 1） 5（ 2） 300 （ 3） 20V； 20【解析】【详解】（1）当 R3的滑片滑到最右端时，312R 、 R 均被短路，此时外电路
9、电阻等于R ，且对应于图线上 B 点，故由 B 点的 U、 I 值可求出 R2 的阻值为：R2U B4I B50.8（2）滑动变阻器的滑片置于最左端时，R3 阻值最大设此时外电路总电阻为R，由图像中A 点坐标求出：U A16R80I A0.2R R1R3 +R2 R1 +R3代入数据解得滑动变阻器最大阻值R3300（3）由闭合电路欧姆定律得：EU +Ir将图像中A、B 两点的电压和电流代入得：E 16+0.2r E 4+0.8r解得E 20Vr 207 如图所示的电路中，电源电动势Ed 6V，内阻 r 1，一定值电阻R0 9.0 ，变阻箱阻值在 0 99.99 范围。一平行板电容器水平放置，电
10、容器极板长L 100cm，板间距离 d40cm，重力加速度g10m/s 2，此时，将变阻箱阻值调到R12.0 v0，一带电小球以10m/s 的速度从左端沿中线水平射入电容器，并沿直线水平穿过电容器。求：（ 1）变阻箱阻值 R12.0 时， R0 的电功率是多少？（ 2）变阻箱阻值 R12.0 时，若电容器的电容 C 2F，则此时电容器极板上带电量多大？（ 3）保持带电小球以 v0 10m/s 的速度从左端沿中线水平射入电容器，变阻箱阻值调到何值时，带电小球刚好从上极板右端边缘射出？【答案】（1） 2.25W（ 26C（3） 50） 210【解析】【详解】（1）当 R12.0 时，闭合回路电流I
11、 为：EdIR1R0 r代入数据解得：I0.5A所以 PR0 I2R0 0.52 9 2.25W ；(2)当 R12.0 时， UR1IR1 1V由 Q CU 2 10 6C；(3) 当 R1 2.0 时，则： Mg qEEU R1d电路中分压关系，则有：R1U R1EdR1R0r调节变阻箱阻值到R1 ，使得带电小球刚好从上极板边缘射出，则：qE Mg Ma2且 U R1R1EdR1rR0U R1E2d又 d1at 222水平向： L vot由以上各工，代入数值得R1 50。8 在如图（ a）所示的电路中， R1 为定值电阻， R2 为滑动变阻器，闭合开关 S，将滑动变阻器的滑动触头 P 从最
12、右端滑到最左端，两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图所示，则：（1） V1 表示数随电流变化的图像是甲乙两条图线中的哪条？并求出定值电阻R1 的阻值；（ 2）求电源的电动势和内阻大小；（ 3）求电源效率的最大值和电源最大输出功率.【答案】（ 1） V1 表的示数随电流变化的图像是乙图线，R15 ；（ 2） E6V ，r5 ；（ 3） max83.3%， P外max1.8W 。【解析】【详解】（1）由图可知，三电阻串联，V1122测 R 两端的电压， V测 R两端的电压，电流表测电路中的电流。IE当滑片向左端滑动时，接入电路中的电阻减小，电路中的总电阻减小，由可知，R总电路中的电流
13、增大，因R1 为定值电阻，则其两端的电压U R1IR1 满足成正比关系，图象乙满足 U-I 成正比增函数，故 V1 表的示数随电流变化的图像是乙图线。由图象可知， R1 两端的电压 U1=3V，电路中的电流为：I1=0.6A，则电阻 R1的阻值为：U 13；R15I10.6（ 2）综述可知 V2 表的示数随电流变化的图像是甲图线，取两组数据由全电路的欧姆定律可知：4E0.2(R1r )0E0.6( R1r )联立可得：E6V ；r5；（3）根据电源的效率为：P外 100%=U100%P总E故当电源的路端电压最大时，电源的效率最大；而电路 R2 的阻值增大，总电流减小，路端电压增大，即R2 的阻
14、值最大时，可求得电源的最大效率，由图像甲可知最小电流为0.2A时，R1的电压21V， R 的电压 4V，有：U maxU R1U R2(4 1)V则最大效率为：max = U max100%= 5 100%83.3%E6电源的输出功率为：P外I2 (R R ) (E)2 (R R )E 212R R r12( R1 R2r )2124r(R1R2 )故理论上当 R1R2r 时，即 R2 0，电源的输出功率最大，此时滑片在最左端，P外max =E262W1.8W 。4r459 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，
15、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，内电路消耗的功率，三者关系是。，输出功率10 如图所示，水平放置的平行金属导轨R 0.20 ，导轨电阻可忽略不计磁感应强度abdc，相距 l 0.50m， bd 间连有一固定电阻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
16、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
17、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 两端电势差不是感应电动势，而是路端电压11 如图所示，电源电动势有E=12V，内阻 r =0.5 ，“10V、 20W”的灯泡 L 与直流电动机M并联在电源两极间，灯泡恰能正常发光，已知电动机线圈的电阻为RM =1，求：（ 1）流过内阻的电流为多少？（ 2）电动机的输出功率为多少？（ 3）电源的效率为多少？【答案】（ 1） 4A （ 2） 16W （ 3）83%【解析】【详解】(1)设流过灯泡的电流为IL，则P20I LA 2AU10内阻 r 的电压Ur=E-
18、UL=12V-10V=2V流过内阻的电流为U r2IA 4Ar0.5(2)设流过电动机的电流为IM ，IM=I IL=4A-2A=2 A电动机的输入功率为PM 总 =IM U=2 10=20W电动机线圈的热功率为PQ=I2MRM =22 1=4W电动机输出功率为：PM 出=PM 总 -PQ=20W-4W=16W(3)电源的总功率为P 总 =IE=412W=48W电源的效率为UI100%10100%83%EI12【点睛】电功、电功率；闭合电路的欧姆定律12 如图所示，三个电阻 R123的阻值均等于电源内阻r，电键 S打开时，有一质量、R 、 R为 m，带电荷量为q 的小球静止于水平放置的平行板电
19、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） E【解析】【分析】【详解】mgdq（ 2） q = 2q(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：q U mg q U02由以上各式解得： q2q