高中物理闭合电路的欧姆定律练习题及答案含解析.doc

1、高中物理闭合电路的欧姆定律练习题及答案含解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1.如图所示的电路中，电源电动势 E=10V,内阻r=0.5 Q,电阻Ri=1.5 Q,电动机的线圈电阻Ro-LO Q。电动机正常工作时，电压表的示数 U1-3.0V,求：(1)电源的路端电压；(2)电动机输出的机械功率。【答案】(1)9V： (2)8W【解析】【分析】【详解】(1)流过电源的电流为I.则IRi Ui路端电压为U,由闭合电路欧姆定律U E 11-解得U 9V(2)电动机两端的电压为U M E I(R1I)电动机消耗的机械功率为P U Ml I2Ro解得P 8W2.平行导轨P、Q相距l=lm,导轨左

2、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R123=R=12 Q, R = 2。，金属棒ab的电阻r=2Q,其他电阻不计.磁感应强度B = 0.5T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= 1X10 14kg,电荷量q = - 142IX 10 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；0V(2)0.4 V.

3、(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b-a,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mg=EqV f=U、inmgd所以Umn = = 0VqRU(2)由欧姆定律得通过3的电流为1= 士 = 0.05 AR3则ab棒两端的电压为 Uab= Umn+ IX0.5Ri= 0.4 V.(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E=BLv由闭合电路欧姆定律得 E=

4、 Uab+ Ir =0.5 V联立解得v=l m/ s.3.如图所示，电解槽R A和电炉B并联后接到电源上'电源内阻r= 10,电炉电阻= 19Q,电解槽电阻合rr =0.5 Q当.Si闭合、S2断开时，电炉消耗功率为6S4W ： Si、St都闭时，电炉消耗功率为475W(电炉电阻可看作不变),试求：(1)电源的电动势；<2) Si. S二闭合时，流过电解槽的电流大小：<3)S】、S二闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率【答案】(1) 120V ( 2) 20A ( 3) 1700W【解析】(1) S闭合，S断开时电炉中电流Io V R 1 6 A电源电动势E I0(R

5、i ) 120V：(2) Si、S?都闭合时电炉中电流为Ib5 A电源路端电压为U IrR 95VE U流过电源的电流为I 25 A1流过电槽的电流为lA I IB 20 A：(3)电解槽消耗的电功率Pa IaU 1900W电解槽内热损耗功率 P热lA2r1 200W电解槽转化成化学能的功率为P化Pa P热1700W.点睛：电解槽电路在正常工作时是非纯电阻电路，不能用欧姆定律求解其电流，只能根据 电路中电流关系求电流.4 .如图所示电路中，Ri 9Q, R2 30d开关S闭合时电压表示数为 1L4V,电流表示数为0.2A,开关S断开时电流衣示数为 0.3A,求：(1)电阻Rs的值.(2)电源电

6、动势和内电阻.【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 (I史) RRi R3解得：R3 15c(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:以、E U (11- )r 114 0.6rR3s断开时，根据闭合电路的欧姆定律则有：E I2 (Ri R? 1 ) 0.3 (39 r)联立解得：E 12Vr 1Q5 .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n -0.3 Q； -节旧电池

7、的电动势 E2-1.2V,内阻门-4.3。0手电筒 使用的小灯泡的电阻R-4.4 Qo求：(1)当使用两节新电池时，灯泡两端的电压：Q)当使用新、旧电池混装时，灯泡两端的电压及旧电池的内阻n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】(1R.64V； (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E2(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2E1 =1_ 0.6AR 2n灯泡两端的电压U IR 2.64V(2)一新、一旧电池串联时,电流 T E =_i_E_ 0.3A R

8、 ri 12灯泡两端的电压U IR 1.32V旧电池的内阻r 2上的电压Ur 11-2 1.29V(3)不妥当。因为旧电池内阻消耗的电压5大于其电动势E二(或其消耗的电压大于其提供的电压)，灯泡的电压变小。6 .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-l m光滑的 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-8V,内阻Ll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sin 37-0° .6, cos 37 0 -0.8,重力加速度g取10 m/

9、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 m ：(2)通过电源的电流I总以及导体棒的电流I ：【解析】【详解】(1)电动机的正常工作时，有P u Im所以PIm 2 AU故电动机的输出功率为P 出 P Im2 R 7.2W(2)对闭合电路有U E I”所以故流过导体棒的电流为I I总 IM 2A(3)因导体棒受力平衡，则F 安mg siii37 6N由F 安 BIL可得磁感应强度为F安B - 3TIL7 .利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势 E 6V,电源内阻1- 1 .电阻R 3 ,重物质量m °°kg ,当将重物固定时，理想电

10、压表的示数为5V,当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V ,(不计摩擦，g取10m / s2 ).求：1串联入电路的电动机内阻为多大？2重物匀速上升时的速度大小.3匀速提升重物3m需要消耗电源多少能量?【答案】(1)2 ； ( 2) 1.5m /s ( 3) 6J【解析】【分析】根据闭合电路欧姆定律求出电路中的电流和电动机输入电压.电动机消耗的电功率等于输出的机械功率和发热功率之和，根据能量转化和守恒定律列方程求解重物匀速上升时的速度大小，根据 WElt求解匀速提升重物3m需要消耗电源的能量.【详解】1由题，电源电动势 E 6V，电源内阻r 1 ,当将重物

11、固定时，电压表的示数为5V,则根据闭合电路欧姆定律得 E U 6 5 电路中电流为I 1AI1U IR 5 1 3 电动机的电阻Rm 2I1E U'2当重物匀速上升时，电压表的示数为U 5.5V,电路中电流为 0.5 Ar电动机两端的电压为Um E PR r 6 0.53 1 V 4V故电动机的输入功率 P UmI, 4 0.5 2W根据能量转化和守恒定律得UmT mgv r2 R代入解得，v 1.5m / s3匀速提升重物3m所需要的时间t - - 2s , v 1.5则消耗的电能 w Ert 6 0.5 2 6J【点睛】本题是欧姆定律与能量转化与守恒定律的综合应用时于电动机电路，不

12、转动时，是纯电阻电 路，欧姆定律成立：当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，欧姆定律不成立.8 .有个100匝的线圈，在0.2s内穿过它的磁通量从 0.04Wb增加到0.14Wb ,求线圈中 的感应电动势为多大？如果线圈的电阻是 10。，把它跟i个电阻是990。的电热器串联组 成闭合电路时，通过电热瑞的电流是多大？【答案】50V, 0.05A.【解析】 【详解】已知n-100匝，t-0.2s, -04Wb-0.04Wb-0Wb ,则根据法拉第电磁感应定律得感应 电动势0.1E n100 V=50V t 0.2 由闭合电路欧姆定律得，通过电热器的电流E 50I A=0.05AR r 10 9

13、909 .如图所示，线段A为某电源的UI图线，线段B为某电阻R的U-I图线，由上述电源和电 阻组成闭合电路时，求：（1）电源的输出功率P出是多大？（2）电源内部损耗的电功率P内是多少？（3）电源的效率n是多大？【答案】（1）4W, （ 2） 2W, （3）66.7%【解析】试题分析：（1）由电源的 U-I图象读出电动势，求出内阻,两图线交点表示电阻与电源组成闭合电路时的工作状态，读出电压和电流，由公式P-5求出电源的输出功率出.（2）电源内部损耗的电功率由公式 2求解.PP 内 IrF出P 正，电源的效率为 .代入数据求解即可.（3 ）电源的总功率为E 3（1）从A的图线可读出，电源的电动势E

14、-3V,内阻I _ _0.5从图象的交点可读出：路端电压U-2V,电路电流I-2A则电源的输出功率为P ill（2）电源内部损耗的电功率（3）电源的总功率为P总Pm故电源时效率为P总UI 2 2W 4WP I "r 2 0.5W 2W 内正 2 3W 6W4loo% 66.7%6【点睛】本题考查对电源和电阻伏安特性曲线的理解能力，关键要理解两图线的交点就表 示该电源和该电阻组成闭合电路时的工作状态，能直接读出电流和路端电压，从而求出电源的输出功率.10.如图1所示，用电动势为 E、内阻为的电源，向滑动变阻器 R供电.改变变阻器 R 的阻值，路端电压 U与电流I均随之变化.（1）以U为

15、纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并 说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义.（2） a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积衣示此 时电源的输出功率：b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件.（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和.【答案】（1） U-I图象如图所示：图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2） a如图所示：b. 一4r（3）见解析【解析】(I) U-I图像如图所示,其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴

16、交点的坐标值为短路电流b.电源输出的电功率：P IR (R r)Rr-R 2r -KD E，当外电路电阻R-r时，电源输出的电功率最大，为=4rvv聋静电力(3)电动势定义式：E 一一根据能量守恒定律，在图1所示电路中，非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热，即W 12 rt I2 Rt Irq IRqE Ir IR U 内 U 外本题答案是：(1)U-I图像如图所示，其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2） a.如图所示E当外电路电阻R-I时，电源输出的电功率最大，为Pmax-耳亍E U内U外Rr时，输出点睛：运用数学知识结合电路求出回路中最

17、大输出功率的表达式，并求出当 功率最大.11.如图甲所示，水平面上放置一矩形闭合线框abed,已知ab边长h-1.0m、be边长 lz-0.5m,电阻lO。匀强磁场垂直于线框平面，线框恰好有一半处在磁场中，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）由题意可知，线框在磁场中的面积

18、不变，而磁感应强度在不断增大，会产生感应电动 势，根据法拉第电磁感应定律知1B be _abE n -2B 等于乙图象中B-t图线的斜率IDs,联立求得感应电动势 E 0.25V t(2)因磁场均匀变化，故而产生的感应电动势是恒定，根据闭合电路欧姆定律知，在这 0.2s内产生的感应电流EI 2.5A r 再根据焦耳定律有Q=I2rt 0.125J(3)水平方向上线框受到静摩擦力应始终与所受安培力二力平衡，有f F 安=BIL (0.1 t) 2.5 0.5N1.25(t0.1 )N12.如图所示电路中，电源电动势 E 12V,内阻I 2 , Ri 4 , R2 6R3 3(1)若在C.D间连,个理想电流表，其读数是多少？ (2)若在C.D间连个